CN103000882A - 一种铅碳电池负极铅膏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅碳电池负极铅膏，由铅粉、炭浆、短纤维、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、抑氢剂、稀硫酸混合而成。本发明负极活性物质利用率高，较常规配方，可提升负极容量20%以上，节省了材料使用量；其放电平台明显高于常规配方，有利于提高蓄电池的放电功率；而且成本较低，与常规配方相比，负极成本降低了20%左右；其制备工艺简单，可大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学电源技术领域，尤其是一种铅碳电池负极铅膏及其制备方法。
背景技术
铅碳蓄电池是铅酸电池负极中加入高含量的炭材料（炭含量为1%～5%质量比），使之同时具有铅酸电池与超级电容器共同特性的新型储能元件，铅碳电池是铅酸电池的升级换代产品。众所周知，蓄电池具有高的比能量，低的能量密度，循环寿命短；而超级电容器具有高的能量密度，低的比能量，循环寿命长的优点，将二者有效的结合起来，可起到扬长避短的效果，更进一步地说铅碳电池是电容与电池的结合体，同时具有高功率，高比能，寿命长等特点。
铅碳电池具备以下特点：铅碳电池寿命长，用于电动车辆，深循环寿命可达1000次以上，用于启动汽车，启动次数可达30万次；铅碳电池充放电能力十分强，完全适应电动车辆大电流放电要求，充电时间可缩短到1小时以内；铅碳电池制作工艺成熟，可继续沿用铅酸制作工艺，适于大规模生产；铅碳电池的成本与铅酸电池相当，相当于镍氢电池的1/3，锂电池成本的1/4，是一种使用成本低廉的高效储能元件。鉴于铅碳电池的众多优点，国内外众多研究机构，各大院校，以及企业单位都投入了相当人力，物力来研发，人们在原配方的基础上，增加PTFE、氧化铟、羟甲基纤维素钠，炭材料等材料，并按一定比例配置成添加剂，然而这种方法制备的铅碳电池存在以下问题：
第一、炭负极的析氢电位较低，降低了水的分解电压，因此失水量相对较高；
第二、炭亲水性较差，粘结不牢靠，很容易松散，在使用过程中，活性炭容易脱出、溶解，失去作用，且极有可能经过若干次循环，极板产生松散，脱落。
发明内容
为解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是提供一种不需要使用粘结剂，炭材料与铅粉结合力强，制备工艺简单，循环寿命长，价格低廉的铅碳电池负极铅膏。本发明还提供了该负极铅膏的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种铅碳电池负极铅膏，其特征在于，所述铅膏由铅粉、炭浆、短纤维、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、抑氢剂、稀硫酸混合而成；
所述铅粉的氧化度为65%～85%（氧化度是指氧化铅在铅粉中的质量比含量）；
所述短纤维是聚酯纤维的短切丝，长度为1～3mm，其含量为铅粉重量的0.1%～0.2%；
木素磺酸钠为铅粉重量的 0.1%～0.3% ；
腐殖酸为铅粉重量的0.1%～0.3% ；
硫酸钡为铅粉重量的1%～5% ；
所述抑氢剂为氧化铟，其含量为铅粉重量的0.01%～1%；
所述稀硫酸的比重为1.4，质量比浓度50%，稀硫酸为铅粉重量的5%～10%；
所述炭浆占铅粉重量的10%～20%，所述的炭浆是一种含炭的胶体。
优选地，按质量份数比，所述炭浆的组份为，炭：胶体添加剂：水=5～30：0.1～5：100；所述的炭取自活性炭、炭黑、石墨的一种或几种；所述的胶体添加剂取自羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素的一种或几种；所述炭浆制备采用超声波作为辅助条件，采用双氧水作为氧化剂，双氧水用量是炭重量的10%～20%；在超声波环境下，使氧化剂产生自由基，自由基氧化炭，使其产生亲水基团；在超声波环境下，胶体添加剂对炭进行接枝，并改善炭的亲水性，使炭可以稳定悬浮在水中；胶体添加剂具有粘性，在不另外添加粘结剂的情况下实现粘结。
所述铅碳电池负极铅膏的制备方法包括炭浆制备和负极铅膏制备两大部分。
第一部分：炭浆制备
第一步：将定量的所述胶体添加剂溶解于去离子水中，制备透明的胶体溶液，备用；
