本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鉛酸蓄電池測試用工作電極及其制備方法。

背景技術(shù)：

鉛酸蓄電池應(yīng)用發(fā)展歷史已有一百多年，在工藝生產(chǎn)技術(shù)上已發(fā)展得較為成熟，但隨著其它新型能源電池技術(shù)的興起和市場環(huán)境的變化對鉛蓄電池的初期性能提出了更高的要求，所以引進(jìn)了新材料、新物質(zhì)的應(yīng)用來提高其性能，在對添加新材料后的活性物質(zhì)檢測其鉛及鉛氧化物的氧化還原電位，判斷其析氫析氧電位來決定其應(yīng)用前景

目前，鉛酸蓄電池行業(yè)在研究電池活性物質(zhì)的循環(huán)伏安曲線或者交流阻抗技術(shù)測試時，采用極板上取樣包膜后用環(huán)氧樹脂覆蓋在其表面，然后在表面開窗使其與測試溶液接觸反應(yīng)，過程使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準(zhǔn)測量過程中活性物質(zhì)質(zhì)量變化，這對研究極板的電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生了一定的影響，使得研究過程操作不便。

本申請人的在先專利、申請?zhí)枮閏n201420749400.8的中國專利公開了一種鉛酸蓄電池研究用工作電極，旨在解決現(xiàn)有的極板不能滿足鉛酸蓄電池研究活性物質(zhì)特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作不便的不足。該實用新型包括絕緣體環(huán)、與絕緣體環(huán)緊固連接的導(dǎo)電鉛條，導(dǎo)電鉛條前端設(shè)有“十”字形的固化頭，固化頭設(shè)置在絕緣體環(huán)內(nèi)，絕緣體環(huán)內(nèi)固化有活性物質(zhì)，固化頭封閉固化在活性物質(zhì)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的工作電極可以從電化學(xué)方面來研究在化成過程或者循環(huán)過程中活性物質(zhì)材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質(zhì)特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。

上述專利是從結(jié)構(gòu)方面對工作電極進(jìn)行改進(jìn)的，為了進(jìn)一步提高，需要從其材料上進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鉛酸蓄電池測試用工作電極及其制備方法。本發(fā)明能夠克服原有過程工作電極測試使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準(zhǔn)測量過程中活性物質(zhì)質(zhì)量變化，造成研究過程操作的不足。利用該工作電極可以從電化學(xué)方面來研究在化成過程或者循環(huán)過程中活性物質(zhì)材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質(zhì)特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導(dǎo)電基體、多孔活性物質(zhì)層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質(zhì)層由多孔活性物質(zhì)漿料涂覆于所述導(dǎo)電集體表面后固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面；離子可滲透薄膜為可阻擋鉛離子自由遷移、滲透的小孔徑離子交換膜。

本發(fā)明能夠克服原有過程工作電極測試使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準(zhǔn)測量過程中活性物質(zhì)質(zhì)量變化，造成研究過程操作的不足。利用該工作電極可以從電化學(xué)方面來研究在化成過程或者循環(huán)過程中活性物質(zhì)材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質(zhì)特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。

其中，離子可滲透薄膜的作用主要是抵擋金屬大顆粒物質(zhì)自由移動到溶液中，同時與活性物質(zhì)形成微電路，加大自放電電流過程。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電基體為導(dǎo)電鉛金屬、鉛合金或耐腐蝕導(dǎo)電金屬。

采用上述金屬作為支撐骨架和電流傳輸集流體，能快速的將其活性物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電基體的厚度為1-10mm，所述多孔活性物質(zhì)層的厚度為5-25mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為2-45微米。

本發(fā)明的工作電極涂層比極板厚度更薄，活物量少，活物轉(zhuǎn)化就快，能有效的減少掃描時間。

作為優(yōu)選，所述多孔活性物質(zhì)漿料包括以下重量份的原料：包含親水基團(tuán)的表面活性劑或包含親水基團(tuán)的分散劑0.15-2.5份，活性物質(zhì)98.2-99份，無機(jī)鹽0.5-1份，導(dǎo)電碳材料0.1-0.3份，導(dǎo)電聚合物0.2-0.4份，濃度為42-55wt%的硫酸溶液7.4-11.9份，去離子水8.8-13.9份。

