[發明專利]一種內混內并混合型鉛碳電池及負極的制備

在審

• 申請號: 201611061063.3
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108122683A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 閻景旺;席耀寧;張華民;李先鋒;張洪章;孫海濤;霍玉龍;王再紅;高鶴
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所;風帆有限責任公司
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/34;H01G11/86;H01M4/20;H01M4/21;H01M4/14;H01M16/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種內混內并混合型鉛碳電池。該電池的結構特征是在內并型鉛碳超級電池中用內混型鉛碳電池負極替代鉛酸電池負極。由于內混型鉛碳電池負極的充電接受能力、深度放電能力和充放電循環穩定性遠遠高于鉛酸電池負極，將其引入到內并型鉛碳電池中，有益于電池輸出性能和穩定性的提高。采用不同布局形式負極的內混內并混合型鉛碳超級電池具有不同的性能，能夠滿足不同的應用需求。內混內并混合型鉛碳電池充放電反應可逆性、充放電循環壽命和充電接收能力均顯著優于傳統鉛酸電池。

技術領域

本發明屬于鉛碳電池技術領域，具體涉及一種超級電容器與內混型鉛碳電池結合的內并/內混混合型鉛碳電池。

背景技術

鉛碳電池是一種將超級電容器與鉛酸蓄電池相結合而構成的新型儲能器件。鉛酸蓄電池作為能源，超級電容器作為脈沖動力，對電池的性能進行了改良，從而彌補了普通閥控式鉛酸蓄電池不能應對各種復雜使用條件的不足。在鉛碳電池中，超級電容器與鉛酸電池兩種儲能方式以內結合方式集成，不需要特殊的外加電子控制電路，使得電池的尺寸得到了控制，系統得到簡化，從而降低儲能成本。

按著電極的布局方式，鉛碳電池可分為內混和內并兩種類型。

內混型鉛碳電池是指在鉛負極中摻入少量的碳材料而使其性能得到改善和壽命得到延長的鉛酸蓄電池。關于何種碳材料適合于作為NAM的添加劑，雖然已有較多的研究，但截止到目前尚無統一的結論。不同研究者得出的結論相差較大，甚至是相互矛盾。不同形態的石墨、炭黑和活性炭提升鉛碳電池負極性能的作用均有報道。如Spence等觀察到添加片狀石墨的負極性能最好，而Valenciano則發現摻入片狀石墨會降低負極的性能。Shiomi等認為碳在PbSO₄晶體間形成導電網絡，從而使負極板的充電接受能力得到提升。Ohmae等認為高導電性碳材料加入到NAM中可以延緩硫酸鹽化過程，即作為導體的碳材料抑制了負極板內與鉛絕緣，在充電過程中不能被還原的PbSO₄晶體的生成。Boden等觀察到通過消除PbSO₄在負極表面上產生的積累而使電池的壽命得到延長。Pavlov認為在充電過程中，PbSO₄的還原在NAM中的鉛和碳的表面并行。所以碳的作用是提高負極的中的電化學活性面積，從而使充電更完全，使電極的容量得到提高。此外，碳材料還起到減小NAM孔徑的作用。

內并型鉛碳超級電池將非對稱超級電容器與鉛酸電池采用內并聯方式兩者合一。作為一種新型的超級電池，內并型鉛碳電池是將鉛酸電池和超級電容器兩者技術的融合，是一種既具有電容特性又具有電池特性的雙功能儲能電池。內并型鉛碳電池除了具有超級電容高功率密度的優點，還具有鉛酸電池高能量密度的優勢。

在內并型鉛碳超級電池中，用內混型鉛碳電池負極與超級電容器電極并聯技術方案取代鉛酸電池負極與超級電容器電極并聯的技術方案，可以有效地克服由于鉛酸電池負極硫酸鹽化所引起的電池性能的衰減，進一步提高內并型鉛碳超級電池的循環壽命。

作為內混型鉛碳電池負極添加劑的碳材料，除了需要具有高的比表面積外，還要具有一定的電子導電性。大的表面積可以為硫酸鹽結晶析出提供活性位，而高的電子導電性能夠促進硫酸鉛的還原反應，二者共同作用可以減緩負極的硫酸鹽化，進一步提高電池的充電接收能力。改性活性炭兼具有高比表面結和高電子導電性的優點，是比較理想的內混型鉛碳電池負極添加劑。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種內混內并混合型鉛碳超級電池的電極結構布局、制備工藝以及電池封裝方法。

為實現上述目的，本發明采用的具體技術方案如下：

用于內并型鉛碳超級電池的負極由超級電容器活性炭電極及內混型鉛碳電池負極(摻入一定量碳材料的鉛酸電池負極)并聯而成。

兩種電極并聯方式，即電極結構布局包括以下四種方式：