CN109585806A - 铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方，它含有按质量百分比计量的下列组分：复合碳材料1%～2%,木素0.1%～0.3%,丙纶纤维0.1%～0.3%,硫酸8%～10%,去离子水11%～13%,其余为多相铅氧化物。所述复合碳材料由腐植酸10%～15%,石墨烯30%～35%和纳米碳材料50%～60%共同混合而成。本发明还公开了铅碳电容电池富含负极活性物质负极铅膏制备方法，具体步骤如下：首先作复合碳材料浆料制备，后作负极活性物质制备。本发明在组分中合理添加复合碳材料，大大改善导电性能，明显提升高功率放电性能和大电流充电性能，用此制成的蓄电池具有电池和电容的双重特性。另外，添加的复合碳材料还具有抑制硫酸铅生长的作用，因此可提高蓄电池的循环寿命。

Description

铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方及制备方法

技术领域

本发明属于电化学电池技术领域，具体地讲，本发明涉及一种铅碳电容电池，特别是一种铅碳电容电池负极活性物质配方，以及配套的制备方法。

背景技术

当今，供太阳能、风能电站配套的储能蓄电池品种很多，这类用于储能的蓄电池内置电解质多数为液态，少数为胶体状。应用这一类蓄电池尽管初期投入不高，但后期维护成本相对较高，此缺陷直接降低应用效果。除上述不足之外，现有技术最大不足是高功率及大电流放电性能欠佳，而且充电利用率低、温升大。因此，现有技术产品不适合电力调频、电力调度贮能场景配套。

发明内容

本发明主要针对现有技术的不足，提出一种组分配置合理、原料来源广泛、制品活性足、导电能力强的铅碳电容电池负极活性物质配方，以及相配套的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方，其特征在于按质量百分比计量下列组分：复合碳材料1%～2%,木素 0.1%～0.3%,丙纶纤维0.1%～ 0.3 %,

硫酸 8%～10 %,去离子水11%～13%,其余为多相铅氧化物。

作为进一步改进方案，所述由腐植酸10%～15 % ,石墨烯 30%～ 35 %和纳米碳材料50%～60%共同混合而成。

作为进一步改进方案，所述硫酸的酸密度为1.30g/cm³。

铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏制备方法，其特征在于按下列步骤实施：

① 复合碳材料浆料制备

将量取的腐植酸、石墨烯和纳米碳材料投入到全自动和膏机内，在环境温度为25℃～35℃条件下预混合10～15min，然后从已量取的去离子水中取出20%～30% 投入到其中作湿混10～20min，完成复合碳材料桨料制备；

②负极活性物质制备

将量取的多相铅氧化物、丙纶纤维、木素全部投入到全自动和膏机内，干混至少10min，然后将已制成的复合碳材料浆料足量投入到全自动和膏机内，湿混至少5min，接着将剩余的去离子水投入到全自动和膏机内湿混8～10min，最后足量加入硫酸继续湿混4～6min，完成负极活性物质制备。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、复合碳材料中的石墨烯和纳米碳材料，因颗粒度微小，比表面积超大，用常规方法难以混合均匀，本发明采用干湿分别预混工艺，以及配套的其它组分顺序添加方式混合，由此较好地解决组分均匀性问题，从而达到显著改善制品电化学反应均匀性的目的；

2、添加的复合碳材料具有超强导电性能，明显提升高功率放电性能和大电流充电性能，用此制成的蓄电池具有电池和电容的双重特性；

3、复合碳材料中的石墨烯，在组分中还起到抑制铅碳蓄电池负极板硫酸铅的生长作用，直接减缓铅碳蓄电池负极板硫酸盐化程度，使得铅碳蓄电池的循环寿命显著提高。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明。

在铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方规定的范围内作三项实施例，具体组分配置按质量百分比计量：

表一、复合碳材料实施例组成配置表

表二、负极活性物质实施例组成配置表

按上表实施例顺序分别量取原料，其中的硫酸酸密度为1.30gc/m3，石墨烯为C1-630，纳米碳材料为PBXX08。备足料后按制备方法实施，具体制备过程如下：

① 复合碳材料浆料制备

将量取的腐植酸，石墨烯和纳米碳材料投入到全自动和膏机内，在环境温度25℃～35℃条件下预混合10～15min，然后从已量取的去离子水20%～30%投入到其中作湿混10～20min，完成复合碳材料桨料制备，取出备用；

