CN114824198A - 一种胶粘型负极活性物质及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶粘型负极活性物质及其制备方法和应用，所述胶粘型负极活性物质包括以下质量份数的组分：硫酸铅30～45份、四氧化三铅30～45份、硫酸钙0.8～1.5份、硫酸铝0.5～1.2份、纳米碳球2.5～4份、硅酸钠水溶液3～8份、糊精水溶液5～10份、以及PVAc乙醇溶液5～10份。本发明负极活性物质中的各组分协同作用，通过本发明的配方及工艺制得的负极极板具有更短的制造周期，且具有更高的强度和更高的孔隙率；同时，负极极板制备的电池，具备更优越的大电流放电性能和低温性能，更长的1C充放电循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地来说，涉及一种胶粘型负极活性物质及其制备方法和应用。
背景技术
铅酸蓄电池因其安全可靠、价格低廉、环境适应性强、原材料丰富等优势，具有广泛的应用，而负极活性物质是对铅酸蓄电池的性能和质量影响的重要一环。目前，各蓄电池企业使用的负极活性物质一般是由碳材料、氧化铅、导电剂、膨胀剂、水和稀硫酸等组分原料调配而成的膏状物质，且将负极活性物质填涂在负极集流体上后，经固化得到负极极板，经上述方法制得的负极极板制造周期长，负极集流体填涂后需要60h以上的固化时间，同时，且由于碳材料的添加，尤其是在碳材料的添加比例提升到1%以上后，导致负极极板的强度较低，生产过程的报废率高，最终导致生产效率降低和制造成本上升。
而中国专利，公开号CN 114005966 A，公开一种铅碳电池负极活性物质配方浆料及其制备方法和应用，文中提出“所述配方浆料的各组分按照相对于铅粉的质量百分比为：所述负极活性物质包括铅粉和配方浆料，所述配方浆料的各组分按照相对于铅粉的质量百分比为：球状活性炭1.2～2.0%、导电碳纤维0.1～0.2%、石墨烯0.1～0.3%、硅酸钠1.0～2.0%、硫酸钙1.0～1.5%、木质素0.2～0.3%、松香粉0.1～0.2%、二氧化钛0.1～0.2%、纯水10.0～12.0%”。
该现有技术中虽然通过配方浆料中的球状活性炭、导电碳纤维、石墨烯、硅酸钠、硫酸钙、木质素、松香粉、二氧化钛各组分的配合设置，在一定程度上提高了负极活性物质所制备的极板的强度和孔隙率，但是其对于极板强度的提升效果有限，同时，其对于化成后极板孔隙率的提升效果也有限，最终制备得到的电池的大电流放电性能一般，电池的充放电循环寿命也不够理想；此外，该现有技术中负极活性物质所制备的极板仍然需要经过长时间的固化，存在着极板生产效率低，生产周期长的问题。
为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶粘型负极活性物质及其制备方法和应用，以解决上述背景技术提出的现有负极活性物质，其制备的负极极板的生产周期长且强度一般，同时，化成后极板的孔隙率一般，最终制备得到的电池的大电流放电性能和充放电循环寿命也一般的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种胶粘型负极活性物质，包括以下质量份数的组分：硫酸铅30～45份、四氧化三铅30～45份、硫酸钙0.8～1.5份、硫酸铝0.5～1.2份、纳米碳球2.5～4份、硅酸钠水溶液3～8份、糊精水溶液5～10份、以及PVAc乙醇溶液5～10份，其中，所述硅酸钠水溶液的质量百分浓度为20%，所述糊精水溶液的质量百分浓度为5%，所述PVAc乙醇溶液的质量百分浓度为50%，所述纳米碳球的中位粒径为10～20nm；
上述胶粘型负极活性物质的制备方法如下：
首先，将配方量的硫酸铅、四氧化三铅、硫酸钙、硫酸铝和纳米碳球加入到密封严实的浆式搅拌机中，并开机搅拌8～12 min，使上述原料混合均匀；然后，再向浆式搅拌机中加入配方量的硅酸钠水溶液、糊精水溶液和PVAc乙醇溶液，继续搅拌25～35 min，使所有原料充分混合，并形成均匀的粘稠浆状物质；最后，测试上述制得的粘稠浆状物质的密度，满足3.2～3.5g/cm3的要求则完成制备。
