CN109802136A - 一种基于石墨烯功能性材料的高性能agm起停电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，所述起停电池的负极板制备方法包括：步骤一：制备石墨烯浆料；步骤二：制备负极铅膏；步骤三：涂板成型。所述起停电池的板栅制备方法包括：步骤一：石墨烯基合金配制；步骤二：铅带制作；步骤三：板栅冲压成型。本发明所述基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，负极板和正板栅采用石墨烯配方，石墨烯是单原子层结构，石墨烯和电极活性物质颗粒之间形成有效的“面‑面”接触方式，有效的提高电极的导电性，从而增加活性物质利用率，延长蓄电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车AGM起停电池，尤其是一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，包括起停电池的极板、板栅以及高强度AGM隔板等相关内容，属于汽车蓄电池技术领域。
背景技术
随着国家对汽车尾气排放要求的日益严格，汽车主机厂要求开发出一套具备微混功能的起停系统，此系统要求蓄电池的循环寿命和充电接受能力比普通起停电池高3倍，能满足汽车在遇到红绿灯时能够快速启动或停止，启动频率相对之前的发动机高3-6倍。现有的蓄电池无法满足主机厂的实际使用要求。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提出一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池。本发明的目的在于提高电池的充电接受以及循环寿命，以达到各主机厂对蓄电池性能的要求，为此我们从电池极板配方、板栅制造以及AGM隔板性能等方面进行研究，来实现电池的高充电接受和长循环寿命的目标。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，所述起停电池的负极板制备方法包括：
步骤一：制备石墨烯浆料；
首先将石墨烯按照如下质量份比例的方式配制成石墨烯浆料，
分散剂：石墨烯：炭混合物：抑氢剂：粘结剂的质量比为： 84-95：1-5：0.8-4.5：2.3-6：0.15-0.5，待浆料配制好得石墨烯浆料，待用；
步骤二：制备负极铅膏；
将步骤一制备好的石墨烯浆料，与下列成分按照质量份比例制备负极铅膏，
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：5：0.8：0.09：9.9：3；
步骤三：涂板成型；
将步骤二制备的铅膏均匀涂覆在负极极板上，定型后最终得负极板。
作为上述技术方案的改进，所述起停电池的板栅制备方法包括：
步骤一：石墨烯基合金配制；
所述板栅的石墨烯基合金，按照合金的质量份配比制备，
Ca：Sn：Sn：石墨烯：Pb的质量比为：0.04%～0.1%：1.2%～2.0%：0.002%～0.05%：0.0015%～0.1%：余量；
步骤二：铅带制作；
正板栅采用步骤一中制得的石墨烯基铅合金，负板栅采用高锡铅钙合金，以上合金经多级碾压制成铅带；
步骤三：板栅冲压成型；
板栅经冲压成型。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二中的负极铅膏按照质量份比例如下：
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：5：0.8：0.09：9.9：3。
作为上述技术方案的改进，所述起停电池的隔板含有憎水有机聚合物。
一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池负极板。
一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池板栅。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明所述基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，负极板和正板栅采用石墨烯配方，石墨烯是单原子层结构，石墨烯和电极活性物质颗粒之间形成有效的“面-面”接触方式，有效的提高电极的导电性，从而增加活性物质利用率，延长蓄电池的循环寿命。本公司为此开发出基于石墨烯功能性材料的汽车AGM起停系列电池，电池寿命较长，以满足电池的循环寿命要求；具有良好的起动性能，以满足起停系统的频繁起动；具有良好的充电接受能力，吸收起停系统制动时的能量回馈。
附图说明
图1为本发明所述起停电池负极板化成后SEM表征图；
图2为本发明所述起停电池石墨烯板栅的合金金相图；
图3为现有技术中起停电池的板栅合金金相图；
图4为本发明所述起停电池的板栅结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
如图1所示，为本发明所述起停电池负极板化成后SEM表征图。本发明所述起停电池的负极板，采用石墨烯配方，石墨烯是单原子层结构，韧性好，其比表面积可达2600m2/g以上，它的这些优良的特性决定了其可以和电极活性物质颗粒之间形成有效的“面-面”接触方式，另外石墨烯具有优异的导电性能，是目前世界上已知电阻率最小的材料，单层石墨烯的电阻率为0.01×10-6mΩ，所以在电极材料中添加石墨烯可以有效的提高电极的导电性，从而增加活性物质利用率，延长蓄电池的循环寿命。
本发明所述起停电池的负极板，其制备方法具体如下：
步骤一：制备石墨烯浆料；
首先将石墨烯按照如下质量份比例的方式配制成石墨烯浆料，
