CN102170025A

CN102170025A - 量子铅酸蓄电池

Info

Publication number: CN102170025A
Application number: CN2011100687602A
Authority: CN
Inventors: 朱光华; 李斗哲; 孙奉荣; 吴新泉; 艾保忠; 文俊浩; 王文志
Original assignee: BEIJING SAMCHANG YUHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SAMCHANG YUHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-08-31

Abstract

一种铅酸蓄电池，特别是一种量子铅酸蓄电池，包括负极板、正极板和电解液，所述负极板由铅膏与板栅组成，铅膏中按铅粉重量比计算含有4～6％量子化碳悬浮液、0.01～0.06％腈纶短纤维、0.1～0.3％木素、0.15～0.45％乙炔碳黑、0.4～0.7％硫酸钡、5～8％稀硫酸、4～5％纯净水，极板板栅材料采用Pb-Ca-Sn-Al四元合金。本发明负极板铅膏配方中增加了量子化碳悬浮液；该液内粒径尺度均一≤3nm的碳微粒，与活性物质及添加剂配合运用中，改善活性物质的孔率、发展了阴极吸收技术，提高了活性物质利用率、增强了电池深放电性能。试验表明，本发明量子铅酸蓄电池质量能量比高、充放电性能好，维护方便、使用寿命长，适应振动与冲击、低温等恶劣环境运用。

Description

量子铅酸蓄电池

技术领域

本发明涉及一种铅酸蓄电池，特别是一种量子铅酸蓄电池技术。

背景技术

目前铅酸蓄电池得到广泛的应用，其中阀控式密封结构铅酸蓄电池已进入高速发展阶段。但现有铅酸蓄电池质量大，比能量低，实际比能量一般只有30～40wh/kg，其极板的利用率还不到40％，铅金属资源浪费严重。此外，阀控式密封铅酸蓄电池放电容小、使用寿命低等问题也备受关注。

为能解决上述问题，近来出现了将纳米碳微粒作为正极板、电解液添加剂的纳米铅酸蓄电池，其电池中原料组分及配比不够合理，纳米材料特性不突出。因此，具有的化学活性不明显，提高比能量、延长使用寿命的收效甚微。且蓄电池运用中，还出现正极板膨胀加剧、活性物质脱落，蓄电池寿命迅速下降[如中国专利(200510063570.6)]现象。

发明内容

本发明基于纳米材料的量子性质，将量子化碳微粒应用在既有阀控式铅酸蓄电池领域，通过实验，寻求电池极板活性物质与添加剂的科学配方、配比及结构改进，根据铅酸蓄电池“双极硫酸盐化”理论，发展阴极吸收技术，来提高活性物质利用率、减轻电池质量，延长电池循环使用寿命。

本发明的目的是提供一种质量能量比高、充放电性能好，维护方便、使用寿命长的量子铅酸蓄电池。

本发明的技术方案是：一种量子铅酸蓄电池，包括负极板、正极板和电解液，其特征是负极板由铅膏与板栅组成；铅膏中按铅粉重量比计算含有4～6％量子化碳悬浮液、0.01～0.06％腈纶短纤维、0.1～0.3％木素、0.15～0.45％乙缺碳黑、0.4～0.7％硫酸钡、5～8％稀硫酸、4～5％纯净水，极板板栅材料采用Pb-Ca-Sn-Al四元合金。本发明负极板铅膏中，按铅粉重量的4～5％添加用去离子水制成的量子化碳悬浮液，量子化碳悬浮液中碳微粒重量百分比为0.35～0.45％，量子化碳悬浮液中碳微粒的粒径小于10nm。本发明负极板铅膏中，按铅粉重量的4.2％添加用去离子水制成的量子化碳悬浮液，量子化碳悬浮液中的碳微粒重量百分比为0.4％，量子化碳悬浮液中碳微粒的粒径≤3nm。本发明正极板由铅膏与板栅组成，所述铅膏中按铅粉重量比计算含有0.01～0.06％腈纶短纤维、5～8％稀硫酸、4～10％纯净水，所述板栅材料采用Pb-Ca-Sn-Al四元合金。

