CN112002875A - 一种通信用高倍率铅蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通信用高倍率铅蓄电池，包括正极板、负极板和电解液；以重量份计，正极板的铅膏包括原料：铅粉1000份、红丹30～50份、镀银碳纤维0.5～1.0份、膨胀石墨2.0～3.0份、碳酸氢钠8～10份、硅酸镁1.5～2.0份、氧化铋0.3～0.5份、特氟龙溶液1.5～2.0份、密度为1.40g/ml的硫酸110～120份、去离子水100～110份；负极板的铅膏包括原料：铅粉1000份，镀银碳纤维1.0～1.5份、乙炔碳黑2.5～3.0份、超细硫酸钡12～15份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1.0～2.0份、碳纳米管浆料2.5～5.0份、聚酯纤维0.5～1.0份、密度为1.40g/ml的硫酸90～110份、去离子水100～110份；电解液添加有无水硫酸钠和硫酸亚锡。本发明的铅蓄电池的循环寿命是常规铅蓄电池的循环寿命的2倍以上。

Description

一种通信用高倍率铅蓄电池
技术领域
本发明涉及铅蓄电池领域，尤其涉及一种通信用高倍率铅蓄电池。
背景技术
铅蓄电池因其技术成熟、价格低廉、单体容量大、高安全性等优点，广泛应用于通信、电力、UPS电源等领域，是目前使用量最大的二次电池。
近些年，随着互联网和电子商务的高速发展，IDC数据中心建设大幅提速。因数据处理和存储量大，IDC机房后备电源基本为高电压系统，且容量较大，要求蓄电池具有更高的比能量和比功率，以减少安装场地占用和楼面单位面积承重等。其对蓄电池的备电要求由传统通信领域的小时级升级为分钟级备电，一般备电时间为5～10min，蓄电池组验收标准为15min恒功率放电。同时，因蓄电池购买、安装及维护成本在IDC机房建设成本中占比较高，要求蓄电池具有较好的高功率循环性能，以降低后期维护和更换成本。2019年实施的通信用高倍率阀控式密封铅蓄电池标准，明确了通信用高倍率电池必须满足1C10以上倍率放电，15min恒功率循环寿命不低于60次，实际投标中，客户大多要求15min恒功率循环寿命不低于120次。
通信用高倍率铅蓄电池大多为2C10A以上电流放电，远大于传统通信电池要求的0.1C10A电流放电。其要求蓄电池极板具有更高的孔率和含酸量，设计极群时也要求更小的极间距，以保证高倍率放电时有更多的硫酸参加反应，提高蓄电池的高倍率放电性能。
但在实验和实际使用中发现，高的极板孔率有利于提高蓄电池放电性能，但正极板铅膏易软化脱落，不利于循环寿命。公开号为CN110277528A的中国专利文献公开了一种蓄电池极板铅膏配方，包括铅粉和添加剂，所述添加剂包括水溶性聚乙烯醇纤维，所述水溶性聚乙烯醇纤维的添加量按铅粉质量百分比记为0.05％～0.5％。该蓄电池极板铅膏配方通过添加水溶性聚乙烯醇纤维，在和膏及涂板过程中维持纤维状态，提高活性物质之间的结合强度；在固化初始阶段，水溶性聚乙烯醇纤维溶解，形成均匀分布的孔隙，随着固化的进一步进行，极板含水量减少，极板铅膏内的PVA乳液开始干燥凝结，在铅膏内形成坚固的网状交联聚合结构，极大的增强了铅膏的结合强度，对正极板而言延缓了活性物质软化和脱落的进程，延长了循环寿命。
另外，较小的极间距可使隔板中的酸更易到达极板表面参加反应，但易造成枝晶短路，使蓄电池异常失效。
如何保证极板具有更高孔率的同时正极铅膏难以软化和抑制因极间距小造成枝晶短路成为保证高倍率蓄电池寿命的重要课题。
发明内容
本发明提供了一种通信用高倍率铅蓄电池，通过在正、负铅膏和电解液中添加特定的导电剂、成孔剂和成核剂等添加剂，大幅提高了极板导电性、孔率和酸量储备，进而提高了蓄电池高倍率放电性能，延长蓄电池高倍率循环寿命，同时可有效抑制因极间距小而导致的枝晶短路现象。
本发明的具体技术方案如下：
一种通信用高倍率铅蓄电池，包括正极板、负极板和电解液；
以重量份计，所述正极板的铅膏包括原料：铅粉1000份、红丹30～50份、镀银碳纤维0.5～1.0份、膨胀石墨2.0～3.0份、碳酸氢钠8～10份、硅酸镁1.5～2.0份、氧化铋0.3～0.5份、特氟龙溶液1.5～2.0份、密度为1.40g/ml的硫酸110～120份、去离子水100～110份；
以重量份计，所述负极板的铅膏包括原料：铅粉1000份，镀银碳纤维1.0～1.5份、乙炔碳黑2.5～3.0份、超细硫酸钡12～15份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1.0～2.0份、碳纳米管浆料2.5～5.0份、聚酯纤维0.5～1.0份、密度为1.40g/ml的硫酸90～110份、去离子水100～110份；
