CN101777650B - 电池及其负极组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池及其负极组合物,该组合物包括如下重量含量的组分:80.8%-82.6%的铅粉、0.13%-0.17%的炭黑、0.06%-0.1%的木素磺酸钠、0.39%-0.43%的腐植酸、0.1%-0.13%的阻氧剂、0.32%-0.5%的硫酸钡、0.03%-0.05%的短纤维、7.1%-8.0%的硫酸、8.9%-9.9%的纯水;本发明的电池耐过充、耐过放能力高,延长了电池的使用寿命,同时保留了电池的容量高、大电流放电性能好、低温特性优等优点。
Description
技术领域
本发明涉及移动供电技术领域,具体涉及一种电池及其负极组合物。
背景技术
摩托车、汽车、船舶发动机的启动主要采用铅酸蓄电池提供能源,同时,铅酸蓄电池也可以作为其照明灯、喇叭等设施的电源。由于车辆质量参差不齐,用途广泛,特别是作为载客用途的车辆,要求蓄电池有更高的耐过充、耐过放性能。然而,现有的铅酸蓄电池产品,仅是按照国家标准执行,无法满足更高的耐过充、耐过放性能要求,实际使用寿命往往达不到预期的一年要求,只能维持6-8个月。
电池寿命的提前终止,通常认为有以下几种原因:
(1)正极板栅的腐蚀变形:目前的正极板栅使用的合金为铅锑合金、低锑合金或铅钙系列,这三种合金铸成的板栅,在蓄电池的充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅,最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效;或由于二氧化铅腐蚀层的形成,使铅合金产生应力,使板栅线性长大变形,最终使极板整体遭到破坏,导致活性物质因与板栅接触不良而脱落或在汇流排处短路。
(2)正极活性物质脱落、软化:随着充放电循环反复进行,正极活性物质(二氧化铅颗粒)之间的组合变得松弛、软化,从而从极板上脱落下来;另外,极板的制造、装配的松紧和充放电等因素,也会对正极活性物质的软化、脱落有影响。
(3)不可逆的硫酸盐化:电池过放电、放电后长期存储或在放电状态下存储时,极板会在硫酸铅的溶解、重结晶作用下生成一种粗大的、难于接受充电的硫酸铅结晶,此现象称为不可逆硫酸盐化,严重时导致电极失效,无法充电。
(4)锑在活性物质上的严重积累:随着充放电循环反复进行,正极板上的部分锑被氧化成离子形式,随电解液到达负极活性物质上被还原,由于电解液中氢离子在锑上比在铅上更容易被还原而生成氢气,因此锑积累后,电池充电时大部分电流均用于水分解,电池因不能正常充电而失效。
(5)负极汇流排的腐蚀:一般情况下,汇流排不存在腐蚀问题,但在阀控式密封蓄电池中,当建立氧循环时,电池上部空间基本充满氧气,隔膜中的电解液也可能沿极耳上升到汇流排,汇流排的合金则会被氧化生成硫酸铅。如果汇流排焊条合金选择不当,有杂质和缝隙,腐蚀会沿着这些缝隙加深,致使极耳与汇流排脱开,导致负极板失效。
然而,从常规的技术方面,例如,正负活性物质配比、制造工艺控制、原材料的杂质控制等方面进行了大量的试验,仍不能达到理想的延长寿命的效果。因此,迫切需求一种保留了电池的其他优良特性,例如大电流放电性能好、低温启动能力好,并具有延长使用寿命的电池。
发明内容
有鉴于上述需求,本发明的目的旨在于,提供一种摩托车电池的负极活性物质组合物,其包括如下重量含量的组分:
铅粉 | 80.8%-82.6% | 硫酸钡 | 0.32%-0.5% |
炭黑 | 0.13%-0.17% | 短纤维 | 0.03%-0.05% |
木素磺酸钠 | 0.06%-0.1% | 硫酸 | 7.1%-8.0% |
腐植酸 | 0.39%-0.43% | 纯水 | 8.9%-9.9% |
阻氧剂 | 0.1%-0.13% |
