CN113437255A - 一种低温型负极极片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温型负极极片及制备方法，负极极片的原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2‑1份，硫酸钡0.2‑1.5份，腐殖酸0.2‑1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1‑2份，短纤维0.1‑0.5份，水10‑20份，1.0‑1.4g/cm3的硫酸4‑8份；本发明将有机膨胀剂2和多孔吸附载体1制备成有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂，再制备负极极片得到的产品应用于蓄电池时，能够保持循环过程中负极板内有机膨胀剂2含量保持缓慢稳定，减缓电池循环过程中低温性能下降，提高电池的使用寿命。

Description

一种低温型负极极片及制备方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池领域，特别是一种低温型负极极片及制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池由于具有可靠性好、价格便宜、回收利用高等优势在电动两轮车、通讯后备、汽车启动领域得到广泛的应用。但是铅酸电池在低温性能较差，在低温下放电容量损失较大，通常采用添加有机膨胀剂提升铅酸电池在低温下的放电性能。但是，由于有机膨胀剂在使用的过程中会发生团聚，随着电池使用循环的增加，有机膨胀剂在电池负极中的含量逐渐降低，最终导致电池低温放电性能下降；市场需要一种能够减缓电池循环过程中低温性能下降的负极极片，本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低温型负极极片及制备方法，产品应用于蓄电池时，能够保持循环过程中负极板内有机膨胀剂含量保持缓慢稳定，减缓电池循环过程中低温性能下降，提高电池的使用寿命。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种低温型负极极片，原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2-1份，硫酸钡0.2-1.5份，腐殖酸0.2-1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1-2份，短纤维0.1-0.5份，水10-20份，1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份；
有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂的制备方法为：将有机膨胀剂和溶剂倒入容器中，搅拌10-30min；待有机膨胀剂溶解后，放入多孔吸附载体，继续搅拌10-30min后，静置放置20-60min；将吸附了有机膨胀剂的多孔吸附载体取出后，烘烤2-4小时，制备得到木素磺酸钠/多孔吸附载体复合材料；所述有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为5:1-1:5之间。
前述的一种低温型负极极片，有机膨胀剂为木素磺酸盐、栲胶、合成鞣剂、茴香醛、引杜林的一种或者几种。
前述的一种低温型负极极片，多孔吸附载体为活性炭、石墨烯、炭纳米管、炭纤维、多孔硅球、多孔陶瓷、多孔树脂中的一种或者几种。
前述的一种低温型负极极片，溶剂包括：水、丙酮、甲基溶纤剂和吡啶。
前述的一种低温型负极极片，多孔吸附载体的孔径范围为50nm-1000nm。
前述的一种低温型负极极片，原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.5份，硫酸钡1.4份，木素磺酸钠/多孔吸附载体复合添加剂1.5份，腐殖酸0.5份，短纤维0.1份，水15份，1.0-1.4g/cm3的硫酸8份。
前述的一种低温型负极极片，有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为1:1。
一种低温型负极极片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按照原料配方准备材料；
原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2-1份，硫酸钡0.2-1.5份，腐殖酸0.2-1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1-2份，短纤维0.1-0.5份，水10-20份，1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份；有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为5:1-1:5之间；
步骤二，制备有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂；
(1)将有机膨胀剂和溶剂倒入容器中，搅拌10-30min；
(2)待有机膨胀剂溶解后，放入多孔吸附载体，继续搅拌10-30min后，静置放置20-60min；
(3)将吸附了有机膨胀剂的多孔吸附载体取出后，烘烤2-4小时，制备得到木素磺酸钠/多孔吸附载体复合材料；
步骤三，按照原料配方制备得到低温型负极极板。
本发明的有益之处在于：
本发明先将有机膨胀剂与多孔吸附载体制备成有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂；再将有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂与其他成分一起制备成低温型负极极板，这样得到的产品相比将有机膨胀剂与多孔吸附载体直接与其他成分一起制成的负极极板能够持续地控制木素缓慢释放，补充使用过程中木素的损耗，减缓电池低温放电性能的衰减，延长电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂的结构示意图；
图2是本发明电池A、B、C和D电池常温2小时率循环曲线；
图3是本发明电池A、E和F电池常温2小时率循环曲线。
图中附图标记的含义：
