专利名称：新型铅酸电池疏水性复合电极的制作方法
技术领域：
本发明属于电化学电源领域，属于铅酸电池负极板的改进。
背景技术：
随着国家新能源战略的提出，各汽车厂商开始对混合动力汽车的研发逐渐重视， 而且国家也加大了对于风光离网并网储能的支持力度，但新能源战略中所提到的能源储存和应用方法对现有电池技术提出了非常大的挑战。目前常用的并相对成熟的电池主要分为锂离子电池，镍氢电池和铅酸电池，而相比前两种电池，铅酸电池在成本，安全以及低温放电方面仍然有较大的优势，因此迄今为止铅酸电池仍然占据了在很多电池应用领域的大部分份额，如汽车电池，大型储能电池等。尽管如此，但由于现在发展的新的储能或电池应用领域中，又提出了对所用电池性能的特殊需要，如PSOC下的大电流充放电，长时间无恢复性充电的小电流深放电循环等，对此传统的铅酸电池已经不能很好的满足当前的要求。如混合动力汽车所用电池，无论从微混到强混都要求电池具备PSOC下大电流的充放电性能，大约8C的充电电流来满足汽车刹车制动的能量回收功能，大约需要15C的瞬时大电流放电以应对汽车启动及加速要求。在上述情况下，普通铅酸电池非常容易硫酸盐化，从而导致了铅酸电池负极过早失效，极大的降低了电池的寿命。另外，对于太阳能风能发电所需的储能电池来讲，需要电池经常在不饱和充电状态下小电流且放电深度较大的情况下长时间运行，而且还不能及时的进行恢复性满充电，这样也非常容易导致电池因为硫酸盐化而失效。对于上述问题，一般的解决办法是通过把超级电容器和普通电池进行外部并联来完成，但这种方式造成了超级电容器和普通电池的电气连接和电流电压控制系统较为复杂，提高了整个电池系统的成本。除此之外，针对上述问题的另一个更好的解决方法是研发带有复合负极板的铅酸电池，其原理是普通电池与超级电容器的内部混联，即在铅合金板珊中充填铅活性物质构成的负极板表面施加炭混合剂覆盖层，以此复合负极板作为铅蓄电池负极使用，当铅蓄电池在反复进行PSOC快速充放电时，由于其电容器机能，与以往普通负极板构成的铅蓄电池相比，寿命大幅度延长。上述炭混合剂覆盖层由具有导电性的炭黑、 具有电容器容量或类似电容器容量的活性炭、石墨以及氯丁橡胶等粘结剂来组成。为了制备发明中要求的复合极板，首先需要把活性炭和炭黑按照质量配比混合， 并加入到球磨机中，调节机器转速和球磨时间，进行充分混合研磨。待球磨工序完成后，把细化后的活性炭和炭黑混合物与粘结剂和水在混合器中进行湿混，得到复合极板所需的浆料，而后用此浆料涂覆到铅酸电池负极板上，此涂覆方式可以是喷涂，刮涂，浸涂或辊涂。从而在极板上涂布0. Imm厚的电容层，最终形成本发明中所需的复合极板。需解决的问题因为一般情况下制备的复合极板虽然有多孔的性质，但因为都是亲水性材料组成，正极析出的氧气不能通过电容层到达到极板的本体表面或内部，因此无法进行传统阀控铅酸电池所需的正常的氧循环，只能在整个电池工作期间不断的析氢析氧，造成电池电解液，并使其寿命缩短。此外，因为不存在氧循环，当负极在进行充分充电时，不可避免的要进行析出氢气，这样也会导致电容层会因为气体的冲击作用，逐渐从电极表面脱落下来，结合不牢，从而起不到电容层的作用。
发明内容
本发明提供一种新型铅酸电池疏水性复合电极，以解决在整个电池工作期间不断的析氢析氧，造成电池电解液，并使其寿命缩短、及电容层脱落的问题。本发明采取的技术方案是是由下列重量份数比的配方和方法制得的活性炭50 70份，比表面积1000 2000m2/g，炭黑20 30份，粘结剂5 15 份，聚四氟乙烯PTFE 0. 5 5份，去离子水100 500份；方法将配方中的材料经过混料制成浆料，再把此浆料通过涂布工艺，涂布在普通铅酸电池负极板上形成，对复合负极板进行300°C 400°C、2 IOmin的热处理，并在压力为 IMPa 5MPa下加压，制成。本发明所述的炭黑采用乙炔黑、炉黑、灯黑或槽黑。本发明所述的粘结剂采用氯丁橡胶或丁苯橡胶。本发明利用疏水性材料如聚四氟乙烯PTFE掺杂入电容层浆料中，利用材料本身的疏水性，使电容层内部提高疏水性，从而使氧气进入到铅本体发生氧循环能够顺利进行， 而且即使电池在工作电压较高的情况下运行时，还会使负极析出的氢气从电容层内部较容易的扩散到外层，降低了氢气对电容层的冲击作用，从而降低了电容层的脱落可能性。
