一种铅酸电池用改性短纤的制备方法及包含该改性短纤的负极板的制作方法_2

文档序号:9329015阅读:来源:国知局
纤分散于lmol/L的硫酸溶液中,超声搅拌,使短纤分散均匀;〈2>将一定量的苯胺单体加入到上述混合物中,在冰水浴中搅拌2h,苯胺单体与短纤的质量比为10:2 ;将与苯胺单体等摩尔的过硫酸铵(APS)溶于lmol/L的硫酸溶液中,采用滴加的方式滴入,滴加结束后,继续搅拌,聚合过程在0°C下搅拌24h ;〈3>反应结束后,进行真空抽滤,用蒸馏水反复冲洗,在60°C下干燥,得到改性短纤。
[0043]实施例2
[0044]本实施例的改性短纤的制备方法为:〈1>将工业用短纤分散于2mol/L的硫酸溶液中,超声搅拌,使短纤分散均匀;〈2>将一定量的苯胺单体加入到上述混合物中,在冰水浴中搅拌5h,苯胺单体与短纤的质量比为10:4;将与苯胺单体等摩尔的过硫酸铵(APS)溶于2mol/L的硫酸溶液中,采用滴加的方式滴入,滴加结束后,继续搅拌,聚合过程在0°C下搅拌36h ;〈3>反应结束后,进行真空抽滤,用蒸馏水反复冲洗,在60°C下干燥,得到改性短纤。
[0045]实施例3
[0046]本实施例的改性短纤的制备方法为:〈1>将工业用短纤分散于5mol/L的硫酸溶液中,超声搅拌,使短纤分散均匀;〈2>将一定量的苯胺单体加入到上述混合物中,在冰水浴中搅拌10h,苯胺单体与短纤的质量比为10:2 ;将与苯胺单体等摩尔的过硫酸铵(APS)溶于5mol/L的硫酸溶液中,采用滴加的方式滴入,滴加结束后,继续搅拌,聚合过程在0°C下搅拌12h ;〈3>反应结束后,进行真空抽滤,用蒸馏水反复冲洗,在60°C下干燥,得到改性短纤。
[0047]实施例4
[0048]本实施例与实施例1不同的地方在于苯胺单体与短纤的质量比为10:4,其余与实施例I相同。
[0049]实施例5
[0050]本实施例与实施例1不同的地方在于苯胺单体与短纤的质量比为10:6,其余与实施例I相同。
[0051]实施例6
[0052]本实施例与实施例1不同的地方在于苯胺单体与短纤的质量比为10:8,其余与实施例I相同。
[0053]实施例7
[0054]本实施例与实施例1不同的地方在于苯胺单体与短纤的质量比为10:10,其余与实施例1相同。
[0055]由于本发明的目的在于通过导电聚合物的包覆对短纤的导电性进行改善,因此可以通过对样品导电性的测试来筛选聚合反应中苯胺单体和短纤的最佳质量比。对实施例1和实施例4?7得到的改性短纤进行电导率的测试,测试方法是将改性短纤压成片,用四探针测试仪测试片的电阻,然后利用游标卡尺测出片的厚度,片的电阻率即为电阻与厚度的乘积,而电导率为电阻率的倒数。所得的电导率如图2所示。
[0056]从图2我们可以得出聚合反应中苯胺单体和短纤的最佳质量比为10:6,之后随着苯胺单体质量增加,改性短纤的导电性只是略有增加,这说明苯胺在短纤上聚合到一定量后将达到一种饱和状态,之后得到的聚苯胺只能分散于溶液中,而无法包覆在短纤表面。这个通过对不同质量比改性短纤的SHM图的对比可以证实,如图3所示,苯胺单体与短纤的质量比为10:6时改性短纤(10:6-改性短纤)表面包覆的聚苯胺与质量比为10:10得到的改性短纤(10:10-改性短纤)表面包覆的聚苯胺在形貌和数量上没有很大的区别,这说明苯胺在短纤上聚合到一定量后将达到一种饱和状态,之后继续加大苯胺单体的添加量并不会使改性短纤表面聚苯胺的包覆量得到提升,因此也不会对改性短纤的导电性产生很大的影响。
[0057]实施例8
[0058](I)本实施例中改性短纤的制备方法与实施例5的相同。
[0059](2)将负极铅膏所需的配料按照一定的配方进行与配比,其中所需的配料有:氧化度为78%的铅粉;密度为1.4g/mL的硫酸溶液;硫酸钡;木素;腐殖酸;蒸馏水;乙炔黑;石墨;改性短纤。其中,硫酸溶液质量是铅粉质量的10%;硫酸钡质量是铅粉质量的2%;木素质量是铅粉质量的1% ;腐殖酸质量是铅粉质量的1% ;蒸馈水质量是铅粉质量的10% ;乙炔黑质量是铅粉质量的1% ;石墨质量是铅粉质量的1% ;改性短纤的添加比例为铅粉质量的0.2%。
[0060](3)将所有配料按照一般的工艺进行和膏,铅膏视密度控制在4.2?4.5g/cm3。
[0061](4)将上述制得的负极铅膏涂覆在负极板栅上,并按照常规方法进行固化和化成,即可制得负极板。
[0062](5)性能测试:
