[發(fā)明專利]用于鉛酸電池的石墨復(fù)合碳電極材料、其制備的電極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510018761.4
• 申請(qǐng)日: 2015-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN104681812B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧超然;張亞妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張亞妮
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏,侯蘭玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鉛酸電池的石墨復(fù)合碳電極材料、其制備的電極及其制備方法。

背景技術(shù)

鉛酸電池作為低成本二次電池使用在各個(gè)領(lǐng)域，其市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)其它二次電池的總和，但是它的最大缺點(diǎn)是能量密度低和循環(huán)壽命短。集電極和電極材料是鉛和二氧化鉛，作為集電極的鉛比例高，重量重，降低了能量密度，當(dāng)其腐蝕流失后電池的壽命也盡。常見(jiàn)的產(chǎn)品能量密度是30瓦時(shí)/公斤，100-200次的深循環(huán)壽命，如果要增加壽命，其能量密度降至20瓦時(shí)/公斤，如用碳電極其能量密度可達(dá)120瓦時(shí)/公斤。美國(guó)有專利利用木炭和泡沫炭作為鉛酸電池的電極并產(chǎn)業(yè)化（US6979513B2，US7033703B2，US7060391B2，US8399134B2），以及高密度碳電極的專利申請(qǐng)US20110083966A1，木炭和泡沫炭的電極電阻較高降低其功率密度，石墨和石墨的復(fù)合物雖然內(nèi)阻低，其耐酸性差。

增加石墨及其復(fù)合材料的耐硫酸性和機(jī)械強(qiáng)度，降低內(nèi)阻是石墨電極的實(shí)用化的先決條件。石墨的層間結(jié)構(gòu)是分子間力，容易被硫酸侵入造成膨潤(rùn)和破壞，其力學(xué)強(qiáng)度低難以負(fù)載高密度的電極活性材料，本發(fā)明乃改性石墨的復(fù)合材料具有作為電極材料滿足鉛酸電池的所有要求。在使用時(shí)其表面熱鍍或電鍍一層鉛或鉛合金增強(qiáng)與鉛膏的結(jié)合強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于鉛酸電池的石墨復(fù)合碳電極材料, 其具有低電阻、高機(jī)械強(qiáng)度、耐硫酸腐蝕、重量輕以及長(zhǎng)壽命等優(yōu)良性能。

本發(fā)明提供了一種所述的石墨復(fù)合碳電極材料制成的碳電極。

本發(fā)明提供了一種適合大量生產(chǎn)石墨復(fù)合碳電極的制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于鉛酸電池的石墨復(fù)合碳電極材料，其包括如下以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的組分：

炭粉或石墨紙30%-98%，余量為粘結(jié)劑，

炭粉主要成分為硫酸膨脹石墨粉和/或硫酸膨脹石墨蠕蟲，其它炭粉例如炭黑，活性炭粉，焦炭粉末等也可替代部分石墨粉；

粘結(jié)劑由熱固型樹脂和樹脂型添加劑組成，其中樹脂型添加劑占粘結(jié)劑總重量的5%-40%，為降低成本以及增加工藝性樹脂型添加劑選自高溫炭化得炭率較高的木質(zhì)素、柏油和瀝青中的一種或兩種以上的組合，瀝青和柏油性能和成本接近，一般選用其中的一種。該材料生產(chǎn)時(shí)，溶劑和其它助劑雖然加入到電極材料的配方中，增加工藝性，并不會(huì)改變復(fù)合電極的性能。

作為優(yōu)選，所述熱固型樹脂由環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂組成，其中環(huán)氧樹脂的質(zhì)量占30%-90%。酚醛樹脂30%-90%、瀝青0-40%和木質(zhì)素0-40%組成。

作為優(yōu)選，所述的石墨粉或石墨紙是硫酸插層高溫800-1200℃膨脹石墨粉或石墨紙。

一種所述的石墨復(fù)合碳電極材料制成的碳電極。進(jìn)一步的，碳電極的厚度是0.1毫米至10毫米。

一種所述的碳電極的制備方法，所述粘結(jié)劑與有機(jī)溶劑混合后得到樹脂溶液，樹脂溶液與炭粉混合后得到混合料，干燥熱壓固化后得到固化復(fù)合板；干燥溫度不高于80℃，熱壓的溫度是120℃至250℃，壓力為0.3至20兆帕；

固化復(fù)合板炭化得石墨復(fù)合碳電極，炭化溫度300℃至1400℃，壓力-0.1至10兆帕，升溫速度1至60℃/min，氣氛是真空、氮?dú)饣蛩魵饣蚨呋旌蠚?。進(jìn)一步的，混合料中嵌入占混合料總體積5至40%的銅箔或銅線，再進(jìn)行熱壓固化。

一種所述的碳電極的制備方法，所述粘結(jié)劑與有機(jī)溶劑混合后得到樹脂溶液，將樹脂溶液浸入石墨紙后在不高于80℃的溫度下干燥，然后雙輥軋機(jī)壓實(shí)后熱壓固化得到固化復(fù)合板，熱壓的溫度是120℃至250℃，壓力為0.3至20兆帕；

固化復(fù)合板炭化得石墨復(fù)合碳電極，炭化溫度300℃至1400℃，壓力-0.1至10兆帕，升溫速度1至60℃/min，氣氛是真空、氮?dú)饣蛩魵饣蚨呋旌蠚?。進(jìn)一步的，樹脂溶液浸入石墨紙得到的混合料中，嵌入占石墨紙總體積5至40%的銅箔或銅線，形成銅箔或銅線石墨紙三明治結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行熱壓固化。

其原材料為硫酸膨潤(rùn)效果低的膨化石墨粉、石墨蠕蟲或石墨紙，也可添加部分焦炭，炭黑和活性炭粉改變其耐酸性；熱固型樹脂選自酚醛樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂、聚酰亞胺中的一種或兩種以上。

本發(fā)明采用耐硫酸的硫酸膨脹石墨粉或石墨紙為高導(dǎo)電載體，低成本的熱固型樹脂以及瀝青等樹脂型添加劑為粘合劑，生產(chǎn)高強(qiáng)度石墨復(fù)合碳電極。該電極的使用可以減低電池的重量，增長(zhǎng)電池的壽命和提高電池的性能。