[發明專利]一種含石墨烯纖維的電池電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710170609.7
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107069033B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 張易寧;劉永川;陳遠強;苗小飛;張祥昕;陳素晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01M4/56
• 分類號: H01M4/56;H01M4/62;H01M4/58;H01M10/06;H01M4/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明涉及鉛酸電池的技術領域，具體涉及一種含石墨烯纖維的鉛膏及其制備方法和應用。本發明的鉛膏含石墨烯纖維，增強了極板的結構強度和尺寸穩定性，可防止極板活性物質脫落。同時，還能提高極板的導電性、活性物質的利用率和極板的循環穩定性，進而增大電池(特別是鉛酸電池)的容量，有效提高電池充電末期電流，以及延長電池(特別是鉛酸電池)使用壽命。該制備方法簡單，適于工業生產。

技術領域

本發明涉及電池生產領域，具體涉及一種含石墨烯纖維的電池電極鉛膏及其制備方法和應用。

背景技術

鉛酸電池面世超過150年，仍在化學電源中占有舉足輕重的地位，其在市場應用中占一半左右的份額。目前電動車上大多都采用鉛酸電池作為動力電池，原因在于其成本低，原材料資源豐富而且也較容易得到。此外，鉛酸電池的使用溫度范圍廣泛，失效的電池也可以進行回收，最重要的是安全性能高。隨著新型儲能和新能源動力市場的不斷發展，特別是在混合動力汽車以及間歇性新能源存儲應用中，要求二次電池能夠在高功率部分荷電狀態下，具有良好的充電接受能力、較長的循環壽命。目前，鉛酸電池存在活性物質利用率低，極板的活性物質易軟化脫落，負極硫酸鹽化等問題。

發明內容

基于上述問題，本發明公開了一種用于改善電池尤其是鉛酸電池性能的含石墨烯纖維的正極或負極鉛膏。該正極或負極鉛膏含石墨烯纖維，增強了極板的結構強度和尺寸穩定性，可防止極板活性物質軟化脫落，同時，還能提高極板的導電性、活性物質利用率，進而改善電池尤其是鉛酸電池的容量、充電接受能力以及循環壽命。

本發明的第一方面是提供一種含石墨烯纖維的鉛膏，其原料組成包括：石墨烯纖維、水及鉛粉。

根據本發明，如上所述鉛膏中石墨烯纖維的重量占比可以為0.01-1％；水的重量占比可以為9-16％及鉛粉余量。

根據本發明，所述石墨烯纖維可以為純石墨烯纖維或者改性的石墨烯纖維，例如金屬納米線摻雜石墨烯纖維、氮元素摻雜石墨烯纖維等。

根據本發明，所述石墨烯纖維的直徑為0.1μm-500μm，優選為1μm-200μm，進一步優選為10μm-50μm；石墨烯纖維的長度為0.1mm-100mm，優選為1mm-50mm，進一步優選為5mm-20mm。

根據本發明，所述水優選為去離子水。

根據本發明，所述含石墨烯纖維的鉛膏可以為負極鉛膏也可以為正極鉛膏；當所述電極鉛膏為負極鉛膏時，其原料組成還可以包括負極復合添加劑；當所述電極鉛膏為正極鉛膏時，其原料組成還可以包括正極復合添加劑。

當所述原料組成中包括負極復合添加劑時，其重量占比可以為0.01-10％，則此時其余組分石墨烯纖維的重量占比為0.01-1％，水的重量占比為9-16％及鉛粉為余量。

根據本發明，所述負極復合添加劑可以包括重量占比的如下組成中的一種或多種，優選為同時添加：1.0-3.0％硫酸鹽；0.1-1.0％膨脹劑；0.02-0.7％增強材料；和0.01-1％導電材料。

根據本發明，所述硫酸鹽選自硫酸鋇及任選地，硫酸鈉。

根據本發明，所述膨脹劑選自腐殖酸、木質素或木質素磺酸鈉中的一種或多種。

根據本發明，所述增強材料選自聚酯短纖維或碳纖維中的一種或兩種。

根據本發明，所述導電材料選自導電高分子中的一種或兩種及任選地，還含有乙炔黑。

根據本發明，所述導電高分子可以選自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚苯撐、聚苯撐乙烯和聚雙炔及其衍生物中的一種或多種。