CN106784807A - 一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法，该铅膏由氧化铅及占氧化铅质量百分比为0.5~5.0%的复合碳材料混合之后，加入分别占氧化铅质量百分比为0.8~1.0%的硫酸钡、0.1~0.3%的木素、0.1~0.3%的腐殖酸及占氧化铅质量百分比为0.08%的短纤维，搅拌均匀之后，加入占氧化铅质量百分比为8.5%的硫酸，用蒸馏水调节铅膏稠度使所得铅膏视密度为4.45g/cm3。本发明在复合碳材料存在下制备的铅膏，复合碳材料具有较高的吸附能力及比表面积，可增加极板的空隙率和吸酸值，有利于硫酸根离子的扩散、增加电极的活性表面积，使电极的电化学反应更加顺利进行，提高了铅酸蓄电池的循环寿命。

Description

一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法。
背景技术
传统铅酸电池主要应用于电动助力车、电动道路车、混合动力汽车及各种内燃机的启动和无线通信基站等，但其在部分荷电态下负极易硫酸盐化而失效，降低了电池的受充能力及循环寿命。这是由于活性物质未有效利用，放电产物PbSO4没有有效的转化为原来的存在形式，导致不可逆的PbSO4在负极活性物质上累积，PbSO4的累积可减小负极板有效反应面积，致使负极板充电及放电过程进行的特别困难，最终导致电池故障。
为了解决上面提到的问题，国内外研究者做出了许多努力。一些研究报道在铅酸蓄电池负极板中引入碳材料可以提高负极板的放电容量、充电接受能力以及延长其循环寿命。在模拟电池高倍率部分荷电实验中，将碳材料作为添加剂加入负极活性物质可显著提高电池的充电接受能力、减缓负极的硫酸盐化过程。
复合碳材料是由两种或两种以上不同碳材料所形成的结合体，当复合物表现与其中各单一组分所具有的性质迥异的化学、机械和物理方面的特性时，这些组分仍然保持着各自的原始性质。乙炔黑是由碳化钙法或石脑油（粗汽油）热解时的副产气分解精制得到的纯度在99%以上的乙炔，再经过连续分解后得到的炭黑。乙炔黑电阻率小，具有良好的导电性、导热性和抗静电效果；石墨在常温下具有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀，石墨的导电性比一般废金属矿高一百倍，石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷；活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，由煤通过粉碎、成型或用均匀的煤粒经炭化、活化生产得到，活性炭的比表面积在500~1700m2/g之间，具有很强的吸附性能，是一种用途极广的一种工业吸附剂；石墨烯结构非常稳定，石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，石墨烯的比表面积非常大，可以吸附和脱附各种原子和分子。
将复合碳材料作为铅酸蓄电池负极铅膏的添加剂时，不仅使负极铅活性物质的导电性会有较明显的提高，而且还可以增加极板的孔隙率及吸酸值，有利于硫酸根离子的扩散，增加电极的活性表面积，使负极在低温环境下放电容量有所增加。而且，复合碳材料具备各组分的优异性能，在充放电过程中其结构不易发生变化，可以有效防止活性物质结块和收缩，还具有将各种溶解物质吸附在本身表面的特性，是一种良好的吸附剂，它能够很好的吸附硫酸，因而提高了硫酸对活性物质的接触渗透，有利于电化学反应的进行。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供了一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法，该铅膏有效解决了目前铅酸蓄电池面临的充电接受能力差及改善蓄电池循环寿命等问题。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，该铅膏是由以下重量份的原料配制而成：氧化铅，占氧化铅质量百分比为0.5~5.0%的复合碳材料，占氧化铅质量百分比为0.8~1.0%的硫酸钡，占氧化铅质量百分比为0.1~0.3%的木素，占氧化铅质量百分比为0.1~0.3%的腐殖酸，占氧化铅质量百分比为0.08%的短纤维，占氧化铅质量百分比为8.0~10.0%的硫酸以及蒸馏水。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述氧化铅的氧化度为76%，氧化铅的粒径为8~10μm。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述复合碳材料包括以下重量份的成分：胶体石墨20%，乙炔炭黑40%，石墨烯15%，活性炭25%。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述的硫酸钡过800目筛。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述的短纤维为玻璃纤维，纤维的长度为3~6mm。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述硫酸的密度为1.4g/cm3。