分散剂：石墨烯：炭混合物：抑氢剂：粘结剂的质量比为： 84-95：1-5：0.8-4.5：2.3-6：0.15-0.5，待浆料配制好得石墨烯浆料，待用；
步骤二：制备负极铅膏；
将步骤一制备好的石墨烯浆料，与下列成分按照质量份比例制备负极铅膏，
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：3-8：0.6-0.12：0.07-0.012：9.7-9.12：2-5；
步骤三：涂板成型；
将步骤二制备的铅膏均匀涂覆在负极极板上，定型后最终得负极板。
步骤二中，优选的负极铅膏比例如下（按照质量份）：
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：5：0.8：0.09：9.9：3。
本发明所述起停电池的负极板，采用石墨烯配方，石墨烯是单原子层结构，石墨烯和电极活性物质颗粒之间形成有效的“面-面”接触方式，有效的提高电极的导电性，从而增加活性物质利用率，延长蓄电池的循环寿命。
本发明所述起停电池的板栅，其制备方法具体如下：
步骤一：石墨烯基合金配制；
所述板栅的石墨烯基合金，按照合金的质量份配比制备，
Ca：Sn：Sn：石墨烯：Pb的质量比为：0.04%～0.1%：1.2%～2.0%：0.002%～0.05%：0.0015%～0.1%：余量。
本发明所述起停电池的板栅，所制备的石墨烯基合金金相如图2所示，现有技术中起停电池的板栅合金金相图如图3所示。从图3可以看出，图3为普通合金晶相图，普通合金晶粒比较粗大，晶粒尺寸约200um，晶界线清晰，形状不规则；而图2中可以看出，石墨烯合金为晶粒较细，晶粒尺寸约10um，晶界线清晰，形状较规则。石墨烯合金中较小的晶粒结构增强了活性物质与板栅之间的粘附性，从而提高蓄电池活性物质利用率，以及充放电性能等。因为合金腐蚀发生在细微的微观结构表面，具有晶粒较大结构的普通合金，很容易发生穿刺腐蚀，将导致板栅急剧破坏造成蓄电池失效，相反具有较小晶粒结构的石墨烯基合金腐蚀速率较慢，需要较长的时间才能毁坏板栅，从而达到提高蓄电池循环寿命的目的。
步骤二：铅带制作；
正板栅采用步骤一中制得的石墨烯基铅合金，负板栅采用高锡铅钙合金，以上合金经多级碾压制成铅带；
步骤三：板栅冲压成型；
板栅经冲压成型。板栅结构上优化了板栅尺寸及板耳、筋条排布，如图4所示。
蓄电池的隔板技术也是起停电池的关键。AGM隔膜是铅酸蓄电池的重要组成部分，主要作用是隔离电池内部正负极板，防止正负极接触而短路。对于铅酸蓄电池，AGM隔膜在延长电池使用寿命、改善电池性能方面起着重要作用。同时随着起停、储能、动力等系统用铅酸蓄电池对 AGM 隔膜的要求越来越高，传统的 AGM 隔膜已经很难适应高性能电池的发展。
AGM隔板的强度及抗穿刺强度一直是影响AGM隔板使用的短板，如今随着有机纤维材料研究的深入和生产工艺的成熟稳定，有机纤维在AGM隔板的应用得到了快速发展。随着有机纤维的添加量的增加，AGM隔板的抗穿刺强度及隔板的强度呈上升趋势，隔板的吸酸量、毛细吸酸高度和最大孔径呈下降趋势；在相同的烘干条件下，添加有机纤维的隔板性能优于不添加有机纤维隔板的性能，降低隔板生产制程能耗；在AGM隔板中，加入一定的憎水有机聚合物，可以改善AGM隔板的横向透气性，能够提高蓄电池的密封反应效率和循环性能。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，其特征是，所述起停电池的负极板制备方法包括：
步骤一：制备石墨烯浆料；
首先将石墨烯按照如下质量份比例的方式配制成石墨烯浆料，
分散剂：石墨烯：炭混合物：抑氢剂：粘结剂的质量比为： 84-95：1-5：0.8-4.5：2.3-6：0.15-0.5，待浆料配制好得石墨烯浆料，待用；
步骤二：制备负极铅膏；
将步骤一制备好的石墨烯浆料，与下列成分按照质量份比例制备负极铅膏，
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：3-8：0.6-0.12：0.07-0.012：9.7-9.12：2-5；
步骤三：涂板成型；
将步骤二制备的铅膏均匀涂覆在负极极板上，定型后最终得负极板。
2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，其特征是，所述起停电池的板栅制备方法包括：
步骤一：石墨烯基合金配制；
所述板栅的石墨烯基合金，按照合金的质量份配比制备，
Ca：Sn：Sn：石墨烯：Pb的质量比为：0.04%～0.1%：1.2%～2.0%：0.002%～0.05%：0.0015%～0.1%：余量；
步骤二：铅带制作；
正板栅采用步骤一中制得的石墨烯基铅合金，负板栅采用高锡铅钙合金，以上合金经多级碾压制成铅带；
步骤三：板栅冲压成型；
板栅经冲压成型。
3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，其特征是，所述步骤二中的负极铅膏按照质量份比例如下：
铅粉：石墨烯浆料：硫酸钡：纤维：硫酸：水的质量比为：100：5：0.8：0.09：9.9：3。
4.如权利要求1~3中任一所述的一种基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池，其特征是，所述起停电池的隔板含有憎水有机聚合物。
5.一种如权利要求1制备的基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池负极板。
6.一种如权利要求2制备的基于石墨烯功能性材料的高性能AGM起停电池板栅。
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