CN104157916A - 一种以铅为负极的无酸蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学技术领域，具体为一种以铅为负极的无酸蓄电池。该无酸蓄电池的负极为金属铅或铅的合金或其改性物，电解质则是常见碱金属离子的水溶液或水凝胶，所述的常见正极材料为碱金属离子能够发生可逆嵌入的化合物或者其掺杂物、包覆类化合物、混合物。该种以铅为负极的无酸蓄电池具有非常优良的安全性能和倍率性能，可广泛应用于电力的储存和释放中。
Description
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种以铅为负极的无酸蓄电池，本发明还涉及该无酸蓄电池的应用。
背景技术
铅酸蓄电池在给人类生活带来便利的同时，也带来了严重的环境污染问题。铅酸蓄电池在其生产及回收过程中产生大量的含铅含酸废水，固体铅废物等，对环境和人体的危害产生了重大影响。为了解决这些问题，陕西中和绿能电源科技有限公司提出了无酸铵盐铅蓄电池，即不改变原铅酸蓄电池的电极结构，以PbO2为正极，海绵状Pb为负极，以一种复合盐类水溶液（40-60%的铵盐、0.5-0.8%的EDTA、0.2-0.4%的抗老化剂2-巯基苯并咪唑烯丙基硫醚、0.2-0.4%的抗氧化剂2,6-二叔丁基对甲酚、30-35%的磷酸和纯水）代替原铅酸蓄电池用稀硫酸水溶液为电解液的二次电池(张西玟, 张西琮，一种无酸铵盐铅蓄电池用电解液，中国专利CN 1929183, 公开日期：2007-03-14)。
但是，以该种复合盐类水溶液为电解液的铅蓄电池仍然存在如下问题：（1）安全性能差，有机物毒性和磷酸酸性较强；（2）生产要求高，成本高；（3）固体铅废物、含铅废水等的排放并未减少。因此，开发一种安全性高、减少铅使用量以及稳定性优异、成本低的无酸铅蓄电池很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以铅为负极的无酸蓄电池，以克服铅酸电池污染严重和铵盐铅蓄电池安全性能差、生产成本高等问题。
本发明提供的以铅为负极的无酸蓄电池，由负极、正极和电解质组成，其中：
(1) 所述负极为金属铅、铅的合金或其改性物；
(2) 所述电解质为常见碱金属盐的水溶液或水凝胶；
(3) 所述正极为碱金属离子能够发生可逆嵌入的化合物或者其掺杂物、包覆类化合物、混合物。
本发明中，所述碱金属盐包括碱金属无机盐、碱金属有机盐，或它们的混合物；所述的碱金属无机盐包括碱金属的卤化物、硫化物、硫酸盐或硝酸盐，或其中几种的混合物；所述的碱金属有机盐包括碱金属的醋酸盐、草酸盐或柠檬酸盐，或者其中几种的混合物。
本发明中，所述的碱金属离子包括锂离子、钠离子、钾离子，或者它们的混合物。
本发明中，所述的碱金属离子(以M表示)的嵌入化合物包括MnO2、MoO3、V2O5、Co3O4、MxMn2O4、Mx[NiyCozMn1-y-z]O2、MxCoO2、MxV2O5或MxFePO4，或其掺杂物、包覆类化合物或混合物，其中0 < x < 1.2， 0 ≤ y , z < 1且0.1< 1-y-z。
另外，本发明还提供以铅为负极的无酸蓄电池的应用，即用于电力的储存和释放。
本发明提供的一种以铅为负极的无酸蓄电池，该电池由于采用金属铅为负极，碱金属离子能够发生可逆嵌入的化合物为正极材料，能够在大电流密度下性能优良，因此具有良好的倍率性能、非常优良稳定性和循环性能。
附图说明
图1是本发明制备的铅为负极、碱金属离子的嵌入化合物为正极材料的无酸蓄电池结构示意图。
图2实施例1在不同电流密度下的充放电曲线。
图3实施例1的倍率曲线。
图4实施例1经过50次活化后的110次循环曲线。
具体实施方式
下面将通过实施例和对比例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
对比例1：
以金属铅为负极，正极的活性物质为LiCoO2 (75wt.%)、乙炔黑作为导电剂(15wt.%)、聚偏氟乙烯为粘合剂(10wt.%)、N-甲基-吡咯烷酮为溶剂，搅拌成均匀的浆料后，涂布在铝箔上，制成正极极片。将正极极片干燥后，浸没在用1 M HCl溶液调节pH为2的0.5 M LiCl和1 M NaCl的混合电解液中，从而得到以铅为负极、LiCoO2为正极的充放电电池。以400 mA/g的电流进行测试，充电为先以400 mA/g进行恒流、充电到1.8V，然后以400 mA/g进行恒流放电，经过50次活化后的110次循环容量衰减16%。为了比较方便起见，这些数据汇总于表1中。
对比例2：
除了正极活性物质改为LiFePO4，其它制备条件均与对比例1相同，得到以铅为负极、LiFePO4为正极的电池。测试条件也与实施例1相同。根据测试结果，同样获得活化后循环110次后容量衰减17%。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
实施例1：
以金属铅为负极，正极活性物质为LiMn2O4 (75wt.%)、PTFE作为粘合剂(10wt.%)、乙炔黑作为导电剂(15wt.%)，混合均匀后，涂在镍网上，然后干燥浸没在pH为7的0.5 M Li2SO4组成的电解液中，从而得到以铅为负极，LiMn2O4为正极的铅充放电电池。以400 mA/g的电流进行测试，充电为先以400 mA/g进行恒流、充电到1.8V，然后以400 mA/g进行恒流放电。经过50次活化后的110次循环容量衰减11%。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
