[發明專利]一種鉛碳電池負極及其制備和應用

在審

• 申請號: 201711213003.3
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841833A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 閻景旺;張華民;席耀寧;李先鋒;王再紅;霍玉龍
• 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: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/14;H01M4/20;H01M10/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種鉛碳電池負極，負極中含有0.1～50wt％的改性碳纖維，所述的改性碳纖維通過將碳纖維先進行活化，再進行毒化而得到；不僅降低了鉛碳電池的成本，在負極板中的導電網絡結構，降低電池內阻，有效抑制了電池的硫酸鹽化，降低了鉛碳電池循環壽命過程中的水損耗，提高析氫過電位，延長部分核電狀態下鉛碳電池充放電循環壽命(HRPSOC)，增強電池充電接受能力和低溫起動性能。

技術領域

本發明涉及電化學電源領域，特別涉及一種鉛碳電池負極。

背景技術

鉛碳電池是一種將鉛酸蓄電池與非對稱電容器的優異性相互融合的新型高功率密度的超級電池技術，既能發揮鉛酸電池的能量優勢，又能發揮超級電容瞬間功率性和大容量充電的優點，成為國際新能源儲能行業的發展重點，這種電池在鉛酸蓄電池負極中添加活性炭類材料作為電荷緩沖材料，碳類材料具有靜電荷儲存釋放的雙電層電容特性，能在瞬間聚集存儲大量電荷保證電池能夠在較短的時間內完成充電，可以滿足大電流密度下長時間的穩定放電，更好地適應新能源汽車或電動車輛的發展要求。同時鉛酸蓄電池大電流放電時正負極會發生嚴重的硫酸鹽化，即正負極活性物質中生成較多晶粒大的硫酸鉛在充電時很難轉化成正負極活性物質，這種團聚的大顆粒硫酸鉛會使蓄電池容量大幅度地下降，嚴重地影響鉛酸蓄電池的使用壽命，而具有較高導電性的碳類材料在負極活性物質中能夠形成導電網絡，抑制大電流密度對蓄電池的沖擊和硫酸鹽的形成，因此研究并制備出優異性能的碳類材料是重中之重。

美國賓夕法尼亞州Axion Power公司首先將高比表面積碳類材料(如活性炭、活性炭纖維、碳氣凝膠或碳納米管等)摻入負極活性物質中提高了活性物質利用率，2006年L.TLam 博士介紹了超級蓄電池在部分荷電狀態大電流放電性能及將超級蓄電池應用于微混和中混電動車的研究進展，并于2007年申請了“用于儲能裝置的負極”和“混合儲能裝置機器制造方法”兩項專利；2008年1月15日日本研究學者將超級電池應用于混合動力車通過了10萬英里(約160000km)壽命測試，電池狀況仍良好；2012年印度研究員Saravanan等人發表了雙極耳超級電池的研究成果，該結果顯示放電功率和部分荷電狀態的循環壽命均大幅度提高。雖然國內很多企業、高校和研究院所(南都電源、圣陽股份、哈爾濱工業大學等)都在進行鉛碳電池的技術研究工作，目前鉛碳電池技術的研究方向也較多，主要體現在鉛碳電池結構改進(內混式、內并式、全碳負板式等)、碳類材料改性等，但最重要的是找到最佳的碳類材料能夠解決負極析氫失水問題，這也是制約鉛碳電池在新能源領域應用及推廣的主要因素，因此該專利在碳類材料改進研究中為鉛碳電池的應用提供了另一種技術可能，意義重大。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術缺陷，提供一種鉛碳電池用改性碳纖維的制備方法及負極鉛膏的制備方法，利用改性碳纖維代替了傳統鉛酸蓄電池中的聚酯纖維和炭黑或乙炔黑材料。

為達到上述目的，本發明采用的具體技術方案如下：

一種鉛碳電池負極，負極包括鉛材料，負極中含有0.1～50wt％的改性碳纖維，所述的改性碳纖維通過將碳纖維先進行活化，再進行毒化而得到；優選的改性碳纖維含量為0.5～5wt％，更優選的改性碳纖維含量1～3wt％；

活化是將碳纖維置于CO₂氣體爐中在600～900℃下焙燒30min～24h；毒化是將活化碳纖維與析氫抑制劑均勻混合，在惰性氣氛中于100～500℃下處理10min～24h；

其中，析氫抑制劑為含有金屬鉛、錫、鈰、銦、鉍、釤的可溶性鹽的水溶液中的一種或二種以上，可溶性鹽為硝酸鹽、醋酸鹽、乙酸鹽中的一種或二種以上，濃度為0.1wt％～對應金屬可溶性鹽的飽和濃度；

惰性氣氛為氮氣、氬氣、氨氣中的一種或二種以上。

所述負極通過如下步驟制備，