專利名稱：增強型動力鉛酸蓄電池正極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增強型動力鉛酸蓄電池正極板。
背景技術(shù)：
能源是現(xiàn)代社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代人們賴以生存的必需。在人們?nèi)諠u關(guān)注環(huán)保和綠色能源的今天，電動車這種輕便快捷、無污染、使用成本低的交通工具，已越來越普及。 給電動車提供電能的設(shè)備為蓄電池，即蓄電池是電動車的能源。目前，應(yīng)用于電動車上的蓄電池多為鉛酸蓄電池(約占市場份的95%以上)，這是由于鉛酸蓄電池具有資源豐富、價格低廉且安全性能好等多項優(yōu)點。
但是，相對鎳-金屬氫化物電池或鋰電池等電池體系來說，所述鉛酸蓄電池又具有使用壽命短的缺點，從而造成資源損耗多的問題。根據(jù)多項研究表明，造成電動車用這種動力型鉛酸蓄電池壽命短的主要原因之一是鉛酸蓄電池正極板上的活性物質(zhì)(一般為二氧化鉛)軟化，進而使得正極活性物質(zhì)二氧化鉛脫落到電解液中，在電池內(nèi)部形成短路，從而使電池失去容量，造成電池失效。
而造成正極活性物質(zhì)軟化、脫落的原因與作為電動車動力的這種鉛酸電池的使用條件是密切相關(guān)的。動力型鉛酸電池的使用狀況是重負(fù)荷、深循環(huán)，在這種使用條件下，電池的正極活性物質(zhì)在多次深充電和深放電后，活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與板柵之間的結(jié)合減弱，并且電池深循環(huán)使用，充電時間長，正極活性物質(zhì)受到充電時存在的析氧沖擊嚴(yán)重，活性物質(zhì)密度下降，最后軟化脫落，導(dǎo)致電池失效。
鉛酸蓄電池的正極活性物質(zhì)是由-PbO2和B-PbO2這二種二氧化鉛晶型組成的， 其中-PbO2具有較好的機械強度和較大的尺寸，由-PbO2所形成的多晶網(wǎng)絡(luò)可以作為活性物質(zhì)的骨骼，在正極活性物質(zhì)中起網(wǎng)絡(luò)和骨骼作用，使正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)得以完整， 而使電極具有較長的壽命。而B-PbO2具有較小的尺寸和大的比表面積，電化學(xué)活性強于-PbO2，可給出大的比容量，是電極容量的主要提供者，所以正極的活性和壽命受 -PbO2 和B-PbO2在二氧化鉛中各占比例的影響。在鉛酸電池的酸性電解液中，隨著循環(huán)的進行 -PbO2和B-PbO2的相對含量會發(fā)生變化，因為在酸性較強的溶液中，放電產(chǎn)物PbSO4充電時氧化成B-PbO2,電池放電時 -PbO2生成PbSO4,所以在電池充放電的循環(huán)中，-PbO2會逐漸轉(zhuǎn)化為β_ΡΚ)2。這種轉(zhuǎn)化在電池循環(huán)的初期電池容量會逐漸升高，但隨著充放電的深入進行，正極物質(zhì)中 -PbO2的相對比例越來越小，從而網(wǎng)絡(luò)受到削弱和破壞，正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)強度變?nèi)?，活性物質(zhì)之間的結(jié)合力逐漸減弱，并且在電池充電的過程中析氧的沖擊下，整個正極活性物質(zhì)的密度下降，最終導(dǎo)致正極活性物質(zhì)軟化并脫落，電池壽命終止。
此外，重負(fù)荷，深循環(huán)使用的鉛酸電池，其正極板柵的腐蝕較其他部分嚴(yán)重，正極板柵在遭受腐蝕時會發(fā)生變形，板柵的尺寸線性增大。因腐蝕的最終產(chǎn)物PbO2的分子體積大約為鉛體積的I. 4倍，再加上腐蝕產(chǎn)物PbO2薄膜具有一定的孔隙，這樣腐蝕產(chǎn)物的體積比鉛合金體積大得多，使板柵金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下，板柵逐漸發(fā)生蠕變而線性長大，也是造成電池正極活性物質(zhì)容易軟化脫落的一個重要因素。電池放電時，正極活性物質(zhì)PbO2轉(zhuǎn)化為PbSO4,由于PbSO4的比容比PbO2大所以整個正極板物質(zhì)體積要增加，如果容納活性物質(zhì)的板柵小格子容積不變，則PbSO4的形成只能使極板的孔隙率降低，表觀體積不會變化。但是在板柵變形長大時，整個正極的體積也會增長，正極膨脹，在電池充電時PbSO4又轉(zhuǎn)化為 PbO2，這樣孔隙率隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加，正極發(fā)生了嚴(yán)重膨脹，孔隙率過分增加，活性物質(zhì)顆粒之間的結(jié)合力降低，電接觸被破壞，電池失效。所以，提高正極板柵的抗長大和抗螺變能力可提聞?wù)龢O板的壽命。
