一種活性炭膏及採用活性炭膏製作極板的方法
2023-06-01 13:39:26
專利名稱：一種活性炭膏及採用活性炭膏製作極板的方法
技術領域：
本發明涉及鉛炭電池領域，尤其涉及一種用於鉛炭電池負極極板的覆炭材料以及極板的製作方法。
背景技術：
自從澳大利亞聯邦科學與工業研究會(CSIRO)與日本古川電池株式會社聯合研究並生產鉛炭電池以來。鉛炭電池以其優異的大電流、冷啟動能力和超過普通鉛酸蓄電池三倍以上的循環壽命，在HEV (混合動力車)、大型儲能系統等得到了一定的應用。作為電容材料的活性炭，因其振實密度和鉛粉具有巨大差異，造成其與鉛粉混合時比較困難，且無法混合均勻。雖然在鉛粉和活性炭粉混合時，添加了諸如聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯等粘接劑，但負極板活性物質和活性炭粉粘接效果依然較差。在循環過程中很容易有炭粉析出到隔板中，造成短路；同時因炭粉和鉛粉活性物質是屬於物理粘接，循環過程中粘接很容易失效，造成內阻隨循環次數增加而增大，電池快速失效。針對這個問題，蓄電池生產廠家和研究機構提出了各自的解決方案，雖然一定程度上改善了鉛粉和活性炭複合的難題，但還存在各種問題。中國專利CN102074702指出，通過電沉積的方法，將鉛沉積到活性炭顆粒內部和活性炭顆粒之間空隙以製備鉛炭複合材料。但該方法需要將電鍍鉛的活性炭塗層從母板上刮下，然後再應用到鉛炭電池中。而且該專利也沒有提及如何應用這種鉛炭複合材料的方法。操作方法繁瑣，且應用方法不明。專利CN101764263提出，在負極板柵的不同部位分別塗覆傳統負極活性鉛膏和活性炭電容膏，實現了鉛酸蓄電池和超級電容器的內部並聯。但是這種方法在極板加工時，活性炭塗布區容易在塗覆鉛膏時受到損傷，甚至脫落。
發明內容
本發明為了解決上述現有鉛炭電池製作的技術問題，提出一種結合強度高、導電性好、使用壽命長的活性炭膏及採用活性炭膏製作極板的方法。本發明提出的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配製
活性炭組合物30 60%、溶劑40 70% ；
其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配製
電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。本發明提出的採用活性炭膏製作極板的方法，步驟如下
步驟I、活性炭膏的製作
按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，並將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，並通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，製成一定粘度的活性炭膏；
步驟2、活性炭膏的塗覆將所述活性炭膏塗覆到鉛酸電池負極的板柵上，對塗覆好的板柵進行乾燥，待所述板柵的重量穩定時，將其取出，再對所述板柵的表面進行加壓處理；
步驟3、板柵的鍍鉛
將所述板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤一段時間後，進行電鍍鉛處理，電鍍完成後，再將所述板柵乾燥；
步驟4、鉛膏的塗覆
將乾燥完畢的板柵塗覆鉛膏，經淋酸、表幹之後，進行固化，製得塗覆所述活性炭膏的極板。本發明將電容特性的炭材料、具有較好導電能力的炭黑等、粘接劑和溶劑均勻混合，製成一定粘度的活性炭膏。再將活性炭膏填充在板柵的筋條之間，在合理的鉛合金與活性炭體積的比例條件下，形成完整牢固的網絡包裹著板柵，保證板柵和活性炭基體的結合強度；在活性炭膏中添加了高導電能力的炭黑等物質，確保活性炭膏和板柵之間的導電能力達到鉛膏和板柵之間的水平。不會因為板柵覆蓋一層活性炭，而影響鉛膏與集流體板柵之間的導電能力；塗覆活性炭膏的板柵表面的電鍍鉛具有比較大比表面積和孔隙率，一方面電鍍鉛進入活性炭微孔和活性炭與活性炭之間的空隙中，並沉積下來，與活性炭結合良好，另一方面，電鍍鉛具有比較大的比表面積和粗糙的結構，與鉛膏之間的結合也比較良好。而且電鍍鉛和鉛膏之間通過化學反應形成的結合層也提供了非常好的粘接效果。這樣電鍍鉛作為過渡層，既使活性炭層與鉛膏結合良好，又提供了優良的導電能力。本發明有效地克服了現有鉛炭電池存在的缺陷。
圖Ia為填充活性炭膏的板柵正面的示意圖Ib為圖Ia中A-A向的剖切示意圖Ic為圖Ib中D處放大示意圖Id為圖Ia中B-B向的剖切示意圖2a為製成的極板正面示意圖2b為圖2a中C-C向的剖切示意圖3為鉛碳電池與普通鉛酸電池循環壽命對比曲線。
具體實施例方式下面通過結合實施例和圖對本發明作進一步的說明。本發明提供的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配製