所述的电解液为添加有无水硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸。
优选的，所述正极板的铅膏的视密度为4.0～4.5g/cm3；所述负极板的铅膏的视密度为4.0～4.5g/cm3；最优选的，所述正极板的铅膏的视密度为4.2g/cm3；所述负极板的铅膏的视密度为4.3g/cm3。
优选的，所述的镀银碳纤维的直径为0.1～0.3μm。
优选的，所述的膨胀石墨粒径为微米级(d90≥4mm)、比表面积为25～35m2/g、润湿角≤30(超亲水)。
优选的，所述特氟龙溶液的质量浓度为25～35％。
优选的，所述的碳纳米管浆料的固含量为15～25％；碳纳米管外径为4～10nm、管长为20～40μm、比表面积为215～235m2/g。
优选的，所述的电解液中，硫酸密度为1.24～1.28g/ml，无水硫酸钠添加量为12～16g/L。
优选的，所述的电解液中，硫酸亚锡的重量百分比浓度为0.05～0.2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)在正极铅膏中添加镀银碳纤维、高亲水膨胀石墨和碳酸氢钠，能显著提高极板的导电性和孔率；添加硅酸镁可提高极板的酸储备，同时添加氧化铋，可提高蓄电池放电性能和抑制短路；添加特氟龙溶液，使铅膏晶体表面会形成特殊的网状结构，充分保护铅膏结晶体，延缓高倍率放电时铅膏软化脱落；
(2)在负极铅膏中添加多种碳材料，优化有机膨胀剂和无机膨胀剂组合，可有效提高极板导电性和孔率，提高电池放电性能、抑制负极硫酸盐化和枝晶短路；
(3)在电解液中添加硫酸亚锡，充电时锡离子渗入活性物质的凝胶区，防止其中水化聚合物链的分解，延缓铅膏软化脱落，还可提高高倍率放电电压平台、降低自放电、提高充电效率和抑制枝晶短路等；
(4)与常规铅蓄电池相比，本发明的铅蓄电池的高倍率放电性能和循环寿命显著提高，其循环寿命是常规铅蓄电池的循环寿命的2倍以上，可满足通信高倍率应用领域的要求。
具体实施方式
实施例1
正极板铅膏配方：铅粉1000kg，红丹50kg，镀银碳纤维0.5kg，膨胀石墨2kg，碳酸氢钠8kg，硅酸镁2kg，氧化铋0.5kg，特氟龙溶液2kg，密度1.40g/ml的硫酸110kg，去离子水110kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极板铅膏配方：铅粉1000kg，镀银碳纤维1kg，乙炔碳黑3kg，超细硫酸钡12kg，木素4kg，腐殖酸1kg，碳纳米管浆料2.5kg，聚酯纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸90kg，去离子水110kg，铅膏视密度4.3g/cm3；
电解液配方：1.24g/ml硫酸，以12g/L比例添加无水硫酸钠制成硫酸溶液；硫酸亚锡以重量百分比10％的比例溶于去离子水制成硫酸亚锡水溶液；硫酸亚锡水溶液以1％的比例与硫酸溶液混合制得电解液。
实施例2
正极板铅膏配方：铅粉1000kg，红丹30kg，镀银碳纤维1kg，膨胀石墨3kg，碳酸氢钠10kg，硅酸镁1.5kg，氧化铋0.3kg，特氟龙溶液1.5kg，密度1.40g/ml的硫酸120kg，去离子水100kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极板铅膏配方：铅粉1000kg，镀银碳纤维1.5kg，乙炔碳黑2.5kg，超细硫酸钡15kg，木素2.5kg，腐殖酸2kg，碳纳米管浆料5kg，聚酯纤维1kg，密度1.40g/ml的硫酸110kg，去离子水100kg，铅膏视密度4.3g/cm3；
电解液配方：1.28g/ml硫酸，以16g/L比例添加无水硫酸钠制成硫酸溶液；硫酸亚锡以重量百分比5％的比例溶于去离子水制成硫酸亚锡水溶液；硫酸亚锡水溶液以2％的比例与硫酸溶液混合制得电解液。
对比例1
正极板铅膏配方：铅粉1000kg，红丹80kg，胶体石墨2kg，聚酯纤维1kg，密度1.40g/ml的硫酸120kg，去离子水100kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极板铅膏配方：铅粉1000kg，乙炔碳黑2.5kg，超细硫酸钡12kg，木素2.5kg，腐殖酸6kg，聚酯纤维1kg，密度1.40g/ml的硫酸110kg，去离子水100kg，铅膏视密度4.3g/cm3；