第二步：将第一步所得的胶体溶液放入超声波清洗机中，加入双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度为30%～50%，双氧水的用量为炭重量的10%～20%，对上述胶体溶液进行超声处理，超声处理时间为10～30min；
第三步：在上述超声处理过程中，称取定量的炭材料，将炭材料加入第二步所述的胶体溶液中，炭至少分两次加入，当前次加入的炭分散开后再继续加入炭，加完炭后继续超声处理3～5小时，即得到本发明所述炭浆；
本发明制备的炭浆，可保证7天内不产生沉降；炭浆成本较低；可广泛用于铅碳电池、镍氢电池、镍锌电池等。
第二部分：铅膏制备
第一步：取定量的铅粉、短纤维、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、氧化铟放入和膏机中，进行干混，混合时间控制在5～10min；
第二步：向第一步所述的和膏机中加入定量炭浆，充分搅拌10～20min；
第三步：向第二步铅膏中加入定量稀硫酸，加硫酸时间控制5～10min，边搅拌边散热，待冷却后，加入去离子水调整视比重。即得所述铅碳电池负极铅膏。
本发明的有益效果在于：
1.本发明负极活性物质利用率高，较常规配方，可提升负极容量20%以上，节省了材料使用量。
2.本发明放电平台明显高于常规配方，有利于提高蓄电池的放电功率。
3.本发明成本较低，与常规配方相比，负极成本降低了20%左右。
4.本发明制备工艺简单，可大规模生产。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
使用深圳新威尔充放电检测仪进行电池充放电性能测试，放电电流为0.5CA，放电截止电压为1.8V，所得测试曲线图。
具体实施方式
实施例1：第一部分：炭浆制备
第一步：取50克羟丙基甲基纤维素溶解于10kg去离子水中，制备透明的胶体溶液，备用。
第二步：将第一步所得的胶体溶液放入超声波清洗机中，并加入双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度为30%，双氧水的用量为炭重量的15%，对上述胶体溶液进行超声处理，超声时间为30min。
第三步：在上述超声处理过程中，称取2kg炭黑，1kg活性炭，炭总计为3kg，将炭加入第二步所述的胶体溶液中，炭分两次加入，当第一次加入的炭分散开后，才可第二次加入炭，全部炭加完后，继续超声处理4小时，即得到含炭量为30%的所述炭浆。
第二部分：铅膏制备
第一步：取铅粉25kg，短纤维30g，木素磺酸钠50g，腐殖酸70g，硫酸钡250g，氧化铟30g，放入和膏机中，进行干混，混合时间控制在10min。
第二步：向第一步所述的和膏机中加入第一部分制备好的炭浆4kg，进行充分搅拌，控制时间为20min。
第三步：向第二步铅膏中加入定量稀硫酸，加硫酸时间控制8min，边搅拌边散热，继续搅拌26分钟，待冷却后，加入去离子水调整视比重。即得所述铅碳电池负极铅膏。
实施例2：第一部分：炭浆制备
第一步：取200克羧甲基纤维素钠溶解于5kg去离子水中，制备透明的胶体溶液，备用。
第二步：将第一步所得的胶体溶液放入超声波清洗机中，并加入双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度为50%，双氧水的用量为炭材料重量的10%，对上述胶体溶液进行超声处理，超声时间为15min。
第三步：在上述超声处理过程中，称取1kg活性炭，将活性炭加入第二步所述的胶体溶液中，活性炭分三次加入，当第一次加入的活性炭分散开后，才可第二次加入，如此进行直至全部炭加完后，继续超声处理3小时，即得到含炭量为20%的炭浆。
第二部分：铅膏制备
第一步：取铅粉10kg，短纤维10g，木素磺酸钠10g，腐殖酸15g，硫酸钡150g，氧化铟8g，放入和膏机中，进行干混，混合时间控制在8min。
第二步：向第一步所述的和膏机中加入第一部分制备好的炭浆1.5kg，进行充分搅拌，控制时间为20min。
第三步：向第二步铅膏中加入定量稀硫酸，加硫酸时间控制10min，边搅拌边散热，继续搅拌30分钟，待冷却后，加入去离子水调整视比重。即得所述铅碳电池负极铅膏。
试验电池制作：
分别取定量的实施例1、实施例2、常规配方制备的铅膏（其中常规配方为对照组，不含炭浆），涂在负极板栅上，负极板栅合金为铅钙合金，常温固化与干燥，时间60h，以常规配方制备正极板，将正负极板组装成电池，PE隔膜隔离正极极板，电解液为质量分数38%的稀硫酸溶液，并充电化成。
性能测试：
