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      一種聚合物鉛酸蓄電池的制作方法

      文檔序號(hào):10689481閱讀:967來(lái)源:國(guó)知局
      一種聚合物鉛酸蓄電池的制作方法
      【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚合物鉛酸蓄電池。在鉛酸蓄電池正極采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)材料取代二氧化化鉛,將苯胺和苯乙烯磺酸鈉混合,加入雙氧水,攪拌后加入氧化石墨烯和聚四氟乙烯乳液,采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板,電解液采用硫酸電解液,隔膜采用AGM或PE隔板材料,按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛,具有充放過程上活性物質(zhì)體積變化小,充電電壓低,充電過程中減少水分解,充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子,無(wú)金屬離子在電解液中遷移,避免電池短路,減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。
      【專利說明】
      一種聚合物鉛酸蓄電池
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001 ]本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池,尤其涉及一種高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性、提高電池性能,延長(zhǎng)電池壽命的聚合物鉛酸蓄電池。
      【背景技術(shù)】
      [0002]鉛酸蓄電池自發(fā)明至今已有150多年的歷史,因其具備安全性高、性能穩(wěn)定、制造成本較低,且具有很高的循環(huán)利用價(jià)值的特點(diǎn),使其廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們的生活中。但同時(shí)鉛酸蓄電池也存在重量比能量低、循環(huán)壽命短的問題,其中正極活性物質(zhì)原因?qū)е码姵匮h(huán)壽命短是鉛酸蓄電池存在的主要問題。
      [0003]鉛酸蓄電池正極采用二氧化鉛做為活性物質(zhì)、硫酸作為電解質(zhì)溶液。在充電過程中,氫離子作為載流子從正極向負(fù)極擴(kuò)散,同時(shí)正極活性質(zhì)存在二價(jià)和四價(jià)鉛離子也會(huì)在電位作用下同時(shí)向負(fù)極迀移,由于AGM或PE隔板為多孔結(jié)構(gòu),部分鉛離子在迀移過程上沉積到隔板中。隨著循環(huán)的進(jìn)行,沉積在隔板中鉛離子越來(lái)越多,靠近負(fù)極一側(cè)的會(huì)轉(zhuǎn)化為金屬鉛,形成鉛枝晶,最后導(dǎo)致電池自放電或短路,導(dǎo)致電池壽命縮短。
      [0004]另外正極活性物質(zhì)為二氧化鉛,負(fù)極活性物質(zhì)為金屬鉛,由于鉛及鉛的氧化物存在比重大,并且二氧化鉛的活性物質(zhì)利用率一般為30%左右,導(dǎo)致鉛酸蓄電池一般重量比能量較低。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池壽命短,活性物質(zhì)利用率低的缺陷而提供一種高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性、提高電池性能,延長(zhǎng)電池壽命的聚合物鉛酸蓄電池。
      [0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
      一種聚合物鉛酸蓄電池,包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜,所述正極的活性物質(zhì)以聚苯胺為主原料而制成。在本技術(shù)方案中,采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛,具有充放過程上活性物質(zhì)體積變化小,充電電壓低,充電過程中減少水分解,充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子,無(wú)金屬離子在電解液中迀移,避免電池短路,減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。利用石墨烯導(dǎo)電性好,分散性高的特點(diǎn),作為活性物質(zhì)導(dǎo)電劑,提高活性物質(zhì)利用率,增加活性物質(zhì)間孔隙率,增大反應(yīng)面積。采用聚四氟乙烯乳液作為粘接劑,使聚苯胺活性物質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起,能夠形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
      [0007]聚苯胺做為正極材料與硫酸根離子發(fā)生充放電反應(yīng)是陰離子摻雜實(shí)現(xiàn)的,這種摻雜P型(脫雜)摻雜,但也可以通過N型(脫雜)摻雜發(fā)生充放電反應(yīng)。采用聚苯胺做為正極材料電池重量比能量增加,在充電時(shí)沒有重金屬離子迀移,沉積到AGM或PE隔板里金屬離子減少,電池自放電小,循環(huán)壽命長(zhǎng)。
      [0008]作為優(yōu)選,正極活性物質(zhì)由以下重量份的物質(zhì)制備而成:100-120份聚苯胺、20-25份聚3,4乙撐二氧噻吩、50-55份氧化石墨烯、100-110份聚苯乙烯磺酸鹽、20-30份雙氧水、10-15份粘結(jié)劑與10-15份納米碳管包覆的氧化銦。在本技術(shù)方案中,聚苯胺:聚3,4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽制備成的正極活性物質(zhì)具有很高的導(dǎo)電率、高機(jī)械強(qiáng)度與耐腐蝕性,能夠提高鉛酸蓄電池活性物質(zhì)與板柵界面層的電子傳到能力,防止板柵表面阻擋層的生成;聚苯胺:聚3,4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽高分子材料具有高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性的特點(diǎn),能夠保護(hù)板柵,防止板柵在高電位狀態(tài)酸環(huán)境下的腐蝕,有利于鉛酸蓄電池的長(zhǎng)壽命。因此聚苯胺:聚3,4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽制備成正極活性物質(zhì)時(shí),既能提高電池性能,又能提高耐腐蝕性,延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的壽命O
