CN101556997B - 一种超级电池极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级电池极板，包括正极板和负极板，所述的正极板原料由铅粉、碳纤维、碳材料、短纤维和硫酸溶液组成，所述的负极板原料由铅粉、PTFE、硫酸钡、腐植酸、木素磺酸钠、碳纤维、碳材料、短纤维和稀硫酸组成，由本发明极板制成的超级电池具有高比功率和比能量，脉冲大电流充放电寿命长，低温大电流放电比普通电池较好。

Description

一种超级电池极板
技术领域
本发明涉及电化学储能器件领域，尤其涉及一种超级电池极板。
背景技术
现有的电动自行车或摩托车大多采用阀控密封铅酸蓄电池作为动力能源，由于阀控密封铅酸蓄电池不能实现大电流充放电，电动自行车或摩托车启动和上坡能力受到限制。
超级电容器是近些年来发展起来的新型储能器件，它具有快速充放电的性能，功率密度是普通电池的几十倍甚至几百倍，而且它的使用寿命长，循环充电次数可达100000次，是普通电池的几百倍或者几千倍。基于超级电容器的特殊性能，很多电动车厂商寄希望于将超级电容器应用于传统的电动自行车或摩托车上，提高其启动速度和爬坡能力。但是超级电容器也存在着致命缺陷，其能量密度虽然是常规电容器的100倍以上，但是还是明显低于常规的二次电池。
中国专利200620097371.7公开了一种电池，其在传统的电池电极处并联了一个电容，通过外壳将电池和电容固定，构成一种电容电池。该电池虽然将二次电池和超级电容器进行了结合，属于外组合式，体积较大，需相应的电源管理系统，成本较高。
中国专利200710035205.3公开了一种超级电容电池，由正极、负极、隔板以及电解液组成，所述的正极活性材料采用锂离子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物或它们的复合材料，所述的负极活性材料采用多孔炭材料和石墨类材料的混合物或它们的复合材料，所述的电解液主要以含锂离子的电解质盐和非水有机溶剂组成。
上述超级电容电池相当于锂离子电池和超级电容器的组合，锂离子电池虽然体积较小，不存在记忆效应，但制作成本较高。
中国专利申请200710035835.0公开了一种超级蓄电池用双性极板，包括双性正极板和双性负极板，双性正极板的配方是在二氧化铅含量为80～85％的蓄电池正极板的原配方基础上，再加入相当于原配方中铅重量0.0001～0.0008％的氧化银以及0.0008～0.001％的氧化铷，双负极性极板的配方是在原蓄电池极板的配方中加入占铅重量0.1～0.6％的乙炔黑和0.5～08％的碳纤维。由该极板制成的超级电池大电流放电下比功率不高。
发明内容
本发明提供了一种超级电池极板，由该极板制成的超级电池具有较高的比功率和高功率脉冲充放电使用寿命。
一种超级电池极板，包括正极板和负极板，所述的正极板原料重量份组成为：
铅粉      100份
碳纤维    0.1～1.0份
碳材料    0.1～5.0份
短纤维    0.1～0.5份
硫酸溶液  20～22份
水        适量。
所述的负极板原料重量份组成为：
铅粉          100份
聚四氟乙烯    0.1～0.5份
硫酸钡        0.2～1.0份
腐植酸        0.1～1.0份
木素磺酸钠    0.1～0.5份
乙二酸        0.01～0.1份
氧化钛        0.001～0.1份
碳纤维        0.1～3.0份
碳材料        0.1～5.0份
短纤维        0.1～0.5份
硫酸溶液      18～20份
水            适量。
硫酸溶液的密度优选为1.10～1.40g/cm3。
所述的碳材料为石墨、活性炭和乙炔黑中的至少一种。
所述的短纤维优选为尼龙、晴沦和涤沦中的至少一种。
由本发明极板制成的超级电池具有以下优点：
(1)同时具有蓄电池高比能量和超级电容器高比功率的优点，大电流放电时的比能量高于AGM电池，小电流放电时的比能量二者相近。
(2)大电流充放电比功率比普通铅酸电池高约50％。
(3)大电流脉冲充放电循环寿命约比普通铅酸电池大3倍。
(4)低温放电性能好。在-15℃大电流放电性能明显高于普通铅酸电池。
(5)大大减缓蓄电池的硫酸盐化，延长蓄电池在部分荷电态工作条件下的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
一种超级电池极板，包括正极板和负极板，正极板的配方为：
铅粉                 100kg
碳纤维               0.2kg
石墨                 3.5kg
涤纶短纤维(～3mm)    0.5kg
稀硫酸(D＝1.10g/cm3) 21kg
水                   0.9kg
负极板的配方为：
铅粉                 100kg
聚四氟乙烯           0.4kg
硫酸钡               0.4kg
腐植酸               0.3kg
木素磺酸钠           0.2kg
乙二酸               0.06kg
氧化钛               0.02kg
碳纤维               1.0kg
活性炭               4.5kg
涤纶短纤维(～3mm)            0.5kg
稀硫酸(D＝1.10g/cm3)         19kg
水                           2kg
将上述原料在60℃以下进行和膏，再在60℃、相对湿度95％的条件下进行不少于48小时的固化，将固化的正、负极板放入电解液中进行化成，化成后即得到成品的正、负极板。
