CN103337623A

CN103337623A - 胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液

Info

Publication number: CN103337623A
Application number: CN2013102593882A
Authority: CN
Inventors: 徐冬明; 王景川; 陆亚山; 杨宝峰; 杨善基
Original assignee: Shuangdeng Group Co Ltd
Current assignee: Shuangdeng Group Co Ltd
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明提供一种胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，负极活性物质由铅粉、粘结剂、硫酸、去离子水、硫酸钡、木素、炭材料添加剂按一定配比组成；电解液由硫酸、硫酸钠与特定添加剂（磷酸与胶体分散液）按一定配比组成；由于加入特定的添加剂，制成的胶体铅炭电池内含有胶体成份，大量的电解液被包裹在三维体系的胶体之中，可以给电池提供充足的水份，这样的铅炭电池在加入炭材料后引起的失水问题可以由胶体三维体系中保有的水份充分补偿，使胶体铅炭电池在具有铅炭电池相关优点的同时又兼有长循环寿命。

Description

胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液

技术领域

本发明涉及一种胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，属于铅酸蓄电池制作工艺领域。

背景技术

近年来，国内外不少厂家通过向铅酸电池的负极铅膏中加入一定量的炭材料，制作铅炭电池，利用炭材料高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，提高活性物质的利用率、充电接受能力、高倍率放电性能、循环性能、低温性能等。

但由于炭的添加会降低析氢过电位，增加电池失水，电池内电解液是一定的，当失水达到一定程度后会导致电池循环寿命提前终结。

发明内容

本发明的目的在于克服现有铅炭电池工艺配方的不足，提供一种能提高电池充放电性能和循环寿命的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液。

本发明的技术方案是：胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，负极活性物质主要成分为铅粉、粘结剂、硫酸、去离子水，电解液的主要成分为稀硫酸，其改进之处是所述负极活性物质及电解液中分别加入特定添加剂，其中负极活性物质中的特定添加剂是炭材料，加入量占负极活性物质的质量百分比为1.5%～2.5%，电解液中的特定添加剂是磷酸和胶体分散液混合物，总加入量占电解液的质量百分比为6%～9.5%；所述炭材料由乙炔黑、炭黑、石墨和活性炭组成，所述胶体分散液是二氧化硅的水溶液。

进一步的方案是：所述负极活性物质的组分及其质量百分比为：铅粉78%～79.4%；粘结剂0.1%～0.2%；硫酸8%～9%；去离子水10%～11%；硫酸钡0.6%～0.7%；木素0.1%～0.2%；炭材料1.5%～2.5%；所述炭材料中各组分的质量百分比为：乙炔黑10%～15%；炭黑10%～15%；石墨50%～60%；活性炭15%～25%；所述电解液的组分及其质量百分比为：稀硫酸90%～93.8%；硫酸钠0.2%～0.5%；磷酸和胶体分液混合物6%～9.5%；所述磷酸和胶体分散液混合物中，二者质量百分比分别为20%～30%、70%～80%；所述胶体分散液中二氧化硅的质量百分比为12%～16%。

使用本发明的技术方案制作胶体铅炭电池，可以克服现有铅炭电池工艺配方的不足之处，由于本发明在负极活性物质及电解液中加入特定添加剂，胶体铅炭电池内含有胶体成份，使大量的电解液被包裹在三维体系的胶体之中，可以给电池提供充足的水份，这样的铅炭电池在加入炭材料后引起的失水问题可以由胶体三维体系中保有的水份充分补偿，使胶体铅炭电池在具有铅炭电池相关优点的同时又兼有长循环寿命。

负极活性物质经搅拌混合后涂制到负极活性物质载体上，再经高温、高湿固化制成负极板，负极板与正极板再加上隔板等原材料装配成电池，再注入电解液经化成以及后续工序形成成品的胶体铅炭电池。该电池的60%常温循环性能、高倍率部分荷电态循环性能、低温容量、高倍率放电容量可以大大提高，60%常温循环性能、高倍率部分荷电态循环性能比现有电池提高一倍左右。

具体实施方式

按照下述方法制作负极活性物质，按铅粉78～79.4%，粘结剂0.1～0.2%、硫酸钡0.6～0.7%、木素0.1～0.2%，炭材料1.5-2.5%（炭材料由乙炔黑、炭黑、石墨、活性炭组成，比例为乙炔黑10-15%、炭黑10-15%、石墨50～60%、活性炭15～25%）的比例（质量百分比，下同）在干态下充分搅拌14～15分钟，在8～9分钟内匀速加入去离子水10～11%，边加入加搅拌，水加完后，继续搅拌10～11分钟，再加入密度为1.300～1.400ｇ/ml硫酸，加入量为8～9%，加酸时间为20～21分钟，继续搅拌8～9分钟，充分进行化学反应，在制备过程中严格控制和膏温度最高不超过70℃,出膏涂片温度控制在50～55℃，经涂片后，采用高温、高湿固化制成，温度60～65℃，湿度95%～100%，时间48小时。

按照下述方法制作电解液，按稀硫酸（1.260g/cm³）90～93.8%、硫酸钠0.2～0.5%，特定添加剂6～9.5%（磷酸(含量85%左右)20～30%、胶体分散液70～80%）的比例充分搅拌2～5分钟，搅拌速度1000转/分钟。

