CN101728090A - 一种铅酸电容组成的超级电池及其制备方法 - Google Patents

一种铅酸电容组成的超级电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铅酸电容组成的超级电池及其制备方法，该超级电池包括正极板、负极板，以负极板栅为集流体，以活性炭取代现有铅酸电池负极板中铅膏的1％～90％。本发明还包括所述负极板的制备方法。本发明之铅酸电池的充电接收能力大大增强，大电流放电特性有显著提高，铅酸电池的水损耗明显减少，铅酸电池铅板栅的腐蚀明显降低；使用寿命平均增长80％以上，体积比能量达到100Wh/l；铅用量减少10％-50％，大大减少了铅的消耗。

Description

一种铅酸电容组成的超级电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铅酸电池及其制备方法，尤其是涉及一种铅酸电容组成的超级电池及其制备方法。
背景技术
传统的双电层电容，比能不超过3Wh/l，如美国专利4313084和美国专利4562511中所说。
中国专利CN1518752A公开了一种电双层电容，该电双层电容包括：一个由碳材料制成的可极化的电极，一个包括二氧化铅和硫酸铅的不可极化的电极，一个在可极化电极和不可极化电极之间的分隔器，以及一种包含硫酸的水溶液电解质。该发明同传统的双电层电容相比，比能有了很大的提高，该发明的比能达到了59Wh/l；CN1518752A公开的电双层电容的循环寿命也达到6800周期，在充分高的比电容下高达约100mA/cm2的充放电电流；但是，CN1518752A中公开的电双层电容仍存在以下缺点：1)跟铅酸电池的高比能量相比，比能仍不够高；2)与纯的双层电容器相比，大电流充放电性能及循环寿命也偏低。
日本专利特昭2-11008公开了一种仅具有一个由碳材料制成的可极化电极的双电层电容，该产品的缺点是实际充放电电流非常低(0.1至1mA/cm2)，以及由于使用无水电解质造成的非常低的能量密度；其另一个基本缺点是，可循环性非常低，仅约100～200周期。
普通铅酸电池的普遍缺陷是循环寿命短，仅100％DOD在200个周期左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比能高，大电流放电性能好，循环使用寿命长，由铅酸电容组成的超级电池。
本发明之超级电池结构与现有铅酸电池结构基本相同，包括正极板、负极板，其特征在于，以负极板栅为集流体，以活性炭膏取代现有铅酸电池负极板的1％～90％。
所述活性炭膏采用以下方法制成：将活性炭与导电剂、粘结剂按一定比例混合，用有机溶剂溶解或者采用水浴加热的方法制成活性炭膏，涂覆到负极栅板上，或者作为添加剂添加到铅膏中；所述一定比例是指导电剂所占比例为1wt％～10wt％，活性炭所占比例为80wt％～98wt％，粘结剂所占比例为1wt％～10wt％；
涂覆的方法：将活性炭膏直接涂覆到板栅表面，涂覆厚度0.01mm～1.0mm，或者将浆料制成厚度为0.1mm～2.0mm的薄片，压制到板栅上；单面涂覆或双面涂覆，涂覆后在20～80摄氏度下烘干；
作为添加剂添加到铅膏中的方法：按照所述比例配好干燥的活性炭膏，采用粉碎机打成粒径0.1nm～1mm粉末，然后作为添加剂在铅膏搅拌的过程中加入，添加比例为1wt％～5wt％。
水浴的方法：将粘结剂、导电剂和活性炭按照所述比例混合，加入相当于粘结剂、导电剂和活性碳混合物总质量0.1wt％～5wt％的有机溶剂，溶解，加入纯水至盖住混合物，加热煮沸5分钟，过滤，在20～80摄氏度下烘干；
所述活性炭种类不限，可为椰壳活性炭、净水炭、果壳活性炭或煤质活性炭等。
所述导电剂可为导电炭黑或导电金属粉等。
所述粘结剂可为PTFE乳液、CMC、PVDF或环氧树脂粘结剂(Epoxy Adhesive)等热固性有机粘结剂；
所述有机溶剂可为酒精或四氯化碳等。
经过试验和测试数据表明：活性炭作为添加剂的存在可以打乱硫酸铅晶体的生长，同时，活性炭的二次相材料能够阻止硫酸盐晶粒的长大，炭的这一性能为铅酸电池在大电流放电过程中防止无效硫酸铅的生长起到了很好的效果；其次，有些碳能够以某种形式作为含氢粒子的宿主来储存一部分氢，碳能嵌入其他分子或离子来影响氢的析出，扩散到负极的氧能够与碳形成有机分子，炭的这几种性能可以大大减少铅酸电池在过放过程中产生的水损耗；其三，活性炭的高表面积有利于高倍率下接受和放出电荷，减少电流密度，活性炭的多孔性与亲酸性可以加速酸的扩散，活性炭的这些性能大大提高了铅酸电池的充电接收能力，也提高了铅酸电池的大电流放电性能。
经过试验验证，本发明之铅酸电池的充电接收能力大大增强，大电流放电特性有显著提高，铅酸电池的水损耗明显减少，铅酸电池铅板栅的腐蚀明显降低；产品的寿命平均增长了80％以上，体积比能量达到100Wh/l。