所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述的铅膏由以下重量份的原料配制而成：氧化铅，占氧化铅重量百分比为0.5~5.0%的复合碳材料，占氧化铅质量百分比为0.9%的硫酸钡，占氧化铅质量百分比为0.2%的木素，占氧化铅质量百分比为0.2%的腐殖酸，占氧化铅质量百分比为0.08%的短纤维，占氧化铅质量百分比为8.5%的硫酸及蒸馏水。
一种上述复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述重量份准备材料；
（2）将步骤（1）准备的氧化铅及复合碳材料混合搅拌均匀，得到混合物a；
（3）按照上述重量份取短纤维均匀的分散在蒸馏水中；
（4）在步骤（2）混合均匀的混合物a中按照上述重量份依次加入硫酸钡、木素、腐殖酸、步骤（3）分散在蒸馏水中的短纤维，混合搅拌均匀，得到混合物b；
（5）在步骤（4）搅拌均匀之后的混合物b中逐滴加入密度为1.4g/cm3的硫酸，混合搅拌均匀后加入蒸馏水调节铅膏的稠度，使得最终得到的铅膏视密度为4.45g/cm3，调节完成之后即得到产品。
所述复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，步骤（5）所述的滴加硫酸和膏过程中的温度为55~60℃。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
本发明在复合碳材料存在下制备的铅膏，由于复合碳材料具有较高的吸附能力及较高的比表面积，可以增加极板的空隙率和吸酸值，有利于硫酸根离子的扩散、进一步增加电极的活性表面积，使得电极的电化学反应进行的更加顺利，提高了铅酸蓄电池的循环寿命；
采用本发明制备的铅膏制备成蓄电池之后，具有很高的初始容量及循环寿命，并且铅酸蓄电池的充电接受能力也有显著改善。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，包括以下重量份的原料：500g氧化度为76%的氧化铅，2.5g复合碳材料，4.5g硫酸钡，1g木素，1g腐殖酸，0.4g玻璃纤维，42.5g密度为1.4g/cm3的硫酸，蒸馏水；
所述的复合碳材料为胶体石墨20%，乙炔炭黑40%，石墨烯15%，活性炭25%。
取一定量该铅膏涂在Pb-Ca板栅上制得负极片，负极片在35℃条件下保温2h，然后在65℃和湿度为85％条件下保温4小时；将固化好的负极板组与常规配方制备的正极板组装成电池，电解液用密度为1.3g/cm3的硫酸化成，化成完毕后测试电池的性能。
实施例2
一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，包括以下重量份的原料：500g氧化度为76%的氧化铅，12.5g复合碳材料，4.5g硫酸钡，1g木素，1g腐殖酸，0.4g玻璃纤维，42.5g密度为1.4g/cm3的硫酸，蒸馏水；
所述的复合碳材料为胶体石墨20%，乙炔炭黑40%，石墨烯15%，活性炭25%。
取一定量该铅膏涂在Pb-Ca板栅上制备得到负极片，负极片在35℃条件下保温2h，然后在65℃和湿度为85％条件下保温4h；将固化好的负极板组与常规配方制备的正极板组装成电池，电解液用密度为1.3g/cm3的硫酸化成，化成完毕后测试电池的性能。
实施例3
一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，包括以下重量份的原料：500g氧化度为76%的氧化铅，25g复合碳材料，4.5g硫酸钡，1g木素，1g腐殖酸，0.4g玻璃纤维，42.5g密度为1.4g/cm3的硫酸，蒸馏水；
所述的复合碳材料为胶体石墨20%，乙炔炭黑40%，石墨烯15%，活性炭25%。
取一定量的该铅膏涂在Pb-Ca板栅上面制得负极片，负极片在35℃条件下保温2h，然后在65℃和湿度为85％条件下保温4h；将固化好之后的负极板组与常规配方制备的正极板组装出成电池，电解液用密度为1.3g/cm3的硫酸进行化成，化成完毕后测试电池的性能。
实施例4
实施例1~3所述复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述重量份准备材料；
（2）将准备好的氧化铅及复合碳材料混合搅拌3~10min，搅拌均匀得到混合物a；
