CN116315144B - 一种新能源车用低压辅助电池 - Google Patents

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Abstract

一种新能源车用低压辅助电池，包括电池外壳、极群组及电解液；所述极群组由若干负极板、隔板及正极板依次叠放而成，所述正极板的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，4BS晶种0.1~2份，三氧化二锑0.01~1份，明矾0.01~2份，钠添加剂0.05~2份，聚四氟乙烯乳液0.5~5份，碳酸锂0.02~2份；所述负极板的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，硫酸钡0.2~2份，石墨烯0.01~5份，碳纤维纳米管0.01~5份，腐植酸0.1~1份，木素0.1~1份，单宁酸0.1~1份，改性木质素0.1~1份；电解液由纯水、硫酸及复合型电解液添加剂组成。充电接受能力好、循环寿命长。

Description

一种新能源车用低压辅助电池
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种新能源车用低压辅助电池。
背景技术
目前国家对新能源汽车的大力推广，许多新能源汽车得到了突飞猛进的发展，新能源车采用高低压双电源系统，其中高压动力电源是锂离子电池，负责整车动力，以及向低压电源充电；而辅助电池作为低压电源，主要用于车辆未启动时的定位、开关门、唤醒，确保车辆在未启动时的正常供电；启动整车并在启动后给低压电器、电器元件/软件供电；以及停车时后台程序更新，发送网络信息(如位置、电量)等情况，确保车辆在停车时的供电。
由于目前各个主机厂对辅助电池的设计功能不同，电池要求也不尽相同，但综合辅助电池的使用工况，比如电池所在的发动机舱温度大幅度下降(电动车所使用的电动机发热量远小于燃油车的发动机的发热量)，不再需要对发动机进行启动，需要在较短的时间内完成电池充电，电池放电深度加大，要求的充放电循环次数增加等。这些整车的实际工况对于辅助电池的启动能力及高温要求大大降低，但是对与电池的容量、循环能力、充电接受能力有了较高要求。因此辅助电池的功能与以往燃油车的启动电池的功能有了明显的区别。
燃油车的启动电池的主要功能是启动发动机，以及在发动机未启动时对车载用电器供电；而在启动后电池基本处于满充电状态。而在新能源车上，低压辅助电池不再需要对发动机进行起动(新能源车没有发动机，其动力由高压锂电提供)，同时新能源车上的低压用电设备也会大幅度增加（比如高低压电源控制，车辆智能控制，向app端发送整车状态等），而且高压电源也不会随时对低压电源进行充电，即电池不会存在100%SOC的状态。综合以上，新能源车的低压辅助电池的特点为：不需要大电流启动功能，用电量增加，以及在一定的荷电状态区间(比如70%~90%SOC)内进行充放电。这些会使得新能源的低压电池功能与传统燃油车电池(启动，用电量相对较少，电池处于满电状态)有所区别。同时考虑到新能源车的充电时间问题，一般也会要求低压辅助电池具有较好的充电接受能力，而传统燃油车的启动电池对充电接受的要求相对较低。
目前大多数新能源车的低压电源仍然沿用燃油车的启动电池。新能源低压辅助电池仍然直接沿用传统燃油车的启动电池，会导致以下几个问题：
1、启动电池的大电流放电能力得不到应用，属于功能上的浪费。
2、电池用电量增加，活性物质泥化加剧，寿命缩短。
3、电池基本不处于满电状态，硫酸盐化速度加快，寿命缩短。
4、电池充电时需要更长的时间才能充好，影响客户体验。
根据以上情况，为了解决这些问题，势必要开发出一类适用于新能源车的、具有较高的充电接受能力和较长使用寿命的辅助电池。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足而提供一种充电接受能力好，循环寿命长的新能源车用低压辅助电池，能有效应对新能源车对低压辅助电池的用电功能需求。
本发明所提供的技术方案是：一种新能源车用低压辅助电池，包括：
电池外壳；
极群组，所述极群组由若干负极板、隔板及正极板依次叠放而成，所述正极板的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，4BS晶种0.1~2份，三氧化二锑0.01~1份，明矾0.01~2份，钠添加剂0.05~2份，聚四氟乙烯乳液0.5~5份，碳酸锂0.02~2份；所述负极板的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，硫酸钡0.2~2份，石墨烯0.01~5份，碳纤维纳米管0.01~5份，腐植酸0.1~1份，木素0.1~1份，单宁酸0.1~1份，改性木质素0.1~1份；