碳纖維除具有一般碳材料的各種優(yōu)良性能外，還具有相當(dāng)高的比強度和比模量， 力學(xué)性能優(yōu)異，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，并兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強材料。根據(jù)不同用途碳纖維有多種類型合，例如其中含碳量高于99% 的稱石墨纖維，具有較好的導(dǎo)電性能。而炭纖維則具有較高的比強度和比模量，其與相應(yīng)的基體(粘結(jié)劑)材料混合，可用于橋梁、房屋等的加固，或者與相應(yīng)基體(粘結(jié)劑)材料和石墨纖維混合可制成高強度導(dǎo)電材料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)強度高、尺寸穩(wěn)定性好、使用壽命長的強化正極板。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，它包括正極板柵和正極活性物質(zhì)，其特征在于所述正極板的活性物質(zhì)表面噴壓有一層碳纖維粉末，其正極板是由正極板柵上涂復(fù)鉛膏制成的正極活性物質(zhì)在該活性物質(zhì)表面上再噴壓一層碳纖維粉末制成。
本發(fā)明中所述碳纖維粉末具體是由組分為碳纖維、石墨纖維的混合物噴壓在濕潤的正極板活性物質(zhì)表面，后再經(jīng)烘干、固化制成。
本發(fā)明中，所述碳纖維粉末進一步是由組分重量百分比為碳纖維5 90%、石墨纖維5 90%的混合物噴壓在濕潤的正極板活性物質(zhì)表面后再經(jīng)烘干、固化制成。
上述混合物的組分重量百分比進一步限定如下碳纖維20 70%、石墨纖維 20 70%。
上述混合物的組分重量百分比優(yōu)選的方案如下碳纖維45%、石墨纖維55%。
優(yōu)選的，上述增強型動力鉛酸蓄電池正極板中，所述碳纖維和石墨纖維的比強度均為2000MPa，比模量均為250GPa。
且上述混合物的總重量占正極活性物質(zhì)配方中鉛重量的O. 000009、. 005%。
上述混合物噴壓在濕潤的正極活性物質(zhì)表面后進行烘干的溫度優(yōu)選2(T50°C，而烘干的時間則為O. 5 3小時。
本發(fā)明的所述碳纖維粉末噴壓層在正極活性物質(zhì)表面的噴沙覆蓋率應(yīng)大于30%。
本發(fā)明中所述由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)同現(xiàn)有技術(shù)一樣填充并充滿正極板柵的柵格。
本發(fā)明中所述正極板鉛膏配方為公知技術(shù)，本發(fā)明對其組分所有配比均參照現(xiàn)有技術(shù)，而不作任何限定。
本發(fā)明的所述碳纖維粉末噴壓層中選取的兩種碳纖維分別具有不同的功能其中所述碳纖維使得噴壓層具備高比模量和高強度，而所述石墨纖維則使噴壓層具備導(dǎo)電性倉泛。
本發(fā)明的優(yōu)點是I.本發(fā)明所述的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，由于在正極板的活性物質(zhì)表面噴壓了具備高強度和高強承載能力的碳纖維粉末，因而大大增強了正極板的結(jié)構(gòu)強度和尺寸穩(wěn)定性。
2.本發(fā)明所述的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，由于碳纖維粉末噴壓層中的各組分均不參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，故在電池的整個充放電循環(huán)過程中，碳纖維粉末噴壓層的性質(zhì)不會發(fā)生變化，從而使得其對于正極板結(jié)構(gòu)的增強作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進行，即使正極板活性物質(zhì)中起網(wǎng)絡(luò)和骨骼作用的-PbO2不斷轉(zhuǎn)化為 B-PbO2，那么本發(fā)明依舊能夠保證正極板的結(jié)構(gòu)強度不變。
3.本發(fā)明所述的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，由于碳纖維粉末噴壓層在電池充放的過程中能夠確保正極板的結(jié)構(gòu)強度不變，故大大提高了正極板柵的抗蠕變能力， 延緩了正極板柵長大的進程，使正極板上的活性物質(zhì)與正極板柵小格之間的結(jié)合力不會受到破壞，防止了正極板鉛粉的脫落而導(dǎo)致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。
4.本發(fā)明所述的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，由于正極板表面噴壓了碳纖維粉末，因而大大增強了正極板的結(jié)構(gòu)強度和尺寸穩(wěn)定性，故減少了正極板活性物質(zhì)在充放電過程中發(fā)生膨脹的機會，提高了活性物質(zhì)之間的結(jié)合力，使活性物質(zhì)不易形成軟化; 因此大大減緩了正極板活性物質(zhì)會隨著電池充放電循環(huán)的進行而軟化脫落的進程，進一步提聞了電池的使用壽命。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、正極板柵；2、正極活性物質(zhì)；3、碳纖維粉末噴壓層。