[0063]A、SEM表征:图3为短纤改性前后的SEM图,其中图a为原始短纤的SEM图,图b和图c为10:6-改性短纤的SEM图,图d为10:10-改性短纤的SEM图。从图中可以看出,没有经过改性处理的短纤表面比较光滑,而改性后的短纤表面包覆了一层纳米纤维状的聚苯胺,这层聚苯胺可以很好的改善短纤的导电性,从而提升极板的性能。而我们对比图b和图d可以看出,两种改性短纤表面的聚苯胺的量没有太大的差别,这说明在聚合过程中苯胺单体的量并不是越多,包覆在短纤表面的聚苯胺就越多,这也与之前所测的电导率曲线相互印证。
[0064]B、倍率和利用率:将添加0.2%改性短纤的电池分别在0.1C,0.2C、0.5C、1C、2C和5C倍率下进行循环,得到的结果如图4a所示,根据图4a的结果,可以算出电池在不同倍率下的活性物质利用率(活性物质利用率等于电池放电容量比上电池理论容量)。从图4可以看出,添加0.2%改性短纤的电池在几个不同的放电倍率下的比容量分别为127.3mAh g \122.0mAh g \l07.0mAh g \85.5mAh g \62.5mAh g 1和 38.9mAh g \容量衰减比较大,这可能是因为改性短纤的添加量比较少,虽然其导电性得到了较大的提升,但由于添加量的不足,使得很难发挥其应有的效果,因此我们决定加大改性短纤添加的量,直到找出一个最佳的添加比例。
[0065]实施例9
[0066](I)本实施例与实施例8不同的是改性短纤的添加比例变为铅粉质量的0.4%,其他方法与参数与实施例8相同。
[0067](2)采用新威BTS系列电池性能测试仪,测得添加0.4%改性短纤的电池在不同倍率下的容量和活性物质利用率。
[0068]实施例10
[0069](I)本实施例与实施例8不同的是改性短纤的添加比例变为铅粉质量的0.8%,其他方法与参数与实施例8相同。
[0070](2)采用新威BTS系列电池性能测试仪,测得添加0.8%改性短纤的电池在不同倍率下的容量和活性物质利用率。
[0071]实施例11
[0072](I)本实施例与实施例8不同的是改性短纤的添加比例变为铅粉质量的1.5%,其他方法与参数与实施例8相同。
[0073](2)采用新威BTS系列电池性能测试仪,测得添加1.5%改性短纤的电池在不同倍率下的容量和活性物质利用率。
[0074]将实施例8至实施例11得到的电池在不同倍率下的容量和活性物质利用率进行比较,得到的结果如图5所示,从图中可以看出本发明所得的改性短纤在负极中的最佳的添加比例约为0.8%,添加0.8%改性短纤的电池在不同的放电倍率下的活性物质利用率都是最优的。同时从图中还可以看出改性短纤的添加量并不是越多越好,这是因为如果在铅膏中添加过多的改性短纤,虽然不会破坏极板中活性物质导电网络,但从我们制备极板的过程中所看,短纤添加过多会使得铅膏的填涂变得困难,影响极板后续固化和化成的效果,从而使得电池的性能受到很大的影响。
[0075]根据实施例8?11的实验结果,可以得到改性短纤在负极中的最佳添加比例约为铅粉质量的0.8%,因此将这个比例作为后续几个实施例的添加标准,并将添加这个比例的改性短纤组装的电池与对比例组装的电池进行性能上的对比。
[0076]实施例12
[0077](I)本实施例的改性短纤的制备方法为:〈1>将工业用短纤分散于lmol/L的盐酸溶液中,超声搅拌,使短纤分散均匀;〈2>将一定量的吡咯单体加入到上述混合物中,在冰水浴中搅拌2h,吡咯单体与短纤的质量比为10:2 ;将与吡咯单体等摩尔的过硫酸铵(APS)溶于lmol/L的盐酸溶液中,采用滴加的方式滴入,滴加结束后,继续搅拌,聚合过程在0°C下搅拌24h ;〈3>反应结束后,进行真空抽滤,用蒸馏水反复冲洗,在60°C下干燥,得到改性短纤。
[0078](2)将负极铅膏所需的配料按照一定的配方进行配比,其中所需的配料有:氧化度为78%的铅粉;密度为1.4g/mL的硫酸溶液;硫酸钡;木素;腐殖酸;短纤;蒸馏水;乙炔黑;石墨;改性短纤。其中改性短纤的添加比例为铅粉质量的0.8%。
[0079](3)将所有配料按照一般的工艺进行和膏,铅膏视密度控制在4.2?4.5g/cm3。
[0080](4)将上述制得的负极铅膏涂覆在负极板栅上,并按照常规方法进行固化和化成,制得负极板。
[0081]实施例13
[0082]本实施例与实施例12不同的地方在于质子酸变为对甲基苯磺酸,吡咯单体与短纤的质量比变为10:4,其余与实施例12相同。
[0083]实施例14
[0084]本实施例与实施例12不同的地方在于聚合物单体变为噻吩,质子酸浓度变为5mol/L,在冰水浴中搅拌6h,其余与实施例12相同。
[0085]实施例1
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