[發(fā)明專利]一種長壽命外敷式鉛炭電池負極的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111710835B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 林海波;包金鵬
• 申請（專利權）人: 吉林省凱禹電化學儲能技術發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01M4/20
• 分類號: H01M4/20;H01M4/22;H01M10/06
• 代理公司: 吉林省中玖專利代理有限公司 22219
• 代理人: 張巖

本發(fā)明公開了一種長壽命外敷式鉛炭電池負極的制備方法，先制備鉛膏、碳片及凝膠，再將鉛膏涂敷于鉛合金板柵，干燥固化制得生極板，裁剪碳片并壓覆于生極板兩側(cè)，將黑色凝膠均勻涂敷于碳片表面，干燥制得鉛炭電池負極極板。本發(fā)明碳片貼敷在電極表面可保證碳材料與電解液的充分接觸，發(fā)揮雙電層作用，抑制電極表面硫酸鹽化的同時為充放電提供電荷緩沖，實現(xiàn)表面電位二次分布；凝膠能加固碳材料與鉛膏的連接性，保證碳片難以因析氫脫離電極；即使碳片脫離電極表面，凝膠中的導電碳材料也能為脫離的碳片繼續(xù)提供電荷，減緩容量下降。本發(fā)明外敷式負極組成的鉛炭電池具有更高的大電流承受能力和循環(huán)穩(wěn)定性，適用于啟停汽車，太陽能、風能儲能等領域。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鉛炭電池，特別涉及一種長壽命外敷式鉛炭電池負極的制備方法。

背景技術

隨著電力儲能、混合動力汽車需求的不斷擴大，發(fā)展安全性好、低成本、高性能的先進儲能系統(tǒng)迫在眉睫。鉛酸電池具有高、低溫穩(wěn)定性強、性價比高、技術成熟的特點，是當今應用最廣泛、市場占比最大的電池之一，但存在功率密度不高，循環(huán)能力偏低的問題。鉛炭電池的出現(xiàn)彌補了鉛酸電池性能上的缺陷。鉛炭電池是在鉛酸電池的基礎上在負極中添加了約2-10wt％的電容碳材料。一方面，添加的碳材料可以在電極內(nèi)部構(gòu)建導電網(wǎng)絡，為Pb/PbSO₄轉(zhuǎn)化提供電催化作用，提升負極功率密度；另一方面，碳材料可以避免硫酸鉛晶體堆積在電極表面，抑制硫酸鹽化，減緩負極容量衰減，延長循環(huán)壽命。

方向。外敷式鉛炭電池將碳材料貼覆在負極表面，在高倍率充放電時，電容碳的雙電容特性充分發(fā)揮，為高速的能量存儲提供電荷緩沖，實現(xiàn)電子的二次分布，提高了鉛炭電池大電流承受能力和功率密度。此外，在大電流密度下，硫酸鹽化主要發(fā)生在電極表面，碳材料覆蓋在電極表面的結(jié)構(gòu)更有利于抑制硫酸鉛的增大，延長電池使用壽命。外敷式結(jié)構(gòu)提升了鉛炭電池電化學性能的同時，也帶來了新的問題。由于碳材料與電解液接觸更加充分，高倍率狀態(tài)下碳材料長期處于電容飽和狀態(tài)，外敷式鉛炭電池析氫比其它鉛炭電池更加嚴重。析氫不僅會降低負極充放電效率，還會在碳材料和鉛顆粒間積累氣泡，減弱鉛、碳間的連接性，促使碳片脫落，加速電池性能衰減。

使用摻雜的方式抑制碳材料的析氫可以減緩負極的衰減。中國專利CN105355912B公開了一種貼片式鉛炭電池電極的制備方法，該活性炭在提高親水性的同時，負載了抑制析氫反應的有機鉍，提高了鉛炭電池活性鉛膏的緊密性和充電性能，降低了鉛膏的阻抗，避免充放電過程中活性炭的脫落，大大提高了鉛炭電池的循環(huán)壽命。中國專利CN 105355861B公開了另一種貼片式鉛炭電池電極的生產(chǎn)制備方法。所述活性炭的改性方法如下：在強酸溶液中加入醇類和有機鉍配合物得到的混合液，將活性炭浸泡在混合液中，并在90～120℃的溫度下反應2h以上，最后經(jīng)過過濾干燥。然而，上述方法僅僅是緩解了碳材料的析氫過程，氣泡依然會生成，碳片脫落的問題依然沒有很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種長壽命外敷式鉛炭電池負極的制備方法，以克服現(xiàn)有外敷式鉛炭電池的負極因碳材料的析氫導致碳片脫落，衰減加速的問題。本方法制備的負極用于鉛炭電池時，凝膠的粘性保證負極表面碳材料長時間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生的氣體在凝膠內(nèi)會形成氣體通道，不會影響碳片穩(wěn)定；此外，當碳片少量脫落時，由于凝膠內(nèi)有大量導電碳材料，依然能夠為脫落的碳片提供電荷，緩解由脫落造成的容量衰減。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種長壽命外敷式鉛炭電池負極的制備方法，包括以下步驟：

A、碳片的制備

將活性炭、導電碳材料、連接劑溶于無水乙醇中，于恒溫90℃下攪拌至無水乙醇蒸干，再加入0.1-0.3ml/mg的無水乙醇碾壓成片，90℃下干燥12h得到碳片，干燥后的碳片密度為2-3mg/cm²；所述活性炭材料比表面積為1500-2500m²/g；所屬導電碳材料、連接劑的質(zhì)量分別為活性炭質(zhì)量的6-12％和6-12％：

B、凝膠的制備