CN102306555A - 一种超级电池用炭负极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级电池用炭负极板，其组分包括活性炭，乙炔黑以及聚偏氟乙烯，其特征在于还包括析氢抑制剂。本发明解决了超级电池中由于铅负极板与电容器炭电极的操作电位相差很大而导致充电末期电容器炭电极发生的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，促进放电形成的大颗粒硫酸铅转化成海绵铅，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。且该析氢抑制剂组成成分来源广泛，成本低廉，对生产设备无特殊要求，制备方法简便易行，适合大规模生产应用。

Description

一种超级电池用炭负极板
技术领域
本发明属于电化学储能器件领域，具体涉及一种超级电池用炭负极板。
背景技术
随着经济的不断发展，能源、资源与环境等成为社会的焦点问题，寻找清洁、可再生的能源是人类社会面临的迫切而艰巨的任务。
超级电容器亦称电化学电容器，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。基于这些优异的性能，超级电容器可以作为无污染的后备电源用于多种电器设备，同时它也可与电池共同组成复合电源为电动汽车提供动力，近年来受到广泛关注并得到快速发展。
由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研发的超级电池是一种新型的混合储能装置，将不对称的超级电池电容器和铅酸电池复合在同一体系内，不需另设额外电子控置装置，这是一种最佳的组合形式。传统的铅酸电池单体是由一个PbO2正极板和一个海绵Pb负极板组成的，不对称超级电容器是由是PbO2正极板和炭负极板组成。由于二者有共同的正极板，因此可以将二者以并联的方式复合在同一体系内。超级电容器在高倍率放充电期间起到缓冲器的作用，有效的保护负极板；这种混合技术能够在车辆加速和制动期间快速地输出和输入电荷，所以超级电池可以提高原来铅酸蓄电池的功率性质，延长了高倍率部分荷电状态下（HRPSoC）的使用寿命。此外超级电池可以变更组合，适应各种用途，除了用作电动车辆的动力之外，还适用于固定型电池、UPS、边远地区的光伏系统等。
然而铅酸蓄电池负极板与电容器炭电极的操作电位相差很大，若将二者复合在同一体系内，在放电时，总电流主要还是由铅酸电池负极板提供；而在充电时，电容器炭电极优先充电，到达充电末期，电容器炭电极发生严重的析氢现象，从而降低了电池的充电效率，大大影响了电池性能。
发明内容
本发明针对现有的超级电池中电容器炭电极的析氢问题，提供一种超级电池用炭负极板，其提高了电容器炭负极板的析氢过电位，有效解决电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，促进放电形成的大颗粒硫酸铅转化成海绵铅，有效的延长了铅酸电池的循环寿命，提高蓄电池功率等方面的性能。
本发明的技术方案如下：
一种超级电池用炭负极板，其组分包括活性炭，乙炔黑以及聚偏氟乙烯，其特征在于还包括析氢抑制剂。
进一步的，所述析氢抑制剂的含量为5-10wt%。
进一步的，为硝酸铅、硝酸锌或其混合物。
进一步的，活性炭的含量为75-80wt%，乙炔黑的含量为9-11wt%，聚偏氟乙烯的含量为4.5-5.5wt%。
进一步的，所述析氢抑制剂的粒径为2-5μm。
进一步的，所述的超级电池用炭负极板的制备过程如下：将活性炭、乙炔黑、聚偏氟乙烯以及析氢抑制剂与N-甲基吡咯烷酮混合均匀，制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片，然后将炭片压入板栅，在烘箱中烘干，得到成品炭负极板。
进一步的，烘箱中烘干时的温度为60-65℃。
与现有技术相比，本发明解决了超级电池中由于铅负极板与电容器炭电极的操作电位相差很大而导致充电末期电容器炭电极发生的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，促进放电形成的大颗粒硫酸铅转化成海绵铅，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。且该析氢抑制剂组成成分来源广泛，成本低廉，对生产设备无特殊要求，制备方法简便易行，适合大规模生产应用。
附图说明
图1是空白炭负极板和加入析氢抑制剂硝酸铅的炭负极板线性电位扫描（LSV）图；
图2是空白炭负极板和加入析氢抑制剂硝酸锌的炭负极板线性电位扫描（LSV）图； 
图3是分别加入氧化铅、硫酸铅、硝酸铅的炭负极板线性电位扫描（LSV）图；
图4是分别加入氧化锌、硫酸锌、硝酸锌的炭负极板线性电位扫描（LSV）图。
具体实施方式
实施例1
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状硝酸铅5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
如图1所示，利用线性电位扫描方法（LSV）对空白炭负极板和加入析氢抑制剂硝酸铅的炭负极板研究发现，硝酸铅的加入使炭负极板的析氢过电位向负电位方向移动，可以有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。
实施例2
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状硝酸锌5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
如图2所示，利用线性电位扫描方法（LSV）对空白炭负极板和加入析氢抑制剂硝酸锌的炭负极板研究发现，硝酸锌的加入使炭负极板的析氢过电位向负电位方向移动，可以有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。
实施例3
取活性炭75g，乙炔黑11g、聚偏氟乙烯4.5g、平均粒径2μm的粉末状硝酸铅5g、平均粒径2μm的粉末状硝酸锌4.5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
试验发现，硝酸铅和硝酸锌的混合可以有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。
实施例4
取活性炭75.5g，乙炔黑9g、聚偏氟乙烯5.5g、平均粒径3μm的粉末状硝酸铅10g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中65℃烘干，得到成品炭负极板。
试验发现，本实施例制备的炭负极板可以有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。
实施例5
取活性炭78g，乙炔黑9.5g、聚偏氟乙烯5.5g、平均粒径2μm的粉末状硝酸锌7g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中65℃烘干，得到成品炭负极板。
试验发现，本实施例制备的炭负极板可以有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，从而改进了超级电池的充电效率，有效的提高了铅酸电池的循环寿命。
对比实施例1
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状氧化铅5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
对比实施例2
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状硫酸铅5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
如图3所示，利用线性电位扫描方法（LSV）对加入氧化铅（对比实施例1）、硫酸铅（对比实施例2）以及硝酸铅（实施例1）的炭负极板对比研究发现，硝酸铅的加入使炭负极板的析氢过电位向更负电位方向移动，可以更有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，硝酸铅抑制析氢的效果优于氧化铅和硫酸铅。
对比实施例3
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状氧化锌5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
对比实施例4
取活性炭80g，乙炔黑10g、聚偏氟乙烯5g、平均粒径5μm的粉末状硫酸锌5g，将其混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP），将上述物料搅拌制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成厚度适当的炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片。然后用手动液压机将炭片压入板栅，在烘箱中60℃烘干，得到成品炭负极板。
如图4所示，利用线性电位扫描方法（LSV）对加入氧化锌（对比实施例3）、硫酸锌（对比实施例4）以及硝酸锌（实施例2）的炭负极板对比研究发现，硝酸铅的加入使炭负极板的析氢过电位向更负电位方向移动，可以更有效的抑制充电末期电容器炭电极的析氢问题，硝酸锌抑制析氢的效果优于氧化锌和硫酸锌。