在本发明的优选实施方式中,所述炭黑为乙炔黑。优选地,所述铅粉的密度为1.3-1.5g/cm3,氧化度为72%-78%。优选地,所述硬脂酸为粉状;所述硫酸钡为沉淀级硫酸钡。优选地,所述硫酸为用分析纯浓硫酸以及纯水稀释而成,其在25℃温度下的密度为1.400±0.005g/ml。在优选的实施例中,所述短纤维为4-6mm的聚脂。所述纯水的电阻率优选大于或等于80万·欧·cm。
在本发明的研发过程中,发明人通过对负极活性物质组合物的组分进行调整,使得与现有技术相比,炭黑(乙炔黑)和硬脂酸的用量相对减少,且木素磺酸钠与高纯腐植酸的比率减小,从而抑制了电池的过度失水和负极活性物质的软化,提高了电池的耐过充、耐过放能力,延长了电池的使用寿命,同时保留了电池的容量高、大电流放电性能好、低温特性优等优点。
具体实施方式
以下通过优选实施方式来进一步详细描述本发明。
在容器中,按下表1将各组分通过常规生产方法配制在一起,形成铅膏,铅膏视密度4.34±0.05g/cm3。该铅膏非常有利于填涂一些薄型极板,正好适应了摩托车用电池的极板的要求。
表1摩托车用铅酸蓄电池负极活性物质组合物配方
组分名称 | 含量(kg) |
铅粉(密度=1.4g/cm3、氧化度=75%) | 500 |
乙炔黑 | 1.00 |
木素磺酸钠 | 0.40 |
高纯腐植酸 | 2.60 |
粉状硬脂酸 | 0.60 |
沉淀级硫酸钡 | 2.50 |
短纤维 | 0.25 |
硫酸(分析纯25℃时d=1.400±0.005g/ml) | 44.8 |
纯水(电阻率≥80万·欧·cm) | 58 |
与现有技术相比,炭黑(乙炔黑)用量在以前用量的基础上减少0.25kg,既保证了负极的充电接收能力,又能有效地抑制水的分解。而且,通过调整木素磺酸钠与高纯腐植酸(两者均为有机膨胀剂)的用量配比(降低木素磺酸钠的用量并提高高纯度腐植酸的用量),有效地解决了负极板的软化的问题。同时,将硬脂酸(阻氧剂)的用量降低0.2kg,用量降低后的效果表明,负极板的吸酸速度提高,同时也保证了负极板的抗氧化贮存性能,这样的结果满足了电池装配厂的极板贮存性能需求,又适应了快速加酸的工艺要求。即,通过使用本发明的负极组合物配方,有效地降低了电池的失水率,遏制了负极板软化现象,提高了电池的耐过充、耐过放性能,延长了电池的使用寿命,同时保留了原有电池的容量高、大电流放电性能好、低温启动能力好等优点。
本发明的另一方面提供含有所述负极活性物质组合物的电池,其包括正极、涂布有所述负极活性物质组合物的负极和电解质等等。这种的电池可通过本领域的技术人员,依据已知的方法来制造,在此不再赘述。
为进一步证实本发明的效果,以下通过实验来进一步阐释本发明的优点。
将按上述配方配制出的铅膏填涂极板,并制造出MF12V7-1A(12V7Ah)电池。对该电池进行以下测试与比较,其中测试步骤及结果如下所示。
对照电池的来源和型号:负极板采用常规配方和膏、填涂出的极板,其他制造技术和电池型号均同实验电池。
实验一、实验电池与对照电池的失水率比较
实验步骤:1.充足电的电池用7A电流恒流放电至3V;
2.静置10分钟;
3.恒流1.4A充电5小时,然后再恒流0.7A充电5小时;
4.静置30分钟;
5.重复循环上述1-4步10次。
实验结果:
组别 | 循环次数 | 实验电池失水量 | 对照电池失水量 |
A | 10 | 14g | 69g |
B | 10 | 14.5g | 72g |
C | 10 | 14.5g | 68g |
由上表可看出,通过过充、过放循环试验后,采用本发明配方的电池失水率大幅度下降,由以前的失水70g下降到本次的只失水15g。
实验二、常温5C大电流放电时间测试以及-10℃的低温8C大电流放电
A实验步骤:室温状态下,充足电的电池用35A电流恒流放电至6V,记录放电时间。
A实验结果:
组别 | 5C实验电池放电时间 | 5C对照电池放电时间 |
A | 5分15秒 | 5分15秒 |
B | 5分 | 5分20秒 |
