CN107994270A - 一种卧式铅炭电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卧式铅炭电池。采用碳基负极板作为负板，负板板栅材料为无镉合金或碳材料中的一种，负极活性物质由铅化合物与碳材料混合组成或由碳材料单独组成。卧式铅炭电池各单体内部的正极板和碳基负极板为平卧结构，即极板平面平行于水平面。这种负极板制备方法和单体内极板的组成结构不但真正实现了铅炭电池的设计目的，而且可以从根本上有效避免电池内电解液的浓差极化现象，有效提高电池的循环寿命和大倍率充放电性能。本发明卧式铅炭电池的制备方法，简单方便，易于操作，可广泛应用于铅炭电池的生产。

Description

一种卧式铅炭电池及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源相关材料领域，具体涉及一种可用于新能源、电力及通信/通讯领域的卧式铅炭电池及其制备方法。
背景技术
近年来，国内外铅酸蓄电池领域的研究机构和科研人员对于铅碳电池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。当认识到向铅酸蓄电池负极添加适当碳材料的优势之后，许多科研人员对所用碳材料的种类、用量和使用方法进行了较为详细的研究和筛选(见Moseley P T,Bonnet B,Cooper A,et al.Lead-acid battery chemistry adapted forhybrid electric vehicle duty[J].J Power Sources,2007,174(1):49–53；CHEN Mei(陈梅).超级电池——超级电容器一体型铅酸蓄电池[J].Chinese Journal of PowerSources(电源技术),2010,34(5):419–420；Moseley P T.High rate partial-state-of-charge operation of VRLA batteries[J].J Power Sources,2004,127(1):27-32.)，并对铅碳电池中碳材料的作用机理进行了分析和评价(见LIU Yong-gang(刘勇刚),TIANXin-chun(田新春),YANG Chun-ping(杨春平),et al.环保型铅碳超级电池的研究进展[J].Battery Bimonthly(电池),2011,41(2):112–114；Moseley P T.Consequences ofincluding carbon in the negative plates of Valve-regulated Lead-Acidbatteries exposed to high-rate partial-state-of-charge operation[J].J PowerSources,2009,191(1):134–138；KONG De-long(孔德龙),TANG Hai-peng(汤海朋),LIXian-hong (李现红),et al.电动车辆用超级电池的研究试验[J].Chinese Labat Man(蓄电池),2011,49(1):69-73,76.)。
与一般铅酸蓄电池常用的碳黑、乙炔黑等材料不同的是，目前用于铅碳电池的碳材料主要碳纳米管、碳纤维、有高比表面活性炭、石墨烯及改性碳材料等(见Pavlov D,Nikolov P,Rogachev T.Influence of carbons on the structure of the negativeactive material of lead-acid batteries and on battery performance[J].J.PowerSources,2011,196(11):5155-5167.)。对于碳材料在负极板中的作用机理的理解和解释，不同文献的报道也是多种多样的，主要包括：导电作用、限制结晶生长作用、电容作用、电渗透作用、晶核作用等。铅碳电池研究的最初目的，主要是基于其高倍率部分荷电态(HRPSoC)工作模式下的优异性能特点，希望能在混合动力汽车(HEV)领域得到广泛应用。而随着我国新能源行业的迅猛发展，风光发电储能配套需求及电网储能配套需求对电池产品的性能提出了更高要求，要求储能电池可以将新能源电力有效储存；储能配套电网是为了实现电网智能化，达到削峰填谷、平抑波动的目的。由于铅碳电池本身突出的充放电性能，因此在新能源领域的应用不断扩大。
从已经公开的方法和报道的文献可见，目前对于铅碳电池的制造技术为向负极铅膏中加入一定种类和数量的碳材料，制成含有碳材料混合铅膏；而负极集流体为铅或铅的合金；而且目前铅碳电池单体内极板的位置结构为垂直方式，即电池为正立式设计，电池的标称电压最高不超过12V，电池的充放电倍率集中在1C以下。这样的铅碳电池只是对铅膏中碳材料的用量进行了改变，并未改变负极板的基本组成结构，且正立式电池依然存在电池内部电解液浓差极化的现象，同时电池的充放电倍率性能不高，不能适应新能源领域、电力及通信/通讯领域对蓄电池大倍率充放电、长寿命的要求。同时，在已经公开的方法和报道的文献中对关联性产品的名称和定义比较混乱，如“铅碳电池”、“超级电池”、“铅炭超级电池”、“铅碳超级电池”等。
因此，需要一种新的卧式铅炭电池以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种满足新能源、智能电网、电力系统、后备电源、通讯/通信基站等领域对蓄电池大倍率充放电、高安全性、长寿命的使用要求的卧式铅炭电池。
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负极板，采用如下技术方案：
