CN102931379B - 增强型动力铅酸蓄电池正极板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型动力铅酸蓄电池正极板，包括正极板栅，其特征在于所述正极板的活性物质表面喷压有一层碳纤维粉末，由于其正极板由正极活性物质上喷压一层碳纤维粉末制成，而所述碳纤维粉末具有较高的比强度和比模量，且在电池充放电过程中，碳纤维各组分不参与电池的电化学反应，因此，所述正极板具有高强度、高强承载能力及较强的抗蠕变能力，故可大大提高正极板的结构强度和尺寸稳定性，从而使得正极活性物质不易软化、脱落，进而可提高铅酸蓄电池的使用寿命。

Description

增强型动力铅酸蓄电池正极板

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种增强型动力铅酸蓄电池正极板。

技术背景

能源是现代社会发展的基础，是现代人们赖以生存的必需。在人们日渐关注环保和绿色能源的今天，电动车这种轻便快捷、无污染、使用成本低的交通工具，已越来越普及。给电动车提供电能的设备为蓄电池，即蓄电池是电动车的能源。目前，应用于电动车上的蓄电池多为铅酸蓄电池(约占市场份的95％以上)，这是由于：铅酸蓄电池具有资源丰富、价格低廉且安全性能好等多项优点。

但是，相对镍-金属氢化物电池或锂电池等电池体系来说，所述铅酸蓄电池又具有使用寿命短的缺点，从而造成资源损耗多的问题。根据多项研究表明，造成电动车用这种动力型铅酸蓄电池寿命短的主要原因之一是：铅酸蓄电池正极板上的活性物质(一般为二氧化铅)软化，进而使得正极活性物质二氧化铅脱落到电解液中，在电池内部形成短路，从而使电池失去容量，造成电池失效。

而造成正极活性物质软化、脱落的原因与作为电动车动力的这种铅酸电池的使用条件是密切相关的。动力型铅酸电池的使用状况是重负荷、深循环，在这种使用条件下，电池的正极活性物质在多次深充电和深放电后，活性物质之间以及活性物质与板栅之间的结合减弱，并且电池深循环使用，充电时间长，正极活性物质受到充电时存在的析氧冲击严重，活性物质密度下降，最后软化脱落，导致电池失效。

铅酸蓄电池的正极活性物质是由和β-PbO₂这二种二氧化铅晶型组成的，其中具有较好的机械强度和较大的尺寸，由所形成的多晶网络可以作为活性物质的骨骼，在正极活性物质中起网络和骨骼作用，使正极活性物质的结构得以完整，而使电极具有较长的寿命。而β-PbO₂具有较小的尺寸和大的比表面积，电化学活性强于可给出大的比容量，是电极容量的主要提供者，所以正极的活性和寿命受和β-PbO₂在二氧化铅中各占比例的影响。在铅酸电池的酸性电解液中，随着循环的进行和β-PbO₂的相对含量会发生变化，因为在酸性较强的溶液中，放电产物PbSO₄充电时氧化成β-PbO₂，电池放电时生成PbSO₄，所以在电池充放电的循环中，会逐渐转化为β-PbO₂。这种转化在电池循环的初期电池容量会逐渐升高，但随着充放电的深入进行，正极物质中的相对比例越来越小，从而网络受到削弱和破坏，正极活性物质的结构强度变弱，活性物质之间的结合力逐渐减弱，并且在电池充电的过程中析氧的冲击下，整个正极活性物质的密度下降，最终导致正极活性物质软化并脱落，电池寿命终止。

此外，重负荷，深循环使用的铅酸电池，其正极板栅的腐蚀较其他部分严重，正极板栅在遭受腐蚀时会发生变形，板栅的尺寸线性增大。因腐蚀的最终产物PbO₂的分子体积大约为铅体积的1.4倍，再加上腐蚀产物PbO₂薄膜具有一定的孔隙，这样腐蚀产物的体积比铅合金体积大得多，使板栅金属处于应力状态下，板栅逐渐发生蠕变而线性长大，也是造成电池正极活性物质容易软化脱落的一个重要因素。电池放电时，正极活性物质PbO₂转化为PbSO₄，由于PbSO₄的比容比PbO₂大所以整个正极板物质体积要增加，如果容纳活性物质的板栅小格子容积不变，则PbSO₄的形成只能使极板的孔隙率降低，表观体积不会变化。但是在板栅变形长大时，整个正极的体积也会增长，正极膨胀，在电池充电时PbSO₄又转化为PbO₂，这样孔隙率随着循环次数的增加而增加，正极发生了严重膨胀，孔隙率过分增加，活性物质颗粒之间的结合力降低，电接触被破坏，电池失效。所以，提高正极板栅的抗长大和抗蠕变能力可提高正极板的寿命。

碳纤维除具有一般碳材料的各种优良性能外，还具有相当高的比强度和比模量，力学性能优异，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，并兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强材料。根据不同用途碳纤维有多种类型合，例如其中含碳量高于99％的称石墨纤维，具有较好的导电性能。而碳纤维则具有较高的比强度和比模量，其与相应的基体(粘结剂)材料混合，可用于桥梁、房屋等的加固，或者与相应基体(粘结剂)材料和石墨纤维混合可制成高强度导电材料。

发明内容

本发明目的是：提供一种结构强度高、尺寸稳定性好、使用寿命长的强化正极板。

本发明的技术方案是：一种增强型动力铅酸蓄电池正极板，它包括正极板栅和正极活性物质，其特征在于：所述正极板的活性物质表面喷压有一层碳纤维粉末，其正极板是由正极板栅上涂复铅膏制成的正极活性物质在该活性物质表面上再喷压一层碳纤维粉末制成。