及电解液，所述电解液由纯水、硫酸及复合型电解液添加剂组成。
所述电池外壳包括槽体、大盖、小盖及安全阀，所述安全阀旋转安装在大盖上，槽体、大盖及小盖两两之间相互热封封合。
所述电池外壳材质为防火防爆的材料。
所述钠添加剂为过硼酸钠。
所述木素为印度林。
所述正极板的正极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金。
所述负极板的负极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金。
正极板厚度为1~4mm，负极板厚度为0.5~3.5mm。
所述电解液的密度为1.28~1.32g/cm³；所述电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为0.1~5%；所述复合型电解液添加剂由碱金属硫酸盐、三聚磷酸钠 、碳酸锂及三磷酸盐组成。
所述碱金属硫酸盐的碱金属为锂、钠或钾。
所述的正极活性物质中，4BS晶种在和膏、及随后的固化过程中可以大大加速高强度铅膏骨架的形成，细颗粒的4BS晶种可以加速铅膏中游离铅的氧化，提高极板中四碱式硫酸铅含量，可使形成的晶体细小、均匀，提高电池寿命，也可以降低固化时间，提高化成效率。
所述的正极活性物质中，三氧化二锑可以改善板栅与活性物质接触界面，提高电池深放电循环寿命，同时控制合适的添加量从而避免过多的失水。明矾可以增加铅膏的孔率，促进电解液渗透，加速正极板化成速率，提高充电接受性能。钠添加剂促进铅的快速氧化和4BS生成比例。聚四氟乙烯乳液用作粘合剂材料，提高正极活性物质强度，提高电池寿命。碳酸锂用于生成难溶于稀硫酸体系的物质，以其难溶和坚硬特性来提高正极板的机械强度，提高电池寿命。
所述的负极活性物质中，石墨烯增大活性物质比表面积，提升电池充电接受能力，碳纤维纳米管作为微型电容，提高充电时的瞬时接受电流。腐植酸、印度林、单宁酸用于提高电池低温性能，提高低温先电池充电接受能力，改性木质素通过有机官能团提高电池充电接受能力。
所述的复合型电解液添加剂由锂、钠、钾等碱金属硫酸盐、三聚磷酸钠 、碳酸锂、三磷酸盐等组成，其中碱金属硫酸盐根据同离子效应可有效地阻止硫酸铅过度离解，即降低了硫酸盐化程度，又降低了铅枝晶过度生长而发生微短路的风险；同时提供了碱金属离子，提高电解液离子导电能力，增强充电接受能力。其中三聚磷酸钠 、碳酸锂、三磷酸盐是可改变硫酸铅离解能力的材料或可与硫酸铅中的铅络合且属于桥接式络合系数相对较小的材料，增大Pb2+离子浓度倾向，加速电化学反应进程，增强离子迁移速率，促使充电反应生成的H2SO4扩散加快，降低活性物质界面SO4 2-离子浓度与Pb2+离子生成PbSO4沉积的能力，用以提高电池充电接受能力。
与现有的技术和产品比，本发明有如下优点：
1）本发明提供的新能源车用低压辅助电池，具有充电接受能力好、循环寿命长的优点，相比传统启动电池更适用于新能源车的低压供电系统。
2）本发明提供的新能源车用低压辅助电池，具有结构简单、可与传统启动电池共线生产、不增加额外设备及生产工序、制造成本低、应用广泛等特点。
3）本发明提供的新能源车用低压辅助电池相比传统燃油车同型号电池成本至少下降3%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种新能源车用低压辅助电池的部分剖开的立体图；
图2是本发明实施例提供的一种新能源车用低压辅助电池的正面剖视图；
图3是本发明实施例提供的一种新能源车用低压辅助电池的侧面剖视图；
图中：1、槽体；2、大盖；3、小盖； 4、安全阀；5、负极板；6、隔板；7、正极板；8、汇流排；9、极柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1~3中，低压辅助电池包括电池外壳、极群组及电解液。电池外壳包括槽体1、大盖2、小盖3及安全阀4，其中安全阀4旋转安装在大盖2上，槽体1、大盖2、小盖3两两之间热封封合。极群组由若干负极板5及若干正极板7依次交替叠放而成，相邻两个极板之间设有隔板6，极群组上方的板耳经汇流排8与极柱9相连接，电解液由纯水、硫酸、复合型电解液添加剂组成。
