CN104577058A

CN104577058A - 一种铅炭电池负极活性物质制备方法

Info

Publication number: CN104577058A
Application number: CN201410829270.3A
Authority: CN
Inventors: 唐万明; 肖振华
Original assignee: Shuangdeng Group Co Ltd
Current assignee: Shuangdeng Group Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种铅炭电池负极活性物质制备方法，属于铅酸蓄电池制作技术领域。采用专用的铅炭电池和膏设备，通过各成分的优化配比和控制各阶段干混、湿混、酸混时间，进而达到生产质量良好（碳材料分散性好）、过程可控且满足电池性能要求的铅炭电池负极铅膏。这种铅膏可以显著提高电池大电流充放电接受能力和部分荷电状态下的循环性能，抑制电极表面的硫酸盐化，使电池兼具高容量和长循环寿命。

Description

一种铅炭电池负极活性物质制备方法

技术领域

本发明涉及一种铅炭电池负极活性物质制备方法，属于铅酸蓄电池制作技术领域。

背景技术

铅酸电池具有原材料来源广且方便易得、造价低、安全性高、性能稳定以及可回收利用等诸多优点，发展至今日仍占据着非常可观的市场份额。随着科技的进步和发展，各行业对铅酸蓄电池提出了新的要求，提高比容量以及循环寿命、降低产品重量是亟需解决的问题。

铅炭电池是一种新型的超级电池，是将传统铅酸电池和超级电容器两者合一的结合体。既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势。将高比表面碳材料（如活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶、石墨和碳纳米管等）掺入铅负极中，发挥超级电容的瞬间大容量充电的优点和高比表面碳材料的高导电性及其对铅基活性物质的分散性，提高铅活性物质的利用率，且在高倍率充放电期间起到缓冲器的作用，有效地保护负极板，抑制“硫酸盐化”现象。但是，由于碳材料和铅粉在密度上的较大差异，采用现有的混合和膏方式，碳材料难以均匀分散，使铅膏与极板的结合变差，涂膏难度加大，极板强度降低。这样不仅无法将超级电容特性融合到电池中去，反而会使电池性能下降，循环寿命降低。因此，解决碳材料在铅膏中的分散问题，增大碳的活性表面，才能真正将超级电容和铅酸电池合二为一，适应新能源产业和电动汽车产业的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提高电池充电接受能力和循环性能的铅炭电池负极活性物质制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

铅炭电池负极活性物质制备方法，以铅粉、碳材料、水、硫酸和添加剂为原料，在和膏设备中混合后制成铅膏，其特征是主要操作步骤如下：

（1）备料：按原料总量的质量百分比称取以下各组分：

铅粉75%～82%，碳材料0.2%～1%，硫酸钡1%～2%，木素质0.05%～0.12%，腐植酸0.1%～0.35%，短纤维0.1%～0.3%，纯水10%～15%，硫酸（1.3～1.4g/cm³）4%7%；

（2）干混：将铅粉、碳材料、硫酸钡、木素、腐植酸、短纤维干混8～10min；

（3）湿混：对干混后的混合料加入纯水湿混10～15min；

（4）酸混：对湿混后的混合料缓慢加入硫酸进行酸混，控制加酸时间8～12min，加酸完毕后继续搅拌35～45min，至铅膏外观色泽均一，测量铅膏视密封和温度，合格后出膏。

采用散热冷却装置保持铅膏制备过程中温度不超过72℃，出膏温度控制在50～55℃。

本发明采用铅炭电池专用和膏机、专用碳材料，通过各成分的优化配比和控制干混阶段、湿混阶段及酸混阶段的混合时间，使碳材料在铅膏中分散均匀，这种分散均匀性就发挥了碳材料的高比表面、高导电性以及其对铅基活性物质的分散性，提高铅活性物质的利用率，进而在高倍率充放电期间起到缓冲器的作用，有效地保护负极板，抑制“硫酸盐化”现象，显著提高了电池大电流充放电接受能力和循环性能，抑制电极表面的硫酸盐化，使电池兼具高容量和长循环寿命。

