CN107994215A - 一种铅炭电池用负极活性物质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅炭电池用负极活性物质，包括按重量百分比计的如下组分：0‑60％氧化铅粉，5％‑65％碳材料，6％‑8％硫酸，1％‑5％添加剂，其余为去离子水。还公开了一种铅炭电池用负极活性物质的制备方法。本发明的铅炭电池用负极活性物质，不仅可以有效减轻蓄电池的重量，提升电池的能量密度，而且蓄电池具有良好的大电流充放电性能及部分荷电态高倍率充放电(HRPSoC)性能，同时本发明的负极活性物质制备方法便于实施，可广泛应用于铅炭电池的生产。

Description

一种铅炭电池用负极活性物质及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源相关材料领域，涉及一种铅炭电池用负极活性物质及制备方法。
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。传统铅酸蓄电池在大倍率充放电使用条件下，特别是在部分荷电态高倍率充放电(HRPSoC)使用条件下，负极活性物质容易生成较大的硫酸铅结晶，导致极板电阻变大，电池容量降低并最终失效。近年来，铅酸蓄电池领域的研究机构和科研人员对于负极材料的研发一直保持着极高的热情。例如，专利CN201110214031.3公开了一种新型电动车用铅碳电池，采用多孔活性碳材料、导电剂、粘结剂制备负极后，与正极配组制备电池；专利CN201510466243.9活性碳材料公开了一种铅碳负极的制备方法，向负极铅膏中加入新型多孔碳材料，铅膏与合金板栅组成新型铅碳电池负极；专利CN201510780059.1公开了一种铅炭超级电池及其生产方法，采用高比表面积活性炭材料、导电添加剂和粘结剂构成超级电容活性物质层并压实在极板表面。从已经公开的方法可见，目前用于“铅碳电池”负极生产的碳材料主要为多孔活性炭或高比表面积活性炭，这类碳材料的添加比例也远低于氧化铅粉量。
因此，需要一种新的铅炭电池用负极活性物质以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种满足铅炭电池大电流充放电性能及部分荷电态高倍率充放电性能要求，提高铅炭电池的能量密度的铅炭电池用负极活性物质。
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负极活性物质。
一种铅炭电池用负极活性物质，包括按重量百分比计的如下组分：0-60％氧化铅粉，5％-65％碳材料，6％-8％硫酸，1％-5％添加剂，其余为去离子水。
更进一步的，所述碳材料为飞行石墨、多孔碳颗粒、活性炭、导电石墨、炭黑和乙炔黑中的一种或多种的组合。
更进一步的，所述碳材料包括飞行石墨，所述飞行石墨为碳材料总重量的0.1-15.0％。
更进一步的，所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：0.1-15份飞行石墨，2-30份多孔碳颗粒，5-30份活性炭，1-15份导电石墨，1-20份炭黑和5-20份乙炔黑。
采用飞行石墨及多孔碳颗粒、活性炭、导电石墨、炭黑和乙炔黑混合得到铅炭电池负极的专用碳材料，使得在制备负极活性物质时，碳材料所占比例较大，可以减少使用甚至不使用氧化铅粉。
更进一步的，所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：8-10份飞行石墨，2-10份多孔碳颗粒，12-14份活性炭，1-2份导电石墨，1-2份炭黑和10-15份乙炔黑。
采用飞行石墨及多孔碳颗粒、活性炭、导电石墨、炭黑和乙炔黑混合得到铅炭电池负极的专用碳材料，使得在制备负极活性物质时，碳材料所占比例较大，可以减少使用氧化铅粉。
更进一步的，所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：0.1份飞行石墨，30份多孔碳颗粒，40份活性炭，15份导电石墨，9.9份炭黑和15份乙炔黑。采用此重量组份的飞行石墨及多孔碳颗粒、活性炭、导电石墨、炭黑和乙炔黑混合得到铅炭电池负极的专用碳材料，使得在制备负极活性物质时，碳材料所占比例较大，可以不使用氧化铅粉。
更进一步的，所述活性炭为高比表面积活性炭。其中，高比表面积活性炭即为申请号：2015107800591，名称为铅炭超级电池及其生产方法的专利中的高比表面积活性炭。高比表面积炭活性材料为经过硝酸、过氧化氢表面改性处理的活性炭、活性炭纤维、纳米活性炭纤维、多孔石墨烯中的一种或多种的混合物。
更进一步的，所述硫酸的密度为1.2-1.6g/cm3。
更进一步的，所述添加剂为木素添加剂，所述木素添加剂为木质素和木素磺酸钠中的一种或两种的混合物。
有益效果：本发明的铅炭电池用负极活性物质，不仅可以有效减轻蓄电池的重量，提升电池的能量密度，而且蓄电池具有良好的大电流充放电性能及部分荷电态高倍率充放电(HRPSoC)性能。
本发明还公开了一种铅炭电池用负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
1)、根据权利要求1-8任一项所述的铅炭电池用负极活性物质称取各组分；
2)、将碳材料混合并搅拌均匀；
3)、将氧化铅粉、硫酸、添加剂和去离子水加入步骤2)得到的混合均匀的碳材料中，混合均匀即得负极活性物质。
有益效果：本发明的铅炭电池用负极活性物质的制备方法简单方便，适用于工业化生产，可以大大提高铅炭电池用负极活性物质的生产效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
首先，按飞行石墨15.0份及多孔碳颗粒25.0份、活性炭25.0份、导电石墨5.0份、炭黑10.0份、乙炔黑20.0份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按氧化铅粉60.0％、混匀的碳材料5.0％、硫酸8.0％、添加剂1.0％、去离子水26.0％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.2g/cm3。添加剂为木质素。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
实施例2
首先，按飞行石墨0.1份及多孔碳颗粒30.0份、活性炭40.0份、导电石墨15.0份、炭黑9.9份、乙炔黑15.0份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按混匀的碳材料65.0％、硫酸6.0％、添加剂5.0％、去离子水24.0％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.4g/cm3。添加剂为木素磺酸钠。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
实施例3
首先，按飞行石墨12.0份及多孔碳颗粒24.0份、活性炭24.0份、导电石墨7.0份、炭黑20.0份、乙炔黑13.0份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按氧化铅粉55.0％、混匀的碳材料10.0％、硫酸7.0％、添加剂3.0％、去离子水25.0％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.6g/cm3。添加剂为木质素和木素磺酸钠的混合物，其中，木质素和木素磺酸钠的重量比为1:1。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
实施例4
其中，碳材料：飞行石墨5份、多孔碳颗粒10份、高比表面积活性炭5份、导电石墨10份、炭黑10份和乙炔黑10份；
其余均与实施例1相同。
实施例5
首先，按飞行石墨5份、多孔碳颗粒15份、高比表面积活性炭25份、导电石墨10份、炭黑5份和乙炔黑5份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按混匀的碳材料65.0％、硫酸8.0％、添加剂5.0％、去离子水22.0％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.3g/cm3。添加剂为木质素。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
实施例6
首先，按飞行石墨8份、多孔碳颗粒10份、高比表面积活性炭12份、导电石墨2份、炭黑2份和乙炔黑10份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按氧化铅粉24.2％、混匀的碳材料44％、硫酸7.0％、添加剂2.0％、去离子水22.8％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.4g/cm3。添加剂为木质素。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
实施例7
首先，按飞行石墨10份、多孔碳颗粒2份、高比表面积活性炭14份、导电石墨1份、炭黑1份和乙炔黑15份的比例准备碳材料；
其次，将全部碳材料放入容器中，搅拌均匀待用；
第三，按氧化铅粉20.6％、混匀的碳材料43％、硫酸6.8％、添加剂1.8％、去离子水27.8％的比例混合制备负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.5g/cm3。添加剂为木质素。活性炭为高比表面积活性炭。
该负极活性物质可涂布于负极板栅制备铅炭电池生产所用的负极板。
测试结果如下：
能量密度 放电效率(％) 充电电效率(％) 循环次数
实施例1 320Wh/kg 99 78 21.3万次
实施例2 340Wh/kg 100 79 23万次
实施例3 330Wh/kg 99 76 22万次
实施例4 310Wh/kg 98 75 21万次
实施例5 315Wh/kg 99 76 21.5万次
实施例5 314Wh/kg 98 75 22万次
实施例6 317Wh/kg 98 76 22.5万次
实施例7 313Wh/kg 99 77 21.5万次
从上表中可以看出，本发明中提供的铅炭电池用负极活性材料，具有相对于现有技术的电池更高的能量密度，而且蓄电池具有良好的大电流充放电性能及部分荷电态高倍率充放电(HRPSoC)性能，且循环次数更高。
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 (10)

