CN102263254A - 铅酸电池复合负极的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铅酸电池复合负极的生产方法，属于电化学电源领域。在铅酸电池复合极板的生产过程中，负极板栅经过负极板铅膏涂布完成后，直接进入电容层涂布工序，然后再进行极板的固化干燥，此种工序提高了复合极板铅酸电池的性能，而且还简化了复合极板的生产工艺，提高了生产效率。

Description

铅酸电池复合负极的生产方法

技术领域

本发明属于电化学电源领域，属于铅酸电池负极板的改良技术，本发明提供的复合负极板所制备的铅酸蓄电池适用于部分充电状态PSOC进行反复快速充放电的混合汽车、风机以及太阳能发电储能等产业用途。

背景技术

随着国家新能源战略的提出，各汽车厂商开始对混合动力汽车的研发逐渐重视，而且国家也加大了对于风光离网并网储能的支持力度。目前常用的并相对成熟的电池主要分为锂离子电池，镍氢电池和铅酸电池，而相比前两种电池，铅酸电池在成本，安全以及低温放电方面仍然有较大的优势，因此迄今为止铅酸电池仍然占据了在很多电池应用领域的大部分份额，如汽车电池，大型储能电池等。尽管如此，但由于现在发展的新的储能或电池应用领域中，又提出了对所用电池性能的特殊需要，如PSOC下的大电流充放电，长时间无恢复性充电的小电流深放电循环等，对此传统的铅酸电池已经不能很好的满足当前的要求。如混合动力汽车所用电池，无论从微混到强混都要求电池具备PSOC下大电流的充放电性能，大约8C的充电电流来满足汽车刹车制动的能量回收功能，大约需要15C的瞬时大电流放电以应对汽车启动及加速要求。在上述情况下，普通铅酸电池非常容易硫酸盐化，从而导致了铅酸电池负极过早失效，极大的降低了电池的寿命。另外，对于太阳能风能发电所需的储能电池来讲，需要电池经常在不饱和充电状态下小电流且放电深度较大的情况下长时间运行，而且还不能及时的进行恢复性满充电，这样也非常容易导致电池因为硫酸盐化而失效。

对于上述问题，一般的解决办法是通过把超级电容器和普通电池进行外部并联来完成，但这种方式造成了超级电容器和普通电池的电气连接和电流电压控制系统较为复杂，提高了整个电池系统的成本。除此之外，针对上述问题的另一个更好的解决方法是研发带有复合负极板的铅酸电池，其原理是普通电池与超级电容器的内部混联，即在多孔集电板中充填铅活性物质构成的负极板表面施加炭混合剂覆盖层来制备复合极板，而炭混合剂覆盖层由具有导电性的炭黑、具有电容器容量或类似电容器容量的活性炭、石墨以及氯丁橡胶等粘结剂来组成的。当此复合负极板作为铅蓄电池负极使用，如果电池在反复进行PSOC快速充放电时，因为碳混合层所固有的较好的容性充放电性能，使得铅蓄电池在反复进行PSOC快速充放电时，能够在大电流放电时缓解电流对负极本体的冲击作用，因此与以往普通负极板构成的铅蓄电池相比，大电流放电能力得到很好的改善，且循环寿命大幅度延长。

现有问题：以前碳活性层都是涂布在固化后或者化成后的电池负极板上形成的复合负极，但带来的问题是因为板栅湿膏涂布后需要进行干燥，然后才能固化，而固化后涂布完成后还要对碳活性层进行干燥，使得生产工序重复化，影响了生产效率。另外，经过较长时间放置的固化生极板或者熟极板，会因为空气氧化而在表面产生部分浮粉，使碳活性层与极板本体的结合性变差。

发明内容

本发明提供一种铅酸电池复合负极的生产方法，以解决以前生产工序重复化，生产效率较低的问题；另外，还解决了经过较长时间放置的固化生极板或者熟极板，会因为空气氧化而在表面产生部分浮粉，使碳活性层与极板本体的结合性变差的问题。

