CN102074693A

CN102074693A - 一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂

Info

Publication number: CN102074693A
Application number: CN2010105850273A
Authority: CN
Inventors: 陈红雨; 王富茜
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，添加剂的重量百分比为蓄电池对应极板配方中铅粉含量的0.01-10％，添加剂由沉淀SiO₂和/或气相SiO₂组成，或还包括CMC和PTFE中的任意一种或两种，由于沉淀SiO₂或气相SiO₂的存在，添加剂可以与硫酸电解液相互作用，在体系中形成三维网状结构，将硫酸和水包裹在其中，从而使电解液可以和活性物质充分接触；同时，沉淀SiO₂或气相SiO₂比表面积较高，改善了极板的孔隙度，提高了活性物质的表面利用率，提高了蓄电池的容量和循环寿命，可广泛适用于各种高炭铅酸蓄电池极板上。

Description

一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂

技术领域

本发明涉及一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，属于铅酸蓄电池技术领域。

背景技术

铅酸蓄电池在150多年的发展历史过程中，因其价格便宜，原料易得，性能可靠等优点，一直在二次电池工业中占据着重要的地位。但是，由于铅酸蓄电池电化学体系的局限性，电池的质量密度与功率密度均较低，作为动力电池使用时电池的循环寿命较低，特别是作为光伏系统与风力发电系统的储能电池及混合动力汽车用电池时，在高倍率部分荷电状态的状态下，负极板易发生硫酸盐化现象而使电池失效，使用寿命很不理想。

近年来各国对新型储能器件进行了大胆研发，这其中就包括超级电容器和超级电池。

超级电容器是近些年来发展起来的一种新型绿色储能器件，具有快速充放电、功率密度大、循环寿命长等特点，功率密度是普通电池的几十倍以上，而循环次数也可达10万次以上。基于这些优异的性能，超级电容器有非常好的应用前景，然而，其能量密度远低于蓄电池的能量密度，因此也限制了超级电容器的应用。

超级电池是一种将蓄电池与超级电容器相结合的新型储能系统。蓄电池与超级电容器采取内部连接，无需额外的昂贵的电子设备，成本低，同时，由于超级电容器的缓冲作用，在高倍率充放电过程中可以有效抑制蓄电池中硫酸盐的积聚，延长蓄电池的循环寿命，提高功率密度。

其中，美国Axion Power公司开发的电池/超级电容器混合Pb-C电池技术，经实验验证，其循环寿命长，且快速充电能力较高，动力容量有所上升，且重量较轻，除此外，负极没有硫酸盐化问题。其技术要点在于连续和膏同常规铅酸电池和膏相比，负极和膏中掺入大量的碳。但负极活性物质中掺炭会导致涂膏困难，膏体黏着性改变，不易附着在板栅上；某些炭材料导电性较差，添加后会引起负极板内阻增加；掺炭后极板强度差，电池使用过程中活性物质容易脱落，引起电池短路，电池自放电现象严重；由于炭材料和铅粉密度相差非常大，添加后负极板的空隙率大幅度上升，负极易被氧化。

而专利200710035835.0公布了超级电池用双性极板，该专利在极板化成过程中，在电解液中加入胶状纳米碳，化成时碳渗至负极板表面，最终形成碳包铅的结构，制成带电容性的负极板。但该专利所述方法对于薄极板来说，有一定的作用，对厚极板来说则不适用。由乙炔黑与碳纤维等构成的碳膜的电容性与超级电容器专用活性炭相比是微不足道的，且专利中某些添加材料价格昂贵，不适合广泛应用。

从上述超级电池和铅炭电池的研发可以看出，炭材料起到了关键的作用。所以未来铅酸电池的发展方向是铅酸电池+炭。对于普通的铅酸电池，炭材料的添加量为0.2％以下；对于高炭铅酸电池，炭材料添加量为4％以上。如何对高炭铅酸蓄电池极板做进一步的结构配方改进，就成为本发明想要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种高炭铝酸蓄电池极板添加剂，以使其能够提高极板的比表面积和孔隙度，使硫酸能够与活性物质充分接触，提高活性物质表面利用率；同时，还能保证掺炭后膏体的黏着性，增加极板强度，防止使用过程中活性物质脱落，从而达到提高铅酸蓄电池容量和循环寿命的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，极板添加剂包括正极板添加剂和负极板添加剂，正、负极板添加剂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-10％，正、负极板添加剂分别为沉淀SiO₂或气相SiO₂。