本发明制作铅酸蓄电池，包括下列步骤：

首先按常规方法制备负极板铅膏，根据上述的原料配方、配比取料。先在纯净水中加入量子化碳悬液、腈纶短纤维混匀；把铅粉与1份添加剂木素、乙炔炭黑、硫酸钡倒入和膏机中干搅，再一次倒入混匀有量子化碳悬液、腈纶短纤维的纯净水，不停搅拌；在10～15分钟内缓缓均匀加入稀硫酸后，再连续搅拌45～50分钟出膏，出膏温度不高于40±3℃，制备好的铅膏密度为4.2±0.05g/cm³。

然后制作正极板铅膏。按配方在纯净水中加入腈纶短纤维搅拌均匀；把铅粉倒入和膏机中，一次倒入混匀有腈纶短纤维的纯净水不停搅拌；在10～15分钟内缓缓均匀加入稀硫酸后，再连续搅拌40～50分钟出膏，出膏温度不高于40±3℃；制备好的铅膏密度为4.3±0.05g/cm³。

另外，本发明涂膏、固化、干燥及组装、化成，也按常规方法、工艺要求进行。蓄电池组装时正、负极板间采用玻璃纤维隔板，适当补充、调整电解液的密度为1.24±0.005kg/L，并采用阀控式密封结构形式。

负极板铅膏中量子化碳悬浮液内碳微粒粒径≤3nm，比表面积大于1000m²/g、表面能高，为无定形弯曲壳结构；该粒径尺度均一的碳微粒具有量子尺寸效应、表面效应等量子性质，在负极板铅膏内应用呈现出特有的吸附、催化、高导电等功能；不仅增加极板的孔隙率及吸水、吸酸能力，增强极板活性物质与板栅之间的结合强度，并调节了表面活性物质及腈纶短纤维、乙炔碳黑、木素、硫酸钡的均衡分布，防止表面活性物质在铅、硫酸铅表面聚集，从而改善负极板导电性，增加了充电接受能力、提高了容量。同时，使正极充电时产生的氧气能被负极吸收，在量子化碳微粒催化下，该氧能立即与负极充电刚生成具有活性的海绵状铅氧化而生成氧化铅，继而与硫酸反应成硫酸铅和水，硫酸铅在充电时又生成海绵状铅，再吸收正极产生的氧而生成氧化铅，这样周而复始的内循环反应中不损失电解液水份，提高了电池的大电流充电、深放电性能及循环使用寿命。

在正极板铅膏中少量增加稀硫酸，改善活性物质的孔隙率、增加导电性能、提高容量；添加腈纶短纤维可以增加活性物质间及与板栅的结合强度，防止软化、脱落，从而提高活性物质的利用率、改善循环使用性能。

由于电池在结构上改进：板栅采用Pb-Ca-Sn-Al四元合金材料，提高了正负极析气(H和O₂)过电位；在阀控式密封结构中，采用玻璃纤维隔板来吸储电解液，并为正极析出的氧气向负极扩散提供通道，促进了氧的内部循环过程、提高了电池的免维护性能。

下表1、表2，分别是采用本发明技术制作的铅酸蓄电池(2V450Ah)为例，按标准规定进行性能检验情况。

表1：量子铅酸蓄电池主要性能检测

表2：量子铅酸蓄电池低温放电容量检测

表1、表2中分别列出(2V450Ah)本发明制作的铅酸蓄电池，参照铁标TB/T3061中TM-450型铅酸蓄电池，进行额定容量、振动与冲击后的容量，常温与低温状况下的放电容量检测数据。

检测数据表明，参照标准检测电池115^#额定容量分别为C₅＝734.7Ah、C₁₀＝754.1Ah，经计算分别比标准容量提高63％、67％；检测振动与冲击后容量为C₁₀＝770.8，经计算比标准容量提高71％。参照标准常温、低温状况下检测电池151^#容量分别为C_10c＝743.3Ah、C_d＝386.5Ah，经计算分别比标准提高65％、48％。

由检测数据分析可以证明，本发明基于纳米材料的量子性质，将量子化碳悬浮液内粒径≤3nm的碳微粒运用在阀控式铅酸蓄池领域，通过极板活性物质与添加剂的科学配方、配比及结构改进，发展了铅酸蓄电池阴极吸收技术，提高活性物质利用率、增强了电池的深放电性能，延长电池循环使用寿命，能适应振动与冲击、低温等恶劣环境，适合在车、船、铁路等交通工具上运用。

