一種鉛炭電池管式負(fù)極板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種鉛炭電池管式負(fù)極板，該極板包括負(fù)極板柵和填充的活性物質(zhì)粉末，負(fù)極板柵為橫梁和與其垂直的導(dǎo)電芯構(gòu)成的柵欄結(jié)構(gòu)負(fù)極板柵外面設(shè)置有一套層，套層和導(dǎo)電芯的間隙填充活性物質(zhì)。該鉛炭電池管式負(fù)極板制造工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定鉛膏結(jié)構(gòu)，防止鉛膏脫落，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種鉛炭電池管式負(fù)極板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鉛酸蓄電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉛炭電池管式負(fù)極板。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油短缺問(wèn)題和城市環(huán)境問(wèn)題的日益突出，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大重要問(wèn)題。二次電源作為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的器件，已成為制約這兩大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。鉛酸電池已經(jīng)歷了近150多年的發(fā)展歷程，具有原材料來(lái)源豐富、安全可靠性好、性價(jià)比高、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在二次電源領(lǐng)域占據(jù)重要地位，其在理論研究方面，在產(chǎn)品種類及品種、產(chǎn)品電氣性能等方面都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，鉛酸電池都起到了不可缺少的重要作用。隨著新型儲(chǔ)能和動(dòng)力市場(chǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)鉛酸電池的能量密度、功率密度以及循環(huán)壽命也提出了更高的要求。特別是在混合動(dòng)力汽車以及間歇性新能源存儲(chǔ)應(yīng)用中，要求二次電池能夠在部分荷電狀態(tài)下具有良好的充電接受能力和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。傳統(tǒng)鉛酸電池在這種工況下，負(fù)極表面極易形成粗大的“惰性”硫酸鉛晶體，在隨后的充電過(guò)程中，不能可逆的轉(zhuǎn)化為鉛，從而導(dǎo)致電池的充電接受能力下降，惡化電池循環(huán)性能。
[0003]鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，在鉛酸電池的負(fù)極中加入了高比表面積和高電容活性的炭材料，可以吸收瞬間大電流，抑制表面硫酸鹽化，使電池兼具高容量和高功率的特性，普通鉛酸電池的正極活性材料是氧化鉛(Pb02)，負(fù)極活性材料是鉛(Pb)，若把負(fù)極活性材料Pb全部換成炭材料，則普通鉛酸電池變成混合電容器；若把炭材料混合到負(fù)極活性材料Pb中，則普通鉛酸電池變成鉛炭電池。它將具有雙電層電容特性的炭材料(C)與海綿鉛(Pb)負(fù)極進(jìn)行合并制作成既有電容特性又有電池特性的Lead-carbon雙功能復(fù)合電極(以下簡(jiǎn)稱Lead-carbon電極)，Lead-carbon復(fù)合電極再與Pb02正極匹配組裝成Lead-carbon電池。鉛碳電池是一種新型的超級(jí)電池，鉛碳電池是將鉛酸電池和超級(jí)電容器兩者合一:既發(fā)揮了超級(jí)電容瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量?jī)?yōu)勢(shì)，且擁有非常好的充放電性能——90分鐘就可充滿電(鉛酸電池若這樣充、放，壽命只有不到30 次)。
[0004]目前的鉛炭電池的負(fù)極極板一般為鉛膏涂覆于基體上的結(jié)構(gòu)，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210371066.2，發(fā)明名稱為“一種鉛炭電池負(fù)極極板”的發(fā)明專利申請(qǐng)，涉及一種鉛炭電池負(fù)極極板，它在鉛粉為主的活性物質(zhì)中還添加占鉛膏總重量0.1?IOwt.%的活性炭，活性物質(zhì)加水和1.0?1.4g/cm3的硫酸混合均勻而成鉛膏，將該鉛膏涂覆于鉛鈣合金基體，干燥后制備而成，炭添加劑的比表面積在1000-3000m2/g之間。由于炭和鉛在密度上的較大差異，直接在負(fù)極鉛膏中混入炭材料，存在著炭材料難以均勻分散、鉛膏與極板結(jié)合力差的問(wèn)題。炭材料與鉛粉的不均勻混合，將影響負(fù)極涂膏的穩(wěn)固性，降低極板強(qiáng)度。在負(fù)極鉛膏中直接加入大量的炭，在循環(huán)過(guò)程中容易造成鉛膏的脫落，降低電池的壽命。
實(shí)用新型內(nèi)容[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型針對(duì)鉛膏穩(wěn)固性差和易脫落的問(wèn)題，提供了一種鉛炭電池管式負(fù)極板，穩(wěn)定鉛膏結(jié)構(gòu)，防止鉛膏脫落，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種鉛炭電池管式負(fù)極板，極板包括負(fù)極板柵和填充的活性物質(zhì)粉末，負(fù)極板柵為橫梁和與其垂直的導(dǎo)電芯構(gòu)成的柵欄結(jié)構(gòu)，負(fù)極板柵外面設(shè)置有一套層，套層和導(dǎo)電芯的間隙填充活性物質(zhì)，套層、負(fù)極板柵和封底構(gòu)成密封腔體，活性物質(zhì)為含按重量百分比計(jì)的下述物質(zhì)構(gòu)成:鉛粉57?95wt%、電容性炭材料I?40wt%、炭黑〉0.1?0.5wt%、硫酸鋇
0.3?2wt%、木質(zhì)素橫酸鈉〉O?1.2wt%、腐植酸0.5?2wt%和短纖維0.05?〈0.lwt%。
[0008]進(jìn)一步的，活性物質(zhì)為含按重量百分比計(jì)的下述物質(zhì)構(gòu)成:鉛粉57?64wt%、電容性炭材料34?40wt%、炭黑〉0.1?0.5wt%、硫酸鋇0.3?0.9wt%、木質(zhì)素磺酸鈉0.2?