本发明中所述碳纤维粉末具体是由组分为：碳纤维、石墨纤维的混合物喷压在湿润的正极板活性物质表面，后再经烘干、固化制成。

本发明中，所述碳纤维粉末进一步是由组分重量百分比为：碳纤维5～90％、石墨纤维5～90％的混合物喷压在湿润的正极板活性物质表面后再经烘干、固化制成。

上述混合物的组分重量百分比进一步限定如下：碳纤维20～70％、石墨纤维20～70％。

上述混合物的组分重量百分比优选的方案如下：碳纤维45％、石墨纤维55％。

优选的，上述增强型动力铅酸蓄电池正极板中，所述碳纤维和石墨纤维的比强度均为2000MPa，比模量均为250GPa。

且上述混合物的总重量占正极活性物质配方中铅重量的0.000009～0.005％。

上述混合物喷压在湿润的正极活性物质表面后进行烘干的温度优选20～50℃，而烘干的时间则为0.5～3小时。

本发明的所述碳纤维粉末喷压层在正极活性物质表面的喷沙覆盖率应大于30％。

本发明中所述由铅膏制成的正极活性物质同现有技术一样填充并充满正极板栅的栅格。

本发明中所述正极板铅膏配方为公知技术，本发明对其组分所有配比均参照现有技术，而不作任何限定。

本发明的所述碳纤维粉末喷压层中选取的两种碳纤维分别具有不同的功能：其中所述碳纤维使得喷压层具备高比模量和高强度，而所述石墨纤维则使喷压层具备导电性能。

本发明的优点是：

1.本发明所述的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板，由于在正极板的活性物质表面喷压了具备高强度和高强承载能力的碳纤维粉末，因而大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性。

2.本发明所述的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板，由于碳纤维粉末喷压层中的各组分均不参与电池的电化学反应，故在电池的整个充放电循环过程中，碳纤维粉末喷压层的性质不会发生变化，从而使得其对于正极板结构的增强作用也不会减弱。因而随着电池充放电的进行，即使正极板活性物质中起网络和骨骼作用的不断转化为β-PbO₂，那么本发明依旧能够保证正极板的结构强度不变。

3.本发明所述的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板，由于碳纤维粉末喷压层在电池充放的过程中能够确保正极板的结构强度不变，故大大提高了正极板栅的抗蠕变能力，延缓了正极板栅长大的进程，使正极板上的活性物质与正极板栅小格之间的结合力不会受到破坏，防止了正极板铅粉的脱落而导致电池失效，从而大大提高了电池的使用寿命。

4.本发明所述的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板，由于正极板表面喷压了碳纤维粉末，因而大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性，故减少了正极板活性物质在充放电过程中发生膨胀的机会，提高了活性物质之间的结合力，使活性物质不易形成软化；因此大大减缓了正极板活性物质会随着电池充放电循环的进行而软化脱落的进程，进一步提高了电池的使用寿命。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

其中：1、正极板栅；2、正极活性物质；3、碳纤维粉末喷压层。

具体实施例方式

实施例：结合图1所示，本实施例所提供的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板，包括正极栅1和正极活性物质2，其中所述正极活性物质2表面喷压有一层碳纤维粉末3。该碳纤维粉末喷压层3是将组分重量百分比为：碳纤维45％、石墨纤维55％混合物喷压于正极活性物质2表面后再经烘干、固化制成。且本实施例中上述混合物的总重量占正极活性物质2的配方中铅重量的0.000009～0.005％。

本实施例中对于烘干的温度优选35℃，而烘干的时间则为1小时。

本实施例所述的这种增强型动力铅酸蓄电池正极板其优点如下：

由于在正极活性物质2表面喷压了具备高强度和高强承载能力的碳纤维粉末3，因而大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性。

由于碳纤维粉末喷压层3中的各组分均不参与电池的电化学反应，故在电池的整个充放电循环过程中，碳纤维粉末喷压层3的性质不会发生变化，从而使得其对于正极板结构的增强作用也不会减弱。因而随着电池充放电的进行，即使正极活性物质2中起网络和骨骼作用的不断转化为β-PbO₂，那么本发明依旧能够保证正极板的结构强度不变。

由于碳纤维粉末喷压层3在电池充放的过程中能够确保正极板的结构强度不变，故大大提高了正极板栅1的抗蠕变能力，延缓了正极板栅1长大的进程，使正极活性物质2与正极板栅1小格之间的结合力不会受到破坏，防止了正极板铅粉的脱落而导致电池失效，从而大大提高了电池的使用寿命。

由于碳纤维粉末喷压层3大大增强了正极板的结构强度和尺寸稳定性，故减少了正极活性物质2在充放电过程中发生膨胀的机会，提高了活性物质之间的结合力，使活性物质不易形成软化；因此大大减缓了正极活性物质2会随着电池充放电循环的进行而软化脱落的进程，进一步提高了正极板的使用寿命。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种增强型动力铅酸蓄电池正极板，它包括正极板栅(1)和正极活性物质(2)，其特征在于：所述正极活性物质(2)为涂覆在所述正极板栅上的铅膏，所述正极活性物质(2)表面喷压有一层碳纤维粉末喷压层(3)，所述碳纤维粉末喷压层(3)的组分包括碳纤维和石墨纤维，在湿润的铅膏表面喷压所述碳纤维和石墨纤维后与所述铅膏一并烘干、固化形成所述碳纤维粉末喷压层(3)，所述碳纤维粉末喷压层(3)的组分重量百分比为碳纤维45％、石墨纤维55％。

2.根据权利要求1所述的增强型动力铅酸蓄电池正极板，其特征在于：所述碳纤维和石墨纤维的比强度均为2000MPa，比模量均为250GPa。