本发明提供了一种质量比高、放电量大、充放电性能好，维护方便、使用寿命长的量子铅酸蓄电池。

附图说明

图1为本发明量子铅酸蓄电池常温、低温(-40℃)10h率放电曲线图。

具体实施方式

实施例：量子铅酸蓄电池包括负极板、正极板和电解液，所述负极板由铅膏与板栅组成，其中铅膏采用铅粉(过100目筛)100kg、量子化碳悬浮液(碳悬液中碳微粒重量百分比为0.4％，碳微粒粒径为3nm)5L、腈纶短纤维50g、木素250g、乙炔碳黑200g、硫酸钡(过80目筛)500g、稀硫酸(温度15℃时密度1.40±0.03g/cm³)5.72L、纯净水5L。先把铅粉与木素、乙炔碳黑、硫酸钡倒入和膏机中干搅；在纯净水中加入量子化碳悬液、腈纶短纤维混匀后，再一次倒入和膏机中不停搅拌。在11分钟内缓缓均匀加入稀硫酸(温度15℃时密度1.40±0.03g/cm³)5.72L后，连续搅拌46分钟出膏，出膏温度不高于40±3℃；制备好的铅膏密度为4.2±0.05g/cm³。

正极板由铅膏与板栅组成，其中铅膏采用铅粉(过100目筛)100kg、腈纶短纤维50g、稀硫酸(温度15℃时密度1.40±0.03g/cm³)5.72L、纯净水10L。先把铅粉倒入和膏机中；在纯净水中加入腈纶短纤维混匀后，再一次倒入和膏机中不停搅拌。在11分钟内缓缓均匀加入稀硫酸5.72L后，在连续搅拌46分钟出膏、出膏温度不高于40±3℃；制备好的铅膏密度为4.3±0.05g/cm³。

然后按常规方法、工艺要求，进行涂板、固化干燥及组装、化成；其中极板的板栅材料采用耐腐蚀的Pb-Ca-Sn-Al四元合金，组装时正、负极板间采用玻璃纤维隔板，适当补充、调整电解液的密度为1.24±0.005kg/L；并采用阀控式密封结构形式。随后按电池容量进行三充二放化成处理，直到充足容量为止，制成2V450Ah电池。

图1为本发明实施例(2V450Ah)电池常温、低温(-40℃)10h率放电曲线，其中连接_○奌的曲线与连接_□奌的曲线，分别是常温、低温(-40℃)10h率放电曲线。

Claims

1.一种量子铅酸蓄电池，包括负极板、止极板和电解液，其特征在于所述负极板由铅膏与板栅组成；所述铅膏中按铅粉重量比计算含有：4～6％量子化碳悬浮液、0.01～0.06％腈纶短纤维、0.1～0.3％木素、0.15～0.45％乙炔碳黑、0.4～0.7％硫酸钡、5～8％稀硫酸、4～5％纯净水，所述板栅材料采用Pb-Ca-Sn-AI四元合金。

2.根据权利要求1所述的一种量子铅酸蓄电池，其特征在于所述负极板铅膏中按铅粉重量的4～5％添加用去离子水制成的量子化碳悬浮液，量子化碳悬浮液中的碳微粒重量百分比为0.35～0.45％，量子化碳悬浮液中碳微粒的粒径＜10nm。

3.根据权利2所述的一种量子铅酸蓄电池，其特征在于所述负极板铅膏中，按铅粉重量的4.2％添加用去离子水制成的量子化碳悬浮液，量子化碳悬浮液中的碳微粒重量百分比为0.4％，量子化碳悬浮液中碳微粒的粒径为≤3nm。

4.根据权利要求1所述的一种量子铅酸蓄电池，其特征在于所述正极板由铅膏与板栅组成；所述铅膏中按铅粉重量比计算含有0.01～0.06％腈纶短纤维、5～8％稀硫酸、4～10％纯净水，所述板栅料采用Pb-Ca-Sn-AI四元合金。

5.根据权利要求1～4所述的一种量子铅酸蓄电池，其特征在于铅酸蓄电池采用阀控式密封结构。