一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會生存發(fā)展的基礎(chǔ)，從天然礦藏能源到電能的利用代表了科技發(fā)展的歷程。近代，特別是上一世紀(jì)人類社會的飛速發(fā)展，使得人類資源消耗量急劇增加，致使以石油為主的傳統(tǒng)化石能源日趨緊張，且造成大氣污染越發(fā)嚴(yán)重，尋求可持續(xù)發(fā)展的途徑、保護(hù)自然資源和自然環(huán)境成為21世紀(jì)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。電能已經(jīng)成為人類社會不可或缺的一種潔凈的能源，任何其它資源利用一般都必須使用電能，電能的儲存、轉(zhuǎn)化、輸送都用到電池/電容技術(shù)。
[0003]電動汽車(包括純電動車和混合電動車HEV)無污染、使用成本低且有望調(diào)諧電網(wǎng)系統(tǒng)夜間的谷電，成為目前的研究熱點(diǎn)和未來交通工具的發(fā)展趨勢。鉛蓄電池因其原料資源豐富、價格低廉、制備、維護(hù)工藝成熟和安全性好等特點(diǎn)，在電動車上有較好的應(yīng)用前景，但目前其比功率低、循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)制約了其在電動車上的應(yīng)用。超級電容器(Supercapacitors)是性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型儲能裝置,其比能量是傳統(tǒng)電容器的20?200倍，比功率一般大于1000W/kg,高于一般二次電池,循環(huán)壽命(>15次)也優(yōu)于電池，還具有能瞬間大電流充放電、工作溫度范圍寬、安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)，因而具有在電動汽車上的潛在應(yīng)用前景。但是，迄今為止，電化學(xué)電容器的比能量還是低于二次電池，制約了其在電動車上的應(yīng)用。
[0004]鉛蓄電池的比功率較低以及大功率放電下壽命差，主要是受限于負(fù)極:在高密度電流放電情況下，負(fù)極產(chǎn)生大量鉛離子進(jìn)入電解液，與之相對的情況是電解液中硫酸根離子擴(kuò)散受限，致使鉛離子過飽和，容易在負(fù)極表面形成一層致密的硫酸鉛沉淀層，造成負(fù)極表面鈍化。硫酸鉛導(dǎo)電性差，溶解度小，會降低負(fù)極內(nèi)部鉛的反應(yīng)活性，增加反應(yīng)過電位，致使充電時析氫較為嚴(yán)重，充電效率下降，并形成惡性循環(huán)。若繼續(xù)大功率充放電，以上情況會進(jìn)一步惡化，硫酸鉛沉淀顆粒增大且過程不可逆，最終負(fù)極喪失反應(yīng)活性，電池失效(參見J.Power Sourcesl33(2004) 126)。若能通過外電路的控制，避免鉛蓄電池大功率充放電，能有效提高其壽命。中國專利200620097371.7公開了一種電池，其在傳統(tǒng)的電池外并聯(lián)了一個耐高功率充放電的電容器，通過一個外殼將電池和電容固定，構(gòu)成一種電池-電容組合。該類電池-電容組合雖然將鉛蓄電池和超級電容器進(jìn)行了結(jié)合，但屬于外組合式，兩個電源均需要各自的電解液、隔膜等，不但器件總體積較大，還需要外電路和相應(yīng)的管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時測試、控制，成本較高。
[0005]若將超級電容器與鉛蓄電池的“外并”改成“內(nèi)并”，則能省去復(fù)雜的外電路與控制系統(tǒng)，有效的降低成本。中國專利200810136333.1公開了一種鉛蓄電池，其部分負(fù)級鉛板為碳板所代替，可以提高鉛蓄電池比功率，延長電池壽命。中國專利200910002836.4公開了將超級電容器活性炭電極和鉛負(fù)極“內(nèi)并”的電池，近期也有人稱之為“超級電池”(Ultrabattery,參見J.Power Sourcel74 (2007) 16)。該電池將超級電容器的高比功率、長壽命的優(yōu)勢融合到鉛蓄電池中，在保持提高功率、延長電池壽命優(yōu)點(diǎn)的同時，又能簡化電路、提高比容量，并降低總費(fèi)用(參見《科學(xué)時報》2009年8月14日的《科學(xué)時評》專欄)。但是，由于減少了負(fù)極片，這種電池的比能量將有所下降。