本发明的技术方案是：包括下列步骤：

(一)、按照正常铅膏配方进行涂膏制成负极板；

(二)、将负极板两面分别涂布常规的电容层涂层，涂布量为负极活性物质重量的1～3％，形成复合负极板；

(三)、按常规方法对上述复合负极板进行固化。

本发明还包括：

在上述步骤(一)后面增加常规的淋酸步骤。

本发明还包括：

在上述步骤(二)后面增加常规的淋酸步骤。

铅酸电池的复合极板是由电容层和铅酸电池负极板内部并联组合在一起的，其中关于电容器层的制作方法是，将炭黑，活性炭，粘结剂等通过球磨机，混合器及涂布装置将湿态的电容层浆料涂布到固化后的负极板上制备而成。

原有复合极板的制造工艺一般是把电容层浆料在熟极板上或者是固化后的生极板上进行涂布成膜，然后再进行化成干燥。本发明提出的复合极板的生产方式则跟一般涂布方式不同，并不在固化后或者化成后的极板上进行涂布，而是在铅膏涂布到板栅上后得到的湿态生极板上，立即进行电容层的涂布，不必要经过固化后分片涂布后的干燥工序，从而提高了复合极板的生产效率，而且还会因为增加了电容层和极板本体的连接紧密性，而提高复合极板制备的电池的性能。此发明中生极板涂布还可以细分为涂膏后淋酸前涂布，涂膏后淋酸后涂布，或者涂膏后直接涂布并完全省却淋酸步骤。

因为复合极板所用的以活性炭及导电炭黑为主要组分的电容层是多孔结构，孔隙率在大约70％左右，因此当复合极板涂布完成后，复合极板可以直接放入固化室中干燥，因电容层的多孔结构，并不会影响氧气进入到极板中，因此对于固化时要求反应的氧气量没有影响，而且因为不经过淋酸步骤，电容层和负极极板本体之间并无较多的硫酸铅层存在，干燥过程中氧气跟内部极板活性物质的反应甚至更为通畅。另外，也因为没有硫酸铅层的存在，复合极板固化完成后，组装到电池中进行内化成时，还会因为电解液更容易与极板活性物质反应而使化成容易进行，且界面间生成的铅离子更多更容易，造成了碳容层中的铅离子较多，可以充分的起到抑制析氢的作用，并相对增加了电容层和极板的接触强度，使两者一体化程度加强，不容易发生脱离现象。因此一般来讲可以省掉淋酸步骤，但在负极涂膏后立即进行电容层的涂布，即使加入淋酸步骤，电容层的结合也会比固化后进行涂布的效果要好。

具体实施方式

实施例1

(一)、按照正常铅膏配方进行涂膏制成负极板；

(二)、将负极板两面分别涂布常规的电容层涂层，涂布量为负极活性物质重量的1～3％，形成复合负极板；

(三)、按常规方法对上述复合负极板进行固化。

实施例2

(一)、按照正常铅膏配方进行涂膏制成负极板；

(二)、淋酸；

(三)将负极板两面分别涂布常规的电容层涂层，涂布量为负极活性物质重量的1～3％，形成复合负极板，

(四)、按常规方法对上述复合负极板进行固化。

实施例3

(一)、按照正常铅膏配方进行涂膏制成负极板；

(二)、将负极板两面分别涂布常规的电容层涂层，涂布量为负极活性物质重量的1～3％，形成复合负极板；

(三)淋酸；

(四)、按常规方法对上述复合负极板进行固化。

下边通过对比实验进一步说明本发明的效果。

实验材料

运用传统方法制造阀控式铅蓄电池所使用的正极板，尺寸为74mm×77mm×1.7mm；负极板分别按实施例1、实施例2、实施例3制成，尺寸为74mm×77mm×1.5mm；

