一種鉛炭電池負極板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鉛炭電池負極板及其制備方法，該負極板包括板柵和所述板柵上敷涂的負極材料，負極材料包括添加劑和數(shù)目大于1的復(fù)合鉛炭膏層，從板柵到負極板外表面，復(fù)合鉛炭膏層的炭含量依次逐漸升高。本發(fā)明技術(shù)方案所得的鉛炭復(fù)合梯度負極板得板柵和鉛膏之間形成的腐蝕層粘接效果好，在電極內(nèi)部與外部電解液之間建立了優(yōu)良性能的傳輸通道，增加了反應(yīng)離子的遷移速率，具有抑制負極硫酸鹽化的作用；制得的鉛炭電池，充電接受能力提高1?2倍，避免在循環(huán)過程中負極材料軟化和脫落，提高電池的循環(huán)壽命。
【專利說明】
一種鉛炭電池負極板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種負極板，具體涉及一種鉛炭電池負極板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸蓄電池負極充放電反應(yīng)式:Pb+HS〇4_ = PbS〇4+2eT+H+。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池在高 倍率部分荷電態(tài)(HRPSoC)充放電循環(huán)過程中，HS〇r的擴散速率遠小于反應(yīng)消耗HS〇r的速 率，放電過程中硫酸鉛優(yōu)先沉積在負極板表面，生成粗大晶粒的PbS〇4。多次循環(huán)后，PbS0 4晶 粒在負極板內(nèi)進一步長大，最終在負極板覆蓋一層的硫酸鉛層，阻礙HS〇r在負極板的內(nèi)部 擴散，最終導(dǎo)致電池失效。在HRPSoC工況下，放電過程中硫酸鉛沉積速率是負極板由外向內(nèi) 逐漸降低的，因此，硫酸鉛晶粒長大速率也是由外向內(nèi)逐漸減小的。為了提高鉛酸電池大電 流充放電性能和循環(huán)壽命，必須對鉛負極材料進行改進。主要途徑之一是將石墨、炭黑、活 性炭等炭材料以"內(nèi)并"或"內(nèi)混"形式添加入負極材料中，在負極板內(nèi)部與外部電解液之間 的傳輸通道中，增加反應(yīng)離子的迀移速率，抑制負極的硫酸鹽化。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于制備鉛炭電池負極板，是在鉛膏中直接加入石墨、碳納米管等炭 材料，然后通過物理混合后，再在板柵上直接涂敷，因此，這種方法制備的鉛炭復(fù)合極板中 炭材料的濃度分布是均勻的。均勻分布的負極板會產(chǎn)生二種可能的結(jié)果：（1)如果為了保證 板柵和鉛膏之間形成粘接效果良好腐蝕層，必須降低炭材料的濃度。但是，加入負極中炭材 料的量過低，將不能在極板內(nèi)部與外部電解液之間的建立傳輸通道，增加反應(yīng)離子的迀移 速率，起到抑制負極硫酸鹽化的作用；（2)如果為了抑制硫酸鹽化，加入負極中炭材料的量 較高，在板柵和鉛膏之間形成腐蝕層粘接效果變差，導(dǎo)致極板活性物質(zhì)脫落，極板在循環(huán)過 程中很容易喪失導(dǎo)電能力，而造成電池壽命迅速降低。中國專利CN 102339991A公開了一種 均勻摻入炭材料制備鉛碳電池負極板，局限于利用碳納米管的優(yōu)良性能提高電池的性能。 目前直接在負極板中均勻摻入炭材料，制約了鉛碳電池循環(huán)壽命的進一步提高。
[0004] 尋找一種更加合適于HRPSoC工況下的負極板炭材料添加方式是解決上述問題的 關(guān)鍵。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于針對目前鉛炭電池制備過程中采用均勻摻入炭材料的方式，制 約電池循環(huán)壽命的進一步提尚的問題，提供一種鉛炭復(fù)合梯度負極板，能提尚鉛炭電池的 循環(huán)壽命。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種鉛炭電池負極板，包括板柵和所述板柵上敷涂的負極材料，該負極材料包括 添加劑和數(shù)目大于1的復(fù)合鉛炭膏層。
[0008] -種鉛炭電池負極板的第一優(yōu)選方案，從板柵到負極板外表面層各層的炭含量依 次逐漸升尚。
[0009] -種鉛炭電池負極板的第二優(yōu)選方案，從板柵至負極板外表面層各層的炭含量依 次逐漸升尚。
[0010] 一種鉛炭電池負極板的第三優(yōu)選方案，負極材料包括按質(zhì)量份數(shù)計的下述組份： 炭材料1~3份;鉛粉90~110份;添加劑2~5.6份;硫酸5~7份;去離子水12~15份。
[0011] -種鉛炭電池負極板的第四優(yōu)選方案，負極材料包括按質(zhì)量份數(shù)計的下述組份： 炭材料1~1.8份;鉛粉90~100份;添加劑2.5~5份;硫酸6~7份;去離子水12~13.5份。 [0012] 一種鉛炭電池負極板的第五優(yōu)選方案，炭材料為從活性炭、炭黑、乙炔黑、石墨、膨 脹石墨、納米碳纖維、碳納米管、炭納米線、炭納米紙中組成的材料中選出至少一種。
[0013] -種鉛炭電池負極板的第六優(yōu)選方案，添加劑按質(zhì)量份數(shù)計包括1~2份硫酸鋇， 0.5份木質(zhì)素磺酸鈉，0.4~0.6份腐植酸和0.1~0.15份短纖維。
[0014] 一種鉛炭電池負極板的第七優(yōu)選方案，硫酸的密度為1.28g/cm3。
[0015] -種鉛炭電池負極板的第八優(yōu)選方案，按質(zhì)量百分比計，板柵由下列組份組成:Ca 0.05~0.50%，Snl~5%，Na0.05~0.50%，A10.01~0.50%，Pb93.5~98.89%。
[0016] -種鉛炭電池負極板的制備方法，包括以下步驟：
[0017] (1)制備復(fù)合鉛炭膏料
[0018] 先于和膏機中均勻攪拌鉛粉和負極添加劑;再將炭粉末懸浮液加入和膏機中均勻 攪拌，邊攪拌邊加入硫酸，后添加去離子水即得所述膏料；
[0019] (2)制備復(fù)合負極板
[0020] 將復(fù)合鉛炭膏料層依次涂覆于所述板柵上，固化制得鉛炭電池復(fù)合負極板。
[0021] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：