作為優(yōu)選，所述表面活性劑或分散劑選自磺化芳烴聚合物。進(jìn)一步可選優(yōu)為木素磺酸鹽、萘磺酸甲醛縮合物或者其混合物。上述物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能有效附著在活性物質(zhì)的表面，是其硫酸鹽化過程可逆性更強。

作為優(yōu)選，所述無機(jī)鹽選自硫酸鋇、硫酸鉛、硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸亞錫中的至少一種。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電碳材料選自炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管、活性碳中的至少一種；所述導(dǎo)電聚合物選自聚苯胺、聚亞苯基亞乙烯基、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙炔、聚噻吩、聚苯硫醚中的至少一種。

由于工作電極測試過程電流測試范圍更精確，添加導(dǎo)電聚合物能將電極之間的差異性更直觀的將其表征出來。

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）將離散的導(dǎo)電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻后在75-85℃條件下攪拌15-30min；

（b）將攪拌后的混合液靜置10-20min，溫度降至室溫時，加入無機(jī)鹽和導(dǎo)電聚合物混合，繼續(xù)攪拌15-25min，得到混合均勻的添加劑溶液；

（c）將添加劑溶液與活性物質(zhì)混合，攪拌均勻后得到其混合漿料，過程中控制ph為中性或弱堿性；

（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌均勻，期間控制溫度為45-62℃，得到多孔活性物質(zhì)漿料；

（e）在導(dǎo)電基體上刮涂厚度均一的多孔活性物質(zhì)漿料，固化后形成多孔活性物質(zhì)涂層，將離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面，得到極板半成品；

（f）將極板半成品放入到中溫高濕的環(huán)境下固化干燥40-56h后，使用環(huán)氧樹脂封裝導(dǎo)電基體上用于連接的連接金屬條，得到工作電極。

作為優(yōu)選，步驟（a）、（b）中的攪拌速度為600-800r/min，步驟（c）、（d）中的攪拌速度為200-360r/min。

作為優(yōu)選，步驟（f）中，所述中溫高濕環(huán)境為溫度40-55℃，相對濕度95-100%。

與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是：

1、提供了一種鉛蓄電池用工作電極制作方法和模型，解決了因極板測試循環(huán)伏安和交流阻抗測試不精確、不方便的問題。

2、本發(fā)明工作電極制備過程簡單明了，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質(zhì)特性時儀器的測試量程和測試安裝

3、本發(fā)明的工作電極質(zhì)量少，涂層薄，活物轉(zhuǎn)化速度快，大大縮減了測試使用時間。

附圖說明

圖1為用正常極板制備工作電極循環(huán)伏安曲線圖；

圖2為實施例1的工作電極循環(huán)伏安曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實施例1

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導(dǎo)電基體、多孔活性物質(zhì)層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質(zhì)層由多孔活性物質(zhì)漿料涂覆于所述導(dǎo)電集體表面后固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面。

所述導(dǎo)電基體的厚度為5mm，所述多孔活性物質(zhì)層的厚度為15mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為34微米。

所述離子可滲透薄膜為聚乙烯膜。

所述導(dǎo)電基體為鉛鈣錫鋁合金。

所述多孔活性物質(zhì)漿料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛縮合物和木素磺酸鹽的混合物0.3份，氧化鉛鉛粉98.5份，硫酸鈉、硫酸亞錫的混合物0.5份，碳納米管0.3份，聚苯胺0.4份，濃度為50wt%的硫酸溶液9.7份，去離子水11.4份。

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）將離散的導(dǎo)電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻后在80℃條件下攪拌（700r/min）25min；

（b）將攪拌后的混合液靜置15min，溫度降至室溫時，加入無機(jī)鹽和導(dǎo)電聚合物混合，繼續(xù)攪拌（700r/min）20min，得到混合均勻的添加劑溶液；

（c）將添加劑溶液與活性物質(zhì)混合，攪拌（280r/min）均勻后得到其混合漿料，過程中控制ph為中性；

（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（280r/min）均勻，期間控制溫度為55℃，得到多孔活性物質(zhì)漿料；

（e）在導(dǎo)電基體上刮涂厚度均一的多孔活性物質(zhì)漿料，固化后形成多孔活性物質(zhì)涂層，將離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面，得到極板半成品；

（f）將極板半成品放入到中溫高濕（溫度48℃，相對濕度98%）的環(huán)境下固化干燥48h后，使用環(huán)氧樹脂封裝導(dǎo)電基體上用于連接的連接金屬條，得到工作電極。