附图说明

图1为采用本发明制作的极板截面图；

图2为采用本发明制作的极板表面图；

图3为采用现行工艺制作的极板截面图；

图4为采用现行工艺制作的极板表面图。

具体实施方式：

下面通过实施例的具体操作及采用本发明和现有方法分别制作电池进行试验对比，对本发明作进一步说明。

注：表中%皆为质量百分比；所用硫酸的密度为1.35g/cm³；所述干混、湿混、酸混的加入料与说明书前述内容相同，酸混时间包括加酸时间及加酸后的继续搅拌时间。

实施例具体操作中未涉及技术与现有工艺相同；铅膏制备过程中温度不超过72℃，出膏温度控制在50～55℃。

对上述和膏工艺制作的铅膏和现行工艺制作的铅膏进行手工涂片，并对两类极板进行标识，然后进行固化干燥；待极板固化干燥后，两类极板分别与正常生产工艺生产的正极板组装电池。按照本发明的负极活性物质制备方法制作的样品电池与现有制备方法制作的电池进行性能对比试验，验证本发明技术效果，在大电流充放电接受能力和循环性能方面的作用。

1、SEM表征分析

两类极板固化干燥结束后，分别取极板铅膏试样做SEM表征测试。测试结果显示现有工艺铅膏内碳材料分布表面碳材料聚集不均匀，截面可以看出碳材料分布较少，很不均匀；采用本发明活性物质制备方法的极板铅膏内碳材料不论是极板表面还是截面分布都要比现有工艺要好很多，碳材料在铅膏内分散均匀。对比情况参见图1～4。

2、电池制作

按照本发明的方法制备的负极板和现行工艺生产的负极板，分别与现行工艺生产的正极板组装制作样品电池和现有电池各9只，按10小时率容量计算，所制备的电池正极活性物质干重为12.8g/Ah，负极活性物质干重为10g/Ah。电池组装完成后进行化成，化成用酸密度为1.22-1.24g/cm³，注酸量及化成制式同现行工艺，采用内化成三充两放制式，下线后，静置48小时，随机抽取样品电池和现有电池各6只配成1组，进行100%DOD循环寿命测试，其余进行充电接受能力试验。检测设备采用张家港金帆电源有限公司生产的12V150A蓄电池循环检测仪。

3、充电接受能力试验

从样品电池和现有电池中各抽取3只电池，分别以50A电流放电5h，再放入0℃的低温室中24h，取出在1min内，以恒定电压14.4V充电对蓄电池进行充电，10min后，测得样品电池最大充电电流分别为185A、189A、196A ，现有电池最大充电电流分别为113A、116A、123A，样品电池的最大充电电流是现有电池的1.5倍以上，电池的充电接受能力明显提高。

4、电池循环寿命试验

循环制式为：以恒流50A放电至电池组电压10.8V，恒压14.1V、限流50A充电24h为一个循环，重复以上步骤进行循环，直至放电量连续两次低于首次循环放电容量的80%结束。

样品电池组的寿命循环在前70次时容量上升5%，在285次时，容量衰减了4%，与现有电池循环在285次时容量衰减就达到13%相比，衰减速率大大减小，初期循环性能有了明显提高。循环寿命终止时，样品电池组的循环次数为658次，现有电池的循环寿命只有403次。

从上述试验结果可以说明，采用本发明制作的负极活性物质制作的电池，能够提高电池充电接受能力、循环寿命性能，适应频繁停电、充电条件不能保障地区使用。

本发明提供的技术方案制作过程简易、可控，适于批量化生产。

Claims

1.一种铅炭电池负极活性物质制备方法，以铅粉、碳材料、水、硫酸和添加剂为原料，在和膏设备中混合后制成铅膏，其特征是主要操作步骤如下：

（1）备料：按原料总量的质量百分比称取以下各组分：

铅粉75%～82%，碳材料0.2%～1%，硫酸钡1%～2%，木素0.05%～0.12%，腐植酸0.1%～0.35%，短纤维0.1%～0.3%，纯水10%～15%，硫酸（1.3～1.4g/cm³）4%～7%；

（3）湿混：对干混后的混合料加入纯水湿混10～15min；

（4）酸混：对湿混后的混合料缓慢加入硫酸进行酸混，控制加酸时间8～12min，加酸完毕后继续搅拌35～45min，至铅膏外观色泽均一，测量铅膏视密度和温度，合格后出膏。

2.按权利要求1所述铅炭电池负极活性物质制备方法，其特征是采用散热冷却装置保持铅膏制备过程中温度不超过72℃，出膏温度控制在50～55℃。