本发明的另一个显著效果是：铅含量大大降低，有利于节约金属资源，保护环境。例如，随着电动自行车市场的进一步扩大，电池的消耗量也进一步增加。目前，电池的平均寿命在10-12个月之间，几乎每台车每年需要一组电池，平均耗铅量在4.5公斤/只，而目前市场上的电动车辆达到了1亿辆，每年的耗铅量达到135万吨，如果能够将电池使用寿命延长一倍，每年能节省铅67.5万吨；同时通过本发明，同容量的铅酸电池，铅用量减少10％-50％，大大减少了铅的消耗。
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例包括7个正极板，8个负极板，正极板采用普通铅酸电池普通正极板，负极板中采用8片活性炭极片，所述活性炭极片采用如下方法制作：将活性炭、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(PDFE)按98∶1∶1的比例混合，搅拌均匀后，加入1％的酒精，加入纯水覆盖住混合物，煮沸5分钟后过滤，压制成0.1mm厚的薄片，然后将成型薄片压制在负极板上，在40摄氏度下烘干，形成新的负极极片。
本实施例产品在充电过程中，炭的多孔性与亲酸性加速了硫酸的扩散，过充时扩散到负极的氧能够与碳原子形成有机分子，减少正极板栅的氧化，从而间接的提高了产品的充电接收能力。
本实施例产品在放电过程中，炭的高表面积减少电流密度，从而增加了铅酸电池的大电流放电特性；炭的存在同时打乱了一部分无效硫酸铅晶体的生长，有些碳原子还能够以某种形式作为含氢粒子的宿主来储存一部分氢，碳原子能嵌入其他分子或离子来影响氢的析出，从而减少水损耗。
在对比测试中获得如下结果：本实施例产品与无活性炭极片的普通铅酸电池相比，电池寿命延长了55％，重量比能量提高了8％，正极板栅的腐蚀程度明显减少。
实施例2
本实施例包括7个正极板，8个负极板，正极板采用普通铅酸电池普通正极板，8片负极板在生产过程中，向铅膏内加入1wt％活性炭膏，活性炭混合物的配制方法如下：活性炭、导电剂(石墨)、粘结剂(PDFE)按92∶5∶3的比例混合，搅拌均匀后，加入5％的酒精溶解，40度下干燥12小时，然后采用粉碎机打成直径小于1mm的粉末，作为添加剂添加到铅膏中。
本实施例产品在充电过程中，碳的多孔性与亲酸性加速了硫酸的扩散，过充时扩散到负极的氧能够与碳形成有机分子，减少了正极板栅的氧化。从而间接的提高了产品的充电接收能力。
本实施例产品在放电过程中，碳的高表面积减少电流密度，从而增加了铅酸电池的大电流放电特性。炭的存在同时打乱了一部分无效硫酸铅晶体的生长，有些碳还能够以某种形式作为含氢粒子的宿主来储存一部分氢，碳能嵌入其他分子或离子来影响氢的析出，从而减少了水损耗。
在测试中获得如下测试结果：带2个活性炭极片的结构集成超级电池跟无活性炭极片的普通铅酸电池相比，电池寿命延长了21％，重量比能量提高了2％。
实施例3
本实施例包括7个正极板，8个负极板，正极板采用普通铅酸电池普通正极板，负极板中，采用2片活性炭极片，所述活性炭极片采用如下方法制作：将活性炭、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(PDFE)按80∶10∶10的比例混合，搅拌均匀后，加入1％的酒精，加入纯水覆盖住混合物，煮沸5分钟后过滤，压制成2mm厚的薄片，然后将成型薄片压制在负极板栅上，在40摄氏度下烘干，形成新的负极极片。
本实施例产品在充电过程中，炭的多孔性与亲酸性加速了硫酸的扩散，过充时扩散到负极的氧能够与碳原子形成有机分子，减少正极板栅的氧化，从而间接的提高了产品的充电接收能力。
本实施例产品在放电过程中，炭的高表面积减少电流密度，从而增加了铅酸电池的大电流放电特性；炭的存在同时打乱了一部分无效硫酸铅晶体的生长，有些碳原子还能够以某种形式作为含氢粒子的宿主来储存一部分氢，碳原子能嵌入其他分子或离子来影响氢的析出，从而减少水损耗。
在对比测试中获得如下结果：本实施例产品与无活性炭极片的普通铅酸电池相比，电池寿命延长了28％，重量比能量提高了5％。
实施例4
本实施例包括7个正极板，8个负极板，正极板采用普通铅酸电池普通正极板，8片负极板在生产过程中，向铅膏内加入5wt％活性炭膏，活性炭膏的配制方法如下：活性炭、导电剂(石墨)、粘结剂(PDFE)按98∶5∶3的比例混合，搅拌均匀后，加入1％的酒精，加入纯水覆盖住混合物，煮沸5分钟后过滤，40度下干燥12小时，然后采用粉碎机打成直径小于1mm的粉末，作为添加剂添加到铅膏中。
本实施例产品在充电过程中，碳的多孔性与亲酸性加速了硫酸的扩散，过充时扩散到负极的氧能够与碳形成有机分子，减少了正极板栅的氧化。从而间接的提高了产品的充电接收能力。
本实施例产品在放电过程中，碳的高表面积减少电流密度，从而增加了铅酸电池的大电流放电特性。炭的存在同时打乱了一部分无效硫酸铅晶体的生长，有些碳还能够以某种形式作为含氢粒子的宿主来储存一部分氢，碳能嵌入其他分子或离子来影响氢的析出，从而减少了水损耗。
在测试中获得如下测试结果：带2个活性炭极片的结构集成超级电池跟无活性炭极片的普通铅酸电池相比，电池寿命延长了58％，重量比能量提高了8％，正极板栅的腐蚀程度明显减少。