一种卧式铅炭电池，包括负极板(1)和正极板(2)，所述负极板(1)和正极板(2)均水平设置，所述负极板(1)采用碳基负极板，所述碳基负极板包括板栅和负极活性物质，所述板栅为无镉合金板栅或碳材料板栅，所述碳材料板栅由按重量百分比的如下组份组成：95.0％-99.9％第一碳材料和0.1％-5.0％粘结剂；所述负极活性物质涂布于所述板栅表面，所述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％第二碳材料，6％-8％硫酸，1％-5％添加剂，其余为去离子水。
更进一步的，所述第一碳材料由飞行石墨、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。
更进一步的，所述第一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-2份导电石墨，1份-4份炭黑和0.5份-1份乙炔黑。
更进一步的，所述第一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。
其中，上述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
更进一步的，所述第二碳材料为飞行石墨、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。这些材料的组合，可以大大降低电池的重量，有效提升电池的能量密度。
更进一步的，所述第二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，所述第二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，所述第二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，所述第二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。
其中，如上所述的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。
有益效果：本发明的卧式铅炭电池采用碳基负极板作为负板，负板板栅材料为无镉合金或碳材料中的一种，负极活性物质由铅化合物与碳材料混合组成或由碳材料单独组成。卧式铅炭电池各单体内部的正极板和碳基负极板为平卧结构，即极板平面平行于水平面。这种负极板制备方法和单体内极板的组成结构不但真正实现了铅炭电池的设计目的，而且可以从根本上有效避免电池内电解液的浓差极化现象，有效提高电池的循环寿命和大倍率充放电性能。
本发明还公开了一种卧式铅炭电池的制备方法，包括以下步骤：
1)、按照所述负极活性物质称量各组份，将各组分混合均匀，制备得到负极活性物质；按照碳材料板栅称量各组份，并制备得到碳材料板栅；
2)、将步骤1)得到的所述负极活性物质涂布于所述碳材料板栅的表面，经固话干燥得到负极板；
3)、将步骤2)得到的负极板(1)与正极板(2)和隔板(3)装配进电池单体(4)内，所述负极板(1)、正极板(2)和隔板(3)均水平设置，得到卧式铅炭电池。
其中，碳材料板栅的制备方法，包括以下步骤：
1、根据如上所述的碳材料板栅称取第一碳材料；
2、将步骤1得到的第一碳材料放入容器中，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，得到碳材料板栅。
其中，步骤2中所述乙醇水溶液为70％乙醇水溶液。
步骤2中所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
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。
本发明的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。
其中，负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
一、根据如上所述的负极活性物质称取各组分；
二、将第二碳材料混合并搅拌均匀；
三、将氧化铅粉、硫酸、添加剂和去离子水加入步骤二得到的混合均匀的第二碳材料中，混合均匀即得负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.2-1.6g/cm3。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。
本发明的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。
有益效果：本发明卧式铅炭电池的制备方法，简单方便，易于操作，可广泛应用于铅炭电池的生产。
附图说明
图1是本发明中采用无镉合金板栅的铅炭电池负极板生产工艺流程图；
图2是本发明中采用碳材料板栅的铅炭电池负极板生产工艺流程图；
图3是本发明铅炭电池负极板的结构图；
图4-图6是不同标称电压和标称容量的卧式铅碳电池的内部单体排布结构；
图7为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。
请参阅图1、图2和图3所示，本发明的卧式铅炭电池，包括负极板(1)和正极板(2)，所述负极板(1)和正极板(2)均水平设置，所述负极板(1)采用碳基负极板，所述碳基负极板包括板栅和负极活性物质，所述板栅为无镉合金板栅或碳材料板栅，所述碳材料板栅由按重量百分比的如下组份组成：95.0％-99.9％第一碳材料和0.1％-5.0％粘结剂；所述负极活性物质涂布于所述板栅表面，所述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％第二碳材料，6％-8％硫酸，1％-5％添加剂，其余为去离子水。
