CN102856533A - 一种铅炭电池负极极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅炭电池负极板及其制备方法，所述的铅炭电池负极板由铅粉、活性炭、炭黑、硫酸钡、木素磺酸钠、腐植酸、短纤维和硫酸组成，由本发明的极板制成的电池可以有效提升其充电接受能力，有效缓解在高倍率部分荷电态(HRPSoC)下负极硫酸盐化现象，在50%荷电态下2C充放电倍率循环(3%DOD)次数可达18442次，与传统铅酸蓄电池相比，循环寿命可以提高两倍以上。

Description

一种铅炭电池负极极板
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种铅炭电池负极极板。
背景技术
随着社会的进步和经济的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，能源问题和环境危机成为人类社会所面临的两大挑战，人类更加依赖于太阳能、风能和氢能等清洁可再生能源。作为储能系统、电动车电源驱动系统中所使用的铅酸蓄电池，由于其可靠性好、性价比高、可回收利用等优势而得到广泛应用。
铅酸蓄电池高倍率部分荷电态(HRPSoC)放电情况下，由于硫酸根离子的扩散限制，负极表面形成一层致密的硫酸铅，硫酸铅导电性差，溶解度小，使得电子转移的有效面积减小，抑制了硫酸氢根离子向极板内部的扩散；充电过程中，负极过电位提高，析氢严重，硫酸铅不能完全转化。循环过程中，硫酸铅颗粒不断在极板表面累积，最终失效。近年来有关超级电池的概念的提出，高比表面以及导电性良好的炭材料添加到铅酸蓄电池负极，将超级电容器的性能与铅酸蓄电池性能结合起来，对于提高活性物质利用率以及缓解负极硫酸盐化起到一定的积极作用。
中国专利200910183503.6和200910212792.8公开了一种铅炭超级电池负极的制作方法，将铅粉和活性炭分别涂覆于基体的不同区域制成电极，提高了其比能量，获得了较高的深循环使用寿命，但制作成本较高；
中国专利201010608794.1公开了一种铅炭复合材料，通过电沉积的方法将铅沉积到活性炭颗粒内部以及颗粒之间，实现了铅与活性炭颗粒之间的均匀混合，获得了较高的比电容，但制作工艺复杂，难以工业化生产；
200910098917.9公开了一种铅炭电池极板，将活性炭加入到铅酸蓄电池负极板中，获得了较高的比功率、良好的低温放电性能和较高的深循环寿命，中国专利201010609372.6公开了一种铅炭电池负极铅膏，将电沉积制得的铅炭复合材料通过干混及湿混方法和膏，增强了铅粉与炭材料之间的结合力，但是不同活性炭种类物理特性各异，不同物性的活性炭与铅膏混合后对活性物质利用率改善程度不同，因此电池性能差异较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅炭电池负极极板，其应用于蓄电池时，负极硫酸盐化程度显著降低，延长蓄电池高倍率部分荷电态下的循环使用寿命且便于制作，可靠性高。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种铅炭电池负极板，它在铅粉为主的活性物质中还添加占铅膏总重量0.1~10wt.%的活性炭，活性物质加水和1.0~1.4g/cm3的硫酸混合均匀而成铅膏，将该铅膏涂覆于铅钙合金基体，干燥后制备而成所述铅炭电池负极极板。
进一步的，铅膏中各组分的含量为：铅粉65~85wt.%、活性炭0.1~10wt.%、炭黑0.1~1.0wt.%、硫酸钡0.1~1.0wt.%、木素磺酸钠0.1~0.5wt.%、腐植酸0.1~1.0wt.%、短纤维0.1~0.5wt.%、水10~15wt.%、1.0~1.4g/cm3的硫酸4~8wt.%。
进一步的，所述的活性炭比表面为1000~3000m2/g；
进一步的，所述的活性炭微孔与介孔的比在5:95~70:30之间；
进一步的，所述的活性炭孔容为0.5~2.0cm3/g；
进一步的，所述的活性炭粒径(D50)为0.5~200μm；
进一步的，所述的活性炭电导率为0.06~0.5S/cm；
进一步的，所述的活性物质采用干混混合均匀然后加水加酸制备而成；
进一步的，所述的铅钙合金基体中钙组分为0.06wt%；
进一步的，所述的烘干在65℃湿度为80%环境下进行24h。
所述的短纤维一般可采用涤纶和晴纶之中的至少一种，纤维长度一般在1~40mm。
    本发明的有益效果是通过在铅酸蓄电池负极中加入活性炭，导电性良好的活性炭提高了活性物质的利用率，有利于充电接受能力的提高，颗粒大小合适的活性炭增大了铅膏的孔隙率，较高的比表面起到双电层电容的作用，在大电流充放电过程中提供缓冲，大大地缓解负极硫酸盐化现象，延长电池的使用寿命。具备这种负极板的铅炭蓄电池在电动汽车、太阳能、风能储能领域具有较为广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
称取0.037Kg 比表面为1801m2/g、微孔与介孔比为60:40、孔容为0.924cm3/g、粒径(D50)为4.0μm，导电率为0.08S·cm的活性炭，然后称取30Kg铅粉，0.06Kg炭黑，0.18Kg硫酸钡，0.045Kg木素磺酸钠，0.09Kg腐植酸，0.02Kg短纤维进行干混混合均匀，加入4.2Kg水进行湿混，然后加入2.4Kg密度为1.4g/cm3的硫酸，最后将所制得的铅膏涂覆于铅钙合金基体上在65℃湿度为80%环境下固化干燥24h。
将所得极板进行外化成，然后用U型隔板包覆后和两片外化成过的PbO2为正极，1.3g/cm3的硫酸为电解液组装成铅炭电池。
在0.1C倍率下放电至50%荷电态，然后以2C倍率下放电60s，静置10s，2C倍率下限压2.4V充电90s的方式循环，循环次数可达7568次。
实施例2
称取0.9Kg 比表面为1462m2/g、微孔与介孔比为10:90、孔容为0.776cm3/g、粒径(D50)为10.0μm，导电率为0.29S·cm的活性炭，其余配方按按实施例1方法制备成铅炭负极极板。
将所得极板进行外化成，然后用U型隔板包覆后和两片外化成过的PbO2为正极，1.3g/cm3的硫酸为电解液组装成铅炭电池。
在0.1C倍率下放电至50%荷电态，然后以2C倍率下放电60s，静置10s，2C倍率下限压2.4V充电90s的方式循环，循环次数可达11297次。
实施例3
称取0.6Kg 比表面为2826m2/g、微孔与介孔比为20:80、孔容为1.662cm3/g、粒径(D50)为16.3μm，导电率为0.34 S·cm的活性炭，其余配方按按实施例1方法制备成铅炭负极极板。
将所得极板进行外化成，然后用U型隔板包覆后和两片外化成过的PbO2为正极，1.3g/cm3的硫酸为电解液组装成铅炭电池。
在0.1C倍率下放电至50%荷电态，然后以2C倍率下放电60s，静置10s，2C倍率下限压2.4V充电90s的方式循环，循环次数可达18442次。
实施例4
称取4Kg 比表面为1532m2/g、微孔与介孔比为40:60、孔容为1.065cm3/g、粒径(D50)为32μm，导电率为0.19 S·cm的活性炭，其余配方按按实施例1方法制备成铅炭负极极板。
将所得极板进行外化成，然后用U型隔板包覆后和两片外化成过的PbO2为正极，1.3g/cm3的硫酸为电解液组装成铅炭电池。
在0.1C倍率下放电至50%荷电态，然后以2C倍率下放电60s，静置10s，2C倍率下限压2.4V充电90s的方式循环，循环次数可达3255次。
实施例5
称取30Kg铅粉，0.06Kg炭黑，0.18Kg硫酸钡，0.045Kg木素磺酸钠，0.09Kg腐植酸，0.02Kg短纤维进行干混混合均匀，加入4.2Kg水进行湿混，然后加入2.4Kg密度为1.4g/cm3的硫酸，最后将所制得的铅膏涂覆于铅钙合金基体上在65℃湿度为80%环境下固化干燥24h。
将所得极板进行外化成，然后用U型隔板包覆后和两片外化成过的PbO2为正极，1.3g/cm3的硫酸为电解液组装成铅炭电池。
在0.1C倍率下放电至50%荷电态，然后以2C倍率下放电60s，静置10s，2C倍率下限压2.4V充电90s的方式循环，循环次数可达6976次。
应用本发明的负极铅膏活性物质组装成的阀控式密封铅酸蓄电池进行性能测试，与不添加该活性炭材料所装配的电池相比，本发明的50%荷电态下2C充放电次数可达18442次，循环寿命提高两倍以上。结果表明，采用本发明的负极铅膏活性物质制备的阀控式密封铅酸蓄电池完全可以应用于动力电池及高倍率循环等领域。

