鉛酸電池複合負極的生產方法

2023-07-09 09:18:51 1

專利名稱：鉛酸電池複合負極的生產方法
技術領域：
本發明屬於電化學電源領域，屬於鉛酸電池負極板的改良技術，本發明提供的複合負極板所製備的鉛酸蓄電池適用於部分充電狀態PSOC進行反覆快速充放電的混合汽車、風機以及太陽能發電儲能等產業用途。
背景技術：
隨著國家新能源戰略的提出，各汽車廠商開始對混合動力汽車的研發逐漸重視， 而且國家也加大了對於風光離網併網儲能的支持力度。目前常用的並相對成熟的電池主要分為鋰離子電池，鎳氫電池和鉛酸電池，而相比前兩種電池，鉛酸電池在成本，安全以及低溫放電方面仍然有較大的優勢，因此迄今為止鉛酸電池仍然佔據了在很多電池應用領域的大部分份額，如汽車電池，大型儲能電池等。儘管如此，但由於現在發展的新的儲能或電池應用領域中，又提出了對所用電池性能的特殊需要，如PSOC下的大電流充放電，長時間無恢復性充電的小電流深放電循環等，對此傳統的鉛酸電池已經不能很好的滿足當前的要求。如混合動力汽車所用電池，無論從微混到強混都要求電池具備PSOC下大電流的充放電性能，大約8C的充電電流來滿足汽車剎車制動的能量回收功能，大約需要15C的瞬時大電流放電以應對汽車啟動及加速要求。在上述情況下，普通鉛酸電池非常容易硫酸鹽化，從而導致了鉛酸電池負極過早失效，極大的降低了電池的壽命。另外，對於太陽能風能發電所需的儲能電池來講，需要電池經常在不飽和充電狀態下小電流且放電深度較大的情況下長時間運行，而且還不能及時的進行恢復性滿充電，這樣也非常容易導致電池因為硫酸鹽化而失效。對於上述問題，一般的解決辦法是通過把超級電容器和普通電池進行外部並聯來完成，但這種方式造成了超級電容器和普通電池的電氣連接和電流電壓控制系統較為複雜，提高了整個電池系統的成本。除此之外，針對上述問題的另一個更好的解決方法是研髮帶有複合負極板的鉛酸電池，其原理是普通電池與超級電容器的內部混聯，即在多孔集電板中充填鉛活性物質構成的負極板表面施加炭混合劑覆蓋層來製備複合極板，而炭混合劑覆蓋層由具有導電性的炭黑、具有電容器容量或類似電容器容量的活性炭、石墨以及氯丁橡膠等粘結劑來組成的。當此複合負極板作為鉛蓄電池負極使用，如果電池在反覆進行 PSOC快速充放電時，因為碳混合層所固有的較好的容性充放電性能，使得鉛蓄電池在反覆進行PSOC快速充放電時，能夠在大電流放電時緩解電流對負極本體的衝擊作用，因此與以往普通負極板構成的鉛蓄電池相比，大電流放電能力得到很好的改善，且循環壽命大幅度延長。現有問題以前碳活性層都是塗布在固化後或者化成後的電池負極板上形成的複合負極，但帶來的問題是因為板柵溼膏塗布後需要進行乾燥，然後才能固化，而固化後塗布完成後還要對碳活性層進行乾燥，使得生產工序重複化，影響了生產效率。另外，經過較長時間放置的固化生極板或者熟極板，會因為空氣氧化而在表面產生部分浮粉，使碳活性層與極板本體的結合性變差。