优选的，第一碳材料由飞行石墨、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。更优的，第一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-2份导电石墨，1份-4份炭黑和0.5份-1份乙炔黑。另一种更优的选择，第一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。
其中，上述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
其中，第二碳材料为飞行石墨、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。这些材料的组合，可以大大降低电池的重量，有效提升电池的能量密度。
第二碳材料包括飞行石墨，飞行石墨为碳材料总重量的0.1-15.0％。
第二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。
第二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。
第二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。
其中，如上的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。
本发明的卧式铅炭电池采用碳基负极板作为负板，负板板栅材料为无镉合金或碳材料中的一种，负极活性物质由铅化合物与碳材料混合组成或由碳材料单独组成。卧式铅炭电池各单体内部的正极板和碳基负极板为平卧结构，即极板平面平行于水平面。这种负极板制备方法和单体内极板的组成结构不但真正实现了铅炭电池的设计目的，而且可以从根本上有效避免电池内电解液的浓差极化现象，有效提高电池的循环寿命和大倍率充放电性能。
本发明的单只卧式铅炭电池的放电电流范围为0.01C-6C A，充电电流范围为0.001C-2C A。其中，C为卧式铅炭电池的标称容量。
同时，本发明卧式铅碳电池的单只标称电压范围广，标称容量大，可有效减少电池成组使用过程中电池串并联的数量。避免了电池之间外部串并联所产生的电池均衡性差、电能损耗大、连接安全性和可靠性差的弊端，也提高了安装和维护的便利性和有效性。
此外，本发明卧式铅碳电池可通过外部多个电池的串联或并联灵活地组成电池组使用，电池组串联的标称电压范围为2V-1536V，并联支路的路数范围为2-5路。成组使用电压范围广，容量范围大，可有效适应不同领域对于电池部分的电压和容量要求。
本发明公开的卧式铅炭电池独特新颖，电池大倍率充放电性能突出，电池安全可靠。多个电池可灵活组合成不同电压等级和容量范围的电池组，因此可以广泛应用于太阳能/风能储能系统、光伏电站、储能微电网系统等新能源领域，以及智能电网、电力系统、后备电源、通讯/通信基站等领域。
本发明还公开了一种卧式铅炭电池的制备方法，包括以下步骤：
1)、按照所述负极活性物质称量各组份，将各组分混合均匀，制备得到负极活性物质；按照碳材料板栅称量各组份，并制备得到碳材料板栅；
2)、将步骤1)得到的所述负极活性物质涂布于所述碳材料板栅的表面，经固话干燥得到负极板；
3)、将步骤2)得到的负极板(1)与正极板(2)和隔板(3)装配进电池单体(4)内，所述负极板(1)、正极板(2)和隔板(3)均水平设置，得到卧式铅炭电池。
其中，碳材料板栅的制备方法，包括以下步骤：
1、根据如上所述的碳材料板栅称取第一碳材料；
2、将步骤1得到的第一碳材料放入容器中，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，得到碳材料板栅。
其中，步骤2中所述乙醇水溶液为70％乙醇水溶液。
步骤2中所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或氯丁橡胶。
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。
本发明的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。
其中，负极活性物质的制备方法，包括以下步骤：
一、根据如上所述的负极活性物质称取各组分；
二、将第二碳材料混合并搅拌均匀；
三、将氧化铅粉、硫酸、添加剂和去离子水加入步骤二得到的混合均匀的第二碳材料中，混合均匀即得负极活性物质。
其中，硫酸的密度为1.2-1.6g/cm3。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。
本发明的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。
本发明卧式铅炭电池的制备方法，简单方便，易于操作，可广泛应用于铅炭电池的生产。
实施例1
参阅图1所示，首先，生产标称为48V5Ah的铅炭电池负极板，绘制产品相关的图纸、确定好作业文件后，实施以下工作步骤：
1)按氧化铅粉60％、飞行石墨0.5％、多孔碳颗粒1％、高比表面积活性炭0.5％、导电石墨1％、炭黑1％、乙炔黑1％、硫酸6％、添加剂1％、去离子水28％的比例混合均匀制备电池负极板(1)所用的含碳活性物质；
2)将负极含碳活性物质涂布于不含镉元素的合金板栅表面，经固化干燥得到铅炭电池负极板的负极板(1)；
3)铅炭电池负极板负极板(1)与正极板(2)及隔板(3)进行配组后，按极板平面与水平面平行的方向(图3、图4)分别装配进含有24个单体(4)的蓄电池外壳的各个单体(4)内，每个单体(4)标称电压和容量值为2V5Ah，将各单体(4)串联焊接形成蓄电池半成品(图4)；