[0006]將超級活性炭直接加入到鉛蓄電池負(fù)極板中，也能很好的起到提升電池脈沖功率的作用。如中國專利200810136333.1，中國專利200880009193.X和中國專利200910098917.9均公開了活性炭直接加入鉛蓄電池電極板，能有效提高器件性能。但是這些專利只是籠統(tǒng)的將炭材料類添加劑的添加量控制在1%以上。
[0007]本課題組通過實(shí)驗(yàn)證明，用高比表面的活性炭或高分散性的碳納米管、石墨烯材料做添加劑，添加量在0.1%時便能取得很好的效果，添加到0.2?0.5%則能夠有效提高鉛蓄電池的脈沖循環(huán)壽命和充電接受能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環(huán)使用壽命。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:鉛蓄電池負(fù)極板添加劑為活性炭、炭黑、石墨烯、碳納米管、炭纖維、炭氣凝膠、模板炭、介孔炭、碳化物衍生炭、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚對氟苯基噻吩或抑制析氫添加劑，該添加劑添加量為鉛蓄電池負(fù)極板活性物質(zhì)質(zhì)量的0.05?5%?；钚蕴勘缺砻娣e為1200?3300m2/g、孔容0.5?2.0cm3/g ;石墨烯的平均石墨層為I?50層；碳納米管為單壁、雙壁和多壁碳納米管，管長0.1?100微米；抑制析氫添加劑為含鉛、鈦、鋅、鋇、銻、鎘、銀、汞或鉍的氧化物、氫氧化物、硫酸鹽或其混合物。
[0010]本發(fā)明提供的負(fù)極板優(yōu)點(diǎn)在于:該添加劑使得鉛蓄電池具有了長脈沖循環(huán)壽命(5萬次以上)和較強(qiáng)的充電接受能力的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)例I
[0012]在一個鉛蓄電池負(fù)極板中，添加0.25%質(zhì)量比的石墨烯添加劑，石墨烯平均壁數(shù)為3層。使用該添加劑極板制備出的鉛蓄電池脈沖循環(huán)壽命4萬次，充電時間縮短27%。
[0013]實(shí)例2
[0014]在一個鉛蓄電池負(fù)極板中，添加0.12%質(zhì)量比的多壁碳納米管，碳納米管平均長度為5微米。使用該添加劑極板制備出的鉛蓄電池脈沖循環(huán)壽命4.8萬次，充電時間縮短35%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，其特征在于:該添加劑為活性炭、炭黑、石墨烯、碳納米管、炭纖維、炭氣凝膠、模板炭、介孔炭、碳化物衍生炭、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚對氟苯基噻吩或抑制析氫添加劑，該添加劑添加量為鉛蓄電池負(fù)極板活性物質(zhì)質(zhì)量的0.05?5% ;活性炭比表面積為1200?3300m2/g、為孔容0.5?2.0cmVg ;抑制析氫添加劑為含鉛、鈦、鋅、鋇、銻、鎘、銀、汞或鉍的氧化物、氫氧化物、硫酸鹽或其混合物；石墨烯的平均石墨層為I?50層；碳納米管為單壁、雙壁和多壁碳納米管，管長0.1?100微米。
【專利摘要】本發(fā)明為一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，該該添加劑為活性炭、炭黑、石墨烯、碳納米管、炭纖維、炭氣凝膠、模板炭、介孔炭、碳化物衍生炭、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚對氟苯基噻吩或抑制析氫添加劑，該添加劑可使得鉛蓄電池具有優(yōu)良的脈沖循環(huán)壽命，能提高鉛蓄電池的充電接受能力，用于電動車、儲能、電動工具、脈沖發(fā)射等領(lǐng)域的鉛蓄電池。
【IPC分類】H01M4-62, H01M4-14
【公開號】CN104681792
【申請?zhí)枴緾N201310634955
【發(fā)明人】張 浩, 張文峰, 曹高萍, 楊裕生
【申請人】中國人民解放軍63971部隊(duì)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月3日