0.9wt%、腐植酸0.5?2wt%和短纖維0.05?〈0.lwt%。
[0009]進(jìn)一步的，負(fù)極板柵材質(zhì)為金屬、碳泡沫或硬質(zhì)塑料中的一種。
[0010]進(jìn)一步的，金屬為鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁中的一種。
[0011]進(jìn)一步的，負(fù)極板柵材質(zhì)非鉛時(shí)，負(fù)極板柵表面采用鍍鉛處理。
[0012]碳泡沫采用電鍍鍍鉛，硬質(zhì)塑料采用化學(xué)鍍鍍鉛。
[0013]進(jìn)一步的，套層材質(zhì)為滌綸或無(wú)紡布。
[0014]材質(zhì)為無(wú)紡布時(shí)，無(wú)紡布內(nèi)部涂布膠水定型。
[0015]進(jìn)一步的，套層的橫截面為圓形、橢圓形或矩形。
[0016]進(jìn)一步的，電容性炭材料為活性炭、膨脹石墨、炭黑、碳纖維、納米碳管或石墨烯中的一種或幾種。
[0017]進(jìn)一步的，炭黑比表面積小于50m2/g。
[0018]進(jìn)一步的，短纖維為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。
[0019]一種制備鉛炭電池管式負(fù)極板的方法，包括如下步驟:
[0020]I)組裝:將套層套于負(fù)極板柵上；
[0021]2)和料:將鉛粉、電容性炭材料、炭黑、硫酸鋇、木質(zhì)素磺酸鈉、腐植酸和短纖維均勻混合；
[0022]3)灌粉:將步驟2所得原料通過(guò)氣壓或者振動(dòng)方式灌入套層，充分填滿套層中的空隙，并扣上封底；
[0023]4)浸酸干燥:將步驟3所得管式極板浸入硫酸15min?2h，取出后于65°C下進(jìn)行干燥。
[0024]進(jìn)一步的，步驟3灌粉將步驟2所得原料灌入套層一部分，將電容性炭材料灌加入剩余排管中，充分填滿套層中的空隙，并扣上封底；
[0025]進(jìn)一步的，硫酸密度為1.0?1.3g/cm3，步驟4中干燥的時(shí)間為24?36h。
[0026]由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果包括:
[0027]1.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，制造工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
[0028]2.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，與鉛炭平板電極相比，可實(shí)現(xiàn)高含量炭材料的添加，而不引起鉛膏脫落或極板強(qiáng)度降低，可充分發(fā)揮鉛的容量特性和炭的電容特性，緩沖瞬間大電流，抑制負(fù)極表面的硫酸鹽化，顯著改善電池的HRPSoC循環(huán)性能。
[0029]3.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，穩(wěn)定鉛膏結(jié)構(gòu)，防止鉛膏脫落，延長(zhǎng)電池的使用壽命，在混合動(dòng)力汽車以及太陽(yáng)能、風(fēng)能存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0030]4.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其中炭材料的加入，當(dāng)電池在頻繁的瞬時(shí)大電流充放電工作時(shí)，主要由具有電容特性的炭材料釋放或接收電流，抑制鉛酸電池的“負(fù)極硫酸鹽化”，有效地延長(zhǎng)了電池使用壽命。
[0031]5.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，當(dāng)電池處于長(zhǎng)時(shí)間小電流工作時(shí)，主
要由海綿鉛負(fù)極工作，持續(xù)提供能量。
[0032]6.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，高的碳含量，使電極具有比傳統(tǒng)鉛酸電池有更好的低溫啟動(dòng)能力、充電接受能力和大電流充放電性能。
[0033]7.本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，活性炭的加入，提升了電池的功率密度，延長(zhǎng)了循環(huán)壽命，同時(shí)由于活性炭占據(jù)了部分電極空間，導(dǎo)致能量密度降低，也可能增加電極析氣量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是鉛炭電池負(fù)極板示意圖；
[0035]I負(fù)極板柵；2排管；3活性物質(zhì)；
[0036]圖2是鉛炭電池負(fù)極板剖面圖；
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0038]實(shí)施例1:
[0039]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，極板包括表面采用鍍鉛處理的鉛-鈣多元合金負(fù)極板柵和填充的活性物質(zhì)粉末，負(fù)極板柵為橫梁和與其垂直的導(dǎo)電芯構(gòu)成的柵欄結(jié)構(gòu)，負(fù)極板柵外面設(shè)置有無(wú)紡布套層，套層和導(dǎo)電芯的間隙填充活性物質(zhì)，活性物質(zhì)為含按重量百分比計(jì)的下述物質(zhì)構(gòu)成:鉛粉88.41wt%、電容性炭材料10wt%、炭黑
0.4wt%、硫酸鋇0.5wt%、木質(zhì)素磺酸鈉0.lwt%、腐植酸0.5wt%和短纖維0.09wt%。
[0040]套層的橫截面為圓形。
[0041]電容性炭材料為活性炭5wt%、膨脹石墨2wt%、碳纖維2wt%、石墨烯lwt%。