1多孔吸附载体，2有机膨胀剂。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种低温型负极极片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按照原料配方准备材料；
原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2-1份，硫酸钡0.2-1.5份，腐殖酸0.2-1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1-2份，短纤维0.1-0.5份，水10-20份，1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份；有机膨胀剂2与多孔吸附载体1的重量比为5:1-1:5之间；作为一种实施例，有机膨胀剂2为木素磺酸盐、栲胶、合成鞣剂、茴香醛、引杜林的一种或者几种。多孔吸附载体1为活性炭、石墨烯、炭纳米管、炭纤维、多孔硅球、多孔陶瓷、多孔树脂中的一种或者几种。
步骤二，制备有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂；
(1)将有机膨胀剂2和溶剂倒入容器中，搅拌10-30min；作为一种实施例，溶剂包括：水、丙酮、甲基溶纤剂和吡啶等，溶剂不受限制，只要是能够溶解的都可以应用于本发明；
(2)待有机膨胀剂2溶解后，放入多孔吸附载体1，继续搅拌10-30min后，静置放置20-60min；
(3)将吸附了有机膨胀剂2的多孔吸附载体1取出后，烘烤2-4小时，制备得到木素磺酸钠/多孔吸附载体1复合材料。
步骤三，按照原料配方制备得到低温型负极极板；需要说明的是，任何常规的制备负极极板都可以适用于本发明，只要是将有机膨胀剂2和多孔吸附载体1先制备成有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂的都在本发明的保护范围内。
作为一种实施例，按照原料配方制备得到低温型负极极板的具体步骤包括：
按配方比例将炭黑材料，硫酸钡，腐殖酸，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂，短纤维加入搅拌罐中，加入水搅拌5-10分钟；混合均匀后，加入铅粉，搅拌5～20分钟后，缓慢加入1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份(加入时间10～20分钟)，待硫酸完全添加结束后继续搅拌10～30min，完成低温型负极铅膏的制备。通过涂板机将制备的低温型负极铅膏涂覆于铅稀土合金的板栅上，放入45～80℃的固化炉中，固化干燥40～100h，完成低温型负极板的制备。将该极板与常规正极板相进行配组焊接，灌酸活化，最终完成低温型12V20Ah电池的制备。
实施例1：
称量低温型负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g；炭黑材料0.5g；硫酸钡1.4g；木素磺酸钠/多孔吸附载体1复合添加剂1.5g；腐殖酸0.5g；短纤维0.1g；水15g；1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
其中，多孔吸附载体1为活性炭材料，木素磺酸钠与多孔吸附载体1的比例为1:1；
按上述方法制备低温型负极极片，并将其按常规方法制备成12V20Ah的电池A。
实施例2：
称量低温型负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g；炭黑材料0.5g；硫酸钡1.4g；栲胶/多孔吸附载体1复合添加剂0.75g；腐殖酸0.5g；短纤维0.1g；水15g；1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
其中，多孔吸附载体1为多孔硅球材料，栲胶与多孔吸附载体1的比例为2:1；
按上述方法制备低温型负极极片，并将其按常规方法制备成12V20Ah的电池B。
实施例3：
称量低温型负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g；炭黑材料0.5g；硫酸钡1.4g；栲胶/多孔吸附载体1复合添加剂1g；腐殖酸0.5g；短纤维0.1g；水15g；1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
其中，多孔吸附载体1为多孔硅球材料，栲胶与多孔吸附载体1的比例为5:1；
按上述方法制备低温型负极极片，并将其按常规方法制备成12V20Ah的电池C。
实施例4：
称量低温型负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g；炭黑材料0.5g；硫酸钡1.4g；茴香醛/多孔吸附载体1复合添加剂2g；腐殖酸0.5g；短纤维0.1g；水15g；1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
其中，多孔吸附载体1为多孔硅球材料，茴香醛与多孔吸附载体1的比例为1:5；
按上述方法制备低温型负极极片，并将其按常规方法制备成12V20Ah的电池D。
比较例1：
称量普通负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g，炭黑材料0.5g，硫酸钡1.4g，木素磺酸钠0.5g，腐殖酸0.5g，短纤维0.1g，水15g，1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
按常规方法制备成12V20Ah的普通电池E，常规方法如上所述。
比较例2：
称量与实施例1相同配方的负极铅膏所需的原料，按质量份分别称量：铅粉100g，炭黑材料0.5g，硫酸钡1.4g，木素磺酸钠0.75g，活性炭材料1.5g，腐殖酸0.5g，短纤维0.1g，水15g，1.0-1.4g/cm3的硫酸8g。
其中木素磺酸钠未经过方法吸附于活性炭材料中，直接与其他添加剂一同加入铅膏内进行混合，其他步骤同实施1，最终制备成12V20Ah的电池F。
将电池A、电池B、电池C、电池D、电池E和电池F按2小时率法进行充放电测试。在25℃下，以3A恒流充电至14.7V，当充电电压达到14.7V转恒压，恒流恒压10小时。充电结束后，静置1小时，以10A电流恒流放电至1.75V。按上述方法进行2小时充电循环测试。
电池循环至1次、20次、50次、100次、150次、200次和300次后，将电池满充电后，放入低温-18℃低温箱中静置24小时，以10A电池放电至1.75V,得到电池-18℃的低温放电容量。