实施例2：
除了正极活性物质改为K0.3MnO2、电解液中的0.5 M Li2SO4改为2 M KNO3外，其它条件均与对实施例1相同，得到以铅为负极、K0.3MnO2为正极的电池。测试条件也与实施例1相同。根据测试结果，同样获得50次活化后循环110次容量衰减12%。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
实施例3：
除了正极活性物质改为NaFePO4、电解液中的0.5 M Li2SO4改为1 M NaCl、负极材料为-钙合金(质量比为98:2)外，其它制备条件均与对实施例1相同，得到以铅为负极、NaFePO4为正极的电池。测试条件也与实施例1相同。根据测试结果，同样获得50次活化后循环110次后容量衰减14%。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
表1 上述对比例和实施例的能量密度情况(根据电极活性物质的质量)
从表1可以看出，实施例的容量衰减要少，且由于中性电解液比酸性电解液污染小，因此实施例电池更加安全可靠，具有良好的应用价值。
Claims (7)
1. 一种以铅为负极的无酸蓄电池，由负极、正极和电解质组成，其特征在于：
(1) 所述负极为金属铅、铅的合金或其改性物；
(2) 所述电解质为碱金属盐的水溶液或水凝胶；
(3) 所述正极为碱金属离子能够发生可逆嵌入的化合物或者其掺杂物、包覆类化合物、混合物。
2. 根据权利要求1所述的以铅为负极的无酸蓄电池，其特征在于所述的碱金属盐为碱金属无机盐或碱金属有机盐，或其中几种的混合物。
3. 根据权利要求2所述的以铅为负极的无酸蓄电池，其特征在于所述的碱金属无机盐为碱金属的卤化物、硫化物、硫酸盐或硝酸盐，或其中几种的混合物。
4. 根据权利要求2所述的以铅为负极的无酸蓄电池，其特征在于所述的有机碱金属盐为碱金属的醋酸盐、草酸盐或柠檬酸盐，或者其中几种的混合物。
5. 根据权利要求1-4之一所述的以铅为负极的无酸蓄电池，其特征在于所述的碱金属离子为锂离子、钠离子、钾离子，或者它们的混合物。
6. 根据权利要求5之一所述的以铅为负极的无酸蓄电池，其特征在于所述的碱金属离子能够发生可逆嵌入的化合物为：MnO2、MoO3、V2O5、Co3O4、MxMn2O4、MxCoO2、MxV2O5、Mx[NiyCozMn1-y-z]O2或MxFePO4，或其掺杂物、包覆类化合物或混合物；其中，以M表示碱金属离子，0 < x < 1.20，0≤y, z < 1且0.1 < 1-y-z。
7. 如权利要求1-6之一所述的以铅为负极的无酸蓄电池在电力的储存和释放中的应用。
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| 天津中和绿能电源技术有限公司: "铅酸蓄电池污染及铅氧蓄电池清洁化生产原则方案", 《HTTP://WWW.CNCGET.COM/INFO_SHOW.ASP?ID=312&CLASSID=259》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104659356A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-27 | 天能集团江苏科技有限公司 | LiNixCoyMnl-x-yO2无酸铅锂二次电池及其制备方法 |
| CN105006565A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-10-28 | 湖南丰日电源电气股份有限公司 | 一种铅-锂杂交二次电池 |
| CN105098261A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-25 | 郑圣泉 | 一种铅锂杂交电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104157916B (zh) | 2017-09-08 |
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Denomination of invention: An acid free battery with lead as the negative electrode Effective date of registration: 20231110 Granted publication date: 20170908 Pledgee: Huzhou Changxing Green Sub branch of Industrial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Changxing Noble Power Co.,Ltd. Registration number: Y2023980064849 |
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