CN103337622A - 铅炭电池负极铅膏及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铅炭电池负极铅膏及其制作方法，涉及铅酸蓄电池制作领域。重要改进在于所述铅膏中加入混合炭材料和SiO₂，混合炭材料由石墨、炭黑、活性炭和气相生长炭纤维混合组成。由于加入科学配比的混合炭材料和SiO₂，使活性物质接触电阻降低，导电性改善，并且极板连接性更好，不松脱，进而提高电池综合性能，适应新能源产业及电动汽车产业的要求。本发明提供的制作方法操作简便、规范，保证铅膏性能优异、稳定，适合工业化生产。

Description

铅炭电池负极铅膏及其制作方法

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池制造技术领域，具体涉及一种铅炭电池负极铅膏及其制作方法。

背景技术

由于石油资源匮乏，环境污染严重和温室效应等，目前新能源产业和电动汽车产业越来越为人们所注重，作为能量储存和转换的器件——蓄电池更是为人们关注。考量蓄电池的优劣目前有四个重点：电容量、寿命、重量、价格。目前有市售的储能器件——蓄电池各有优势和不足。

锂离子电池：重量轻、寿命较长、但价格很高、大容量电池安全性差；

镍氢电池：重量轻、寿命中等、但价格高、能量低（主要是单体电压低）；

铅蓄电池经历了150多年的发展，具有原材料来源丰富，安全可靠性高，回收利用率高，容量大、价格低等特点，在二次电池领域占据重要地位，但其重量大，寿命不长。

新能源产业和电动汽车产业的发展对铅蓄电池的能量密度、低温性能、循环寿命等提出了新的要求。电池在新能源产业和电动汽车产业中应用模式主要是部分荷电状态下的充放电循环，经常深放电或过放电。传统铅蓄电池在这种工况下运行时与常规使用时的失效模式有所不同，其中最典型的失效模式是负极的严重硫酸盐化。

针对这些问题，国内外专家考虑在蓄电池负极中加炭来改善和提高铅酸蓄电池作为动力电池和储能电池的应用，并逐渐提出铅炭电池和超级电池的概念，旨在设计制造具有超级电容器功能的蓄电池，安全可靠，容量大、价格低、充电接受能力强，功率性能好，耐深放电，寿命长。

铅炭电池是通过在铅酸蓄电池的负极铅膏中加入一定量的炭材料，利用炭材料高的电容特性和良好的导电性，缓冲负板中通过的瞬间大电流，抑制负极硫酸盐化，提高铅活性物质的利用率和充电接受能力，在低价、安全的基础上，大幅度提高了部分荷电状态下的充放循环寿命的一种蓄电池。

而超级电池是通过在铅酸蓄电池的负极上并联一超电容炭负极，利用该炭负极缓冲负板通过的瞬间大电流，抑制负极硫酸盐化，提高充放循环寿命，该技术已由美国人申请专利。

铅炭电池中的炭添加剂主要有活性炭、石墨、炭黑等，活性炭的比表面积大，电容活性高，但导电性较差，析氢过电位低；石墨导电性较好，但亲水性差，几乎无电容特性，无法缓冲负极中通过的瞬间大电流；炭黑的导电性优异，但电容活性低，易团聚，铅粉中含有量超过1%，吸水严重，难以实现和膏。

也有单位报道将石墨烯作为炭添加剂制作铅炭电池。石墨烯是一种特殊的炭材料，是由炭原子以sp²杂化轨道组成的六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，其单原子层晶体结构的特征，使其具有特殊的力电光热特性，具有很高的比表面积和高的电容活性，但由于作为厚度只有一个炭原子的准二维材料，生产工艺复杂繁琐，世存量极少，极其昂贵。用作添加剂制作铅炭电池只能是一种设想，纵制作成功，产品性价比也不适应市场。

目前铅炭电池用炭添加剂仍局限于活性炭、石墨、炭黑等。制作过程中，炭材料的添加方式还是与铅粉进行机械混合。由于炭材料密度远小于铅粉，特别是活性炭、炭黑可算差距巨大，加少了，炭的电导和电容优势显示不出，加多了，炭材料难以均匀分散，影响极板涂膏的稳固性，降低极板强度，另炭材料加多了会占用铅粉的空间，会影响电池的容量，在电池循环过程中，会发生铅膏脱落，降低电池寿命。因此需要解决的是铅炭电池负极铅膏中选用炭材料的品种规格、比例、分散问题，以真正发挥炭在铅膏中的电容特性，提高充电接收能力和循环寿命，适应新能源产业和电动汽车产业的发展。

发明内容

本发明旨在提供一种配方科学合理、制作简便、规范，能有效提高电池综合性能的铅炭电池负极铅膏及其制作方法。

本发明的技术方案是：铅炭电池负极铅膏，主要成分为铅粉、纯水、稀硫酸，其改进之处是该铅膏中加入混合炭材料和SiO₂，所述混合炭材料由石墨、炭黑、活性炭和气相生长炭纤维混合组成，该铅膏的组分及其质量百分比为：铅粉75%～80%，纯水8.5%～12%，稀硫酸9%～12%，硫酸钡0.5%～1.5%，腐植酸0.2%～0.4%，短纤维0.15%～0.25%，混合炭材料1.5%～2%，SiO₂0.15%～0.25%；所述稀硫酸密度为1.400±0.005g/cm³。