②负极活性物质制备

将量取的多相铅氧化物、丙纶纤维、木素全部投入到全自动和膏机内，干混10min，然后将已制成的复合碳材料浆料足量投入到全自动和膏机内，湿混至少5min，接着将剩余的去离子水投入到全自动和膏机内湿混8～10min，最后足量加入硫酸继续湿混4～6min，完成负极活性物质制备，取出备用；

③铅碳电容电池样品制备及性能验证

在施加压力条件下将不同实施例的负极活性物质分别填涂到预制的板栅上，然后送入烘道内在152℃～185℃温度环境下烘干1～3min，再按常规固化工艺固化成负极板。用该负极板组装2V450AH铅碳电容电池样品，每个实施例组装8只。从每个实施例中抽取6只分成2组，每组3只串联成1组进行循环寿命测试，另2只分别进行高功率放电能力试验,检测设备采用48V300A型蓄电池循环检测机。

上述三项实施例经统一测试证明均能达到预期效果，其中的实施例2为本发明最佳实施例，现以实施例2为代表作详细说明。

（1）、高功率放电能力试验

取用2只样品电池分别以1280W恒功率放电至终压1.70V，放电时间分别为17.1min、17.5min，取用现有技术的同型号电池，以1280W放电，放电至终压1.70V，放电时间只有9.9min，由此可知本发明实施例2比现有技术提高了高功率放电性能0.7倍。

（2）POSC 32%-92%大电流快速充放电循环寿命试验

将2组样品电池，1组在常温25℃条件下测试，另1组在高温50℃条件下测试。循环制式为：

a) 以0.1C(A)放电0.8h(调整荷电态至92%)；

b) 以0.3C(A)放电2h；

c) 恒压2.35V、限流0.3C充电2.5h；(荷电态至99%)

d) 继续b)、c)步骤循环至90次；

e) 循环90次结束后，以恒压2.35V，限流0.3C充电14h，充电结束进行一次C10容量检测；

f) 重复a)-e)直至核对性容量检测小于70%C10为止。

测试结果如下：

（1）常温下蓄电池容量衰减速率

电池组1循环至第450次时容量为初始容量的99.5%，没有衰减,循环至900次时为初始容量的97%，容量只衰减了3%。而现有技术的电池循环至450次时，常温试验时容量衰减了13%。

（2）高温下蓄电池容量衰减速率

电池组2循环至第450次时容量为初始容量的100.1%，没有衰减,循环至900次时为初始容量的96.7%，容量只衰减了3.3%。

而现有技术的电池在高温试验450次时，高温下容量衰减了40%。

（3）常温循环寿命

按上述POSC 32%-92%循环寿命制式进行循环至整组电池的放电容量低于额定容量的70%时止。

本发明技术在常温环境下，第1组的循环次数为2160次,而现有技术的电池常温环境下循环次数一般只有900次左右。

（4）高温循环寿命

按上述POSC 32%-92%循环寿命制式进行循环至整组电池的放电容量低于额定容量的70%时止。

本发明技术在高温环境下，第2组循环寿命为1260次，而现有技术的电池高温环境下循环次数一般只有450次左右。

综上所述，采用本发明制作的铅碳电容电池，具有电池及电容双重特性，高功率放电、大电流快速充电能力、常温、高温循环寿命性能与现有技术常规蓄电池相比，有明显提高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方，其特征在于按质量百分比计量下列组分：

复合碳材料1%～2%

木素0.1%～0.3%

丙纶纤维0.1%～0.3 %

硫酸8%～10 %

去离子水11%～13%

其余为多相铅氧化物。

2.根据权利要求1所述的铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方，其特征在于：所述复合碳材料由腐植酸10%～15% 、石墨烯30%～35 %和纳米碳材料50%～60%共同混合而成。

3.根据权利要求1所述的铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏配方，其特征在于：所述硫酸的酸密度为1.30g/cm³。

4.配套权利要求1所述的铅碳电容电池富含活性物质负极铅膏制备方法，其特征在于按下列步骤实施：

①复合碳材料浆料制备

将量取的腐植酸、石墨烯和纳米碳材料投入到全自动和膏机内，在环境温度为25℃～35℃条件下预混合10～15min，然后从已量取的去离子水中取出 20%～30%投入到其中作湿混10～20min，完成复合碳材料制备；

②负极活性物质制备

将量取的多相铅氧化物、丙纶纤维、木素全部投入到全自动和膏机内，干混至少10min，然后将已制成的复合碳材料浆料足量投入到全自动和膏机内，湿混至少5min，接着将剩余的去离子水投入到全自动和膏机内湿混8～10min，最后足量加入硫酸继续湿混4～6min，完成负极活性物质制备。