Claims (10)

1.一种铅炭电池负极极板，其特征在于它在铅粉为主的活性物质中还添加占铅膏总重量0.1~10wt.%的活性炭，活性物质加水和1.0~1.4g/cm3的硫酸混合均匀而成铅膏，将该铅膏涂覆于铅钙合金基体，干燥后制备而成所述铅炭电池负极极板。
2.根据权利要求1所述的铅炭电池负极极板，其特征在于铅膏中各组分的含量为：铅粉65~85wt.%、活性炭0.1~10wt.%、炭黑0.1~1.0wt.%、硫酸钡0.1~1.0wt.%、木素磺酸钠0.1~0.5wt.%、腐植酸0.1~1.0wt.%、短纤维0.1~0.5wt.%、水10~15wt.%、1.0~1.4g/cm3的硫酸4~8wt.%。
3.根据权利要求2所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的活性炭比表面为1000~3000m2/g。
4.根据权利要求2所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的活性炭微孔与介孔的比在5:95~70:30之间。
5.根据权利要求2所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的活性炭孔容为0.5~2.0cm3/g。
6.根据权利要求2所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的活性炭粒径(D50)为0.5~200μm。
7.根据权利要求2所述的铅炭电池负极板，其特征在于所述的活性炭的电导率为0.06~0.5S/cm。
8.根据权利要求1或2所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的活性物质采用干混混合均匀然后加水加酸制备而成。
9.根据权利要求1所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的铅钙合金基体中钙组分为0.06wt%。
10.根据权利要求1所述的铅炭电池负极极板，其特征在于所述的固化干燥在65℃湿度为80%环境下进行24h。
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