所述混合炭材料的各组分质量百分比为：石墨60%～70%，炭黑10%～20%，活性炭10%～20%，气相生长炭纤维10%～20%。

上述铅炭电池负极铅膏的制作方法操作如下：

（1）备料：按铅炭电池负极铅膏的组分配比备料；

（2）预混：将硫酸钡、腐植酸、短纤维、混合炭材料、SiO₂倒入和膏机料桶中干搅5～8min；

（3）干混：在上述料桶中加入铅粉，干搅3～5min，同时打开和膏冷却系统；

（4）加水：在上述料桶中加入纯水，加水时间不超过1min，加水结束后，搅拌3～5min；

（5）加酸：在上述料桶中加入稀硫酸并搅拌，同时打开和膏通风系统，加酸速度为9～11kg/min，控制和膏温度为50～60℃，加酸完毕，继续搅拌7～10min后，当温度降至45℃以下时出膏。

本发明的重要改进在于负极铅膏中加入混合炭材料和SiO₂，并优选确定各组分的质量百分比，同时提供所述铅膏的制作方法。加入混合炭材料，能降低负极活性物质间接触电阻，改善其导电性，降低极化，促使硫酸铅在负极板中均匀分布；减小活性物质孔径，提高负极活性物质比表面积，吸附电荷，与正极在硫酸电解液中形成双电层电容。加入SiO₂添加剂，代替现有配方中的木素（磺酸盐），能保持负极活性物质之间及其与板栅之间有更好的连接，不松脱。

根据实验对比发现，负极铅膏中直接添加高比表面积的炭时，加多了，铅膏粘度差、负极板制作困难，且造成负极活性物质量不足，电池容量下降，寿命短。加少了，电池没有什么突出优点 。而采用本发明提供的铅膏制成极板组装的电池充电接受能力强，大电流性能好，低温性能好，寿命长。另本发明提供的负极铅膏制作方法操作简便、规范，保证铅膏性能优异、质量稳定，适合工业化生产。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1、2、3中铅炭电池负极铅膏的组分及质量百分比见表1，其中混合炭材料的组分及质量百分比见表2。

表1：

注：表1中所述短纤维为PP、PE或PET纤维中的一种，规格为3D×3mm。

表2：

实施例1、2、3的制作方法如下：

（1）备料：分别按表1、表2中各组分配比备料；

（2）预混：将硫酸钡、腐植酸、短纤维、混合炭材料、SiO₂加入和膏机料桶中，干搅（例1：5min；例2：6min；例3：8min）；

（3）干混：接着加入铅粉，干搅（例1：5min；例2：4min；例3：3min），同时打开和膏冷却系统；

（4）加水：接着加入纯水，1min内加完，加水后搅拌（例1：4min；例2：3min；例3：5min）；

（5）加酸：最后加入稀硫酸并搅拌，同时打开和膏通风系统，加酸速度（例1：9kg/min；例2：10kg/min；例3：10kg/min）；控制和膏温度（例1：52℃；例2：55℃；例3：58℃），加酸完毕，继续搅拌（例1：8min；例2：7min；例3：10min），搅拌后当温度降至45℃时出膏。

Claims (3)

1.一种铅炭电池负极铅膏，主要成分为铅粉、纯水、稀硫酸，其特征是该铅膏中加入混合炭材料和SiO₂，所述混合炭材料由石墨、炭黑、活性炭和气相生长炭纤维混合组成，该铅膏的组分及其质量百分比为：铅粉75%～80%，纯水8.5%～12%，稀硫酸9%～12%，硫酸钡0.5%～1.5%，腐植酸0.2%～0.4%，短纤维0.15%～0.25%，混合炭材料1.5%～2%，SiO₂0.15%～0.25%；所述稀硫酸密度为1.400±0.005g/cm³。

2.根据权利要求1所述的铅炭电池负极铅膏，其特征是：所述混合炭材料的各组分质量百分比为：石墨60%～70%，炭黑10%～20%，活性炭10%～20%，气相生长炭纤维10%～20%。

3.一种如权利要求1所述的铅炭电池负极铅膏的制作方法，其特征是操作如下：

（1）备料：按铅炭电池负极铅膏的组分配比备料；

（2）预混：将硫酸钡、腐植酸、短纤维、混合炭材料、SiO₂倒入和膏机料桶中干搅5～8min；

（3）干混：在上述料桶中加入铅粉，干搅3～5min，同时打开和膏冷却系统；

（4）加水：在上述料桶中加入纯水，加水时间不超过1min，加水结束后，搅拌3～5min；

（5）加酸：在上述料桶中加入稀硫酸并搅拌，同时打开和膏通风系统，加酸速度为9～11kg/min，控制和膏温度为50～60℃，加酸完毕，继续搅拌7～10min后，当温度降至45℃以下时出膏。