本发明还提供了上述胶粘型负极活性物质在制备负极极板上的应用，具体应用方法如下：
S1、将制得的胶粘型负极活性物质均匀地涂覆在负极集流体上，并控制涂覆的厚度为1.2～1.8mm；
S2、涂覆完成后，立即在其表面粘附一层AGM隔膜，并经160～180℃的烘干窑干燥直至烘干，制备得到负极极板半成品，同时控制烘干后的负极极板半成品105℃的重量损失率在0.5%以下，其中，所述干燥时间为0.5～1h，所述AGM隔膜的厚度为0.05mm；
S3、将负极极板半成品进行裁切，得到成品负极极板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的硫酸铅、四氧化三铅、硫酸钙、硫酸铝、纳米碳球、硅酸钠水溶液、糊精水溶液、以及PVAc乙醇溶液各组分协同作用，使负极活性物质填涂后可直接干燥得到成品负极极板，大大地缩短了负极极板的生产周期，从而大幅度地提升了负极极板乃至电池的生产效率，同时，负极活性物质各组分的协同作用极大地提高了彼此之间的粘接力，使制得的负极活性物质成黏胶状，相对于一般的粘稠液体状，进一步提升了制得的负极极板的强度；此外，本发明的负极活性物质制得的负极极板化成后具有更大的孔隙率，进而使得负极活性物质即使在充放电循环中也具有更大的比表面积，最终改善了负极极板制得的电池的大电流放电特性和低温放电特性，使电池适用于1C的大电流充放电，且深循环和浅循环使用均有较好的使用寿命；
2.本发明中的硫酸铅、四氧化三铅、硫酸钙、硫酸铝、纳米碳球、硅酸钠水溶液、糊精水溶液、以及PVAc乙醇溶液各组分协同作用，可以改善负极活性物质的导电性，从而极大地提高负极极板的化成效率，提升电池的大电流放电性能和充放电循环性能；
3.本发明中的负极活性物质乃至于负极极板的制备过程，均无粉尘产生，绿色环保，且本发明的负极活性物质适用于平板式和卷绕式电池的负极极板的制造。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
负极极板的制备：
S1、先将硫酸铅30份、四氧化三铅45份、硫酸钙1份、硫酸铝0.5份和中位粒径为10～20nm的纳米碳球3.5份加入到密封严实的浆式搅拌机中，并开机搅拌8～12 min，使上述原料混合均匀，再向浆式搅拌机中加入质量百分浓度为20%的硅酸钠水溶液5份、质量百分浓度为5%的糊精水溶液7份和质量百分浓度为50%的PVAc乙醇溶液8份，继续搅拌，使所有原料充分混合，并形成均匀的粘稠浆状物质；
S2、测试上述制得的粘稠浆状物质的密度，满足.2—3.5g/cm3的要求则完成负极活性物质的制备；
S3、将制得的胶粘型负极活性物质以1.2～1.8mm的厚度均匀地涂覆在负极集流体上，涂覆完成后，立即在其表面粘附一层厚度0.05mm的AGM隔膜，并经160～180℃的烘干窑干燥0.5～1h直至烘干，制备得到负极极板半成品，同时控制烘干后的负极极板半成品105℃的重量损失率在0.5%以下；
S4、将制得的负极极板半成品按设计的尺寸进行裁切，得到成品负极极板。
实施例2
本实施例的负极极板的制备过程与实施例1一致，区别仅在于：
负极活性物质的组分配比不同，按质量份数包括：硫酸铅35份、四氧化三铅40份、硫酸钙1.2份、硫酸铝0.8份、中位粒径为10～20nm的纳米碳球3份、质量百分浓度为20%的硅酸钠水溶液3份、质量百分浓度为5%的糊精水溶液10份、以及质量百分浓度为50%的PVAc乙醇溶液7份。
实施例3
本实施例的负极极板的制备过程与实施例1一致，区别仅在于：
负极活性物质的组分配比不同，按质量份数包括：硫酸铅42份、四氧化三铅33份、硫酸钙1.5份、硫酸铝1份、中位粒径为10～20nm的纳米碳球2.5份、质量百分浓度为20%的硅酸钠水溶液6份、质量百分浓度为5%的糊精水溶液8份、以及质量百分浓度为50%的PVAc乙醇溶液6份。
实施例4
本实施例的负极极板的制备过程与实施例1一致，区别仅在于：
