CN102354769B - 一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法 - Google Patents

一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高能蓄电池的制作方法，具体是提供一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法。其以铅粉主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到钛铂合金网片集电极基体的两面，制成高能电池正负极板，然后烘干固化，放电解液中化成，再用原铅酸电池壳体组装成高能电池，其制作出的蓄电池容量大、能快充、使用寿命全面提升，达到环保、成本低、上马快、符合新能源产业准入条件的要求。

Description

一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法
技术领域
本发明涉及一种高能蓄电池的制作方法，具体是提供一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法
背景技术
超级高能电池，是介于超级电容器和电池之间的储能器件。它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。超级电容电池储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、大大减少对环境污染、循环寿命长、使用温度范围宽，因此具有高比功率、大电容和循环寿命长等特点，成为一种新型的储能装置，普遍应用于移动通信、信息技术、消费电子、快充电动汽车、快充电动车、电网储能站，航空航天和国防科技等领域，在世界范围内引起了极大关注。特别是目前制造铅酸电池厂家转型升级更新换代的最好产品。投资少上马快，原有现成的铅酸电池厂家设备不需要很大的改造都可生产。
随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其中，在太阳能和风能等储能系统领域，目前主要以铅酸蓄电池技术为主，这种技术存在寿命短(约300～500次)、工作温度范围窄、大电流接受能力差，不府合环保的要求等缺陷。国家采取有力措施关停转型是历史发展的需要。
现有无机体系超级电容主要有碳-碳对称型的镍电极-碳混合型碱性体系，尽管其寿命较长，还有锂电池，但价格是同类型铅酸蓄电池的8-10倍以上、且工作电位窗口只有1.5V，比能量只有5-8wh/kg左右，难以在储能系统得到广泛应用。
发明内容
本发明是针对问题，提供一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，其制作出的蓄电池容量大、重量轻，能快充、使用寿命全面提升，上马快、达到成本低、老百性用得起，并符合环保、新能源产业准入条件的要求。
本发明的一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，其采用的技术方案如下：
一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，包括以下步骤：
A、将铅粉、碳纤维、导电炭黑、腈纶短纤维、稀硫酸加水，在60摄氏度以下和膏3个小时，将所述的膏双面涂覆在钛铂合金网片两面，再于80摄氏度经过50个小时固化，最后将固化好的极板放入电解液，制得正极板；
B、将活性炭、碳纤维、木素磺酸钠、聚四氟乙烯、硫酸钡、乙二酸、氧化钛、腐植酸、腈纶短纤维、铅粉、加去离子水，再加入密度为1.45g/cm3的硫酸溶液，在60摄氏度以下和膏3个小时，将所述的膏双面涂覆在钛铂合金网片两面，进行70℃～80℃的固化干燥，放入电解液中，最后制得负极板；
C、将制得的正极板和负极板用超细玻璃纤维隔膜包覆，以1.2g/cm3的H2SO4作为电解液，组装成本发明的高能蓄电池。
步骤A中，还包括加入石墨进行和膏的步骤，且电解液中加入胶状纳米碳。
步骤B中，还包括加入石墨进行和膏的步骤，且电解液中加入胶状纳米碳。
步骤A和步骤B中，还包括都加入石墨进行和膏的步骤，且电解液中加入胶状纳米碳。
钛铂合金网片为纯度99.8以上的钛铂合金制成，厚度为0.2～0.3mm，其拉网孔大小为0.3*0.2mm，并压平。
本发明的一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，在纯钛铂合金网片上以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到集电极基体的两面区域，然后烘干固化后放电解液中化成，制成高能电池。其中以铅粉为主要成分的活性物质主要包括铅粉、短纤维、石墨，导电炭黑、以活性炭为主要成分的活性物质主要包括导电炭黑、活性炭、碳纳米管，聚四氟乙稀，腐植酸，乙二酸，氧化钛，碳纤维、木素磺酸钠和硫酸钡；稀硫酸和水。
本方法中，以铅粉为主要成分的活性物质先采用水湿润后加入硫酸溶液混合，制成铅膏，涂覆在集电极基体两面的区域。对于加入的水量没有要求，只要达到正常的湿混即可。硫酸溶液的加入量以活性物质的总量计为2～5wt.％，一般采用密度在1.1～1.5g/cm3的硫酸水溶液。铅膏涂覆后可以直接干燥。