[0022] 1、本發(fā)明提供的鉛炭復(fù)合梯度負極板在板柵和鉛膏之間形成的腐蝕層粘接效果 好，在電極內(nèi)部與外部電解液之間建立了優(yōu)良性能的傳輸通道，增加了反應(yīng)離子的迀移速 率，起到抑制負極硫酸鹽化的作用。
[0023] 2、采用鉛炭復(fù)合梯度負極板制備的鉛炭電池，充電接受能力提高1-2倍，避免在循 環(huán)過程中負極材料軟化和脫落，提高電池的循環(huán)壽命。
【附圖說明】
[0024]圖1為鉛炭電池循環(huán)放電次數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實施例作進一步詳細說明，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地 描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明 中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026] 本發(fā)明所使用的添加劑包括按質(zhì)量分數(shù)計的下述組份:1~2份硫酸鋇，0.5份木質(zhì) 素磺酸鈉，0.4~0.6份腐植酸和0.1~0.15份短纖維。
[0027] 利用上述負極添加劑制備負極板，制備過程如下所示：
[0028] (1)在和膏機中，加入鉛粉和添加劑，攪拌5分鐘；
[0029] (2)加入炭材料粉末和去離子水，高速攪拌機3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘；
[0030] (3)將分散好的炭材料懸浮液，每次按比例取X份(X分別為0.15，1.35，3，4.5，6)加 入和膏機中，攪拌5分鐘，加入密度為1.28g/cm3的硫酸，攪拌10分鐘，分別制成復(fù)合鉛炭膏 料1*、2*、3*、4*和5*，在攪拌過程中適當添加去離子水，控制鉛炭膏料密度為4.0±0. lg/ cm3,鉛膏溫度小于45 °C〇
[0031] (4)按照蓄電池涂板和固化工藝，將所述不同碳含量的復(fù)合鉛炭膏料1*、復(fù)合鉛炭 膏料2*.....復(fù)合鉛炭膏料5*依次涂覆于負極板柵上，然后固化制得鉛炭復(fù)合梯度負極板。
[0032] 各實施例中組份的添加量按質(zhì)量份數(shù)計見下表所示：
[0034] 將上述實施例獲得的鉛炭復(fù)合負極板與蓄電池的正極板、隔板和電解液按照蓄電 池工藝進行裝配、化成，分別制得1#、2#和3#鉛炭電池，制備4#為對比電池，其使用均勻摻入 炭黑的負極板制得的鉛炭電池。按照〇. 1C充滿電至2.45V，恒壓12h，然后0.1C放電至50% SoC，接著再2C放電60s，2C充電90s，以此循環(huán)（電壓上限2.45V，下限1.7V)測試。測試結(jié)果如 圖1所示。
[0035] 以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進行限制，所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當理解，參照上述實施例可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換， 這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護范 圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種鉛炭電池負極板，包括板柵和所述板柵上敷涂的負極材料，其特征在于，所述負 極材料包括添加劑和數(shù)目大于1的復(fù)合鉛炭膏層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，從板柵至負極板外表面層 各層的炭含量依次逐漸升高。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述復(fù)合鉛炭膏層的數(shù)目 小于等于10。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述負極材料包括按質(zhì)量 份數(shù)計的下述組份:炭材料1~3份;鉛粉90~110份;添加劑2~5.6份;硫酸5~7份;去離子 水12~15份。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述添加劑包括按質(zhì)量份 數(shù)計的下述組份:1~2份硫酸鋇，0.5份木質(zhì)素磺酸鈉，0.4~0.6份腐植酸和0.1~0.15份短 纖維。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述負極材料包括按質(zhì)量 份數(shù)計的下述組份:炭材料1~1.8份;鉛粉90~100份;添加劑2.5~5份;硫酸6~7份;去離 子水12~13.5份。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述炭材料為從活性炭、 炭黑、乙炔黑、石墨、膨脹石墨、納米碳纖維、碳納米管、炭納米線、炭納米紙中組成的材料中 選出至少一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述硫酸的密度為1.28g/ cm3。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板，其特征在于，所述板柵按質(zhì)量百分比計 由下述組份組成：Ca 0.05~0.50%，Sn 1 ~5%，Na 0.05~0·50%，Α1 0.01 ~0.50%，Pb 93.5 ~98.89%。10. -種權(quán)利要求1所述的一種鉛炭電池負極板的制備方法，其特征在于，所述制備方 法包括以下步驟： (1) 制備復(fù)合鉛炭膏料 攪拌下，于和膏機中制備的鉛粉和添加劑中加入炭粉末懸浮液、硫酸和去離子水； (2) 制備復(fù)合負極板 將步驟(1)所得膏料依次敷涂于所述板柵上得鉛炭電池復(fù)合負極板。
【文檔編號】H01M4/16GK105845898SQ201610203277
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】胡晨, 楊凱, 高飛, 劉皓, 金翼, 劉道坦, 惠東, 來小康
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院