C | 5分10秒 | 5分10秒 |
B实验步骤:充足电的电池在-10℃的低温环境中放置15-24小时,然后取出在1分钟内用56A电流恒流放电至6V,记录放电时间。
B实验结果:
组别 | 低温8C实验电池放电时间 | 低温8C对照电池放电时间 |
A | 1分42秒 | 1分45秒 |
B | 1分35秒 | 1分42秒 |
C | 1分39秒 | 1分40秒 |
综合实验二之A、B实验结果表明,常温5C大电流放电以及-10℃的低温8C大电流放电时间,亦达到了预期的目标,分别为5分钟和1分钟40秒。
实验三、负极板软化变化测试
实验步骤:按实验一的实验方法进行20次过充、过放电的循环后,进行35A放电,记录放电时间。然后解剖电池观察。
实验结果:
项目 | 实验电池 | 对照电池 |
35A放电时间 | 4分20秒 | 3分45秒 |
解剖结果 | 紧贴负极的隔板表面干净,负极表面无软化。 | 紧贴负极的隔板表面有一层铅粉,负极表面有轻微软化。 |
由实验三的结果表明,电池经过某一特定的过充过放循环试验20次后,35A大电流放电,实验电池的放电时间要比对照电池的放电时间多35秒;解剖电池观察,改进后(使用本发明配方)的电池负极板表面无软化迹象,但改进前的负极板表面有轻微软化。这项结果表明实验电池的放电时间要比对照电池的放电时间多35秒,实验电池的耐过充、过放性能要比对照电池的耐过充、过放性能好。
实验四、使用寿命比较
实验步骤:将上述实验一、实验二完成后的电池进行下述实验:
1.10次连续大电流充放电循环(35A放电至6V,静置20分钟后用恒流1.4A充2小时,然后用恒压16V,限流0.7A充电4小时,最后静置20分钟后转35A循环放电。)
2.电池充足电后,在0℃的环境中放置15-20小时后,装车连续启动至不能启动。启动次数超过30次则继续转入下一步,启动次数不超过30次则寿命实验结束。
4.常温56A放电检测,放电时间超过45秒,则继续转入下一步;放电时间低于45秒则寿命实验结束。
5.电池充足电后,按照实验一的方法进行连续10次的过充、过放电实验。
6.常温56A放电检测,放电时间超过45秒,则继续转入第一步循环;放电时间低于45秒则寿命实验结束。
上述1-6为1个循环单元。
实验结果:
组别 | 实验电池寿命循环 | 对照电池寿命循环 |
A | 6个10次大电流循环,5个10次过充、过放电循环,5次装车连续启动。共计5个循环单元。 | 3个10次大电流循环,3个10次过充、过放电循环,3次装车连续启动。共计3个循环单元。 |
5个10次大电流 |
B | 循环,5个10次过充、过放电循环,5次装车连续启动。共计5个循环单元。 | / |
寿命测试对比结果表明:两组电池(改进前和改进后)用相同方法进行横向对比试验,改进后的电池的寿命循环次数比改进前提高75%。
根据行业内基本常识,可以知道,本发明的负极组合物可以适用于摩托车、汽车、船舶等启动型用途的铅酸蓄电池。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
2.如权利要求1所述的负极组合物,其特征在于,所述炭黑为乙炔黑。
3.如权利要求1所述的负极组合物,其特征在于,所述铅粉的密度为1.3-1.5g/cm3,氧化度为72%-78%。
4.如权利要求1所述的负极组合物,其特征在于,所述硫酸钡为沉淀级硫酸钡。
5.如权利要求1所述的负极组合物,其特征在于,所述硫酸为用分析纯浓硫酸以及纯水稀释而成,其在25℃温度下的密度为1.400±0.005g/ml。
6.如权利要求1所述的负极组合物,其特征在于,所述纯水的电阻率≥80万·欧·cm。
7.一种包含权利要求1所述的负极组合物的电池,其包括:
正极;
涂布有所述负极组合物的负极;和
电解质。
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