CN101764263A - 含有活性炭负极的铅碳超级电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有活性炭负极的铅碳超级电池及其制备方法，该铅碳超级电池的负极由活性炭负极与铅负极内部并联构成，铅碳超级电池的正极采用PbO2作为活性物质，隔板采用AGM隔膜，电解液采用1.0～1.4g/cm3的硫酸。本发明通过在铅负极中引入活性炭负极内部并联作为活性物质，可以大大提升负极的充电接收能力，有效提高铅碳超级电池的低温性能，大大缓解负极硫酸盐化现象，深循环寿命可以达到1800次以上。与无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的成本相比，可以大幅度降低产品的材料成本，与传统铅酸蓄电池相比可以大大延长产品的循环使用寿命，具有明显的性价比优势。

Description

含有活性炭负极的铅碳超级电池及其制备方法
技术领域
本发明属于属于铅蓄电池技术领域，具体涉及一种含有活性炭负极的铅碳超级电池及其制备方法。
背景技术
铅蓄电池已有150年的历史，因其可靠性好、性价比高、资源丰富且可以回收再利用，而在社会生活、工业生产乃至军事领域得到了广泛使用。
随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其中，在太阳能和风能等储能系统、电动汽车驱动电源系统中应用的铅蓄电池存在寿命短(约300～500次)、工作温度范围窄等缺陷，严重影响了配套产品的正常使用，所以需要开发新型铅蓄电池技术来满足这些领域的储能要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有铅蓄电池的不足，提供一种含有活性炭负极的铅碳超级电池技术，可以大大缓解负极硫酸盐化现象，显著提高低温性能，延长深循环使用寿命且便于制造、可靠性高。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种含有活性炭负极的铅碳超级电池，该铅碳超级电池的负极由活性炭负极与铅负极并联构成，铅碳超级电池的正极采用PbO2作为活性物质，隔板采用AGM隔膜，电解液采用1.0～1.4g/cm3的硫酸。
铅碳超级电池的负极中，活性炭负极容量占蓄电池负极总容量的1～10％。该铅碳超级电池的负极由活性炭负极物料和铅膏分别涂敷在同一负极基体的不同区域上，烘干后构成活性炭负极与铅负极并联而制得。
其中活性炭负极物料由导电炭黑、活性炭、CMC、粘结剂和水混合而成。铅膏由铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠、硫酸钡、稀硫酸和水混合而成。以在负极上的所有的活性物质(不包括水)的总质量为100％计，活性炭负极物料的各组分的组成为：导电炭黑0.1～5wt.％、活性炭1～10wt.％、CMC 0.1～5wt.％、粘结剂(如LA132)0.1～5wt.％；铅膏的各组分的组成为：铅粉80～90wt.％、短纤维0.01～0.5wt.％、导电炭黑0.1～5wt.％、木素磺酸钠0.1～5wt.％、硫酸钡0.1～5wt.％、稀硫酸1～5wt.％(质量浓度70.％以下的硫酸)；以上各组分之和满足100％。负极基体采用铅带或铅合金板栅，其厚度一般为2～3mm。
铅碳超级电池的正极采用外化成PbO2电极。
一种含有活性炭负极的铅碳超级电池的制备方法，其步骤为：将配成的活性炭负极物料和铅膏分别涂敷在同一负极基体的不同区域上，在50℃～80℃下烘干，制得活性炭负极容量占蓄电池负极总容量1～10％的铅碳超级电池负极，将制得的铅碳超级电池负极用AGM隔膜包覆，以外化成PbO2电极为正极片，以1.0～1.4g/cm3的硫酸作为电解液，组装成含有活性炭负极的铅碳超级电池。铅碳超级电池的负极为以一个负极基体为共同基体的活性炭负极与铅负极内部并联，正是该内部并联的方式给铅碳超级电池负极带来了优异的性能，如充电接收能力、低温性能、缓解负极硫酸盐化现象等。
具体方法为：将铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠和硫酸钡按照一定的比例进行均匀干混，接着加入适量调节水进行湿混，随后加入适量的稀硫酸和去离子水，搅拌一定时间后即制成铅膏。同时，将导电炭黑与活性炭按照一定的比例进行均匀干混，加入以水为溶剂的CMC和粘结剂充分混合后的混合物；然后，分别将混合后的铅膏和活性炭混合物涂敷在铅带或铅合金电极基体的不同区域上，在50～80℃的温度下烘干，即可制成活性炭负极(活性炭混合物涂敷在基体上制得的负极)与铅负极(铅膏涂敷在基体上制得的负极)内部并联的铅碳超级电池负极。关于实现活性炭负极与铅负极内部并联的涂覆方式有多种(如沿基体长度方向分成两部分涂覆，或者呈间隔带状涂覆等)，只要涂覆过铅膏和活性炭混合物后能够将活性炭负极与铅负极内部并联并符合活性炭负极的容量要求即可。
将制得的铅碳超级电池负极用AGM隔膜U型包覆，以外化成PbO2电极为正极片，以1.0～1.4g/cm3的H2SO4作为电解液，即可组装成铅碳超电容电池。
含有活性炭负极的铅碳超级电池的充放电制度为：按0.01～0.2C倍率在1.0V～2.35V电压范围内恒压限流充放电。
本发明提出了一种含有活性炭负极的铅碳超级电池技术，以容量比例为1∶99～1∶9的活性炭负极与海绵状铅负极内部并联作为铅碳超级电池的负极，正极采用PbO2作为活性物质，隔板采用AGM隔膜，以1.0～1.4g/cm3的硫酸作为电解液。采用这种方法制作的铅碳超级电池，可以大大缓解负极硫酸盐化现象，显著提高低温性能，深循环使用寿命可以达到1800次以上。
本发明的有益效果是通过在铅负极中引入活性炭负极内部并联作为活性物质，可以大大提升负极的充电接收能力，有效提高铅碳超级电池的低温性能，大大缓解负极硫酸盐化现象，深循环寿命可以达到1800次以上。与无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的成本相比，可以大幅度降低产品的材料成本，与传统铅酸蓄电池相比可以大大延长产品的循环使用寿命，具有明显的性价比优势，在太阳能、风能等储能产品以及电动车领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明的实施内容而不限于本发明。
实施例1
将87.55wt.％铅粉、0.08wt.％短纤维、0.5wt.％导电炭黑、0.27wt.％木素磺酸钠、0.4wt.％硫酸钡进行均匀干混，接着加入原料重量比为8～10wt.％的去离子水进行湿混，随后加入2wt.％密度为1.4g/cm3的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆在2.5mm厚的网格状铅合金板栅的一边上，进行高温高湿固化、干燥，即可制成铅负极。
同时将7.6wt.％活性炭与0.6wt.％导电炭黑进行均匀干混，加入0.5wt.％CMC、0.5wt.％LA 132的混合物，再将混合后的膏状物双面涂敷在前述网格状铅合金板栅的另一边上，在50～80℃的温度下烘干，即可制成活性炭负极。铅负极与活性炭负极在同一个基体上构成内部并联，组成铅碳超级电池的负极，其中活性炭负极容量占蓄电池负极总容量的3％。
将制得的铅碳超级电池负极用AGM隔膜U型包覆，以纯铅为基体涂覆有PbO2活性物质的电极为正极片，以1.2g/cm3的硫酸作为电解液，组装成铅碳超电容电池。
按0.1C倍率在1.0V～2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的铅碳超级电池的-40℃低温放电容量可以达到常温25℃放电容量的52％以上，深循环使用寿命可以达到1960次以上。
实施例2
除将活性炭负极容量占蓄电池负极的总容量调整为5％，电解液采用1.3g/cm3的硫酸外，其余按实施例1方法组装成铅碳超电容电池。
按0.12C倍率在1.0V～2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的铅碳超级电池的-40℃低温放电容量可以达到常温25℃放电容量的54％以上，深循环使用寿命可以达到1990次以上。