电解液配方：1.26g/ml硫酸，以12g/L比例添加无水硫酸钠制得电解液。
对比例2
正极板铅膏配方：铅粉1000kg，红丹50kg，胶体石墨3kg，聚酯纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸110kg，去离子水110kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极板铅膏配方：铅粉1000kg，乙炔碳黑2.5kg，超细硫酸钡8kg，木素4kg，腐殖酸5kg，聚酯纤维1kg，密度1.40g/ml的硫酸90kg，去离子水110kg，铅膏视密度4.3g/cm3；
电解液配方：1.26g/ml硫酸，以16g/L比例添加无水硫酸钠制得电解液。
将实施例1、2和对比例1、2四种铅膏，采用相同板栅、相同涂膏量，在同一固化室进行固化干燥制成同规格正极板和负极板，采用相同壳体和隔板制成12V100Ah干电池，分别采用对应电解液配方、相同化成工艺制成同规格12V100Ah样品电池，进行成品重量、OCV、内阻、C10容量、恒功率放电、15min恒功率循环寿命(YD/T 3427-2018通信用高倍率阀控式密封铅蓄电池标准7.24.2测试方法)等测试，测试结果列于下表1：
表1
Figure BDA0002581591990000051
注：15min恒功率循环寿命测试时，实施例1、2样品电池放电功率440W/cell；对比例1、2样品电池无法满足该放电条件，采用390W/cell放电功率。
由表1可知，实施例1、2样品电池较对比例1、2样品电池，高倍率放电性能和循环寿命显著提高，可满足通信高倍率应用领域的要求。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通信用高倍率铅蓄电池，包括正极板、负极板和电解液；其特征在于：
以重量份计，所述正极板的铅膏包括原料：铅粉1000份、红丹30～50份、镀银碳纤维0.5～1.0份、膨胀石墨2.0～3.0份、碳酸氢钠8～10份、硅酸镁1.5～2.0份、氧化铋0.3～0.5份、特氟龙溶液1.5～2.0份、密度为1.40g/ml的硫酸110～120份、去离子水100～110份；
以重量份计，所述负极板的铅膏包括原料：铅粉1000份，镀银碳纤维1.0～1.5份、乙炔碳黑2.5～3.0份、超细硫酸钡12～15份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1.0～2.0份、碳纳米管浆料2.5～5.0份、聚酯纤维0.5～1.0份、密度为1.40g/ml的硫酸90～110份、去离子水100～110份；
所述的电解液为添加有无水硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸。
2.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述正极板的铅膏的视密度为4.0～4.5g/cm3；所述负极板的铅膏的视密度为4.0～4.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述的镀银碳纤维的直径为0.1～0.3μm。
4.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述的膨胀石墨粒径为微米级、比表面积为25～35m2/g、润湿角≤30。
5.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述特氟龙溶液的质量浓度为25～35％。
6.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述的碳纳米管浆料的固含量为15～25％；碳纳米管外径为4～10nm、管长为20～40μm、比表面积为215～235m2/g。
7.根据权利要求1所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述的电解液中，硫酸密度为1.24～1.28g/ml，无水硫酸钠添加量为12～16g/L。
8.根据权利要求1或7所述的通信用高倍率铅蓄电池，其特征在于，所述的电解液中，硫酸亚锡的重量百分比浓度为0.05～0.2％。
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