[發明專利]炭膏及和電池炭負極及它們的制備方法、超級鉛酸電池

有效

• 申請號: 201210133415.7
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102637861A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 陳大華;熊建民
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/14;H01M4/16
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術領域

本發明屬于鉛酸電池技術領域，具體涉及一種炭膏和電池炭負極及它們的制備方法、超級鉛酸電池。

背景技術

為保證高輸出功率和高充電效率，混合動力汽車(HEV)用鉛酸電池要求荷電狀態保持在30％～70％，并在該運行模式下高倍率充放電，放電倍率可達15C，充電倍率可達8C。但是，在高倍率放電時，PbSO₄會在電極表面形成致密的晶體層，該晶體層在充電時難以全部轉化為活性物質，故經過多個充放電循環后會形成較大的不可逆的PbSO₄顆粒，使有效反應面積減小，電極極化增加，過早出現析氫和析氧副反應，導致電池失水干涸并早期失效。

日本古河公司、湯淺公司等提出，可提高鉛酸電池的負極活性物質中的炭含量而將鉛酸電池轉變為“鉛炭電池”，由于炭材料可與PbO₂正極組成非對稱超級電容器，從而可解決上述不可逆硫酸鹽化的問題。但炭材料在硫酸電解液中的析氫過電位比Pb低，故炭材料與PbO₂正極組成的非對稱超級電容器部分充電后即會發生析氫，并造成Pb的電子向炭材料轉移放電，由此導致正負極容量失配、電解液部分分解、電池能量和功率參數不穩定、循環壽命縮短等問題。

美國專利US20070104981A1和US20080199737等則用炭負極與Pb負極并聯共同作為負極，再與PbO₂正極組成具有高比功率和較長部分荷電態循環壽命的“超級鉛酸電池”；為解決析氫問題，前者向炭負極中添加過渡族金屬或其氧化物、氫氧化物、硫酸鹽等來提高炭負極在硫酸電解液中的析氫過電位，以使其能與Pb負極在相同的電壓窗口下工作，而后者則用控制Pb負極和炭負極純度的方法來降低析氣速率，但它們實際的效果均不理想。中國專利CN200910212792.8和CN101728090A則采用活性炭與導電石墨、蓄電池用短纖維、粘結劑、分散劑、水等共混組成炭膏，并用炭膏制備炭負極，但其未提及如何結局析氫問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題包括，針對現有技術中的超級鉛酸電池負極析氫的問題，提供一種可抑制負極析氫的超級鉛酸電池炭負極用炭膏。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是一種超級鉛酸電池炭負極用炭膏，由固體組份和液體組份混合而成，所述固體組份包括：

含量為0.01％～30％的析氫抑制劑，其通式為M_xN_yO_z，其中M表示Sr、Ba、Zn、Cd中的任意一種，N表示Zr、Sn、Pb中的任意一種，0.5≤x≤1，0.5≤y≤1，2≤z≤3，其中所述析氫抑制劑的含量為相對于固體組份總量的質量百分含量。

本發明的超級鉛酸電池炭負極用炭膏中含有通式為M_xN_yO_z的析氫抑制劑，析氫抑制劑能提高碳電極在硫酸電解液中氫氣析出的過電位，使炭電極與Pb電極在相同的電壓窗口下工作時不析出氫氣或少析出氫氣，從而使電池的能量和功率參數保持穩定、提高其循環壽命；而且，該析氫抑制劑在硫酸電解液中具有較高的穩定性，本身不會與電解液反應，可持續的起到抑制析氫的作用；同時，該析氫抑制劑具有良好的導電性，其導電率優選在0.01Ω^-1.cm^-1～0.50Ω^-1.cm^-1，更優選在0.01Ω^-1.cm^-1～0.15Ω^-1.cm^-1，故不會對電池的工作產生不良影響。

優選的是，所述析氫抑制劑為ZnPbO₃、CdPbO₃、BaPbO₃中的任意一種。

優選的是，所述固體組份中還包括以下含量的組份：活性炭：45％～90％，導電炭黑：0.5％～25％，蓄電池用短纖維：0.1％～0.5％，鉛粉：1％～20％，其中各組份的含量為相對于固體組份總量的質量百分含量；

所述液體組份包括：稀硫酸，其與所述鉛粉的質量比為(0.3～4)∶100；粘結劑，其與所述固體組份總量的質量比為(5～10)∶100；水，其與所述固體組份總量的質量比為(90～110)∶100。

進一步優選的是，所述固體組份中包括以下含量的組份：析氫抑制劑0.1％～8％，活性炭：65％～80％，導電炭黑：1％～10％，蓄電池用短纖維：0.2％～0.4％，鉛粉：5％～15％，其中各組份的含量為相對于固體組份總量的質量百分含量。