具体实施例方式实施例1活性炭50g，比表面积1000m2/g，炉黑20g，丁苯橡胶5g，聚四氟乙烯PTFE 0. 5g，去离子水100g ；方法将配方中的材料经过混料制成浆料，再把此浆料通过涂布工艺，涂布在普通铅酸电池负极板上形成，对复合负极板进行300°C、2min的热处理，并在压力为IMI^a下加压，制成。实施例2活性炭60g，比表面积1500m2/g，乙炔黑25g，氯丁橡胶10g，聚四氟乙烯PTFE 3g，去离子水300g ；方法将配方中的材料经过混料制成浆料，再把此浆料通过涂布工艺，涂布在普通铅酸电池负极板上形成，对复合负极板进行350°C、6min的热处理，并在压力为下加压，制成。实施例3活性炭70g，比表面积2000m2/g，灯黑30g，氯丁橡胶15g，聚四氟乙烯PTFE :5g， 去离子水500g ；方法
将配方中的材料经过混料制成浆料，再把此浆料通过涂布工艺，涂布在普通铅酸电池负极板上形成，对复合负极板进行400°C、IOmin的热处理，并在压力为5MPa下加压，制成。本发明技术方案及实施例中采的方法中，材料经过混料制成浆料、涂布工艺、热处理等方法均为本领域公知方法。下面通过对比实验例来进一步说明本发明的效果。实验材料运用传统方法制造阀控式铅蓄电池所使用的正极板，尺寸为74mm X 77mm X 1.7mm； 负极板采取实施例1、实施例2、实施例3中的方法制成，尺寸为74mmX77mmX 1. 5mm ；然后，按照正极容量规制极板按照四正五负组合，将这些负极板和正极板收入电池槽中，并插入AGM隔板交替层叠形成极板群(可以是生极板也可以是熟极板)，本实验例中所用极板为熟极板，组装成电池后进行激活操作。具体步骤和参数为，注入含硫酸钠为 1.5%的比重为1.30的硫酸电解液，并在电池槽与极板群之间插入调压片，调整各极群的压力为20Kpa。进行小电流lA，20h的充电激活，然后测试容量最终得到电池的证容量为 10Ah。比较例仅负极板采取如下浆料配方活性炭60g，比表面积1500m2/g，乙炔黑25g，氯丁橡胶10g，去离子水300g，其余同实施例2。实验内容(1)密封反应效率环境温度为25 °C，Iatm下完全充电后的各实验电池，以15恒流充电48h，再以 0. II5充入5h，从改变电流的第49h处开始用装置1收集排出的气体Va，带入下式η = (1-Va/nQ 684) X 100%式中Q-收集气体期间充入的电量，单位为安时(Ah)；Va-收集的蓄电池放出的气体量，单位为毫升(mL)η-—单格电池的个数684-—标准状态下，IAh电量所对应的气体体积，单位为mL/Ah。(2)电池内阻记录实验电池初始充电后的内阻值，并使其进行多次高倍率部分荷电状态 (HRPSOC, High Rate Partial State of Charge)循环，记录循环后充电电池内阻值，对两者进行比较。分别对不同处理方式制备的复合极板组装的实验电池进行HRPSOC充放电寿命循环试验。具体步骤是待电池完全充电后，将各个电池以2A进行1小时放电，使其PSOC达到 80%后，在40°C的环境中反复进行500次50A · Is放电和20A · Is充电，之后再反复进行 510次30A · Is充电和Is休止，以此为1个循环。在经过500次循环后进行统一的内阻测量，比较充电饱和状态下测试前内阻值和测试循环后的内阻值。表1实验数据表
权利要求
1.一种新型铅酸电池疏水性复合电极，其特征在于是由下列重量份数比的配方和方法制得的活性炭50 70份，炭黑20 30份，粘结剂5 15份，聚四氟乙烯PTFE :0. 5飞份，去离子水:100 500份；方法将配方中的材料经过混料制成浆料，再把此浆料通过涂布工艺，涂布在普通铅酸电池负极板上形成，对复合负极板进行300°C、00°C、2 10min的热处理，并在压力为 IMPa 5MPa下加压，制成。
2.根据权利要求1所述的新型铅酸电池疏水性复合电极，其特征在于炭黑采用乙炔黑、炉黑、灯黑或槽黑。
3.根据权利要求1所述的新型铅酸电池疏水性复合电极，其特征在于粘结剂采用氯丁橡胶或丁苯橡胶。
全文摘要
本发明提供一种新型铅酸电池疏水性复合电极，属于电化学电源领域。通过在铅酸电池复合极板配方中添加疏水材料，在复合极板的电容层内部形成部分疏水通道，使其有利于氧气从正极到负极的扩散，避免没有疏水性材料制备的复合极板电容层对阀控铅酸电池工作过程中氧循环的负面影响，从而进一步提高电池寿命。
文档编号H01M4/14GK102263251SQ20111016972
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者孙大强, 王百顺, 靳承铀 申请人:吉林汇能科技有限公司