Claims (7)

1.一种超级电池用炭负极板，其组分包括活性炭，乙炔黑以及聚偏氟乙烯，其特征在于还包括析氢抑制剂。
2.根据权利要求1所述的超级电池用炭负极板，其特征在于所述析氢抑制剂的含量为5-10wt%。
3.根据权利要求2所述的超级电池用炭负极板，其特征在于所述析氢抑制剂为硝酸铅、硝酸锌或其混合物。
4.根据权利要求3所述的超级电池用炭负极板，其特征在于活性炭的含量为75-80wt%，乙炔黑的含量为9-11wt%，聚偏氟乙烯的含量为4.5-5.5wt%。
5.根据权利要求4所述的超级电池用炭负极板，其特征在于所述析氢抑制剂的粒径为2-5μm。
6.根据权利要求5所述的超级电池用炭负极板，其特征在于其制备过程如下：将活性炭、乙炔黑、聚偏氟乙烯以及析氢抑制剂与N-甲基吡咯烷酮混合均匀，制成膏状物，将膏状物在压条机上压制成炭带，然后裁剪成符合板栅尺寸的炭片，然后将炭片压入板栅，在烘箱中烘干，得到成品炭负极板。
7.根据权利要求6所述的超级电池用炭负极板，其特征在于烘箱中烘干时的温度为60-65℃。
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