4)将蓄电池半成品进行封盖、注液、化成等处理得到48V5Ah的铅炭电池负极板若干只。
其次，对标称为48V5Ah的铅炭电池负极板进行成组使用：
1)每32只电池进行串联形成1536V5Ah电池组串；
2)将5个电池组串进行并联，得到1536V25Ah电池组；
3)整个电池组使用过程中的充电最大电流值为50A，放电最大电流值为150A。
实施例2
参阅图2所示，首先，生产标称为2V4000Ah的铅炭电池负极板，绘制产品相关的图纸、确定好作业文件后，实施以下工作步骤：
1)按飞行石墨5％、多孔碳颗粒15％、高比表面积活性炭25％、导电石墨10％、炭黑5％、乙炔黑5％、硫酸8％、添加剂5％、去离子水22％的比例混合均匀制备电池负极板(1)所用的含碳活性物质；
2)按飞行石墨3％、全碳气凝胶5％、泡沫碳80％、导电石墨2％、炭黑4％、乙炔黑1％、粘结剂5％的比例制备碳材料板栅；
3)将负极含碳活性物质涂布于碳材料板栅表面，经固化干燥得到铅炭电池负极板的负极板(1)；
4)铅炭电池负极板负极板(1)与正极板(2)及隔板(3)进行配组后，按极板平面与水平面平行的方向(图3、图5)分别装配进含有4个单体(4)的蓄电池外壳的各个单体(4)内，每个单体(4)标称电压和容量值为2V1000Ah，将各单体(4)并联焊接形成蓄电池半成品(图5)；
5)将蓄电池半成品进行封盖、注液、化成等处理得到2V4000Ah的铅炭电池负极板若干只。
其次，对标称为2V4000Ah的铅炭电池负极板进行成组使用：
1)将2个电池进行并联，得到2V8000Ah电池组；
2)整个电池组使用过程中的充电最大电流值为16000A，放电最大电流值为40000A。
实施例3
参阅图1所示，首先，生产标称为12V250Ah的铅炭电池负极板，绘制产品相关的图纸、确定好作业文件后，实施以下工作步骤：
1)按氧化铅粉24.2％、飞行石墨8％、多孔碳颗粒10％、高比表面积活性炭12％、导电石墨2％、炭黑2％、乙炔黑10％、硫酸7.0％、添加剂2.0％、去离子水22.8％的比例混合均匀制备电池负极板(1)所用的含碳活性物质；
2)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％、粘结剂2.5％的比例制备碳材料板栅；
3)将负极含碳活性物质涂布于碳材料板栅表面，经固化干燥得到铅炭电池负极板的负极板(1)；
4)铅炭电池负极板负极板(1)与正极板(2)及隔板(3)进行配组后，按极板平面与水平面平行的方向分别(图3、图4)装配进含有6个单体(4)的蓄电池外壳的各个单体(4)内，每个单体(4)标称电压和容量值为2V250Ah，将各单体(4)串联焊接形成蓄电池半成品(图4)；
5)将蓄电池半成品进行封盖、注液、化成等处理得到12V250Ah的铅炭电池负极板若干只。
其次，对标称为12V250Ah的铅炭电池负极板进行成组使用：
1)每4只电池进行串联形成48V250Ah电池组串；
2)将3个电池组串进行并联，得到48V750Ah电池组；
3)整个电池组使用过程中的充电电流范围为0.75A～1500A，放电电流范围为7.5～4500A。
实施例4
参阅图1所示，首先，生产标称为2V1000Ah的铅炭电池负极板，绘制产品相关的图纸、确定好作业文件后，实施以下工作步骤：
1)按飞行石墨3.0％、多孔碳颗粒12.0％、高比表面积活性炭20.0％、导电石墨8.0％、炭黑3.0％、乙炔黑5.0％、硫酸6.5％、添加剂4.5％、去离子水38％的比例混合均匀制备电池负极板(1)所用的含碳活性物质；
2)将负极含碳活性物质涂布于不含镉元素的合金板栅表面，经固化干燥得到铅炭电池负极板的负极板(1)；
3)铅炭电池负极板负极板(1)与正极板(2)及隔板(3)进行配组后，按极板平面与水平面平行的方向(图3、图5)分别装配进含有2个单体(4)的蓄电池外壳的各个单体(4)内，每个单体(4)标称电压和容量值为2V500Ah，将各单体(4)并联焊接形成蓄电池半成品(图5)；
4)将蓄电池半成品进行封盖、注液、化成等处理得到2V1000Ah的铅炭电池负极板若干只。
其次，对标称为2V1000Ah的铅炭电池负极板进行成组使用：
1)每216只电池进行串联形成432V1000Ah电池组串；
2)将3个电池进行并联，得到432V3000Ah电池组；
3)整个电池组使用过程中的充电电流范围为3A～6000A，放电电流范围为30～18000A。
实施例5
参阅图2所示，首先，生产标称为8V2000Ah的铅炭电池负极板，绘制产品相关的图纸、确定好作业文件后，实施以下工作步骤：
1)按氧化铅粉20.6％、飞行石墨10％、多孔碳颗粒2％、高比表面积活性炭14％、导电石墨1％、炭黑1％、乙炔黑15％、硫酸6.8％、添加剂1.8％、去离子水27.8％的比例混合均匀制备电池负极板(1)所用的含碳活性物质；
2)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％、粘结剂2.5％的比例制备碳材料板栅；
3)将负极含碳活性物质涂布于碳材料板栅表面，经固化干燥得到铅炭电池负极板的负极板(1)；
4)铅炭电池负极板负极板(1)与正极板(2)及隔板(3)进行配组后，按极板平面与水平面平行的方向(图3、图6)分别装配进含有8个单体(4)的蓄电池外壳的各个单体(4)内，每个单体(4)标称电压和容量值为2V1000Ah，将每4个单体(4)先进行串联焊接，再对串联单体串进行并联焊接，形成蓄电池半成品(图6)；
5)将蓄电池半成品进行封盖、注液、化成等处理得到8V2000Ah的铅炭电池负极板若干只。
其次，对标称为8V2000Ah的铅炭电池负极板进行成组使用：
1)每12只电池进行串联形成96V2000Ah电池组串；