将上述方法制备的负极活性物质,制作负极板，加上正极板，再加上隔板等原材料装配成电池，再注入以上制备的电解液经化成以及后续工序形成成品的胶体铅炭电池，再与现有技术制作的电池进行性能对比试验。

具体实施例及性能对比如下：

1、电池制备

按照本发明的方法制备的负极活性物质各种组份的加入比例（质量百分比，下同）见表1, 其中炭材料各种组份的比例见表2,按照本发明的方法制备的电解液各种组份的比例见表3, 电解液中特定添加剂各种组份的比例见表4,表4中胶体分散液为二氧化硅水溶液，组装制作6-GFMJ-50（10小时率容量为50Ah）阀控密封铅酸蓄电池。实例一与实例二制作样品电池各24只，以10hr容量计算，所制备的电池正极活性物质干重为13.5g/Ah，负极活性物质干重为10.5g/Ah，制备的活性物质的重量控制公差均为±5g，设计容量公差为3Ah。注入电解液,采用内化成四充三放制式，化成结束后，静置48小时，从实例1与实例2中制作的48只电池中，随机抽取各6只分别进行60%常温循环性能、高倍率部分荷电态循环性能、低温容量、高倍率放电容量试验，同时抽检原有技术生产的阀控密封铅酸蓄电池进行对比检测,检测设备采用张家港金帆电源有限公司生产的48V20A与72V400A蓄电池检测仪。

表1

Figure 2013102593882100002DEST_PATH_IMAGE001

表2

Figure 2013102593882100002DEST_PATH_IMAGE002

表3

Figure 2013102593882100002DEST_PATH_IMAGE003

表4

Figure 2013102593882100002DEST_PATH_IMAGE004

注：表1～4中所示百分比均为质量百分比。

2、测试方法如下

60%常温循环性能：6-GFMJ-50电池4只串联，以10A放电3小时，再以56.4V恒压限流10A充电6小时，放电充电反复循环，每50次循环后充电以56.4V恒压限流10A充电12小时，再以5A放电8小时，放电后以56.4V恒压限流10A充电16小时，放电8小时时电压高于43.2V则继续下一循环，放电8小时时电压低于43.2V，以56.4V恒压限流10A充电16小时后再次以5A放电8小时，若第二次放电8小时时电压仍低于43.2V则循环终止。

高倍率部分荷电态循环性能：6-GFMJ-50电池6只串联，以5A放电4小时后依以下制式进行放电充电循环：恒功率16552W放电，终止电压63V，恒压84V限流5A充电8小时，重复循环，要求第N次放电时间少于第1次放电时间的80%时循环终止。

低温容量：选择额定容量合格且充满电的6-GFMJ-50电池在（25±2）℃环境中搁置16h后以10A电流放电至终压10.2V/单体，再以14.1V恒压限流10A充电16小时，然后将电池在（-40±2）℃环境中搁置16h后再以10A电流放电至终压10.2V/单体。（-40±2）℃环境中放出的实际容量除以（25±2）℃境中放出的实际容量等于低温容量系数。

高倍率放电容量：选择额定容量合格且充满电的6-GFMJ-50电池在（25±2）℃环境中搁置16h后以10A电流放电至终压10.2V/单体，再以14.1V恒压限流10A充电16小时，然后将电池（25±2）℃环境中搁置16h后以250A电流放电至终压10.2V/单体。250A电流放出的实际容量除以10A电流放出的实际容量等于高倍率放电容量系数。

3、具体性能如下：

Figure 2013102593882100002DEST_PATH_IMAGE005

从上述试验结果可以说明，采用本发明制作的胶体铅炭电池，60%常温循环性能、高倍率部分荷电态循环性能、低温容量、大电流放电性能可以大大提高，60%常温循环性能、高倍率部分荷电态循环性能比现有电池提高一倍左右。

Claims

1.一种胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，负极活性物质主要成分为铅粉、粘结剂、硫酸、去离子水，电解液的主要成分为稀硫酸，其特征是所述负极活性物质及电解液中分别加入特定添加剂，其中负极活性物质中的特定添加剂是炭材料，加入量占负极活性物质的质量百分比为1.5%～2.5%，电解液中的特定添加剂是磷酸和胶体分散液混合物，总加入量占电解液的质量百分比为6%～9.5%；所述炭材料由乙炔黑、炭黑、石墨和活性炭组成，所述胶体分散液是二氧化硅的水溶液。

2.根据权利要求1所述的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，其特征在于：所述负极活性物质的组分及其质量百分比为：铅粉78%～79.4%；粘结剂0.1%～0.2%；硫酸8%～9%；去离子水10%～11%；硫酸钡0.6%～0.7%；木素0.1%～0.2%；炭材料1.5%～2.5%。

3.根据权利要求1或2所述的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，其特征在于：所述炭材料中各组分的质量百分比为：乙炔黑10%～15%；炭黑10%～15%；石墨50%～60%；活性炭15%～25%。

4.根据权利要求1所述的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，其特征在于：所述电解液的组分及其质量百分比为：稀硫酸90%～93.8%；硫酸钠0.2%～0.5%；磷酸和胶体分液混合物6%～9.5%。

5.根据权利要求1或4所述的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，其特征在于：所述磷酸和胶体分散液混合物中，二者质量百分比分别为20%～30%、70%～80%。

6.根据权利要求1所述的胶体铅炭电池的负极活性物质及电解液，其特征在于：所述胶体分散液中二氧化硅的质量百分比为12%～16%。