本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池領域，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，所以引進了新材料、新物質(zhì)的應用來提高其性能，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，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反應過程中產(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)緊固連接的導電鉛條，導電鉛條前端設有“十”字形的固化頭，固化頭設置在絕緣體環(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)方面對工作電極進行改進的，為了進一步提高，需要從其材料上進行改進。

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，所述導電基體為導電鉛金屬、鉛合金或耐腐蝕導電金屬。

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)進行轉(zhuǎn)化。

作為優(yōu)選，所述導電基體的厚度為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：包含親水基團的表面活性劑或包含親水基團的分散劑0.15-2.5份，活性物質(zhì)98.2-99份，無機鹽0.5-1份，導電碳材料0.1-0.3份，導電聚合物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，加入無機鹽和導電聚合物混合，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，加入無機鹽和導電聚合物混合，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。

所述導電基體為導電鉛金屬。

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，加入無機鹽和導電聚合物混合，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，加入無機鹽和導電聚合物混合，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、設備，若無特別說明，均為本領域的常用原料、設備；本發(fā)明中所用方法，若無特別說明，均為本領域的常規(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)方案的保護范圍。