[0042]炭黑比表面積小于50m2/g。短纖維為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
[0043]制備鉛炭電池管式負(fù)極板的方法包括如下步驟:
[0044]I)組裝:將套層套于負(fù)極板柵上；
[0045]2)和料:將鉛粉、活性炭、膨脹石墨、碳纖維、石墨烯、炭黑、硫酸鋇、木質(zhì)素磺酸鈉、腐植酸和短纖維均勻混合；
[0046]3)灌粉:將步驟2所得原料通過(guò)氣壓或者振動(dòng)方式灌入套層，充分填滿套層中的空隙，并扣上封底；
[0047]4)浸酸干燥:將步驟3所得管式極板浸入密度為1.0?1.3g/cm3的硫酸中15min，取出后于65°C下進(jìn)行干燥24h。
[0048]實(shí)施例2:
[0049]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，極板包括表面采用鍍鉛處理的碳泡沫負(fù)極板柵和填充的活性物質(zhì)粉末，負(fù)極板柵為橫梁和與其垂直的導(dǎo)電芯構(gòu)成的柵欄結(jié)構(gòu)，負(fù)極板柵外面設(shè)置有滌綸套層，套層和導(dǎo)電芯的間隙填充活性物質(zhì)，活性物質(zhì)為含按重量百分比計(jì)的下述物質(zhì)構(gòu)成:鉛粉69.25wt%、電容性炭材料25wt%、炭黑0.5?^%、硫酸鋇2.0wt%、木質(zhì)素磺酸鈉1.2wt%、腐植酸2.0wt %和短纖維0.0 5 wt % ο
[0050]套層的橫截面為橢圓形。
[0051]電容性炭材料為活性炭10wt%、膨脹石墨3wt%、炭黑lwt%、碳纖維3?^%、納米碳管5wt%、石墨烯 3 wt %。
[0052]炭黑比表面積小于50m2/g。短纖維為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。
[0053]制備鉛炭電池管式負(fù)極板的方法包括如下步驟:
[0054]I)組裝:將套層套于負(fù)極板柵上；
[0055]2)和料:將鉛粉、炭黑、硫酸鋇、木質(zhì)素磺酸鈉、腐植酸和短纖維均勻混合；
[0056]3)灌粉:將步驟2所得原料通過(guò)氣壓或者振動(dòng)方式灌入套層，將活性炭、膨脹石墨、碳纖維、納米碳管、石墨烯、活性炭成分中的炭黑混合均勻灌入剩余部分的套層，并扣上封底；
[0057]4)浸酸干燥:將步驟3所得管式極板浸入密度為1.0~1.3g/cm3的硫酸中30min，取出后于65°C下進(jìn)行干燥36h。
[0058]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，`其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種鉛炭電池管式負(fù)極板，所述極板包括負(fù)極板柵和填充的活性物質(zhì)粉末，所述負(fù)極板柵為橫梁和與其垂直的導(dǎo)電芯構(gòu)成的柵欄結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述負(fù)極板柵外面設(shè)置有一套層，所述套層和導(dǎo)電芯的間隙填充活性物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述負(fù)極板柵材質(zhì)為金屬、碳泡沫或硬質(zhì)塑料中的一種。
3.如權(quán)利要求2所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述金屬為鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁中的一種。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述負(fù)極板柵材質(zhì)非鉛時(shí)，負(fù)極板柵表面鍍鉛處理。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述活性物質(zhì)包括活性炭、膨脹石墨、炭黑、碳纖維、納米碳管或石墨烯中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述套層采用滌綸或無(wú)紡布。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述套層的橫截面為圓形、橢圓形或矩形。
8.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述活性物質(zhì)包括炭黑，比表面積小于50m2/g。
9.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述活性物質(zhì)包括短纖維聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。
10.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述活性物質(zhì)采用全部混合均勻填充于套層和導(dǎo)電芯的間隙。
11.如權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池管式負(fù)極板，其特征在于:所述活性物質(zhì)采用先填充混合均勻的除電容性炭材料以外的活性物質(zhì)于套層和導(dǎo)電芯的間隙后再填充混合均勻的電容性炭材料于剩余間隙。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK203607484SQ201320789042
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】胡晨, 劉皓, 楊凱, 相佳媛, 高飛, 丁平, 陳建, 吳賢章, 來(lái)小康 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司, 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司