具體實施方式
實施例結(jié)合圖I所示，本實施例所提供的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，包括正極柵I和正極活性物質(zhì)2，其中所述正極活性物質(zhì)2表面噴壓有一層碳纖維粉末3。該碳纖維粉末噴壓層3是將組分重量百分比為炭纖維45%、石墨纖維55%混合物噴壓于正極活性物質(zhì)2表面后再經(jīng)烘干、固化制成。且本實施例中上述混合物的總重量占正極活性物質(zhì)2的配方中鉛重量的O. 000009 O. 005%。
本實施例中對于烘干的溫度優(yōu)選35°C，而烘干的時間則為I小時。
本實施例所述的這種增強型動力鉛酸蓄電池正極板其優(yōu)點如下由于在正極活性物質(zhì)2表面噴壓了具備高強度和高強承載能力的碳纖維粉末3，因而大大增強了正極板的結(jié)構(gòu)強度和尺寸穩(wěn)定性。
由于碳纖維粉末噴壓層3中的各組分均不參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，故在電池的整個充放電循環(huán)過程中，碳纖維粉末噴壓層3的性質(zhì)不會發(fā)生變化，從而使得其對于正極板結(jié)構(gòu)的增強作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進行，即使正極活性物質(zhì)2中起網(wǎng)絡(luò)和骨骼作用的-PbO2不斷轉(zhuǎn)化為B-PbO2，那么本發(fā)明依舊能夠保證正極板的結(jié)構(gòu)強度不變。5
由于碳纖維粉末噴壓層3在電池充放的過程中能夠確保正極板的結(jié)構(gòu)強度不變， 故大大提高了正極板柵I的抗蠕變能力，延緩了正極板柵I長大的進程，使正極活性物質(zhì) 2與正極板柵I小格之間的結(jié)合力不會受到破壞，防止了正極板鉛粉的脫落而導(dǎo)致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。
由于碳纖維粉末噴壓層3大大增強了正極板的結(jié)構(gòu)強度和尺寸穩(wěn)定性，故減少了正極活性物質(zhì)2在充放電過程中發(fā)生膨脹的機會，提高了活性物質(zhì)之間的結(jié)合力，使活性物質(zhì)不易形成軟化；因此大大減緩了正極活性物質(zhì)2會隨著電池充放電循環(huán)的進行而軟化脫落的進程，進一步提高了正極板的使用壽命。
當(dāng)然上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，它包括正極板柵(I)和正極活性物質(zhì)(2)，其特征在于所述正極活性物質(zhì)(2)表面噴壓有一層碳纖維粉末(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維粉末噴壓層(3)的組分包括碳纖維和石墨纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維粉末噴壓層(3)的組分重量百分比為炭纖維5 90%、石墨纖維5 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維粉末噴壓層(3)的組分重量百分比為炭纖維20 70%、石墨纖維20 70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維粉末噴壓層(3)的組分重量百分比為炭纖維45%、石墨纖維55%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述炭纖維和石墨纖維的比強度均為2000MPa，比模量均為250GPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增強型動力鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述正極活性物質(zhì)(2)為二氧化鉛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增強型動力鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵，其特征在于所述正極板的活性物質(zhì)表面噴壓有一層碳纖維粉末，由于其正極板由正極活性物質(zhì)上噴壓一層碳纖維粉末制成，而所述碳纖維粉末具有較高的比強度和比模量，且在電池充放電過程中，碳纖維各組分不參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，因此，所述正極板具有高強度、高強承載能力及較強的抗蠕變能力，故可大大提高正極板的結(jié)構(gòu)強度和尺寸穩(wěn)定性，從而使得正極活性物質(zhì)不易軟化、脫落，進而可提高鉛酸蓄電池的使用壽命。
文檔編號H01M4/14GK102931379SQ20121042626
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者柳穎, 高建峰, 張娟, 周建國 申請人:蘇州大學(xué)