Claims (8)

1.一种含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于该铅碳超级电池的负极由活性炭负极与铅负极并联构成，铅碳超级电池的正极采用PbO2作为活性物质，隔板采用AGM隔膜，电解液采用1.0～1.4g/cm3的硫酸。
2.根据权利要求1所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于所述的铅碳超级电池的负极中，活性炭负极容量占蓄电池负极总容量的1～10％。
3.根据权利要求1或2所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于所述的铅碳超级电池的负极由活性炭负极物料和铅膏分别涂敷在同一负极基体的不同区域上，烘干后构成活性炭负极与铅负极并联而制得。
4.根据权利要求3所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于所述的活性炭负极物料由导电炭黑、活性炭、CMC、粘结剂和水混合而成。
5.根据权利要求3所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于所述的铅膏由铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠、硫酸钡、稀硫酸和水混合而成。
6.根据权利要求1所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池，其特征在于所述的铅碳超级电池的正极采用外化成PbO2电极。
7.权利要求1～6所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池的制备方法，其特征在于将配成的活性炭负极物料和铅膏分别涂敷在同一负极基体的不同区域上，在50℃～80℃下烘干，制得活性炭负极与铅负极并联且活性炭负极容量占蓄电池负极总容量1～10％的铅碳超级电池负极，将制得的铅碳超级电池负极用AGM隔膜包覆，以外化成PbO2电极为正极片，以1.0～1.4g/cm3的硫酸作为电解液，组装成含有活性炭负极的铅碳超级电池。
8.根据权利要求7所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池的制备方法，其特征在于所述的含有活性炭负极的铅碳超级电池的充放电制度为：按0.01～0.2C倍率在1.0V～2.35V电压范围内恒压限流充放电。
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