然后，按照正极容量规制极板按照四正五负组合，将这些负极板和正极板收入电池槽中，并插入AGM隔板交替层叠形成极板群，然后注入1.28比重，硫酸钠为1.5％的电解液，进行内化成，分别制造5小时率容量为10Ah的12V铅蓄电池。另外在电池槽与极板群之间插入调压片，调整各极板群的压力为20kPa。

本发明电容层涂层中所用的配方为常规配方：例如：活性炭：42份，比表面积1500m²/g；乙炔黑：45份，氯丁橡胶：7份，；去离子水：350份。

比较例

运用传统方法制造阀控式铅蓄电池所使用的正极板和负极板，尺寸分别为74mm×77mm×1.7mm和74mm×77mm×1.5mm，按照正常极板配方进行和膏，并按照传统工艺把极板涂完膏后，淋酸，干燥并直接进入固化室得到固化后的生极板。以此生极板为基底，把活性炭和炭黑混合组成的电容层再按照刮涂的方式涂布到固化后的基板上，将各个负极两面(不涂极耳)分别涂布碳活性层，涂布量为负极活性物质重量的1.5％，再将各负极板在100℃的空气中干燥5小时，最后用辊压方式使其压的更紧密，得到所需的复合负极。

然后，按照正极容量规制极板按照四正五负组合，将这些负极板和正极板收入电池槽中，并插入AGM隔板交替层叠形成极板群，然后注入1.28比重，硫酸钠1.5％添加剂的电解液，进行内化成，分别制造5小时率容量为10Ah的12V铅蓄电池。另外在电池槽与极板群之间插入调压片，调整各极板群的压迫度为20kPa。

实验内容

(1)低温大电流放电能力

把实验例1～3和比较例所用工艺制备的复合极板蓄电池分别进行完全充电后，以2A进行放电，待电池的SOC达到50％后，把电池放入-30℃的低温环境下静置16小时，然后把电池与大电流放电仪连接，设置电流参数为150A，在放电过程中检测并记录10s处电池的放电电压，以此作为比较评判电池的低温大电流放电性能。

(2)高倍率部分荷电状态(HRPSOC，High Rate Partial State of Charge)下的循环充放电测试方案

按照实施例1～3和比较例所要求工艺制造的各个铅酸电池，分别模拟HEV运动中的电池运行方式，进行反复PSOC下的快速充放电寿命试验。即将各个铅蓄电池以2A进行1小时放电，PSOC达到80％后，在40℃的环境中反复进行500次50A·ls放电和20A·ls充电，之后再反复进行510次30A·ls充电和ls休止，以此为1个循环。蓄电池放电时电压达到0V的时刻作为寿命终止标准，测定并记录达到寿命终止时的循环数。。

实验结论

表1：实验数据对比表

从表1中的实验结果，可以看出板栅直接进行涂膏后，立即进行电容层的涂布，进入固化并灌酸化成后得到的铅酸电池与比较例按照普通方式进行固化后涂布所得到的铅酸电池在HRPSOC下的运行循环寿命得到较大的提高，而且对于大电流放电得到的数值也高于常规固化后再涂布电容层的工艺，这充分证实了涂膏后的湿态生极板直接进行电容层的涂布会提高电池性能。另外，此发明应用的工艺，省去了固化后涂布还必须要的干燥工序，可以提高生产效率。

Claims (3)

1.一种铅酸电池复合负极的生产方法，其特征在于包括下列步骤：

（一）、按照正常铅膏配方进行涂膏制成负极板；

（二）、将负极板两面分别涂布常规的电容层涂层，涂布量为负极活性物质重量的1~3 %，形成复合负极板；

（三）、按常规方法对上述复合负极板进行固化。

2.根据权利要求1所述的铅酸电池复合负极的生产方法，其特征在于还包括下列步骤：

在上述步骤（一）后面增加常规的淋酸步骤。

3.根据权利要求1所述的铅酸电池复合负极的生产方法，其特征在于还包括下列步骤：

在上述步骤（二）后面增加常规的淋酸步骤。