1.一种铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：包括按重量百分比计的如下组分：0-60％氧化铅粉，5％-65％碳材料，6％-8％硫酸，1％-5％添加剂，其余为去离子水。
2.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述碳材料为飞行石墨、多孔碳颗粒、活性炭、导电石墨、炭黑和乙炔黑中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述碳材料包括飞行石墨，所述飞行石墨为碳材料总重量的0.1-15.0％。
4.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：0.1-15份飞行石墨，2-30份多孔碳颗粒，5-30份活性炭，1-15份导电石墨，1-20份炭黑和5-20份乙炔黑。
5.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：8-10份飞行石墨，2-10份多孔碳颗粒，12-14份活性炭，1-2份导电石墨，1-2份炭黑和10-15份乙炔黑。
6.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述碳材料包括按重量份数计的如下组份：0.1份飞行石墨，30份多孔碳颗粒，40份活性炭，15份导电石墨，9.9份炭黑和15份乙炔黑。
7.根据权利要求2-6任一项所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述活性炭为高比表面积活性炭。
8.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述硫酸的密度为1.2-1.6g/cm3。
9.根据权利要求1所述的铅炭电池用负极活性物质，其特征在于：所述添加剂为木素添加剂，所述木素添加剂为木质素和木素磺酸钠中的一种或两种的混合物。
10.一种铅炭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)、根据权利要求1-6任一项所述的铅炭电池用负极活性物质称取各组分；
2)、将碳材料混合并搅拌均匀；
3)、将氧化铅粉、硫酸、添加剂和去离子水加入步骤2)得到的混合均匀的碳材料中，混合均匀即得负极活性物质。
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