A、B、C和D电池常温2小时率循环曲线测试结果如图2、3所示，电池A、电池B、电池C和电池D在300周后电池低温放电性能保持率率如表1所示。
表1 A、B、C、D、E和F电池-18℃环境下不同循环周期放电时间表
1周 20周 50周 100周 150周 200周 300周 保持率
电池A 94.8 93.8 92.7 89.7 85.9 81.3 75.3 79％
电池B 93.3 92.6 90.3 87.5 83.2 77.4 72.5 78％
电池C 93.5 92.3 89.9 87.3 83.1 77.3 72.1 77％
电池D 90.2 87.5 86.1 83.3 78.9 72.2 68.5 75％
电池E 94.8 82.2 73.2 70.2 61.8 60 49.8 53％
电池F 93.2 80.8 72.1 69.3 60.4 58.5 48.7 52％
结果分析：
从图2所示常温2小时率循环曲线来看，采用有机膨胀剂2/多孔吸附载体1的复合材料的电池A、B、C的循环衰减曲线基本接近，电池D初始容量偏低，这是由于添加多孔炭吸附载体不参加反应，导致初始容量有一定损失。从图3所示，对比了添加木素磺酸钠/多孔吸附载体1材料的电池A和普通电池E，以及同样添加木素磺酸钠和多孔吸附载体1材料(未提前处理)的电池F的循环曲线，可以看出电池初始接近，随着循环过程，电池E和电池F循环性能衰减较快，第300次循环后，电池A、E、F常温放电时间分别为109min、99min和98.6min，采用本发明的技术电池A性能优于电池E和F；由电池F与电池A-D的表现对比可知：有机膨胀剂与多孔吸附载体直接与其他配方一起制备负极极片与先制备成有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂再制备负极极片达到的效果具有实质性的差异，本发明的技术特征能够带来实质性进步的有益效果。
进一步看-18℃的低温性能入表1所示。电池E和电池F由于有机膨胀剂2未收到保护，在循环过程中发生分解和团聚，降低了负极板内有机膨胀剂2的含量，从而使得电池低温性能随着循环次数增加快速衰减，电池E和F初始低温-18℃下可放电94.8min和93.2min，而300周循环后-18℃下放电仅为初始容量的53％和52％。添加了有机膨胀剂2/多孔吸附载体1材料的电池A、电池B、电池C和电池D，由于有机膨胀剂2被吸附多孔吸附载体1中，有机膨胀剂2会随着电解液中内浓度的变化而缓慢释放，补充损失的有机膨胀剂2含量，保证电池在低温下的放电性能。电池。如表1所示，电池A、电池B、电池C和电池D在300周后电池低温放电性能保持率率分别为79％、78％、77％以及75％，相比于电池E和电池F保持率，提升了22％以上，有效地减低了电池循环过程中低温放电性能的衰减，由此可知，本发明的技术特征能够带来实质性进步的有益效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低温型负极极片，其特征在于，原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2-1份，硫酸钡0.2-1.5份，腐殖酸0.2-1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1-2份，短纤维0.1-0.5份，水10-20份，1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份；
所述有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂的制备方法为：将有机膨胀剂和溶剂倒入容器中，搅拌10-30min；待有机膨胀剂溶解后，放入多孔吸附载体，继续搅拌10-30min后，静置放置20-60min；将吸附了有机膨胀剂的多孔吸附载体取出后，烘烤2-4小时，制备得到木素磺酸钠/多孔吸附载体复合材料；所述有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为5:1-1:5之间。
2.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，所述有机膨胀剂为木素磺酸盐、栲胶、合成鞣剂、茴香醛、引杜林的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，所述多孔吸附载体为活性炭、石墨烯、炭纳米管、炭纤维、多孔硅球、多孔陶瓷、多孔树脂中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，所述溶剂包括：水、丙酮、甲基溶纤剂和吡啶。
5.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，所述多孔吸附载体的孔径范围为50nm-1000nm。
6.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.5份，硫酸钡1.4份，木素磺酸钠/多孔吸附载体复合添加剂1.5份，腐殖酸0.5份，短纤维0.1份，水15份，1.0-1.4g/cm3的硫酸8份。
7.根据权利要求1所述的一种低温型负极极片，其特征在于，所述有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为1:1。
8.一种低温型负极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，按照原料配方准备材料；
原料配方按照质量份数包括：铅粉100份，炭黑材料0.2-1份，硫酸钡0.2-1.5份，腐殖酸0.2-1份，有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂0.1-2份，短纤维0.1-0.5份，水10-20份，1.0-1.4g/cm3的硫酸4-8份；有机膨胀剂与多孔吸附载体的重量比为5:1-1:5之间；
步骤二，制备有机膨胀剂/多孔吸附载体复合添加剂；
(1)将有机膨胀剂和溶剂倒入容器中，搅拌10-30min；
(2)待有机膨胀剂溶解后，放入多孔吸附载体，继续搅拌10-30min后，静置放置20-60min；
(3)将吸附了有机膨胀剂的多孔吸附载体取出后，烘烤2-4小时，制备得到木素磺酸钠/多孔吸附载体复合材料；
步骤三，按照原料配方制备得到低温型负极极板。
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