2)将4个电池组串进行并联，得到96V8000Ah电池组；
3)整个电池组使用过程中的充电电流范围为8A～16000A，放电电流范围为80～48000A。
以下就碳材料板栅的实施例进行详细介绍：
板栅实施例1
根据蓄电池工艺要求并参阅图7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。
板栅实施例2
根据蓄电池工艺要求并参阅图7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。
板栅实施例3
根据蓄电池工艺要求并参阅图7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。
板栅实施例4
根据蓄电池工艺要求并参阅图7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。
板栅实施例5
根据蓄电池工艺要求并参阅图7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：
能量密度 板栅重量(相对于普通合金板栅) 循环次数
板栅实施例1 333Wh/kg 降低43％ 22万次
板栅实施例2 325Wh/kg 降低40％ 21.5万次
板栅实施例3 342Wh/kg 降低45％ 22.5万次
板栅实施例4 340Wh/kg 降低42％ 23万次
板栅实施例5 335Wh/kg 降低44％ 22.8万次
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。
以下就负极活性物质的实施例进行详细介绍：
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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。
负极活性物质实施例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：
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)

1.一种卧式铅炭电池，其特征在于：包括负极板(1)和正极板(2)，所述负极板(1)和正极板(2)均水平设置，所述负极板(1)采用碳基负极板，所述碳基负极板包括板栅和负极活性物质，所述板栅为无镉合金板栅或碳材料板栅，所述碳材料板栅由按重量百分比的如下组份组成：95.0％-99.9％第一碳材料和0.1％-5.0％粘结剂；所述负极活性物质涂布于所述板栅表面，所述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％第二碳材料，6％-8％硫酸，1％-5％添加剂，其余为去离子水。
2.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第一碳材料由飞行石墨、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。
3.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第一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-2份导电石墨，1份-4份炭黑和0.5份-1份乙炔黑。
4.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第一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。
5.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第二碳材料为飞行石墨、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。
6.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第二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％。
7.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第二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。
8.如权利要求1所述的卧式铅炭电池，其特征在于：所述第二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。
9.一种卧式铅炭电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、按照所述负极活性物质称量各组份，将各组分混合均匀，制备得到负极活性物质；按照碳材料板栅称量各组份，并制备得到碳材料板栅；
2)、将步骤1)得到的所述负极活性物质涂布于所述碳材料板栅的表面，经固话干燥得到负极板；
3)、将步骤2)得到的负极板(1)与正极板(2)和隔板(3)装配进电池单体(4)内，所述负极板(1)、正极板(2)和隔板(3)均水平设置，得到卧式铅炭电池。
10.如权利要求9所述的卧式铅炭电池的制备方法，其特征在于，所述碳材料板栅的制备方法，包括以下步骤：
1）、根据权利要求1-4任一项所述的碳材料板栅称取第一碳材料；
2）、将步骤1得到的第一碳材料放入容器中，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，得到碳材料板栅。
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