CN107968206B - 一种铅炭电池用碳材料板栅及其制备方法 - Google Patents

一种铅炭电池用碳材料板栅及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅炭电池用碳材料板栅，由碳材料和粘结剂组成。碳材料包括飞行石墨及全碳气凝胶、泡沫碳、导电石墨、炭黑和乙炔黑的一种或几种组成。本发明的板栅以碳材料构成，有效降低了铅炭电池的极板重量，提高了电池的能量密度，使电池更适应于大电流充放电使用。本发明还公开了一种铅炭电池用碳材料板栅的制备方法，包括混料、入模、干燥、脱模和修整步骤。本发明的板栅既可作为铅炭电池的负极板栅，又可作为铅炭电池的正极板栅，同时也可以同时作为正负极板栅应用于铅炭电池中。板栅制备方法易于操作，可根据电池设计要求来制备不同尺寸、厚度和形状的板栅，可广泛应用于铅炭电池的生产。

Description

一种铅炭电池用碳材料板栅及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源相关材料领域，具体涉及一种铅炭电池用碳材料板栅及其制备方法。
背景技术
由于铅炭电池本身突出的充放电性能，因此其在新能源储能和动力领域的应用不断扩大。板栅在铅炭电池中，起到承载活性物质和传导电流的作用。其性能和重量对蓄电池的充放电性能和比能量影响较大，使用传统铅合金板栅的蓄电池存在耐腐蚀性差，电池比能量低，大电流充放电性能差的缺点。传统的板栅往往采用铅合金、铝合金或合金与碳材料掺杂的方式。例如，专利CN201520716661.4公开了一种铅酸蓄电池负极板板栅，板栅包括极耳和框架，框架由铝合金筋条和导电碳纤维毡焊合后构成，提高活性物质利用率，提高电池的使用寿命；专利CN201510380971.8公开了一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，将木屑碳化得到活性炭，活性炭与PVDF球磨得到碳浆，再制备铅合金并将铅合金与碳浆分别注入模具得到正极板栅，以减轻板栅质量，提高电池循环寿命；CN201220521533.0公开了一种新型铅碳电池板栅，板栅结构包括极耳、边框及筋条，能和常规板栅相同重量条件下延长板栅的使用寿命、提高电池电容量；CN201220587183.8公开了一种碳素电池板栅，板栅呈平板状结构，板面上有通孔，板栅材料为石墨，以减少用铅量和质量。从已经公开的方法可见，目前新型板栅主要是以铅合金或铝合金为主，也有采用合金材料与碳材料掺杂的方式，这些板栅技术依然采用合金材料为主要组成部分，无法解决电池比能量低、大电流充放电性能差的缺点，且无法同时应用于正、负极板的生产。而采用石墨制备碳素板栅，选料单一、生产制备方法不明确，不但无法实现板栅的有效加工，且难以应用于铅炭电池。
因此，需要一种新的铅炭电池用碳材料板栅及其制备方法以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种铅炭电池用碳材料板栅。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种铅炭电池用碳材料板栅，采用如下技术方案：
一种铅炭电池用碳材料板栅，由按重量百分比的如下组份组成：95.0％-99.9％碳材料和0.1％-5.0％粘结剂。
更进一步的，所述碳材料由飞行石墨、全碳气凝胶、泡沫碳、导电石墨、炭黑和乙炔黑中的一种或几种组成。采用上述碳材料的组合，可以大幅降低碳材料板栅的重量，并可有效保证板栅的性能。
更进一步的，所述碳材料由按重量份数的如下组份组成：3份-45份飞行石墨，4份-25份全碳气凝胶，25份-80份泡沫碳，1份-4份导电石墨，1份-8.5份炭黑和0.5份-1.5份乙炔黑。碳材料采用此组份的组合，可以使得板栅的重量相对于普通的合金板栅降低42-45％，并可有效保证板栅的性能。
更进一步的，所述碳材料由按重量份数的如下组份组成：90份飞行石墨和39.9份全碳气凝胶。碳材料采用此组份的组合，可以使得板栅的重量相对于普通的合金板栅降低40％，并可有效保证板栅的性能。
更进一步的，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