将成品正、负极板装入电池盒内，注入传统铅酸蓄电池用电解液，制成12V/12Ah的电动车用超级电池。
经测试该电池在100A电流放电条件下的比功率达到260W/kg以上。
采用下列方式充放电：2.5C放电30s→停6.8s→2.5C充电31s→停6.8s，该超级电池可进行16000次以上循环。
按照GB/T 22199-2008<电动助力车用密封铅酸蓄电池>测试，在-15℃的低温容量达到9.6Ah。
实施例2
一种超级电池极板，包括正极板和负极板，正极板配方：
铅粉                    100kg
碳纤维                  0.2kg
乙炔黑                  1.2kg
晴纶短纤维(～3mm)       0.5kg
稀硫酸(D＝1.20g/cm3)    21kg
水                      1kg
负极板配方：
铅粉                    100kg
聚四氟乙烯              0.4kg
硫酸钡                  0.8kg
腐植酸                  0.3kg
木素磺酸钠              0.3kg
乙二酸                  0.05kg
氧化钛                  0.03kg
活性炭                  3.0kg
石墨                    1.5kg
晴纶短纤维(～3mm)       0.5kg
稀硫酸(D＝1.20g/cm3)    19kg
水                      3.5kg
将上述原料在60℃进行和膏，再在60℃、相对湿度95％的条件下进行不少于48小时的固化，将固化的正、负极板放入电解液中进行化成，化成后即得到成品的正、负极板。
将成品正、负极板装入电池盒内，注入传统铅酸蓄电池用电解液，制成12V/10Ah的电动车用超级电池。
经测试该电池在100A电流下放电的比功率达到260W/kg以上。
采用下列方式充放电：2.5C放电30s→停6.8s→2.5C充电31s→停6.8s，该超级电池可进行16000次以上循环。
按照GB/T 22199-2008<电动助力车用密封铅酸蓄电池>测试，在-15℃的低温容量达到9.8Ah。
实施例3
一种超级电池极板，包括正极板和负极板，正极板配方：
铅粉                    100kg
碳纤维                  0.3kg
石墨                    1.3kg
尼龙短纤维(～3mm)       0.5kg
稀硫酸(D＝1.40g/cm3)    21kg
水                      1.2kg
负极板配方：
铅粉                    100kg
聚四氟乙烯              0.2kg
硫酸钡                  0.6kg
腐植酸                  0.3kg
木素磺酸钠              0.3kg
乙二酸                  0.04kg
氧化钛                  0.04kg
碳纤维                1.0kg
活性炭                4.0kg
尼龙短纤维(～3mm)     0.5kg
稀硫酸(D＝1.25g/cm3)  19kg
水                    2.6kg
将上述原料在60℃进行和膏，再在60℃、相对湿度95％的条件下进行不少于48小时的固化，将固化的正、负极板放入电解液中进行化成，化成后即得到成品的正、负极板。
将成品正、负极板装入电池盒内，注入传统铅酸蓄电池用电解液，制成12V/12Ah的电动车用超级电池。
经测试该电池在100A电流放电条件下的比功率达到250W/kg以上。
采用下列方式充放电：2.5C放电30s→停6.8s→2.5C充电31s→停6.8s，该超级电池可进行16000次循环。
按照GB/T 22199-2008<电动助力车用密封铅酸蓄电池>测试，在-15℃的低温容量达到9.7Ah。
上述配方中的水为调整水，应根据实际生产需要适量添加，使得其余各组分够和膏即可，且添加量的大小对极板最终的性能没有影响。

Claims (2)

1.一种电池极板，包括正极板和负极板，其特征在于，正极板的原料重量份组成如下：
铅粉        100份
碳纤维      0.1～1.0份
碳材料      0.1～5.0份
短纤维      0.1～0.5份
硫酸溶液    20～22份
水          适量；
负极板的原料重量份组成如下：
铅粉          100份
聚四氟乙烯    0.1～0.5份
硫酸钡        0.2～1.0份
腐植酸        0.1～1.0份
木素磺酸钠    0.1～0.5份
乙二酸        0.01～0.1份
氧化钛        0.001～0.1份
碳纤维        0.1～3.0份
碳材料        0.1～5.0份
短纤维        0.1～0.5份
硫酸溶液      18～20份
水            适量；
所述的碳材料为石墨、活性炭和乙炔黑中的至少一种；所述的短纤维为长度3～4mm的尼龙、腈纶和涤纶中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电池极板，其特征在于：所述的硫酸溶液密度为1.10～1.40g/cm3。 
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