所述沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.5-10％。

所述正、负极板添加剂还包括CMC或PTFE中的任意一种，沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％；所述CMC的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％，或PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％。

所述正、负极板添加剂还包括CMC和PTFE的组合物，沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％；所述CMC和PTFE的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2.5％。

一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，极板添加剂包括正极板添加剂和负极板添加剂，正、负极板添加剂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-10％，正、负极板添加剂分别为沉淀SiO₂和气相SiO₂的组合物。

所述组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％。

所述正、负极板添加剂还包括CMC或PTFE中的任意一种，组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％；CMC或PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％。

所述正、负极板添加剂还包括CMC和PTFE的组合物，组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2.5％；CMC的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％；PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2％。

本发明所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂既可以作为正极板添加剂，也可以作为负极板的添加剂。由于沉淀SiO₂或气相SiO₂的存在，添加剂可以与硫酸电解液相互作用，在体系中形成三维网状结构，将硫酸和水包裹在其中，从而使电解液可以和活性物质充分接触；同时，由于沉淀SiO₂或气相SiO₂比表面积较高，在极板中可以达到造孔的目的，改善极板的孔隙度，提高活性物质表面利用率，因此对提高蓄电池容量和循环寿命具有显著作用。

其有益效果在于：

1.本发明所述高炭铅酸蓄电池极板添加剂作为正极板添加剂时，能够改善极板孔隙度，增加正极活性物质的比表面积，改善极板强度，提高化成效率，而且能够提高活性物质的利用率和铅蓄电池放电容量。

2.本发明所述高炭铅酸蓄电池极板添加剂作为负极板添加剂时，能够增加负极活性物质的比表面积，有利于电化学反应的进行，提高活性物质利用率，改善掺炭后膏体与板栅的黏着性，增加极板强度，防止使用过程中活性物质脱落，从而提高蓄电池容量和循环寿命。

3.采用高比表面积的沉淀SiO₂或气相SiO₂作为极板添加剂成分，简便易行，对生产设备无特殊要求，不会增加企业改进生产设备的额外负担，适合大规模生产应用。

4.适用范围广，可用于各种用途和型号的蓄电池极板上，同时，还可以解决高炭电池炭材料和板栅结合力差的问题。

具体实施方式

本发明的中心思想是提供一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，使其能够提高极板的比表面积和孔隙度，使硫酸能够与活性物质充分接触，提高活性物质表面利用率；同时，改善掺炭后膏体黏着性，增加极板强度，防止使用中活性物质脱落，达到提高蓄电池容量和循环寿命的目的。

实施例一

首先取铅粉100公斤，锡粉80克，添加剂800克，其中添加剂包括沉淀SiO₂400克和气相SiO₂400克，添加剂占正极板配方中铅粉含量的重量百分比为0.8％，搅拌3-5分钟使其混合均匀，然后加入配方量的水搅拌10min，在10～12min内加入配方量的稀硫酸，加酸同时不停的搅拌铅膏，加好酸后再搅拌10～15min，搅拌过程中保证和膏温度不高于60℃，出膏前5min测量视密度，要符合工艺规定要求，若偏高，可加适量水进行调节，如低于规定，可适当延长搅拌时间。涂板、淋酸、表面干燥，再在63℃、相对湿度为92％的条件下进行不少于48小时的固化，固化后得到生正极板，将生正极板放入化成槽中进行外化成，得到熟正极板。

