CN105206836A - 一种富液起停铅酸蓄电池负极活性物质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质及其制备方法。每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：木素磺酸钠0.05~0.8份，PBX-N型碳黑0.1~1.5份，腐殖酸0.1~0.6份，硫酸钡0.2~0.8份，纤维0.02~0.08份，硫酸钾0.1-0.4份，纳米二氧化硅0.05-0.1份。本发明还公开了该负极活性物质的制备方法。本发明的富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质提高了活性物质之间的导电能力，增强了铅酸蓄电池的充电接受能力，延长了电池的使用寿命。

Description

一种富液起停铅酸蓄电池负极活性物质及其制备方法
技术领域
本发明涉及富液起停铅酸蓄电池领域，具体涉及一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质及其制备方法。
背景技术
一般，在富液式铅酸蓄电池中，正、负极活性材料被涂覆在正、负电极板栅上，形成正、负极板。正、负极活性材料浆料通常包含氧化铅。电解质通常包含酸的水溶液，比较常用的是硫酸的水溶液。在蓄电池放电过程中，正、负极活性材料与电解质中的硫酸发生反应，形成硫酸铅。硫酸通过与正、负极活性材料的反应，消耗了电解质中的一部分硫酸。然而，在蓄电池充电后，硫酸返回到电解质中。这使富液式铅酸蓄电池成为用途广泛的电源，广泛用于启动车辆。
目前，汽车制造企业为了减少车辆的二氧化碳排放，开始为其产品配备智能起停系统。频繁的起动导致普通富液铅酸蓄电池充电不足加速极板硫酸盐化，使电池性能逐渐下降，电池的充电接受能力差，最终提前失效。文献CN104577058A公开了一种铅炭电池负极活性物质制备方法，包含以下质量百分比的组分：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%；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。文献CN103700822A公开了一种超级电容铅酸电池负极，包括板栅和附着在板栅上活性物质，包括以下质量份的物质：铅76～92份、活性炭8～24份、短纤维0.076～0.092份、乙炔黑0.288～0.276份、硬脂酸钠0.342～0.414份、木质素0.114～0.138份、硫酸102～124份、N-甲基吡咯烷酮65～80份和粘结剂0.8～9.6份。该文献还公开了上述铅酸电池负极的制备方法，以及含有该负极的铅酸电池。访文献通过在铅酸电池负极中提高活性炭的比例，减少铅的用量，来提升负极的充放电接收能力，以此提高铅酸电池的容量和铅板利用率，并大幅度降低产品的材料成本。但富液起停铅酸蓄电池要求有更长的循环寿命以及充电接受能力，上述文献所述的负极活性物质难以满足实际需要。
本发明提供一种有效的解决上述缺陷的负极活性物质及其制备方法，改善蓄电池的充电接受能力，弥补充电不足，延长电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的缺陷，提供一种可改善蓄电池的充电接受能力，弥补充电不足，延长电池的使用寿命的富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的：一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅。
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.05~0.8份，
PBX-N型碳黑0.1~1.5份，
腐殖酸0.1~0.6份，
硫酸钡0.2~0.8份，
纤维0.02~0.08份，
硫酸钾0.1-0.4份，
纳米二氧化硅0.05-0.1份。
优选地，所述PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2。
优选地，所述纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的至少一种，纤维的长度为2-4mm。
硫酸钾和纳米二氧化硅的添加，不但增强了负极活性物质之间的导电能力，提高铅酸电池的充电接受能力和寿命，同时采用本发明的负极活性物质所制备的铅酸蓄电池具有良好的循环稳定性，硫酸钾和纳米二氧化硅的比例对活性物质的性能影响较大，且二者的质量比为2-4：1时，活性物质的性能最佳。
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏。
优选地，所述步骤（1）中的乙酸钠的含量为5-10%。
优选地，所述步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分散，是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min。
优选地，所述混合物I中的炭黑的含量为15-20%。
优选地，所述步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
本发明的有益效果是：本发明的富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质及其制备方法提高了活性物质之间的导电能力，增强了铅酸蓄电池的充电接受能力，延长了电池的使用寿命。电池的充电接受能力提高了5%~10%，电池寿命提高了10%~15%。
具体实施方式
实施例1
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅；
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.35份，
PBX-N型碳黑0.8份，
腐殖酸0.4份，
硫酸钡0.5份，
纤维0.06份，
硫酸钾0.2份，
纳米二氧化硅0.07份；
其中，PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2；纤维为尼龙，其长度为2-4mm；
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏；
其中，步骤（1）中的乙酸钠的含量为7%；步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min；混合物I中的炭黑的含量为16%；步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
实施例2
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅；
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.05份，
PBX-N型碳黑0.1份，
腐殖酸0.1份，
硫酸钡0.2份，
纤维0.02份，
硫酸钾0.1份，
纳米二氧化硅0.05份；
其中，PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2；纤维为腈纶，纤维的长度为2-4mm；