活性炭組合物30 60%、溶劑40 70%。其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配製
電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。電容特性炭材料包括活性炭，要求其比表面積在100(T3000m2/g,優選150(Tl800m2/g ;或炭纖維，即具有雙電層電容/贗電容特性的炭纖維。炭黑包括乙炔黑、科琴黑、導電石墨等可形成導電網絡結構的炭材料。粘接劑包括聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠等。增稠劑為羧甲基纖維素鹽，如，羧甲基纖維素鈉(CMC)。。溶劑包括去離子水、丙酮、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。適合於去離子水的粘接劑是聚四氟乙烯和丁苯橡膠；適合丙酮等有機溶劑的是聚偏四氟乙烯。
·
本發明採用活性炭膏製作極板的方法，步驟如下
步驟I、活性炭膏的製作
按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，並將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，並通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，製成一定粘度的活性炭膏。實施例中可以採用如下配比
活性炭組合物30%、溶劑70% ；或活性炭組合物60%、溶劑40% ;或活性炭組合物45%、溶劑:55%。而其中的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配製(1)電容特性炭材料96. 8%、炭黑1. 5 %、粘接劑1. 7%。
或(2)電容特性炭材料6. 9%、炭黑或(3)電容特性炭材料7 %、炭黑或(4)電容特性炭材料52%、炭黑或(5)電容特性炭材料10%、炭黑
44%、粘接劑37. 1%、增稠劑12%。89%、粘接劑0. 54%、增稠劑3. 46%ο10%、粘接劑:10%、增稠劑:28%。
8%、粘接劑77%、增稠劑5%。
20000
按照上述比例將物料混合，在一定轉速下進行分散，當其漿料粘度在300mpa*s時,視為分散完全,最好粘度為10000 20000mpa*s。步驟2、活性炭膏的塗覆將上述製得的活性炭膏塗覆到鉛酸電池負極的板柵上，塗覆的厚度不超過板柵厚度Imm為宜。塗覆好的板柵放入烘箱中，在一定溫度下進行乾燥，溫度以粘接劑和增稠劑等各種添加物不發生分解為宜，一般選擇在6(Γ120度，優選6(Γ85度。待其重量重量穩定不變化時取出，在一定的壓力下，採用輥壓或者擠壓的方式對板柵的表面進行加壓處理，板柵的厚度壓縮量為I % 20%，優選2% 5%，這樣使得板柵與活性炭之間以及活性炭與活性炭之間的結合力提高。所選的板柵，結構應以使活性炭膏與其結合良好，不至於輕易脫落為宜。例如鉛合金鑄造板柵、拉網板柵、泡沫炭板柵、衝孔純鉛板柵等。如圖Ia 圖Id所示，I為塗覆在板柵筋條間的活性炭膏；2為板柵橫向筋條；3為板柵的縱向筋條；4為板柵邊框。為了確保活性炭膏與板柵結合良好，填入板柵筋條2、3與板柵邊框4之間空隙中的活性炭膏I的體積與所有的板柵合金體積要在合理的範圍之內。一般情況下，板柵合金體積與活性炭膏體積比在20 80 20 80，優先取50 60:40 60。步驟3、板柵的鍍鉛將壓縮後的板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤5飛O分鐘後，優選30分鐘，再進行電鍍鉛處理。電鍍鉛的電流密度為l(T500mA/Cm2 ;電鍍鉛的時間為10 600秒。電鍍液為醋酸鉛溶液、硝酸鉛溶液或者氟硼酸鉛溶液中的一種或者幾種液體的混合液，電鍍液的濃度為O. 05 2mol/L。電鍍完成後，電鍍鉛的重量佔活性炭膏重量的5°/Γ 00%，其中優選30飛0%。電鍍完成後，再將板柵在攝氏5(Γ60攝氏度的有氧環境或者無氧環境中進行乾燥。步驟4、鉛膏的塗覆將乾燥完畢的板柵塗覆鉛膏，經淋酸、表幹之後，進行固化。可以按照傳統鉛酸電池極板塗膏工藝進行鉛膏塗覆，製得塗覆所述活性炭膏的極板，如圖2a、圖2b所示，5是板柵表面塗覆的鉛膏；6是活性炭膏層；7是活性炭膏層表面電鍍鉛過渡層。