實施例2

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導(dǎo)電基體、多孔活性物質(zhì)層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質(zhì)層由多孔活性物質(zhì)漿料涂覆于所述導(dǎo)電集體表面后固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面。

所述導(dǎo)電基體的厚度為1mm，所述多孔活性物質(zhì)層的厚度為5mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為2微米。

所述離子可滲透薄膜為聚丙烯膜。

所述導(dǎo)電基體為導(dǎo)電鉛金屬。

所述多孔活性物質(zhì)漿料包括以下重量份的原料：木素磺酸鹽0.2份，氧化鉛鉛粉99份，硫酸鋇、硫酸鉛的混合物0.5份，炭黑、石墨烯的混合物0.1份，聚亞苯基亞乙烯基0.2份，濃度為42wt%的硫酸溶液7.4份，去離子水8.8份。

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）將離散的導(dǎo)電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻后在75℃條件下攪拌（800r/min）30min；

（b）將攪拌后的混合液靜置10min，溫度降至室溫時，加入無機(jī)鹽和導(dǎo)電聚合物混合，繼續(xù)攪拌（800r/min）25min，得到混合均勻的添加劑溶液；

（c）將添加劑溶液與活性物質(zhì)混合，攪拌（360r/min）均勻后得到其混合漿料，過程中控制ph為弱堿性；

（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（360r/min）均勻，期間控制溫度為45℃，得到多孔活性物質(zhì)漿料；

（e）在導(dǎo)電基體上刮涂厚度均一的多孔活性物質(zhì)漿料，固化后形成多孔活性物質(zhì)涂層，將離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面，得到極板半成品；

（f）將極板半成品放入到中溫高濕（溫度40℃，相對濕度95%）的環(huán)境下固化干燥40h后，使用環(huán)氧樹脂封裝導(dǎo)電基體上用于連接的連接金屬條，得到工作電極。

實施例3

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導(dǎo)電基體、多孔活性物質(zhì)層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質(zhì)層由多孔活性物質(zhì)漿料涂覆于所述導(dǎo)電集體表面后固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面。

所述導(dǎo)電基體的厚度為10mm，所述多孔活性物質(zhì)層的厚度為25mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為45微米。

所述離子可滲透薄膜為聚丙烯膜。

所述導(dǎo)電基體為鉛合金。

所述多孔活性物質(zhì)漿料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛縮合物0.3份，氧化鉛鉛粉98.7份，硫酸鈣0.5份，活性碳0.2份，聚噻吩0.3份，濃度為55wt%的硫酸溶液11.9份，去離子水13.9份。

一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）將離散的導(dǎo)電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻后在85℃條件下攪拌（600r/min）15min；

（b）將攪拌后的混合液靜置20min，溫度降至室溫時，加入無機(jī)鹽和導(dǎo)電聚合物混合，繼續(xù)攪拌（600r/min）15min，得到混合均勻的添加劑溶液；

（c）將添加劑溶液與活性物質(zhì)混合，攪拌（200r/min）均勻后得到其混合漿料，過程中控制ph為中性；

（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（200r/min）均勻，期間控制溫度為62℃，得到多孔活性物質(zhì)漿料；

（e）在導(dǎo)電基體上刮涂厚度均一的多孔活性物質(zhì)漿料，固化后形成多孔活性物質(zhì)涂層，將離子可滲透薄膜包覆于多孔活性物質(zhì)層表面，得到極板半成品；

（f）將極板半成品放入到中溫高濕（溫度55℃，相對濕度100%）的環(huán)境下固化干燥56h后，使用環(huán)氧樹脂封裝導(dǎo)電基體上用于連接的連接金屬條，得到工作電極。

性能對比

如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中用正常極板制備工作電極循環(huán)伏安曲線圖，如圖2所示，為發(fā)明實施例1的工作電極循環(huán)伏安曲線圖，從曲線圖中可以看出，相比圖1，采用實施例1的工作電極的掃描過程圖采用的掃描次數(shù)更少，掃描線更集中。雖然用正常極板制備的工作電極的加持電壓掃描最后也能達(dá)到這樣的效果，但是其掃描的次數(shù)得更多，時間上花費的更多。同時也能干擾到活性物質(zhì)特征峰的精確判斷。

本發(fā)明中所用原料、設(shè)備，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本發(fā)明中所用方法，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。