專利名稱：一種鉛炭混合物及制作鉛酸電池極板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛炭電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鉛酸電池極板的鉛炭混合物以及采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板的方法。
背景技術(shù)：
澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究會(huì)(CSIR0)與日本古川電池株式會(huì)社在鉛碳電池領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，并在各國(guó)申請(qǐng)了相關(guān)專利。這些專利主要涉及如何使活性炭與負(fù)極板活性物質(zhì)良好結(jié)合。古河公司在EP2424011及CN102484245A中提到，將涂覆了活性炭涂層的負(fù)極板浸入溶解了十八水和硫酸鋁的1.30g/L的硫酸溶液中，通過(guò)浸潰，活性炭涂層微孔中會(huì)吸附部分鉛離子，在化成前的充電處理過(guò)程中，微孔中的鉛離子還原生成鉛，與極板表面的還原鉛形成良好的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能保證活性炭涂層與極板表面結(jié)合良好。這種方法在降低活性炭層粘接劑用量的同時(shí)，改善涂層與極板表面的粘接性能，提高了活性炭比電容的發(fā)揮。但是該專利有以下缺陷:
一是，極板碳層中活性炭?jī)?nèi)吸附鉛離子有限。通過(guò)延長(zhǎng)涂覆了活性炭涂層的極板在硫酸溶液中的浸潰時(shí)間，達(dá)到活性炭微孔中吸附較多量的鉛離子方法不是十分可靠。在硫酸溶液中，極板中的鉛的氧化物與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，極板中的硫酸鉛溶解度非常低，很難有足夠的鉛離子擴(kuò)散到碳層，且被吸附到活性炭微孔中。二是，鉛本身是比較好的析氫抑制劑，但如果沒(méi)有較大量的鉛被吸附到活性炭表面和微孔中，就無(wú)法起到明顯的析氫抑制效果。所以經(jīng)過(guò)這樣處理的的活性炭與鉛膏復(fù)合極板，還需要向碳層或者電解液中添加其他析氫抑制劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有鉛酸電池制作的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)開(kāi)拓新的鉛酸電池極板的制作工藝，提出一種結(jié)合強(qiáng)度高、析氫抑制劑效果好及制作靈活的鉛炭混合物及制作鉛酸電池極板的方法。本發(fā)明提出的一種鉛炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制:
炭混合物:20% 80%、鉛粉:20% 80% ；
其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10% 80%、導(dǎo)電炭材料:10 50%、粘接劑:5% 50%、纖維:0.1% 1%。所述的粘接劑包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡膠(SBR)的一種；所述的纖維為短纖維或各種導(dǎo)電碳纖維。本發(fā)明提出的一種采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板(板柵)的方法，其步驟如下:
步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維。再秤取重量百分比為309Γ50%的鉛炭混合物、重量百分比為509Γ70%的溶劑。先將活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機(jī)中，以轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行混合，混合一個(gè)小時(shí)，再加入鉛粉繼續(xù)進(jìn)行攪拌一個(gè)小時(shí)，制成鉛炭混合漿料。所述的溶劑為:去離子水、丙酮、無(wú)水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一種。步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型
將鉛炭混合漿料涂覆在電池極板表面，后將極板置于40°C 120°C的烘箱中，經(jīng)表面干燥后，取出來(lái)進(jìn)行輥壓，輥壓的壓力為0.Γ1兆帕；