以活性炭为主要成分的活性物质也采用水混合成混合物，涂覆在集电极基体上下两面的区域。制备混合物时一般是先将导电炭黑与活性炭进行均匀干混，然后再加入其他材料和溶解了羟甲基纤维素(CMC)和粘结剂的水溶液进行混合。在这个步骤中对水的用量也没有太严格的要求，达到活性物质便于涂覆到电极基体上的程度即可。铅膏涂覆后可以直接干燥。
本发明的电极基体采用厚度为0.2～0.3mm的纯钛铂合金网片，正负极极耳可以在涂覆活性物质之前设置，也可以在涂覆之后设置。可多片叠成一片用，并多片正负交替叠成，中间有隔板，正负极引出。两种活性物质双面涂覆在电极基体上。本发明对活性物质涂覆的厚度没有严格要求，达到一般电池的负极板活性物质厚度即可。但涂覆时尽可能均匀和簿些，压实一定的密度电容量会更大些。
将本发明制得的高能电池正负极用AGM隔膜U型包覆，以外化成PbO2电极。以1.1～1.3g/cm3的H2SO4作为电解液，电解液中加1-3％的二氧化硅和0.05-0.12的胶状纳米碳。用原来的电池壳组装成高能电池。高能电池的充放电制度一般为；按0.1C～0.3C倍率在1.0V～2.35V电压范围内恒压限流充放电。
本发明的一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，以纯钛铂网片为基体的电极，钛是永久不会腐烂的金属。用钛做集电极以保证电池具有很长的寿命。钛铂合金网片上很多的网孔，将表比面积扩大几十倍至几百倍，并用活性炭和铅粉为活性物质驻入网孔，通过在负极引入铅粉作为活性物质，可以大大提升负极的放电容量，进而有效提高电池的比能量。采用这种方法制作的负极片，可以大大提高高能电池的放电容量，比能量可以达到260wh/kg以上，循环寿命可以达到16000次以上，充电寿命10年以上。充电快至40分钟充满95％。工作电位窗可以达到2.0V；与无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的成本相比，可以大幅度降低产品的材料成本，铅去掉一半成本低下来了，只是现有无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的1/3～1/5。与传统铅酸蓄电池相比可以大大延长产品的循环使用寿命，容量增加3倍，因为去掉了铅网重量减轻了一半左右具有明显的性价比优势，在各种能源利用领域中具有广泛的应用光明前景。
本发明的一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，制备的高能电池的正负极板和用该正负极板组装成的高能电池可显著提高电池的比能量，比能量可以达到260WH/KG，延长循环使用寿命10年以上，可大大缩短充电时间，半小时-40分钟充至总电量的95％。扩大工作电位窗(每单片2V)，且便于制造、成本低、可靠性高，重量减轻将近一半，容量提升3倍以上，给用户带来很多的方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法作进一步的描述。
实施例1：
将100Kg铅粉、0.2Kg碳纤维、1.2Kg导电炭黑、0.5Kg腈纶短纤维，20Kg稀硫酸，加入水适量。将上述原料在60摄氏度温度以下和膏3个小时，然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面，再在80摄氏度温度下进行50个小时固化，将固化好的极板放入电解液中进行化成，制得电池正极板。
取活性炭4.1Kg，碳纤维0.2Kg，木素磺酸钠0.3Kg，聚四氟乙稀0.4Kg，硫酸钡0.8Kg，乙二酸0.05Kg，氧化钛0.04Kg，腐植酸0.3Kg，石墨2Kg，腈纶短纤维0.5Kg，100Kg铅粉，稀硫酸19Kg，水3.5Kg，将上述原料在60摄氏度温度以下和膏3个小时，和膏时先干混，接着加入原料重量为8～10Kg的去离子水进行湿混，随后加入2.1kg、密度为1.45g/cm3的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面区域，再进行70℃～80℃固化干燥，将固化好的极板放入电解液中进行化成后，制得电池负极板。
将制得的正负极用AGM隔膜U型包覆，以1.2g/cm3的H2SO4作为电解液，组装成高能电池。
按0.1C倍率在1.10V～2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的钛集流高能电池的比能量可以达到260wh/kg。测试时100A电流下放电的比功率，用2.5C放电30S-停6.8S，2.5C充电31S-停6.8S该高能电池可进行16000次以上循环。
实施例2：
将100Kg铅粉、0.2Kg碳纤维、1.2Kg导电炭黑、石墨1.5Kg，腈纶短纤维0.5Kg，稀硫酸20Kg加入水适量，将上述原料在60摄氏度温度以下和膏3个小时，然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面，再在80度温度进行50个小时固化。将固化好的极板放入电解液中进行化成，电解液中加入相当于电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳，制得钛铅高能电池正极板。