（3）按照上述重量份将短纤维分散在蒸馏水中；
（4）将上述重量份的硫酸钡、木素、腐殖酸、加入到步骤（2）所述的混合物a中搅拌均匀，然后加入步骤（3）所述分散有短纤维的蒸馏水及其中的短纤维，混合搅拌8~12min，得到混合物b；
（5）在步骤（4）所述的混合物b中逐滴加入密度为1.4g/cm3的硫酸，滴加硫酸和膏过程中的温度为55~60℃，硫酸滴加完毕之后再加入蒸馏水调节铅膏的稠度使最终的铅膏视密度为4.45g/cm3。
电池性能检测结果：
将用本发明制备的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏制成的负极板，与常规配方制备的正极板组装成的6-DZM-20电池，对铅酸电池低温性能测试和循环寿命进行试验，其试验结果如下：
以本发明的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏制备的负极板组装的蓄电池进行-15℃低温性能测试，结果显示：复合碳材料的添加量为2.5g时的电池低温循环寿命为86min，复合碳材料的添加量为12.5g时的电池的低温循环寿命为88min，复合碳材料的添加量为25g时的电池低温循环寿命为91min；国标规定在-15℃以下10A（两小时率）放电时间不低于84min，即本发明所制备的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏均能够达到要求，适量的复合碳材料可以改善电池的低温性能。
对电池进行2hr循环说明检测，结果表明：在230次循环充放电循环后仍然全部具有125min以上的放电时间，其中添加量为12.5g的电池循环性能最优，寿命最高可达146min，远远高于常规电池的116min的放电时间。

Claims (9)

1.一种复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，该铅膏是由以下重量份的原料配制而成：氧化铅，占氧化铅重量百分比为0.5~5.0%的复合碳材料，占氧化铅质量百分比为0.8~1.0%的硫酸钡，占氧化铅质量百分比为0.1~0.3%的木素，占氧化铅质量百分比为0.1~0.3%的腐殖酸，占氧化铅质量百分比为0.08%的短纤维，占氧化铅质量百分比为8.0~10.0%的硫酸及蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述氧化铅的氧化度为76%，氧化铅的粒径为8~10μm。
3.根据权利要求1所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的复合碳材料包含以下重量份的成分：胶体石墨20%，乙炔炭黑40%，石墨烯15%，活性炭25%。
4.根据权利要求1所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的硫酸钡过800目筛。
5.根据权利要求1所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的短纤维为玻璃纤维，纤维的长度为3~6mm。
6.根据权利要求1所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的硫酸密度为1.4g/cm3。
7.根据权利1~6任一项所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的铅膏由以下重量份的原料配制而成：氧化铅，占氧化铅重量百分比为0.5~5.0%的复合碳材料，占氧化铅质量百分比为0.9%的硫酸钡，占氧化铅质量百分比为0.1~0.2%的木塑，占氧化铅质量百分比为0.2%的腐殖酸，占氧化铅质量百分比为0.08%的短纤维，占氧化铅质量百分比为8.5%的硫酸及蒸馏水。
8.一种权利要求1~6任一项所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照上述重量份准备材料；
（2）将步骤（1）准备的氧化铅及复合碳材料混合搅拌均匀，得到混合物a；
（3）按照上述重量份取短纤维均匀分散在蒸馏水中；
（4）在步骤（2）混合均匀的混合物a中按照上述重量份依次加入硫酸钡、木素、腐殖酸、步骤（3）分散在蒸馏水中的短纤维，混合搅拌均匀，得到混合物b；
（5）在步骤（4）所述的混合物b中逐滴加入密度为1.4g/cm3的硫酸，混合搅拌均匀后加入蒸馏水调节铅膏的稠度，使得最终的铅膏视密度为4.45g/cm3。
9.根据权利要求8所述的复合碳材料铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的滴加硫酸和膏过程中的温度为55~60℃。
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