[發(fā)明專利]一種用于鉛炭電池負(fù)極的稻殼基炭基添加劑

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710933354.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107732244A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林海波;尹健;李洪坤
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林省凱禹電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/56;H01M10/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波,李銳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉛炭電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種用于鉛炭電池負(fù)極的稻殼基炭基添加劑。

背景技術(shù).

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球儲能電池市場規(guī)模快速增長。在儲能電池領(lǐng)域占據(jù)主要地位的鉛酸電池具有安全性好，性能穩(wěn)定，回收利用率高，制造業(yè)基礎(chǔ)好，制造成本低等優(yōu)勢，是儲能電池應(yīng)用的首選。可再生能源儲能等儲能系統(tǒng)要求電池長時間處于部分荷電狀態(tài)(PSoC)。長時間處于PSoC狀態(tài)下的鉛酸電池負(fù)極會逐漸被硫酸鹽化，負(fù)極活性物質(zhì)比表面積和孔隙率降低，導(dǎo)致電池充電接受能力下降，最終電池失效。將碳材料加入鉛酸電池負(fù)極能夠增大負(fù)極比表面積和孔隙率，有效抑制負(fù)極硫酸鹽化，延長電池PSoC下的循環(huán)壽命。

近年來，許多專利報道了通過添加一些碳材料抑制鉛酸電池負(fù)極硫酸鹽化，延長鉛酸電池循環(huán)壽命。中國專利200910227199.0、201310562735.9、200910098917.9和201210371066.2公開了采用活性炭作為鉛炭電池負(fù)極添加劑的制備方法。中國專利201410269292.9公開了一種用于鉛炭電池的超電容石墨烯的制備方法。中國專利2016105522472.2公開了一種改性炭材料作為鉛炭電池負(fù)極添加劑及其制備方法。然而，以上方法中使用的碳材料制備工藝復(fù)雜，成本高。

稻殼是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料。使用稻殼制備高附加值產(chǎn)品對生態(tài)保護(hù)和社會發(fā)展具有重要意義。中國專利201610522873.8公開了一種利用稻殼制備二氧化硅活性炭復(fù)合材料。這種二氧化硅活性炭復(fù)合材料制備過程不僅采用了惰性氣體分階段加熱處理，而且通入CO₂/水蒸氣并用強(qiáng)酸強(qiáng)堿處理后，高溫活化，制備工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于鉛炭電池負(fù)極的稻殼基炭基添加劑，通過碳化、部分脫硅制備得比表面積為100～1000m²/g的稻殼基炭基添加劑，制備方法簡單，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。這種稻殼基炭基添加劑能夠維持負(fù)極較高的比表面積(2～8m²/g)和孔隙率(0.008～0.011cm³/g)，提升電池的充電接受能力，緩解負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象。特別指出，相比于活性炭類添加劑，這種稻殼基炭基添加劑作為鉛炭電池負(fù)極時，能夠避免形成過于松散的負(fù)極結(jié)構(gòu)，防止負(fù)極活性物質(zhì)在循環(huán)充放電過程中脫落，最終達(dá)到提升鉛炭電池部分荷電狀態(tài)下循環(huán)壽命的目的。

本發(fā)明提供了一種用于鉛炭電池負(fù)極的稻殼基炭基添加劑，具體制備步驟如下：

(1)將稻殼洗凈、干燥、研磨；

(2)將上述步驟(1)得到的稻殼于密閉環(huán)境碳化，得稻殼碳化物；

(3)將上述步驟(2)得到的稻殼碳化物與1～30wt.％的氫氧化鈉溶液按質(zhì)量體積比1:1-10(g/mL)混合，于90～150℃，反應(yīng)1～10小時，過濾，洗滌至中性，干燥后得稻殼基炭基添加劑。

上述方法中，所述步驟(1)中，干燥，采用80-90℃，保溫5小時；研磨，通過研磨后，稻殼顆粒的平均粒度為1～10μm，優(yōu)選5-8μm。

所述步驟(2)中，碳化溫度為800～950℃，碳化時間為0.5～10小時；優(yōu)選將研磨后的稻殼先置于800℃的反應(yīng)室內(nèi)，預(yù)碳化3小時，然后以9-10℃/min的升溫速率升溫至950℃，碳化3-5小時。

所述步驟(3)中，稻殼基炭基添加劑比表面積為100～1000m²/g。

本發(fā)明還提供一種用于鉛炭電池的負(fù)極鉛膏，包括：上述稻殼基炭基添加劑0.1～60份、鉛粉100份、短纖維0.1～0.2份、硫酸鋇1.0～1.4份、腐殖酸0.1～0.4份、木質(zhì)素磺酸鈉0.1～0.3份、乙炔黑0.3～0.4份、硫酸4～50份以及水12～18份。其中，上述諸如腐殖酸、短纖維等屬于負(fù)極鉛膏的常規(guī)材料，但是，伴隨著炭基材料的變化，不同用量的各組分會導(dǎo)致產(chǎn)品性能發(fā)生很大變化，為了保證鉛碳的有效結(jié)合，提升鉛炭電池部分荷電狀態(tài)下循環(huán)壽命，本發(fā)明人通過大量試驗(yàn)對應(yīng)相應(yīng)鉛炭負(fù)極炭基添加劑，添加了上述具體組成的膨脹劑等物質(zhì)，有效避免形成過于松散的負(fù)極結(jié)構(gòu)，防止負(fù)極活性物質(zhì)在循環(huán)充放電過程中脫落，最終達(dá)到提升鉛炭電池部分荷電狀態(tài)下循環(huán)壽命的目的。

本發(fā)明還提供一種鉛炭電池負(fù)極極板，采用所述的負(fù)極鉛膏按照蓄電池常規(guī)涂膏和固化工藝制得含稻殼基炭基添加劑的負(fù)極極板。

本發(fā)明還提供一種鉛炭電池，將上述含有稻殼基炭基添加劑的負(fù)極極板與正極極板、隔板和電解液按照蓄電池工藝進(jìn)行裝配、化成，制得具備鉛炭電池特性的蓄電池。