将100Kg铅粉，碳纤维0.2Kg，木素磺酸钠0.3Kg，聚四氟乙稀0.4Kg，硫酸钡0.8Kg，乙二酸0.05Kg，氧化钛0.03Kg，活性炭3.0Kg，石墨2Kg，腈纶短纤维0.5Kg，腐植酸0.3Kg，稀硫酸19Kg，水3.5Kg，将原料在60摄氏度温度以下和膏3个小时。和膏时先干混，接着加入原料重量比为8～10Kg的去离子水进行湿混，随后加入2.1kg密度为1.45g/cm3的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面区域，再进行70℃～80℃固化干燥。将固化好的极板放入电解液中进行化成，电解液中加入相当为电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳。制得钛铅集流高能电池负极板。
将制得的钛高能电池正负极用AGM隔膜U型包覆，以1.2g/cm3的H2SO4作为电解液，组装成钛集流高能电池。
按0.1C倍率在1.10V～2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的钛集流高能电池的比能量可以达到260wh/kg。测试时100A电流下放电的比功率，用2.5C-3C放电30S-停6.8S，2.5C充电31S-停6.8S，该高能电池可进行16000次以上循环。
实施例3：
将100Kg铅粉、0.3Kg碳纤维、1.2Kg导电炭黑、石墨1.4Kg，尼龙短纤维0.5Kg，稀硫酸21Kg，水1.2Kg。将上述原料在60摄氏度温度以下和膏3个小时。然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面，再在80度温度下进行50个小时固化。将固化好的极板放入电解液中进行化成。电解液中加入相当为电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳。化成后得高能电池正极板。
将100Kg铅粉，钛酸锂1Kg，碳纤维1Kg，木素磺酸钠0.3Kg，聚四氟乙稀0.2Kg，硫酸钡0.7Kg，乙二酸0.04Kg，氧化钛0.04Kg，活性炭4.0Kg，石墨2Kg，尼龙短纤维0.5Kg，稀硫酸19Kg，水3.0Kg，将原料在60度温度以下和膏3个小时。和膏时先干混，接着加入原料重量比为3Kg的去离子水进行湿混，随后加入2.1kg密度为1.45g/cm3的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆在0.3mm厚的钛铂合金网片两面区域，再进行70℃～80℃固化干燥。将固化好的极板放入电解液中进行化成。电解液中加入相当为电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳，化成好后将得钛集流高能电池的负极板。
将制得的钛集流高能电池正负极板用AGM隔膜U型包覆，以1.2g/cm3的H2SO4作为电解液，组装成钛集流高能电池。
按0.1C-0.2C倍率在1.10V-2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的钛集流高能电池的比能量可以达到260wh/kg。测试时100A电流下放电的比功率，用2.5C-3C放电30S-停6.8S，2.5C充电31S-停6.8S该高能电池可进行16000次以上循环。
将制好的高能电池，按原来的电池外壳12V/20AH封装，引出柱桩加大，以适应大电流输出不致发热，驻入电解液。该高能电池将原来的12V/20AH铅酸电池提升了容量60AH/12V，可快充40分钟满95％，寿命10年，循环充电次数15000次。在电动车上使用5个电池串联成60V，电动机功率500W，充电40分钟可开240公里。60V*60AH＝3600W，3600W除500W＝7小时，每小时35公里算，续行里程245公里。该高能电池用在电动汽车上12V电池18个串联＝216V/60AH，用3组并联，容量180AH，电池总个数54个，每个600元，总价32400元，10年不要更换电池，比锂电池节约资金2/3，安全可靠，寿命长。该电动汽车220V*180AH＝39600WH的功率，用7500W的电动机可开5个小时，每小时80公里算，续行里程400公里。充电时用220V/100A充电2小时就可。如不要充很满，一个小时就能开200公里也就可以了。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种使用钛铂合金作为集电极的高能蓄电池制作方法，包括以下步骤:
A、将铅粉、碳纤维、导电炭黑、石墨、腈纶短纤维、稀硫酸加水，在60摄氏度以下和膏3个小时，将所述的膏双面涂覆在钛铂合金网片两面，再于80摄氏度经过50个小时固化，最后将固化好的极板放入电解液，电解液中加入相当于电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳，制得正极板；
B、将活性炭、碳纤维、木素磺酸钠、聚四氟乙烯、硫酸钡、乙二酸、氧化钛、腐植酸、腈纶短纤维、铅粉、石墨加去离子水，再加入密度为1.45g/cm3的硫酸溶液，在60摄氏度以下和膏3个小时，将所述的膏双面涂覆在钛铂合金网片两面，进行70℃-80℃的固化干燥，放入电解液中，电解液中加入相当于电解液量0.05-0.12％的胶状纳米碳，最后制得负极板；
C、将制得的正极板和负极板用超细玻璃纤维隔膜包覆，以1.2g/cm3的H2SO4作为电解液，组装成高能蓄电池；
其中，所述钛铂合金网片为纯度99.8以上的钛铂合金制成，厚度为0.2-0.3mm，其拉网孔大小为0.3*0.2mm，并压平。
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