CN101707250A - 铅酸蓄电池正极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池正极板，包括正极板栅，其特征在于所述正极板栅表面涂覆有由碳纤维与相应基体的混合物制成的碳纤维复合基层，而在该碳纤维复合基层上再涂覆有由铅膏制成的正极活性物质。本发明由于在正极板栅上涂覆了具备高强度和高强承载能力的碳纤维复合基层，故增强了正极板的结构强度、尺寸稳定性以及正极板栅的抗蠕变性能，从而大大延长了铅酸蓄电池的使用寿命。

Description

铅酸蓄电池正极板
技术领域
本发明涉及一种铅酸蓄电池正极板。
背景技术
在石油等能源资源日渐紧张，大气环境污染日趋严重的今天，电动自行车这种轻便快捷、无污染、使用成本低的交通工具，已越来越普及。蓄电池是电动车最为关键的部件，是电动车的能源，当前广泛使用的是铅酸蓄电池，占市场份的95％以上。铅酸电池因资源丰富、价格低廉且安全性能好等特点而受到广大消费者的认可。
但是，铅酸电池作为电动车的动力电源，与镍-金属氢化物电池及锂电池等电池体系相比，存在体积比能量低；重量比能量低；使用寿命短等缺点。
根据对失效的电动车用铅酸蓄电池的解剖情况来看，有相当一部分电池失效的原因是电池正极活性物质软化，正极铅粉脱落到电解液中，电池形成内部短路，使电池失去容量，造成电池失效。
电动自行车电池的使用条件是重负荷、深循环，在这种条件下，电池正极板栅的腐蚀较其他部分严重，正极板栅在遭受腐蚀时会发生变形，板栅的尺寸线性增大。因腐蚀的最终产物PbO2的分子体积大约为铅体积的1.4倍，再加上腐蚀产物PbO2薄膜具有一定的孔隙，这样腐蚀产物的体积比铅合金体积大得多，使板栅金属处于应力状态下，板栅逐渐发生蠕变而线性长大，是造成电池正极活性物质容易软化脱落的一个重要因素。
正极板在制造时，铅膏填满在板栅的小格中，经过压制、固化、化成后，正极活性物质比较牢固地固定在板栅小格中，这时PbO2颗粒之间以及PbO2与板栅之间，都有着良好的接触和结合力。但是正极板栅在循环过程中受到腐蚀而尺寸长大，使板栅的每个小格子的容积增加，给正极活性物质的膨胀创造了条件。
电池放电时，正极活性物质PbO2转化为PbSO4，由于PbSO4的比容比PbO2大所以整个正极板物质体积要增加，如果容纳活性物质的板栅小格子容积不变，则PbSO4的形成只能使极板的孔隙率降低，表观体积不会变化。但是在板栅变形长大时，整个正极的体积也会增长，正极膨胀，在电池充电时PbSO4又转化为PbO2，这样孔隙率随着循环次数的增加而增加，正极发生了严重膨胀，孔隙率过分增加，正极活性物质与板栅之间的结合力以及活性物质颗粒之间的结合力降低，电接触被破坏。并且深循环使用的电池，充电时间长，正极活性物质受到充电时存在的析氧冲击严重，活性物质密度下降，最后软化脱落，导致电池失效。所以，提高正极板栅的抗长大和抗蠕变能力是提高电池寿命的一种有效方法。
碳纤维除具有一般碳材料的各种优良性能外，还具有相当高的比强度和比模量，力学性能优异，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，并兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强材料。根据不同用途碳纤维有多种类型，例如其中含碳量高于99％的称石墨纤维，具有较好的导电性能。而炭纤维则具有较高的比强度和比模量，其与相应的基体(粘结剂)材料混合，可用于桥梁、房屋等的加固，或者与相应基体(粘结剂)材料和石墨纤维混合可制成高强度导电材料。
发明内容
本发明目的是：提供一种结构强度高、尺寸稳定性好、板栅抗蠕变性能优异的铅酸蓄电池正极板，能够大大提高铅酸蓄电池的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种铅酸蓄电池正极板，包括正极板栅，其特征在于所述正极板栅表面涂复有由碳纤维与相应基体的混合物制成的碳纤维复合基层，而在该碳纤维复合基层上再涂复有由铅膏制成的正极活性物质。
本发明中，所述碳纤维复合基层进一步是由组分为：炭纤维、石墨纤维、各项异性石墨、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯的混合物制成膏浆涂复于正极板栅表面后再经烘干、固化制成。
本发明中，所述碳纤维复合基层进一步是由组分重量百分比为：炭纤维10～40％、石墨纤维10～40％、各项异性石墨10～40％、羧甲基纤维素5～20％、聚四氟乙烯10～30％的混合物制成膏浆涂复于正极板栅表面后再经烘干、固化制成。
本发明中，对于上述混合物的组分重量百分比进一步限定如下：炭纤维25～35％、石墨纤维15～20％、各项异性石墨15～20％、羧甲基纤维素5～10％、聚四氟乙烯10～15％。
本发明中，对于上述混合物的组分重量百分比优选的方案如下：炭纤维35％、石墨纤维20％、各项异性石墨20％、羧甲基纤维素10％、聚四氟乙烯15％。
本发明中，上述混合物的总重量进一步占正极板铅膏配方中铅重量的0.0009～0.005％。
本发明中，上述混合物涂复于正极板栅表面后进行烘干的温度优选20～50℃，而烘干的时间则为0.5～2小时。
本发明中所述正极板铅膏配方为公知技术，本发明对其组分及配比均参照现有技术，而不作任何限定。
本发明中所述由铅膏制成的正极活性物质同现有技术一样填充并充满正极板栅的栅格。
本发明的所述碳纤维复合基层中选取的两种碳纤维分别具有不同的功能：其中所述炭纤维使得基层具备高比模量和高强度，而所述石墨纤维则使基层具备导电性能。
本发明的所述碳纤维复合基层中，作为碳纤维基体的羧甲基纤维素、聚四氟乙烯均为现有技术中常见的粘结剂。
本发明的优点是：
1.本发明所述的这种铅酸蓄电池正极板，由于在正极板栅表面涂复了具备高强度和高强承载能力的碳纤维复合基层，从而大大增强了正极板栅的结构强度和尺寸稳定性。
2.本发明所述的这种铅酸蓄电池正极板，由于碳纤维复合基层中的各组分均不参与电池的电化学反应，故在电池的整个充放电循环过程中，碳纤维复合基层的性质不会发生变化，从而使得其对于正极板的增强作用也不会减弱。因而随着电池充放电的进行，本发明依旧能够保证正极板的结构强度不变。
3、本发明所述的这种铅酸蓄电池正极板，由于碳纤维复合基层在电池充放的过程中能够确保正极板栅的结构强度不变，故大大提高了正极板栅的抗蠕变能力，延缓了正极板栅长大的进程，使正极板表面的正极活性物质与正极板栅小格之间的结合力不会受到破坏，防止了正极板表面的正极活性物质脱落而导致电池失效，从而大大提高了电池的使用寿命.
4、本发明所述的这种铅酸蓄电池正极板，由于涂复的碳纤维复合基层大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性，故减少了正极板表面的正极活性物质在充放电过程中发生膨胀的机会，提高了正极活性物质之间的结合力，使正极活性物质不易形成软化；因此大大减缓了正极板表面的正极活性物质会随着电池充放电循环的进行而软化脱落的进程，进一步提高了电池的使用寿命。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、正极板栅；2、碳纤维复合基层；3、正极活性物质。
具体实施方式
实施例：结合图1所示，本实施例所提供的这种铅酸蓄电池正极板，包括正极板栅1，该正极板栅1表面涂复有由碳纤维与相应基体的混合物制成的碳纤维复合基层2，而在该碳纤维复合基层2上再涂复有由铅膏制成的正极活性物质3，且所述正极活性物质3同现有技术一样填充并充满正极板栅1的栅格。本实施例中所述碳纤维复合基层2是将组分重量百分比为：炭纤维35％、石墨纤维20％、各项异性石墨20％、羧甲基纤维素12％、聚四氟乙烯15％的混合物制成膏浆涂复于正极板栅1表面后再经烘干、固化制成。且本实施例中上述混合物的总重量占正极板铅膏配方中铅重量的0.002％。
本实施例中采用的炭纤维和石墨纤维均为强度2000MPa、模量250GPa的商业化炭纤维和石墨纤维。
本实施例中对于烘干的温度优选35℃，而烘干的时间则为1小时。
本发明所述的这种铅酸蓄电池正极板其优点如下：
由于在正极板栅表面涂复了具备高强度和高强承载能力的碳纤维复合基层，从而大大增强了正极板栅的结构强度和尺寸稳定性。
由于碳纤维复合基层中的各组分均不参与电池的电化学反应，故在电池的整个充放电循环过程中，碳纤维复合基层的性质不会发生变化，从而使得其对于正极板的增强作用也不会减弱。因而随着电池充放电的进行，本发明依旧能够保证正极板的结构强度不变。
由于碳纤维复合基层在电池充放的过程中能够确保正极板栅的结构强度不变，故大大提高了正极板栅的抗蠕变能力，延缓了正极板栅长大的进程，使正极板表面的正极活性物质与正极板栅小格之间的结合力不会受到破坏，防止了正极板表面的正极活性物质脱落而导致电池失效，从而大大提高了电池的使用寿命。
由于涂复的碳纤维复合基层大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性，故减少了正极板表面的正极活性物质在充放电过程中发生膨胀的机会，提高了正极活性物质之间的结合力，使正极活性物质不易形成软化；因此大大减缓了正极板表面的正极活性物质会随着电池充放电循环的进行而软化脱落的进程，进一步提高了电池的使用寿命。