將鉛炭負極板和普通鉛酸電池正極板製作成12V12Ah電池。選取沒有包含鉛炭符合材料的常規負極板和普通鉛酸電池正極板製成對比12V12Ah電池。按照12A進行充電，電壓2. 5V，以24A進行放電，放電時間18分鐘。按照終止電壓達到I. 6V時認為壽命終止。如圖3所示，為兩種電池循環壽命對比曲線，由圖可知，鉛炭複合材料電池的循環壽明顯大於普通鉛酸電池的循環壽明。以上所述僅為本發明技術方案的較佳實施方式，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包括在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種活性炭膏，其特徵在於，由以下物料的重量百分比配製活性炭組合物30 60%、溶劑40 70% ；其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配製電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。
2.如權利要求I所述的活性炭膏，其特徵在於，所述的電容特性炭材料包括活性炭，要求其比表面積在100(T3000m2/g ;或炭纖維；所述的炭黑包括乙炔黑、科琴黑、導電石墨的一種；所述的粘接劑包括聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠的一種；所述的增稠劑為羧甲基纖維素鹽；所述的溶劑包括去離子水、丙酮、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一種。
3.一種採用權利要求I所述的活性炭膏製作極板的方法，其包括如下步驟步驟I、活性炭膏的製作按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，並將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，並通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，製成一定粘度的活性炭膏；步驟2、活性炭膏的塗覆將所述活性炭膏塗覆到鉛酸電池負極的板柵上，對塗覆好的板柵進行乾燥，待所述板柵的重量穩定時，將其取出，再對所述板柵的表面進行加壓處理；步驟3、板柵的鍍鉛將所述板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤一段時間後，進行電鍍鉛處理，電鍍完成後，再將所述板柵乾燥；步驟4、鉛膏的塗覆將乾燥完畢的板柵塗覆鉛膏，經淋酸、表幹之後，進行固化，製得塗覆所述活性炭膏的極板。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的活性炭膏的粘度為300 20000mpa^So
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的板柵為鉛合金鑄造板柵、拉網板柵、泡沫炭板柵、衝孔純鉛板柵的一種。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的板柵合金的體積與塗覆活性炭膏的體積比為2(Γ80 :2(Γ80 ;活性炭膏塗覆厚度不超過板柵厚度Imm ;對塗覆好活性炭膏的板柵的乾燥溫度為6(Γ120攝氏度。
7.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，採用輥壓或者擠壓的方式對所述板柵的表面進行加壓處理，塗覆了活性炭膏的板柵的厚度壓縮量為I 20 %。
8.如權利要求3所述的方法,其特徵在於，所述板柵在電鍍槽的電鍍液中，浸潤5 60分鐘；電鍍鉛的電流密度為l(T500mA/Cm2 ;電鍍鉛的時間為10 600秒。
9.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的電鍍液至少為醋酸鉛溶液、硝酸鉛溶液或者氟硼酸鉛溶液中的一種，電鍍液的濃度為O. 05^2 mol/Lo
10.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的電鍍鉛完成後，電鍍鉛的重量佔活性炭膏重量的59TlOO% ;所述板柵在攝氏5(Γ60攝氏度的有氧環境或者無氧環境中乾燥。
全文摘要
本發明公開了一種用於製作鉛炭電池負極極板的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配製活性炭組合物30~60%、溶劑:40~70%；其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配製電容特性炭材料6.9~96.8%、炭黑1.5~89%、粘接劑0.54~77%、增稠劑0~28%。還公開了一種採用活性炭膏製作極板的方法。採用本發明活性炭膏製作的鉛炭電池負極極板，其板柵和活性炭基體的結合強度高、導電性好、使用壽命長。
文檔編號H01M4/57GK102945959SQ20121049308
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者胡金豐, 張華農, 衣守忠, 彭斌 申請人:深圳市雄韜電源科技股份有限公司