或者先將已制備好的鉛膏涂覆在電池極板表面，再對(duì)極板進(jìn)行固化、烘烤除水；然后將所述的鉛炭混合漿料，涂覆在極板的鉛膏層的表面，將極板置于40°C 120°C的烘箱中，經(jīng)表面干燥后，取出來(lái)進(jìn)行輥壓，輥壓的壓力為0.Γ1兆帕。本發(fā)明將鉛粉混入活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑及纖維中，再與溶劑混合制作成涂覆于板柵或極板表面的涂層。借助涂層中的足夠量的鉛粉在電池充電時(shí)被還原，與極板鉛膏表面或者板柵表面的還原鉛形成較為致密的網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了涂層與板柵或者極板表面的粘接強(qiáng)度；涂層中的鉛粉與電解液中的硫酸反應(yīng)后，能在涂層中形成較為充足的鉛離子，活性炭中的孔和表面可以吸附足夠量的鉛離子，并被還原成鉛，起到明顯的析氫抑制劑效果；涂層既可以涂覆在板柵表面，也可以涂覆在極板表面，比傳統(tǒng)制作鉛酸電池的工藝更為靈活。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明:
本發(fā)明提出的一種鉛炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制:` 炭混合物:20% 80%、鉛粉:20% 80% ；
其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10% 80%、導(dǎo)電炭材料:10 50%、粘接劑:5% 50%、纖維:0.1% 1%?；钚蕴恳笃浔缺砻娣e在100(T3000m2/g，優(yōu)選150(Tl800m2/g。導(dǎo)電炭材料包括:乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨等可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電炭材料。粘接劑包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡膠(SBR)的一種；所述的纖維為短纖維或各種導(dǎo)電碳纖維。炭混合物占涂層總重的20°/Γ80%，即當(dāng)炭混合物含量超過(guò)20%時(shí)，鉛粉被充分包裹到涂層中，涂層的粘接主要依靠的是粘接劑的粘接能力，反而粘接強(qiáng)度獲得提高。當(dāng)鉛粉含量少于總重的20%時(shí)，涂層與極板的板柵、鉛膏之間的粘接力會(huì)弱化，容易剝落。因此，鉛粉含量不少于總重的20%。采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板(板柵)的方法的較佳實(shí)施例，步驟如下:
步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合
按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維，再秤取重量百分比為309Γ50%的鉛炭混合物、重量百分比為509Γ70%的溶劑。先將活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機(jī)中，以轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行混合，混合一個(gè)小時(shí)，再加入鉛粉繼續(xù)進(jìn)行攪拌一個(gè)小時(shí)后制成鉛炭混合漿料。
其中，溶劑包括:去離子水、丙酮、無(wú)水乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。適合于去離子水的粘接劑是聚四氟乙烯和丁苯橡膠；適合丙酮等有機(jī)溶劑的是聚偏四氟乙烯。具體實(shí)施例中，鉛炭混合物與溶劑的配制，可以采用如下配比:
鉛炭混合物:30%、溶劑:70% ；或鉛炭混合物:40%、溶劑:60% ；或鉛炭混合物:50%、溶劑:50%ο具體實(shí)施例中制備鉛炭混合物的炭混合物與鉛粉的配制，可采用如下配比:
炭混合物:20%、鉛粉:80% ;或炭混合物:80%、鉛粉:20% ;或
炭混合物:50%、鉛粉:50% ；
而其中的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
(I)活性炭:80%、乙炔黑:10 %、粘接劑PVDF:9%、短纖維:1%。或(2)活性炭:10%、科琴黑:50%、粘接劑PTFE:39.4%、短纖維:0.6%?；?3)活性炭:45 %、導(dǎo)電石墨:30%、粘接劑SBR:024.9%、短纖維:0.1%?；?4)活性炭:29%、乙炔黑:20%、粘接劑PTFE:50%、短纖維:1%?；?5)活性炭:54.5%、導(dǎo)電石墨:40%、粘接劑PVDF:5%、短纖維:0.5%。具體實(shí)施例中的短纖維也 可以用各種導(dǎo)電碳纖維替代。步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型
將攪拌好的鉛炭混合漿料取出，涂覆在極板(板柵)表面。涂層厚度與極板厚度一致，涂層孔率為70%。再將極板置于40°C ^120°C (優(yōu)選60°C 100°C )的烘箱中，經(jīng)表面干燥后，取出來(lái)進(jìn)行輥壓，輥壓的壓力為0.Γ1 (優(yōu)選0.2^0.5)兆帕。較佳實(shí)施中，將極板置于80°C下烘烤10個(gè)小時(shí)，然后放入液壓機(jī)中進(jìn)行擠壓，壓力為0.2兆帕，制成涂炭極板(板柵)。將按現(xiàn)有技術(shù)制作的鉛膏涂覆在干燥完畢的涂炭極板的表面，再按照現(xiàn)有極板固化的流程進(jìn)行固化。然后將固化完畢的極板按照蓄電池裝配工藝進(jìn)行裝配，并注入1.30g/L的硫酸溶液，靜置f 8小時(shí)候，優(yōu)選2 4個(gè)小時(shí)。進(jìn)行充電，充電電流0.0ICT0.5C，優(yōu)選
