[發(fā)明專(zhuān)利]一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310634955.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104681792A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張浩;張文峰;曹高萍;楊裕生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍63971部隊(duì)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/14
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/14;H01M4/62
• 代理公司: 中國(guó)人民解放軍防化研究院專(zhuān)利服務(wù)中心 11046
• 代理人: 劉永盛;林英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源是人類(lèi)社會(huì)生存發(fā)展的基礎(chǔ)，從天然礦藏能源到電能的利用代表了科技發(fā)展的歷程。近代，特別是上一世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)的飛速發(fā)展，使得人類(lèi)資源消耗量急劇增加，致使以石油為主的傳統(tǒng)化石能源日趨緊張，且造成大氣污染越發(fā)嚴(yán)重，尋求可持續(xù)發(fā)展的途徑、保護(hù)自然資源和自然環(huán)境成為21世紀(jì)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。電能已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)不可或缺的一種潔凈的能源，任何其它資源利用一般都必須使用電能，電能的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、輸送都用到電池/電容技術(shù)。

電動(dòng)汽車(chē)(包括純電動(dòng)車(chē)和混合電動(dòng)車(chē)HEV)無(wú)污染、使用成本低且有望調(diào)諧電網(wǎng)系統(tǒng)夜間的谷電，成為目前的研究熱點(diǎn)和未來(lái)交通工具的發(fā)展趨勢(shì)。鉛蓄電池因其原料資源豐富、價(jià)格低廉、制備、維護(hù)工藝成熟和安全性好等特點(diǎn)，在電動(dòng)車(chē)上有較好的應(yīng)用前景，但目前其比功率低、循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)制約了其在電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用。超級(jí)電容器(Supercapacitors)是性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，其比能量是傳統(tǒng)電容器的20～200倍，比功率一般大于1000W/kg，高于一般二次電池，循環(huán)壽命(＞10⁵次)也優(yōu)于電池，還具有能瞬間大電流充放電、工作溫度范圍寬、安全、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因而具有在電動(dòng)汽車(chē)上的潛在應(yīng)用前景。但是，迄今為止，電化學(xué)電容器的比能量還是低于二次電池，制約了其在電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用。

鉛蓄電池的比功率較低以及大功率放電下壽命差，主要是受限于負(fù)極：在高密度電流放電情況下，負(fù)極產(chǎn)生大量鉛離子進(jìn)入電解液，與之相對(duì)的情況是電解液中硫酸根離子擴(kuò)散受限，致使鉛離子過(guò)飽和，容易在負(fù)極表面形成一層致密的硫酸鉛沉淀層，造成負(fù)極表面鈍化。硫酸鉛導(dǎo)電性差，溶解度小，會(huì)降低負(fù)極內(nèi)部鉛的反應(yīng)活性，增加反應(yīng)過(guò)電位，致使充電時(shí)析氫較為嚴(yán)重，充電效率下降，并形成惡性循環(huán)。若繼續(xù)大功率充放電，以上情況會(huì)進(jìn)一步惡化，硫酸鉛沉淀顆粒增大且過(guò)程不可逆，最終負(fù)極喪失反應(yīng)活性，電池失效(參見(jiàn)J.Power?Sources133(2004)126)。若能通過(guò)外電路的控制，避免鉛蓄電池大功率充放電，能有效提高其壽命。中國(guó)專(zhuān)利200620097371.7公開(kāi)了一種電池，其在傳統(tǒng)的電池外并聯(lián)了一個(gè)耐高功率充放電的電容器，通過(guò)一個(gè)外殼將電池和電容固定，構(gòu)成一種電池-電容組合。該類(lèi)電池-電容組合雖然將鉛蓄電池和超級(jí)電容器進(jìn)行了結(jié)合，但屬于外組合式，兩個(gè)電源均需要各自的電解液、隔膜等，不但器件總體積較大，還需要外電路和相應(yīng)的管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試、控制，成本較高。

若將超級(jí)電容器與鉛蓄電池的“外并”改成“內(nèi)并”，則能省去復(fù)雜的外電路與控制系統(tǒng)，有效的降低成本。中國(guó)專(zhuān)利200810136333.1公開(kāi)了一種鉛蓄電池，其部分負(fù)級(jí)鉛板為碳板所代替，可以提高鉛蓄電池比功率，延長(zhǎng)電池壽命。中國(guó)專(zhuān)利200910002836.4公開(kāi)了將超級(jí)電容器活性炭電極和鉛負(fù)極“內(nèi)并”的電池，近期也有人稱(chēng)之為“超級(jí)電池”(Ultrabattery，參見(jiàn)J.Power?Source174(2007)16)。該電池將超級(jí)電容器的高比功率、長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)融合到鉛蓄電池中，在保持提高功率、延長(zhǎng)電池壽命優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又能簡(jiǎn)化電路、提高比容量，并降低總費(fèi)用(參見(jiàn)《科學(xué)時(shí)報(bào)》2009年8月14日的《科學(xué)時(shí)評(píng)》專(zhuān)欄)。但是，由于減少了負(fù)極片，這種電池的比能量將有所下降。

將超級(jí)活性炭直接加入到鉛蓄電池負(fù)極板中，也能很好的起到提升電池脈沖功率的作用。如中國(guó)專(zhuān)利200810136333.1，中國(guó)專(zhuān)利200880009193.X和中國(guó)專(zhuān)利200910098917.9均公開(kāi)了活性炭直接加入鉛蓄電池電極板，能有效提高器件性能。但是這些專(zhuān)利只是籠統(tǒng)的將炭材料類(lèi)添加劑的添加量控制在1％以上。

本課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，用高比表面的活性炭或高分散性的碳納米管、石墨烯材料做添加劑，添加量在0.1％時(shí)便能取得很好的效果，添加到0.2～0.5％則能夠有效提高鉛蓄電池的脈沖循環(huán)壽命和充電接受能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鉛蓄電池負(fù)極板添加劑，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環(huán)使用壽命。