负极活性物质的组分配比不同，按质量份数包括：硫酸铅45份、四氧化三铅30份、硫酸钙0.8份、硫酸铝1.2份、中位粒径为10～20nm的纳米碳球4份、质量百分浓度为20%的硅酸钠水溶液4份、质量百分浓度为5%的糊精水溶液5份、以及质量百分浓度为50%的PVAc乙醇溶液10份。
实施例5
本实施例的负极极板的制备过程与实施例1一致，区别仅在于：
负极活性物质的组分配比不同，按质量份数包括：硫酸铅40份、四氧化三铅35份、硫酸钙1份、硫酸铝1份、中位粒径为10～20nm的纳米碳球3份、质量百分浓度为20%的硅酸钠水溶液8份、质量百分浓度为5%的糊精水溶液7份、以及质量百分浓度为50%的PVAc乙醇溶液5份。
将实施例1～5制备的负极极板与现有平板式负极极板，参考GB T22199.1--2017的程序进行试验检测，最终的检测结果如表1所示：
综上，由上述检测结果可知，本发明制备的负极极板具有更短的制造周期，可将生产周期缩短84h，并具有更高的强度和更高的孔隙率；同时，负极极板制备的电池，具备更好的大电流放电性能和低温性能，更长的1C充放电循环寿命。
Claims (10)
1.一种胶粘型负极活性物质，其特征在于，包括以下质量份数的组分：硫酸铅30～45份、四氧化三铅30～45份、硫酸钙0.8～1.5份、硫酸铝0.5～1.2份、纳米碳球2.5～4份、硅酸钠水溶液3～8份、糊精水溶液5～10份、以及PVAc乙醇溶液5～10份。
2.按权利要求1所述的胶粘型负极活性物质，其特征在于，包括以下质量份数的组分：硫酸铅30份、四氧化三铅45份、硫酸钙1.0份、硫酸铝0.5份、纳米碳球3.5份、硅酸钠水溶液5份、糊精水溶液7份、以及PVAc乙醇溶液8份。
3.按权利要求1所述的胶粘型负极活性物质，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的质量百分浓度为20%，所述糊精水溶液的质量百分浓度为5%，所述PVAc乙醇溶液的质量百分浓度为50%，所述纳米碳球的中位粒径为10～20nm。
4.一种权利要求1所述的胶粘型负极活性物质的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将配方量的硫酸铅、四氧化三铅、硫酸钙、硫酸铝和纳米碳球加入到密封严实的浆式搅拌机中，并开机搅拌，使上述原料混合均匀；
S2、再向浆式搅拌机中加入配方量的硅酸钠水溶液、糊精水溶液和PVAc乙醇溶液，继续搅拌，使所有原料充分混合，并形成均匀的粘稠浆状物质；
S3、测试上述制得的粘稠浆状物质的密度，满足要求则完成制备。
5.按权利要求4所述的胶粘型负极活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，搅拌时间为8～12 min；所述步骤S2中，搅拌时间为25～35 min。
6.按权利要求4所述的胶粘型负极活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，粘稠浆状物质的密度要求为3.2～3.5g/cm3。
7.一种权利要求1所述的胶粘型负极活性物质的应用，其特征在于，所述胶粘型负极活性物质在制备负极极板中的应用。
8.按权利要求7所述的胶粘型负极活性物质的应用，其特征在于，具体应用方法如下：
S1、将制得的胶粘型负极活性物质均匀地涂覆在负极集流体上，并控制涂覆的厚度为1.2～1.8mm；
S2、涂覆完成后，立即在其表面粘附一层AGM隔膜，并经烘干窑干燥直至烘干，制备得到负极极板半成品，同时控制烘干后的负极极板半成品105℃的重量损失率在0.5%以下；
S3、将负极极板半成品进行裁切，得到成品负极极板。
9.按权利要求7所述的胶粘型负极活性物质的应用，其特征在于，所述烘干窑的干燥温度为160～180℃，干燥时间为0.5～1h。
10.按权利要求7所述的胶粘型负极活性物质的应用，其特征在于，所述AGM隔膜的厚度为0.05mm。
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