Claims (7)

1.一种铅酸蓄电池正极板，包括正极板栅(1)，其特征在于所述正极板栅(1)表面涂复有由碳纤维与相应基体的混合物制成的碳纤维复合基层(2)，而在该碳纤维复合基层(2)上再涂复有由铅膏制成的正极活性物质(3)。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述碳纤维复合基层(2)是由组分为：炭纤维、石墨纤维、各项异性石墨、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯的混合物制成膏浆涂复于正极板栅(1)表面后再经烘干、固化制成。
3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述碳纤维复合基层(2)是由组分重量百分比为：炭纤维10～40％、石墨纤维10～40％、各项异性石墨10～40％、羧甲基纤维素5～20％、聚四氟乙烯10～30％的混合物制成膏浆涂复于正极板栅(1)表面后再经烘干、固化制成。
4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述混合物组分重量百分比进一步为炭纤维25～35％、石墨纤维15～20％、各项异性石墨15～20％、羧甲基纤维素5～10％、聚四氟乙烯10～15％。
5.根据权利要求4所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述混合物组分重量百分比优选炭纤维35％、石墨纤维20％、各项异性石墨20％、羧甲基纤维素10％、聚四氟乙烯15％。
6.根据权利要求2或3或4或5所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述混合物的总重量占正极板铅膏配方中铅重量的0.0009～0.005％。
7.根据权利要求2或3或4或5所述的铅酸蓄电池正极板，其特征在于所述烘干的温度优选20～50℃，而烘干的时间则为0.5～2小时。
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