正极板的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，4BS晶种0.1~2份，三氧化二锑0.01~1份，明矾0.01~2份，钠添加剂0.05~2份，聚四氟乙烯乳液0.5~5份，碳酸锂0.02~2份；负极板的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，硫酸钡0.2~2份，石墨烯0.01~5份，碳纤维纳米管0.01~5份，腐植酸0.1~1份，木素0.1~1份，单宁酸0.1~1份，改性木质素0.1~1份；电解液的密度为1.28~1.32g/cm³；所述电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为0.1~5%；所述复合型电解液添加剂由碱金属硫酸盐、三聚磷酸钠 、碳酸锂及三磷酸盐组成。碱金属硫酸盐的碱金属为锂、钠或钾。
实施例1
本发明实施例1提供一种规格为12V60Ah的新能源车用低压辅助电池包括电池外壳、极群组、电解液。电池外壳材质为PP/PE材料。电池外壳包括槽体、大盖、小盖、安全阀，其中安全阀旋转安装在大盖上，槽体、大盖、小盖之间热封封合。极群组由6片负极板及5片正极板依次交替叠放而成，相邻两个极板之间设有隔板，极群组上方的板耳经汇流排与极柱相连接，正极板厚度控制2.2mm，负极板厚度1.6mm，隔板为AGM隔板。
正极板包括正极板栅和正极活性物质，其中正极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.07份，4BS晶种0.7份，三氧化二锑0.06份，明矾0.15份，钠添加剂0.12份，聚四氟乙烯乳液2份，碳酸锂0.1份。
负极板包括负极板栅和负极活性物质，其中所述的负极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.1份，硫酸钡1份，石墨烯0.4份，碳纤维纳米管0.2份，腐植酸0.2份，印度林0.1份，单宁酸0.1份，改性木质素0.2份。
电解液由纯水、硫酸、复合型电解液添加剂组成。电解液吸附在正负极板及AGM隔板的空隙中，其密度为1.30g/cm³；所述的电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为1.5%。
实施例2
本发明实施例2提供一种规格为12V60Ah的新能源车用低压辅助电池包括电池外壳、极群组、电解液。电池外壳材质为PP/PE材料。电池外壳包括槽体、大盖、小盖、安全阀，其中安全阀旋转安装在大盖上，槽体、大盖、小盖之间热封封合。极群组由6片负极板及5片正极板依次交替叠放而成，相邻两个极板之间设有隔板，正极板厚度控制2.2mm，负极板厚度1.58mm，隔板为AGM隔板，极群组上方的板耳经汇流排与极柱相连接。
正极板包括正极板栅和正极活性物质，其中所述的正极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；所述的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.1份，4BS晶种1份，三氧化二锑0.05份，明矾0.3份，钠添加剂0.2份，聚四氟乙烯乳液1.5份，碳酸锂0.05份。
负极板包括负极板栅和负极活性物质，其中所述的负极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；所述的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.07份，硫酸钡0.8份，石墨烯0.8份，碳纤维纳米管0.5份，腐植酸0.3份，印度林0.5份，单宁酸0.3份，改性木质素0.3份。
电解液由纯水、硫酸、复合型电解液添加剂组成。电解液吸附在正负极板及AGM隔板的空隙中，其密度为1.295g/cm³；所述的电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为1.0%。
实施例3
本发明实施例3提供一种规格为12V60Ah的新能源车用低压辅助电池包括电池外壳、极群组、电解液。电池外壳材质为PP/PE材料。所述外壳包括槽体、大盖、小盖、安全阀，其中安全阀旋转安装在大盖上，槽体、大盖、小盖之间热封封合。极群组由6片负极板及5片正极板依次交替叠放而成，正极板厚度控制2.22mm，负极板厚度1.6mm。相邻两个极板之间设有隔板，隔板为AGM隔板，极群组上方的板耳经汇流排与极柱相连接。