      [0009]作為優(yōu)選,納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系,然后緩慢加入氫氧化鈉,攪拌1-311后在2-2.511內(nèi)升溫至140-160°(:,反應(yīng)1-311后冷卻;離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌,真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中,加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液,滴加濃氨水,85-950C下攪拌反應(yīng)1-1.5h,離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌,焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦。
      [0010]作為優(yōu)選,焙燒的溫度為600-750°C,時(shí)間為2-5h,粉碎至粒徑為10-100nm。
      [0011]作為優(yōu)選,正極活性物質(zhì)的制備方法為:將聚苯胺與聚苯乙烯磺酸鹽混合,加入雙氧水,攪拌10_15min后加入聚3,4乙撐二氧噻吩、氧化石墨烯、納米碳管包覆的氧化銦與聚四氟乙烯乳液,超聲震蕩30-60min后制得。
      [0012]作為優(yōu)選,電解液為硫酸密度為1.4g/cm3的硫酸溶液。
      [0013]作為優(yōu)選,超聲的頻率為75-85KHZ。
      [0014]作為優(yōu)選,所述聚合物鉛酸蓄電池采用AGM隔板制成閥控式鉛酸蓄電池或采用PE隔板制成富液式鉛酸蓄電池。
      [0015]本發(fā)明的有益效果是:采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛,具有充放過程上活性物質(zhì)體積變化小,充電電壓低,充電過程中減少水分解,充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子,無(wú)金屬離子在電解液中迀移,避免電池短路,減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。利用石墨烯導(dǎo)電性好,分散性高的特點(diǎn),作為活性物質(zhì)導(dǎo)電劑,提高活性物質(zhì)利用率,增加活性物質(zhì)間孔隙率,增大反應(yīng)面積。采用聚四氟乙烯乳液作為粘接劑,使聚苯胺活性物質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起,能夠形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
      【附圖說明】
      [0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的正極活性物質(zhì)充放電前后的紅外光譜。
      [0017]圖中,1、充電后的吸收光譜;2、放電后的吸收光譜。
      【具體實(shí)施方式】
      [0018]下面通過具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
      [0019]在本發(fā)明中,若非特指,所有的份、百分比均為重量單位,所采用的設(shè)備和原料等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法,如無(wú)特別說明,均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
      [0020]實(shí)施例1
      一種聚合物鉛酸蓄電池,包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜,正極活性物質(zhì)的制備方法為:將100份聚苯胺與100份聚苯乙烯磺酸鹽混合,加入20份雙氧水,攪拌1min后加入20份聚3,4乙撐二氧噻吩、50份氧化石墨烯、10份納米碳管包覆的氧化銦與10份聚四氟乙烯乳液,超聲震蕩30min后制得;超聲的頻率為75KHz。
      [0021 ]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系,然后緩慢加入氫氧化鈉,攪拌Ih后在2h內(nèi)升溫至140°C,反應(yīng)Ih后冷卻;離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌,真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中,加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液,滴加濃氨水,85°C下攪拌反應(yīng)lh,離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌,焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為600°C,時(shí)間為2h,粉碎至粒徑為1-1OOnm0
      [0022]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板,電解液采用硫酸電解液,隔膜采用AGM或PE隔板材料,按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
      [0023]實(shí)施例2
      一種聚合物鉛酸蓄電池,包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜,正極活性物質(zhì)的制備方法為:將110份聚苯胺與108份聚苯乙烯磺酸鹽混合,加入25份雙氧水,攪拌12min后加入23份聚3,4乙撐二氧噻吩、52份氧化石墨烯、13份納米碳管包覆的氧化銦與12份聚四氟乙烯乳液,超聲震蕩40min后制得;超聲的頻率為80KHz。
      [0024]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系,然后緩慢加入氫氧化鈉,攪拌2h后在2.5h內(nèi)升溫至150°C,反應(yīng)2h后冷卻;離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌,真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中,加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液,滴加濃氨水,90°C下攪拌反應(yīng)1.5h,離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌,焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為680°C,時(shí)間為3h,粉碎至粒徑為 10-1 OOnm。