有益效果：本发明的铅炭电池用碳材料板栅以碳材料构成，有效降低了铅炭电池的极板重量，提高了电池的能量密度，使电池更适应于大电流充放电使用。
本发明还公开了一种铅炭电池用碳材料板栅的制备方法，包括以下步骤：
1)、根据权利要求1-5任一项所述的铅炭电池用碳材料板栅称取碳材料；
2)、将步骤1)得到的碳材料放入容器中，用搅拌桨以120r/min-200r/min的速度搅拌10min-15min，然后加入乙醇水溶液继续搅拌10min-15min，最后加入粘结剂继续搅拌15min-30min，得到混合物料；
3)、常温下，将步骤2)得到的混合物料填涂于板栅模具内；
4)、将步骤3)得到的填涂好的板栅模具进行干燥处理，干燥温度为120℃-180℃，干燥时间为10h-24h，直到板栅完全干燥为止；
5)、将干燥好的板栅从板栅模具内取出，修整板栅的外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅。
更进一步的，所述乙醇水溶液为70％乙醇水溶液。
更进一步的，将步骤3)得到的填涂好的板栅模具置于真空环境或惰性气体保护条件下进行干燥处理。
更进一步的，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
有益效果：本发明的铅炭电池用碳材料板栅制备方法易于操作，可根据电池设计要求来制备不同尺寸、厚度和形状的板栅，可广泛应用于铅炭电池的生产。
附图说明
图1是本发明中铅炭电池用碳材料板栅的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
根据蓄电池工艺要求并参阅图1所示，
首先，按飞行石墨3.0％、全碳气凝胶5.0％、泡沫碳80.0％、导电石墨2.0％、炭黑4.0％、乙炔黑1.0％的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，用搅拌桨以120r/min的速度混合10min后，加入一定量的70％乙醇水溶液继续搅拌10min，最后加入5.0％的粘结剂继续搅拌15min得到粘稠状混合物料；
第三，常温下，将制备好的混合物料用挤出机均匀地填涂于符合工艺要求的板栅模具内；
第四，将填涂好的板栅模具置于真空环境下进行干燥处理，干燥温度为180℃，干燥时间为10h，直到板栅完全干燥为止；
第五，以机械脱模的方式将干燥好的板栅从模具中取出；
第六，按工艺要求对板栅进一步休整外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅成品。
所得板栅可用作铅炭电池的负极板栅。
实施例2
根据蓄电池工艺要求并参阅图1所示，
首先，按飞行石墨60.0％、全碳气凝胶39.9％的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，用搅拌桨以200r/min的速度混合15min后，加入一定量的70％乙醇水溶液继续搅拌15min，最后加入0.1％的粘结剂继续搅拌30min得到粘稠状混合物料；
第三，常温下，将制备好的混合物料以手工方式均匀地填涂于符合工艺要求的板栅模具内；
第四，将填涂好的板栅模具置于惰性气体保护条件下进行干燥处理，干燥温度为120℃，干燥时间为24h，直到板栅完全干燥为止；
第五，以手工脱模的方式将干燥好的板栅从模具中取出；
第六，按工艺要求对板栅进一步休整外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅成品。
所得板栅可用作铅炭电池的正极板栅。
实施例3
根据蓄电池工艺要求并参阅图1所示，
首先，按飞行石墨45.0％、全碳气凝胶25.0％、泡沫碳25.0％、导电石墨1.0％、炭黑1.0％、乙炔黑0.5％的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，用搅拌桨以150r/min的速度混合12min后，加入一定量的70％乙醇水溶液继续搅拌12min，最后加入2.5％的粘结剂继续搅拌25min得到粘稠状混合物料；
第三，常温下，将制备好的混合物料用挤出机均匀地填涂于符合工艺要求的板栅模具内；
第四，将填涂好的板栅模具置于真空环境下进行干燥处理，干燥温度为160℃，干燥时间为16h，直到板栅完全干燥为止；
第五，以手工脱模的方式将干燥好的板栅从模具中取出；