分别取实施例1、实施例2、常规配方制备的铅膏组装的电池，使用深圳新威尔充放电检测仪进行电池充放电性能测试，放电电流为0.5CA，放电截止电压为1.8V，测试曲线如图所示，可以看出，本发明制备的铅膏不光放电电压高于常规配方，放电容量也提升20%以上，适合大功率放电。
以上所举的实施例是为了方便举例说明本发明，仅为本发明之较佳的实施例而已，并非对本发明作任何实施形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容做出局部更改，或修饰的等效实施例，并且没脱离本发明的技术特征内容，均属本发明技术特征的涵盖范围内。
Claims (3)
1.一种铅碳电池负极铅膏，其特征在于，所述铅膏由铅粉、炭浆、短纤维、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、抑氢剂、稀硫酸混合而成；
所述铅粉的氧化度为65%～85%（氧化度是指氧化铅在铅粉中的质量比含量）；
所述短纤维是聚酯纤维的短切丝，长度为1～3mm，其含量为铅粉重量的0.1%～0.2%；
木素磺酸钠为铅粉重量的 0.1%～0.3% ；
腐殖酸为铅粉重量的0.1%～0.3% ；
硫酸钡为铅粉重量的1%～5% ；
所述抑氢剂为氧化铟，其含量为铅粉重量的0.01%～1%；
所述稀硫酸的比重为1.4，质量比浓度50%，稀硫酸为铅粉重量的5%～10%；
所述炭浆占铅粉重量的10%～20%，所述的炭浆是一种含炭的胶体。
2.如权利要求1所述的一种铅碳电池负极铅膏，其特征在于，按质量份数比，所述炭浆的组份为，炭：胶体添加剂：水=5～30：0.1～5：100；所述的炭取自活性炭、炭黑、石墨的一种或几种；所述的胶体添加剂取自羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素的一种或几种；所述炭浆制备采用超声波作为辅助条件，采用双氧水作为氧化剂，双氧水用量是炭重量的10%～20%；在超声波环境下，使氧化剂产生自由基，自由基氧化炭，使其产生亲水基团；在超声波环境下，胶体添加剂对炭进行接枝，并改善炭的亲水性，使炭可以稳定悬浮在水中；胶体添加剂具有粘性，在不另外添加粘结剂的情况下实现粘结。
3.如权利要求1或2所述的一种铅碳电池负极铅膏的制备方法，其特征在于，所述铅碳电池负极铅膏的制备方法包括炭浆制备和负极铅膏制备两大部分：
第一部分：炭浆制备
第一步：将定量的所述胶体添加剂溶解于去离子水中，制备透明的胶体溶液，备用；
第二步：将第一步所得的胶体溶液放入超声波清洗机中，加入双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度为30%～50%，双氧水的用量为炭重量的10%～20%，对上述胶体溶液进行超声处理，超声处理时间为10～30min；
第三步：在上述超声处理过程中，称取定量的炭材料，将炭材料加入第二步所述的胶体溶液中，炭至少分两次加入，当前次加入的炭分散开后再继续加入炭，加完炭后继续超声处理3～5小时，即得到本发明所述炭浆；
第二部分：铅膏制备
第一步：取定量的铅粉、短纤维、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、氧化铟放入和膏机中，进行干混，混合时间控制在5～10min；
第二步：向第一步所述的和膏机中加入定量炭浆，充分搅拌10～20min；
第三步：向第二步铅膏中加入定量稀硫酸，加硫酸时间控制5～10min，边搅拌边散热，待冷却后，加入去离子水调整视比重。即得所述铅碳电池负极铅膏。
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Denomination of invention: The invention relates to a lead paste for negative electrode of lead carbon battery and a preparation method thereof Effective date of registration: 20201222 Granted publication date: 20150304 Pledgee: Bank of Changsha Limited by Share Ltd. Liuyang branch Pledgor: HUNAN FENGRI ELECTRIC GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2020430000042 |