      [0025]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板,電解液采用硫酸電解液,隔膜采用AGM或PE隔板材料,按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
      [0026]實(shí)施例3
      一種聚合物鉛酸蓄電池,包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜,正極活性物質(zhì)的制備方法為:將120份聚苯胺與110份聚苯乙稀磺酸鹽混合,加入30份雙氧水,攪拌15min后加入25份聚3,4乙撐二氧噻吩、55份氧化石墨烯、15份納米碳管包覆的氧化銦與15份聚四氟乙烯乳液,超聲震蕩60min后制得;超聲的頻率為85KHz。
      [0027]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系,然后緩慢加入氫氧化鈉,攪拌3h后在2.5h內(nèi)升溫至160°C,反應(yīng)3h后冷卻;離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌,真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中,加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液,滴加濃氨水,95°C下攪拌反應(yīng)1.5h,離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌,焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為7500C,時(shí)間為5h,粉碎至粒徑為 10-1 OOnm。
      [0028]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板,電解液采用硫酸電解液,隔膜采用AGM或PE隔板材料,按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
      [0029]參照?qǐng)D1,圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的正極活性物質(zhì)充放電前后的紅外光譜。聚苯胺做為正極材料與硫酸根離子發(fā)生充放電反應(yīng)是陰離子摻雜實(shí)現(xiàn)的,這種摻雜P型(脫雜)摻雜,但也可以通過N型(脫雜)摻雜發(fā)生充放電反應(yīng)。采用聚苯胺做為正極材料電池重量比能量增加,在充電時(shí)沒有重金屬離子迀移,沉積到AGM或PE隔板里金屬離子減少,電池自放電小,循環(huán)壽命長(zhǎng)。
      [0030]利用本發(fā)明的制成的12V 12Ah鉛酸蓄電池,100 % DOD循環(huán)壽命達(dá)600次以上,在循環(huán)300次時(shí)放電時(shí)間依然在120min以上,與常規(guī)電池相比,充電接受能力提高了20%以上,從而說明本發(fā)明制備的聚合物鉛酸蓄電池有利于延長(zhǎng)深循環(huán)的使用壽命和提高電池的充電接受能力。
      [0031]應(yīng)當(dāng)理解的是,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說,可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換,而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種聚合物鉛酸蓄電池,包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜,其特征在于,所述正極的活性物質(zhì)以聚苯胺為主原料而制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,正極活性物質(zhì)由以下重量份的物質(zhì)制備而成:100-120份聚苯胺、20-25份聚3,4乙撐二氧噻吩、50-55份氧化石墨烯、100-110份聚苯乙烯磺酸鹽、20-30份雙氧水、10-15份粘結(jié)劑與10-15份納米碳管包覆的氧化銦。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系,然后緩慢加入氫氧化鈉,攪拌l-3h后在2-2.5h內(nèi)升溫至140-160°C,反應(yīng)l_3h后冷卻;離心得到的沉淀物依次用體積比1: 2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌,真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中,加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液,滴加濃氨水,85-95°C下攪拌反應(yīng)1-1.5h,離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌,焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,焙燒的溫度為600-750°C,時(shí)間為2-5h,粉碎至粒徑為10-1 OOnmο5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,正極活性物質(zhì)的制備方法為:將聚苯胺與聚苯乙烯磺酸鹽混合,加入雙氧水,攪拌10-15min后加入聚3,4乙撐二氧噻吩、氧化石墨烯、納米碳管包覆的氧化銦與聚四氟乙烯乳液,超聲震蕩30-60min后制得。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,電解液為硫酸密度為1.4g/cm3的硫酸溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,超聲的頻率為75-85KHzo8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池,其特征在于,所述聚合物鉛酸蓄電池采用AGM隔板制成閥控式鉛酸蓄電池或采用PE隔板制成富液式鉛酸蓄電池。
      【文檔編號(hào)】H01M10/06GK106058258SQ201610628516
      【公開日】2016年10月26日
      【申請(qǐng)日】2016年8月2日
      【發(fā)明人】張紹輝
      【申請(qǐng)人】超威電源有限公司
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