正极板包括正极板栅和正极活性物质，其中所述的正极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；所述的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.08份，4BS晶种0.8份，三氧化二锑0.07份，明矾0.22份，钠添加剂0.15份，聚四氟乙烯乳液2.5份，碳酸锂0.2份。
负极板包括负极板栅和负极活性物质，其中所述的负极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金；所述的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.12份，硫酸钡1.2份，石墨烯0.5份，碳纤维纳米管1份，腐植酸0.25份，印度林0.3份，单宁酸0.5份，改性木质素0.2份。
电解液由纯水、硫酸、复合型电解液添加剂组成。电解液吸附在正负极板及AGM隔板的空隙中，其密度为1.306g/cm³；所述的电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为1.2%。
为了更好的说明本发明实施例提供的新能源车用低压辅助电池的特性，下面将实施例制备的铅酸蓄电池进行性能检测，并与传统燃油车启动电池性能进行对比如下。
测试项目 传统燃油车启动电池 实施例1 实施例2 实施例3
电池重量 17.8kg 17.2kg 17.1kg 17.3kg
C20容量 63 Ah 62 Ah 61 Ah 62 Ah
0℃充电接受能力 17 A 30 A 28A 31A
50%DOD寿命 360次 700 次 680次 720 次
17.5%DOD寿命 18 单元 30 单元 30单元 31 单元
备注：根据JB/T 12666-2016《起停用铅酸蓄电池》中的标准进行铅酸蓄电池的测试实验。
上述实施例提供的新能源车用低压辅助电池，其充电接受性能和循环寿命相比传统燃油车启动电池的性能提升66%以上，尤其是充电接受能力的提升，更加适用于新能源车的快速充电的工况。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源车用低压辅助电池，其特征在于：包括：
电池外壳；所述电池外壳包括槽体、大盖、小盖及安全阀，所述安全阀旋转安装在大盖上，槽体、大盖及小盖两两之间相互热封封合；
极群组，所述极群组由若干负极板、隔板及正极板依次叠放而成，所述正极板的正极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，4BS晶种0.1~2份，三氧化二锑0.01~1份，明矾0.01~2份，钠添加剂0.05~2份，聚四氟乙烯乳液0.5~5份，碳酸锂0.02~2份；所述负极板的负极活性物质包括如下质量份数的各组分：铅粉100份，纤维0.01~1份，硫酸钡0.2~2份，石墨烯0.01~5份，碳纤维纳米管0.01~5份，腐植酸0.1~1份，木素0.1~1份，单宁酸0.1~1份，改性木质素0.1~1份；
及电解液，所述电解液由纯水、硫酸及复合型电解液添加剂组成；
所述电解液的密度为1.28~1.32g/cm³；所述电解液中复合型电解液添加剂的质量分数为0.1~5%；所述复合型电解液添加剂由碱金属硫酸盐、三聚磷酸钠 、碳酸锂及三磷酸盐组成。
2.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述电池外壳材质为防火防爆的材料。
3.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述钠添加剂为过硼酸钠。
4.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述木素为印度林。
5.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述正极板的正极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金。
6.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述负极板的负极板栅材质为Pb-Ca-Sn-Al合金。
7.根据权利要求1、5或6所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：正极板厚度为1~4mm，负极板厚度为0.5~3.5mm。
8.根据权利要求1所述的新能源车用低压辅助电池，其特征在于：所述碱金属硫酸盐的碱金属为锂、钠或钾。
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