[發(fā)明專利]一種超級電池負(fù)極板及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210528960.6
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103413919A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張祖波;李朋
• 申請（專利權(quán)）人: 駱駝集團(tuán)襄陽蓄電池有限公司
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/16;H01M4/62
• 代理公司: 襄陽中天信誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42218
• 代理人: 何靜月

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉛酸蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型超級鉛酸電池負(fù)極板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

運(yùn)輸是造成人類所產(chǎn)生的溫室氣體排放和化石燃料燃燒的主要因素之一。因此為減少空氣污染和化石燃燒的使用，人類對混合動力車（HEVs）的需求日益增長。超級電池是一種混合儲能裝置，單體中結(jié)合了不對稱超級電容器和鉛酸電池，取兩者技術(shù)之所長，不需要額外的電子調(diào)節(jié)。電容器可增大鉛酸電池的功率和壽命，因為在充放電時它起到了緩沖的作用可以有效避免負(fù)極硫酸鹽化。并且，這種混合技術(shù)能夠在車輛加速和制動時迅速提供、吸收電荷。

目前，候選的HEV儲能系統(tǒng)包括閥控鉛酸電池（VRLA），鎳氫電池，可充電鋰電池和超級電容器。眾所周知超級電容器可提供很高的功率，但能量低，因此若要應(yīng)用于HEV，需要與其它電池結(jié)合使用。與其它技術(shù)相比，VRLA電池有著明顯的優(yōu)勢即初始成本低、已固定的生產(chǎn)制造銷售網(wǎng)絡(luò)、高回收率。然而這種電池的運(yùn)作成本很高，因為使用壽命短。HEV應(yīng)用下的閥控電池必須在30-70%SoC（荷電狀態(tài)）下使用。因為當(dāng)SoC低于30%時，電池不能傳輸起動所需要的電流。另一方面，當(dāng)SoC高于70%時電池不能有效地接受再生制動和引擎充電。另外，在HEV應(yīng)用下，負(fù)極板的硫酸鉛（不可逆硫酸鉛）越來越多。硫酸鉛的累積明顯的降低了電池的可逆性，以致于負(fù)極不再能傳輸和接受引擎起動、加速和再生制動所需的功率，最終造成蓄電池的過早失效。

國內(nèi)外關(guān)于超級電池的專利為三種：負(fù)極板與超級電容炭板并聯(lián)、負(fù)極板柵底部涂抹炭層、將炭材料作為添加劑加入負(fù)極鉛膏。制備這類超級電池工藝制作復(fù)雜，并且不容易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超級電池負(fù)極板，其基本結(jié)構(gòu)為極板正反面分別涂覆不同的材料，使負(fù)極板具有電池和電容的雙重特性。該結(jié)構(gòu)下的極板制作簡單，應(yīng)用范圍廣。

本發(fā)明的目的還在于提供上述超級電池負(fù)極板的制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：基體正面涂覆以鉛粉為主要成分的正面涂層，基板背面涂覆以炭材料為主要成分的炭材料涂層。

所述正面涂層的成分為：各組份相對于鉛粉的含量分別為：乙炔黑0.2～2.0wt%，硫酸鋇1.0～2.0wt%，木素0.2～0.5wt%，腐植酸0.3～0.5wt%，短纖維0.1～0.8wt%，粘接劑為1～5.0wt%。

所述基體選用電阻非常小的鉛、銅、鋁、銀、鎳、鎂的一種或幾種金屬的合金材料；基板厚度0.01～0.5mm。

所述炭材料涂層其各組份含量分別為炭材料65～90wt%、乙炔黑5～25wt%、粘接劑1～10wt%。

所述炭材料為炭納米管、石墨、炭黑或活性炭其中一種或幾種材料。

所述粘接劑為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、丙烯酸酯類膠黏劑、聚四氟乙烯和羧甲基纖維素中的一種或幾種。

本發(fā)明的制造方法：基體正面背面分開涂覆，先噴涂或拉漿基體背面炭材料涂層，然后送入干燥窯中干燥，在50～100℃下保持至少8h，取出后壓實(shí)炭材料涂層；接下來送至鉛膏涂層涂覆工序，在極板正面噴涂或輥涂負(fù)極正面涂層；最后送入干燥工序，在80℃環(huán)境下干燥24～48h。所述正面涂層為將包括鉛粉、乙炔黑、硫酸鋇、木素、腐植酸、短纖維加入合膏機(jī)中干混，混合均勻后加入粘接劑溶液進(jìn)行濕混，粘接劑：水質(zhì)量比=1:10；最后加入密度為1.15～1.40g/ml的硫酸溶液，硫酸加入量為鉛粉質(zhì)量的1.0～6.0wt%，而制得的涂料涂覆在基體正面制成。所述炭材料涂層為將炭材料、乙炔黑加入合膏機(jī)中充分干混，將粘接劑加入到去離子水中充分?jǐn)嚢?，粘接劑：去離子水質(zhì)量比=1:8，最后將干混后的炭材料分3-6次倒入粘接劑溶液中，攪拌均勻后出漿而制得的涂料涂覆在基體背面制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是在傳統(tǒng)蓄電池負(fù)極板結(jié)構(gòu)上引入具有高比表面的炭層，不同電位下炭層與電解質(zhì)溶液界面上存在的大小相等符號相反的雙電層。本發(fā)明具有高比功率、大電流充放電及減少負(fù)極正面鉛膏在HRPSOC（高倍率部分荷電）狀態(tài)下的硫酸鹽化，兼有蓄電池和電容器的性能特點(diǎn)（例如充電速度快、功率密度高等），可操作性強(qiáng)，避免炭加入引起負(fù)極鉛膏的疏松脫落。組裝成電池后能夠提供大電流充放電，避免負(fù)極在HEV模式下的硫酸鹽化。重量輕，提高傳統(tǒng)鉛酸的比功率和比能量，并且活性物質(zhì)與基板接觸面積增大，有效提高活性物質(zhì)利用率。

本發(fā)明電池的極板結(jié)構(gòu)也適用于不同電極材料的雙面涂覆，傳統(tǒng)鉛酸電池的正負(fù)極鉛膏也能分別涂覆在薄基板兩側(cè)，組裝成雙極性電池。

另外本發(fā)明負(fù)極板和卷繞電池正極板螺旋卷繞后可以組裝成超級卷繞電池。