第六，按工艺要求对板栅进一步休整外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅成品。
所得板栅可用作铅炭电池的正极板栅和负极板栅。
实施例4
根据蓄电池工艺要求并参阅图1所示，
首先，按飞行石墨5.0％、全碳气凝胶6.0％、泡沫碳72.5％、导电石墨4.0％、炭黑8.5％、乙炔黑1.5％的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，用搅拌桨以120r/min的速度混合10min后，加入一定量的70％乙醇水溶液继续搅拌10min，最后加入5.0％的粘结剂继续搅拌15min得到粘稠状混合物料；
第三，常温下，将制备好的混合物料用挤出机均匀地填涂于符合工艺要求的板栅模具内；
第四，将填涂好的板栅模具置于真空环境下进行干燥处理，干燥温度为180℃，干燥时间为10h，直到板栅完全干燥为止；
第五，以机械脱模的方式将干燥好的板栅从模具中取出；
第六，按工艺要求对板栅进一步休整外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅成品。
所得板栅可用作铅炭电池的负极板栅。
实施例5
根据蓄电池工艺要求并参阅图1所示，
首先，按飞行石墨4.0％、全碳气凝胶5.0％、泡沫碳75.0％、导电石墨4.0％、炭黑8.0％、乙炔黑1.5％的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，用搅拌桨以120r/min的速度混合10min后，加入一定量的70％乙醇水溶液继续搅拌10min，最后加入5.0％的粘结剂继续搅拌15min得到粘稠状混合物料；
第三，常温下，将制备好的混合物料用挤出机均匀地填涂于符合工艺要求的板栅模具内；
第四，将填涂好的板栅模具置于真空环境下进行干燥处理，干燥温度为180℃，干燥时间为10h，直到板栅完全干燥为止；
第五，以机械脱模的方式将干燥好的板栅从模具中取出；
第六，按工艺要求对板栅进一步休整外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅成品。
所得板栅可用作铅炭电池的负极板栅。
测试结果如下：
Figure BDA0001469578490000051
Figure BDA0001469578490000061
从上表中可以看出，本发明中提供的铅炭电池用碳材料板栅以碳材料构成，有效降低了铅炭电池的极板重量，提高了电池的能量密度，使电池更适应于大电流充放电使用。
应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种铅炭电池用碳材料板栅，其特征在于：由按重量百分比的如下组份组成：95.0％-99.9％碳材料和0.1％-5.0％粘结剂；所述碳材料由按重量份数的如下组份组成：45份飞行石墨， 25份全碳气凝胶，25份泡沫碳，1份导电石墨，1份炭黑和0.5份乙炔黑，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
2.一种铅炭电池用碳材料板栅的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、根据权利要求1所述的铅炭电池用碳材料板栅称取碳材料；
2)、将步骤1)得到的碳材料放入容器中，用搅拌桨以120r/min-200r/min的速度搅拌10min-15min，然后加入乙醇水溶液继续搅拌10min-15min，最后加入粘结剂继续搅拌15min-30min，得到混合物料；所述乙醇水溶液为70％乙醇水溶液；所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶；
3)、常温下，将步骤2)得到的混合物料填涂于板栅模具内；将步骤3)得到的填涂好的板栅模具置于真空环境或惰性气体保护条件下进行干燥处理；
4)、将步骤3)得到的填涂好的板栅模具进行干燥处理，干燥温度为120℃-180℃，干燥时间为10h-24h，直到板栅完全干燥为止；
5)、将干燥好的板栅从板栅模具内取出，修整板栅的外形和尺寸，得到铅炭电池用碳材料板栅。
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