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏；
其中，步骤（1）中的乙酸钠的含量为5%；步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min；混合物I中的炭黑的含量为10%；步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
实施例3
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅；
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.8份，
PBX-N型碳黑1.5份，
腐殖酸0.6份，
硫酸钡0.8份，
纤维0.08份，
硫酸钾0.4份，
纳米二氧化硅0.1份；
其中，PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2；纤维为腈纶和涤纶，纤维的长度为2-4mm；
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏；
其中，步骤（1）中的乙酸钠的含量为10%；步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min；混合物I中的炭黑的含量为20%；步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
对比例1
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅；
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.35份，
PBX-N型碳黑0.8份，
腐殖酸0.4份，
硫酸钡0.5份，
纤维0.06份，
纳米二氧化硅0.07份；
其中，PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2；纤维为尼龙，其长度为2-4mm；
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏；
其中，步骤（1）中的乙酸钠的含量为7%；步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min；混合物I中的炭黑的含量为16%；步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
对比例2
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅；
每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.35份，
PBX-N型碳黑0.8份，
腐殖酸0.4份，
硫酸钡0.5份，
纤维0.06份，
硫酸钾0.2份，
纳米二氧化硅0.07份；
其中，PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2；纤维为尼龙，其长度为2-4mm；
一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于纯水中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏；
其中，步骤（1）中的乙酸钠的含量为7%；步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min；混合物I中的炭黑的含量为16%；步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
试验例
对上述实施例1-2及对比例1-2所制备的负极铅膏制成的铅酸电池进行性能测试，测试结果列于表1。
其中，铅酸电池动态充电接受能力的测试方法为：
电池充满电后，在25℃水浴中浸泡6h。在同样的温度下，以I=0.1Ce将电池逐步放电至90%、80%、70%、60%的荷电状态（SOC），每次放电结束后，以14.8V、200A充电60s，记录电流随时间的变化。
铅酸电池部分荷电状态下高倍率循环寿命（HRPSOC）测试方法为：
蓄电池充满电后1～2h内以I=2×I20恒流放电5h至50%荷电状态，终止条件为10.5V，然后做如下a～d循环：（a）以I=2×C20恒流充电1min；（b）静置10s；（c）以I=2×C20恒流放电1min；（d）静置10s；其中循环过程中，充电电压高于17V或放电电压低于10.5V即达到寿命终止条件。
表1.所制备的铅酸电池的性能测试结果
以上对本发明实施例所提供的一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质，其特征在于，该活性物质包含：木素磺酸钠、PBX-N型碳黑、腐殖酸、硫酸钡、纤维、硫酸钾和纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的活性物质，其特征在于，每100质量份铅粉中包含所述负极活性物质中各组分的质量份数为：
木素磺酸钠0.05~0.8份，
PBX-N型碳黑0.1~1.5份，
腐殖酸0.1~0.6份，
硫酸钡0.2~0.8份，
纤维0.02~0.08份，
硫酸钾0.1-0.4份，
纳米二氧化硅0.05-0.1份。
3.根据权利要求1所述的活性物质，其特征在于，所述PBX-N型碳黑的比表面积为1200-1800g/m2。
4.根据权利要求1所述的活性物质，其特征在于，所述纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的至少一种，纤维的长度为2-4mm。
5.根据权利要求1所述的活性物质，其特征在于，所述硫酸钾和纳米二氧化硅的质量比为2-4：1。
6.一种富液起停铅酸蓄电池用负极活性物质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将木素磺酸钠溶于乙酸钠的水溶液中，加入PBX-N型炭黑进行分散，得到混合物I；
（2）将腐殖酸、硫酸钡和纤维干混，加至混合物I中，搅拌均匀，得混合物II；
（3）将铅粉加入混合物II，混合搅拌5-8min，得混合物III；
（4）向混合物III中加入适量的水并搅拌均匀得混合物Ⅳ；
（5）将硫酸钾和纳米二氧化硅加入到硫酸中，超声波混合均匀，加至混合物Ⅳ中，混合搅拌均匀后出膏。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的乙酸钠的含量为5-10%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中加入PBX-N型炭黑进行分散，是采用超声波进行分散，超声波处理时间为5-8min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合物I中的炭黑的含量为15-20%。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中超声波混合时间为3-5min。
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