Claims (6)

1.一种铅酸电容组成的超级电池，包括正极板、负极板，其特征在于，以负极板栅为集流体，以活性炭膏取代现有铅酸电池负极板中铅膏的1％～90％。
2.一种铅酸电容组成的超级电池的制备方法，其特征在于，权利要求1所述活性炭膏采用以下方法制成：将活性炭、导电剂与粘结剂按一定比例混合，用有机溶剂溶解或者采用水浴加热的方法制成活性炭膏，涂覆到负极栅板上，或者作为添加剂添加到铅膏中；所述一定比例是指：导电剂所占比例为1wt％～10wt％，活性炭所占比例为80wt％～98wt％，粘结剂所占比例为1wt％～10wt％；
涂覆的方法：将活性炭膏直接涂覆到板栅表面，涂覆厚度0.01mm～1.0mm，或者将浆料制成厚度为0.1mm～2.0mm的薄片，压制到板栅上；单面涂覆或双面涂覆，涂覆后在20～80摄氏度下烘干；
作为添加剂添加到铅膏中的方法：按照所述比例配好干燥的活性炭膏，采用粉碎机打成粒径0.1nm～1mm粉末，然后作为添加剂在铅膏搅拌的过程中加入，添加比例为1wt％～5wt％；
水浴的方法：将粘结剂、导电剂、活性碳按照所述比例混合，加入相当于粘结剂、导电剂和活性碳总质量的0.1wt％～5wt％的有机溶剂，溶解，加入纯水至盖住混合物，加热煮沸5分钟，过滤，在20～80摄氏度下烘干。
3.根据权利要求3所述的铅酸电容组成的超级电池的制备方法，其特征在于，所述活性炭为椰壳活性炭、净水炭、果壳活性炭或煤质活性炭。
4.根据权利要求3或4所述的铅酸电容组成的超级电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂为导电乙炔黑、导电多向硅或导电金属粉。
5.根据权利要求3或4所述的铅酸电容组成的超级电池的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PTFE乳液、CMC、PVDF或环氧树脂粘结剂。
6.据权利要求3或4所述的铅酸电容组成的超级电池的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为酒精或四氯化碳。
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