0.05CT0.15C，充電時(shí)間f 10個(gè)小時(shí)，優(yōu)選2飛個(gè)小時(shí)。然后轉(zhuǎn)入正常的鉛酸電池化成工藝對(duì)電池進(jìn)行化成充電。通過(guò)此過(guò)程，將涂層中的氧化鉛與鉛膏中的氧化鉛、極板表面的氧化鉛還原成鉛，并互相粘接形成網(wǎng)絡(luò)，極大增強(qiáng)了涂層與極板、鉛膏表面之間的粘接能力。同時(shí)，在極板進(jìn)入電解液后，部分氧化鉛與硫酸反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的游離鉛離子，被吸附到活性炭中的孔及活性炭表面，同時(shí)被還原沉積到活性炭中的孔和活性炭表面，形成了良好的析氫抑制能力。另一實(shí)施例，先將按現(xiàn)有技術(shù)制作的鉛膏涂在極板(板柵)表面，按照現(xiàn)有極板固化的工藝進(jìn)行固化，固化完畢后的極板(板柵)再經(jīng)過(guò)烘烤除水。然后將步驟1、制作的鉛炭混合漿料，涂覆在經(jīng)過(guò)干燥的極板的鉛膏的表面。在80°C下烘烤10個(gè)小時(shí)，再用液壓機(jī)進(jìn)行擠壓，壓力在0.2兆帕。將處理完畢的極板按照蓄電池裝配工藝進(jìn)行裝配，并注入1.30g/L的硫酸溶液,靜置4個(gè)小時(shí)候,進(jìn)行充電，電流為0.1C,充電2個(gè)小時(shí)。然后轉(zhuǎn)入正常的鉛酸電池化成工藝對(duì)電池進(jìn)行化成充電。以上所述僅為本發(fā)明技術(shù)方案的較佳實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉛炭混合物，其特征在于，由以下物料的重量百分比配制: 炭混合物:20% 80%、鉛粉:20% 80% ； 其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制: 活性炭:10% 80%、導(dǎo)電炭材料:10 50%、粘接劑:5% 50%、纖維:0.1% 1%。
2.如權(quán)利要求1所述的鉛炭混合物，其特征在于，所述的粘接劑包括:聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯及丁苯橡膠的一種；所述的纖維為短纖維或各種導(dǎo)電碳纖維。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的鉛炭混合物作鉛酸電池極板的方法，其包括如下步驟: 步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合 按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維，再秤取重量百分比為309Γ50%的鉛炭混合物、重量百分比為509Γ70%的溶劑；先將活性炭、導(dǎo)電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機(jī)中，以轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行混合，混合一個(gè)小時(shí)，再加入鉛粉繼續(xù)進(jìn)行攪拌一個(gè)小時(shí)，制成鉛炭混合漿料； 步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型 將鉛炭混合漿料涂覆在電池極板表面，后將極板置于40°C 120°C的烘箱中，經(jīng)表面干燥后，取出來(lái)進(jìn)行輥壓，輥壓的壓力為0.Γ1兆帕； 或先將已制備好的鉛膏涂覆在電池極板表面，后對(duì)極板進(jìn)行固化、烘烤除水；后將所述的鉛炭混合漿料，涂覆在極板的鉛膏層的表面，將極板置于40°C 12(TC的烘箱中，經(jīng)表面干燥后，取出來(lái)進(jìn)行輥壓，輥壓的壓力為0.Γ1兆帕。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的溶劑為:去離子水、丙酮、無(wú)水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制作鉛酸電池極板的鉛炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制炭混合物20%～80%、鉛粉20%～80%；其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制活性炭10%～80%、導(dǎo)電炭材料10～50%、粘接劑5%～50%、纖維0.1%～1%。本發(fā)明公開(kāi)了一種用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板的方法。本發(fā)明涂層與極板表面的粘接強(qiáng)度高，析氫抑制劑效果好，涂層既可以涂覆在板柵表面，也可以涂覆在極板表面，比傳統(tǒng)的制作鉛酸電池的工藝更為靈活。
文檔編號(hào)H01M4/62GK103078083SQ201310015058
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者胡金豐, 張華農(nóng), 衣守忠, 彭斌 申請(qǐng)人:深圳市雄韜電源科技股份有限公司