一種鉛蓄電池負(fù)極板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種鉛蓄電池負(fù)極板，包括集流體和電活性物質(zhì)，可用于疊層式或卷繞式鉛蓄電池。該電極板具有優(yōu)良的脈沖響應(yīng)性能，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環(huán)使用壽命，應(yīng)用于電動車、電動工具、脈沖發(fā)射等領(lǐng)域的鉛蓄電池。
【專利說明】一種鉛蓄電池負(fù)極板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉛蓄電池負(fù)極板，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。有望應(yīng)用于電動車、電動工具、脈沖發(fā)射以及軍工等領(lǐng)域的鉛蓄電池。
【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，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(>105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，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 Sources 133(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)點的同時，又能簡化電路、提高比容量，并降低總費用(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。但是這些專利并沒有提及何種活性炭適合鉛蓄電池使用。
[0007]我們研究表明，只有活性炭比表面積在1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g，才能更有效的起到促進(jìn)鉛蓄電池性能的功效。

【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，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:鉛蓄電池的負(fù)極板包括集流體和電活性物質(zhì)，集流體用鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁、炭泡沫或硬質(zhì)塑料制成，集流體表面鍍鉛，電活性物質(zhì)為活性炭、鉛粉、炭黑、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、抑制析氫添加劑中一種以上物質(zhì)；其中電活性物質(zhì)中的活性炭比表面積1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g。
[0010]本發(fā)明提供的負(fù)極板內(nèi)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，集流體為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格孔隙大小為0.1?10cm2。
[0011]本發(fā)明提供的負(fù)極板優(yōu)點在于:該電極板使得鉛蓄電池具有了電容器大功率(500ff/kg以上)、長壽命(500次以上)的優(yōu)點。當(dāng)需要大功率放電時，由于活性炭響應(yīng)快，首先由其提供大部分電流，同時鉛上的放電電流緩慢增加，避免了負(fù)極受到大電流的沖擊，減少了鈍化的產(chǎn)生，延長了壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的極板結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]其中:1.集流體，2.電活性物質(zhì)，集流體網(wǎng)格為長方形。
[0014]圖2為本發(fā)明的極板結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]其中:1.集流體，2.電活性物質(zhì)，集流體網(wǎng)格為菱形。
【具體實施方式】
[0016]實例I
[0017]如圖1所示，在一個鉛蓄電池負(fù)極板中，集流體I為鉛-鈣合金板柵，板柵孔為2cm2,電活性物質(zhì)2為比表面2011m2/g的活性炭、鉛粉、木素、炭黑和氧化鈰。使用該極板制備出的蓄電池比功率達(dá)554W/kg，循環(huán)壽命達(dá)741次。
[0018]實例2
[0019]如圖2所示，在一個鉛蓄電池負(fù)極板中，集流體I為鉛-鈣-錫合金拉網(wǎng)板柵，板柵孔為1.2cm2,電活性物質(zhì)2為孔容1.2cm3/g的活性炭、鉛粉、木素、炭黑和氧化鉍。使用該極板制備出的蓄電池比功率達(dá)613W/kg，循環(huán)壽命達(dá)658次。
【權(quán)利要求】
1.一種鉛蓄電池負(fù)極板，其特征在于該負(fù)極板包括集流體(I)和電活性物質(zhì)(2)，集流體用鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁、炭泡沫或硬質(zhì)塑料制成，集流體表面鍍鉛，電活性物質(zhì)為活性炭、鉛粉、炭黑、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、抑制析氫添加劑中一種以上物質(zhì)，其中電活性物質(zhì)中的活性炭比表面積1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極板，其特征在于添加劑為含鉛、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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極板，其特征在于集流體為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格孔隙大小為.0.1 ?10cm2。
【文檔編號】H01M4/14GK103515579SQ201210206894
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月21日
【發(fā)明者】張 浩, 吳賢章, 曹高萍, 丁平, 陳建, 楊裕生, 相佳緣, 孔德帥 申請人:中國人民解放軍63971部隊, 浙江南都電源動力股份有限公司