取铅粉100公斤，硫酸钡0.7公斤，腐植酸0.5公斤，木素0.4公斤，硬脂酸0.4公斤，乙炔黑0.6公斤，碳纤维0.7公斤，添加剂500克，添加剂包括沉淀SiO₂250克和气相SiO₂250克，添加剂占负极板配方中铅粉含量的重量百分比为0.5％，放入和膏机搅拌3-4分钟使其混合均匀，然后加入配方量的水搅拌5min，在15～20min内加入配方量的稀硫酸，加酸同时不停的搅拌铅膏，使搅拌均匀，加完酸后再搅拌10～15min，搅拌过程中保证合膏温度不高于60℃，出膏前5min测量视密度，要符合工艺规定要求，若偏高，可加适量水进行调节，如低于规定，可适当加长搅拌时间。涂板、淋酸、表面干燥，再在60℃、相对湿度为90％的条件下进行不少于48小时的固化，固化后得到生负极板，将生正极板放入化成槽中进行外化成，得到熟负极板。

然后组装6V4.5Ah阀控电池，焊接、胶封电池盖、加橡胶圈焊端子，滴加色胶，灌酸，充电，得到成品电池。

测试结果表明：电池放电容量提高，循环寿命延长，板栅和膏体结合能力增强。

实施例二

实施步骤同实施例一，正极板添加剂为500克，包括沉淀SiO₂250克和气相SiO₂250克，添加剂占正极板配方中铅粉含量的重量百分比为0.5％；负极板添加剂为800克，包括沉淀SiO₂300克、气相SiO₂300克、CMC200克，添加剂占负极板配方中铅粉含量的重量百分比为0.8％；化成工艺采取内化成。

测试结果表明：活性物质利用率高，电池放电容量提高，循环寿命延长，板栅和膏体结合能力增强。

实施例三

实施步骤同实施例一，正极板添加剂为1000克，包括沉淀SiO₂250克、气相SiO₂250克、CMC250克和PTFE250克，添加剂占正极板配方中铅粉含量的重量百分比为1％；负极板添加剂为2000克，包括沉淀SiO₂500克、气相SiO₂500克、CMC500克和PTFE500克，添加剂占负极板配方中铅粉含量的重量百分比为2％，化成工艺采取内化成。

实施例四

实施步骤同实施例一，正极板添加剂为500克，具体为沉淀SiO₂500克，添加剂占正极板配方中铅粉含量的重量百分比为0.5％；负极板添加剂为3000克，具体为沉淀SiO₂2000克、CMC500克、PTFE500克，添加剂占负极板配方中铅粉含量的重量百分比为3％，化成工艺采取内化成。

实施例五

实施步骤同实施例一，正极板添加剂为2000克，具体为沉淀SiO₂2000克，添加剂占正极板配方中铅粉含量的重量百分比为2％；负极板添加剂为4000克，具体为气相SiO₂4000克，添加剂占负极板配方中铅粉含量的重量百分比为4％，化成工艺采取内化成。

Claims

1.一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述极板添加剂包括正极板添加剂和负极板添加剂，所述正、负极板添加剂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-10％，所述正、负极板添加剂分别为沉淀SiO₂或气相SiO₂。

2.根据权利要求1所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.5-10％。

3.根据权利要求1所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述正、负极板添加剂还包括CMC或PTFE中的任意一种，所述沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％；所述CMC的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％，或PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％。

4.根据权利要求1所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述正、负极板添加剂还包括CMC和PTFE的组合物，所述沉淀SiO₂或气相SiO₂的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％；所述CMC和PTFE的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2.5％。

5.一种高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述极板添加剂包括正极板添加剂和负极板添加剂，所述正、负极板添加剂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-10％，所述正、负极板添加剂分别为沉淀SiO₂和气相SiO₂的组合物。

6.根据权利要求5所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-5％。

7.根据权利要求5所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述正、负极板添加剂还包括CMC或PTFE中的任意一种，所述组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％；所述CMC或PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％。

8.根据权利要求5所述的高炭铅酸蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述正、负极板添加剂还包括CMC和PTFE的组合物，所述组合物中沉淀SiO₂和气相SiO₂的重量百分比分别为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2.5％；所述CMC的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-3％；所述PTFE的重量百分比为对应蓄电池极板配方中铅粉含量的0.01-2％。