發明內容
本發明提供一種鉛酸電池複合負極的生產方法，以解決以前生產工序重複化，生產效率較低的問題；另外，還解決了經過較長時間放置的固化生極板或者熟極板，會因為空氣氧化而在表面產生部分浮粉，使碳活性層與極板本體的結合性變差的問題。本發明的技術方案是包括下列步驟(一 )、按照正常鉛膏配方進行塗膏製成負極板；( 二)、將負極板兩面分別塗布常規的電容層塗層，塗布量為負極活性物質重量的 1 3%，形成複合負極板；(三)、按常規方法對上述複合負極板進行固化。本發明還包括在上述步驟(一)後面增加常規的淋酸步驟。本發明還包括在上述步驟(二)後面增加常規的淋酸步驟。鉛酸電池的複合極板是由電容層和鉛酸電池負極板內部並聯組合在一起的，其中關於電容器層的製作方法是，將炭黑，活性炭，粘結劑等通過球磨機，混合器及塗布裝置將溼態的電容層漿料塗布到固化後的負極板上製備而成。原有複合極板的製造工藝一般是把電容層漿料在熟極板上或者是固化後的生極板上進行塗布成膜，然後再進行化成乾燥。本發明提出的複合極板的生產方式則跟一般塗布方式不同，並不在固化後或者化成後的極板上進行塗布，而是在鉛膏塗布到板柵上後得到的溼態生極板上，立即進行電容層的塗布，不必要經過固化後分片塗布後的乾燥工序，從而提高了複合極板的生產效率，而且還會因為增加了電容層和極板本體的連接緊密性，而提高複合極板製備的電池的性能。此發明中生極板塗布還可以細分為塗膏後淋酸前塗布， 塗膏後淋酸後塗布，或者塗膏後直接塗布並完全省卻淋酸步驟。因為複合極板所用的以活性炭及導電炭黑為主要組分的電容層是多孔結構，孔隙率在大約70%左右，因此當複合極板塗布完成後，複合極板可以直接放入固化室中乾燥，因電容層的多孔結構，並不會影響氧氣進入到極板中，因此對於固化時要求反應的氧氣量沒有影響，而且因為不經過淋酸步驟，電容層和負極極板本體之間並無較多的硫酸鉛層存在， 乾燥過程中氧氣跟內部極板活性物質的反應甚至更為通暢。另外，也因為沒有硫酸鉛層的存在，複合極板固化完成後，組裝到電池中進行內化成時，還會因為電解液更容易與極板活性物質反應而使化成容易進行，且界面間生成的鉛離子更多更容易，造成了碳容層中的鉛離子較多，可以充分的起到抑制析氫的作用，並相對增加了電容層和極板的接觸強度，使兩者一體化程度加強，不容易發生脫離現象。因此一般來講可以省掉淋酸步驟，但在負極塗膏後立即進行電容層的塗布，即使加入淋酸步驟，電容層的結合也會比固化後進行塗布的效果要好。
具體實施例方式實施例1(一 )、按照正常鉛膏配方進行塗膏製成負極板；( 二)、將負極板兩面分別塗布常規的電容層塗層，塗布量為負極活性物質重量的1 3%，形成複合負極板；(三)、按常規方法對上述複合負極板進行固化。實施例2(一 )、按照正常鉛膏配方進行塗膏製成負極板；(二)、淋酸；(三)將負極板兩面分別塗布常規的電容層塗層，塗布量為負極活性物質重量的 1 3%，形成複合負極板，(四)、按常規方法對上述複合負極板進行固化。實施例3(一 )、按照正常鉛膏配方進行塗膏製成負極板；( 二)、將負極板兩面分別塗布常規的電容層塗層，塗布量為負極活性物質重量的 1 3%，形成複合負極板；(三)淋酸；(四)、按常規方法對上述複合負極板進行固化。
下邊通過對比實驗進一步說明本發明的效果。實驗材料運用傳統方法製造閥控式鉛蓄電池所使用的正極板，尺寸為74mm X 77mm X 1.7mm； 負極板分別按實施例1、實施例2、實施例3製成，尺寸為74mmX77mmX 1. 5mm ；然後，按照正極容量規制極板按照四正五負組合，將這些負極板和正極板收入電池槽中，並插入AGM隔板交替層疊形成極板群，然後注入1. 28比重，硫酸鈉為1. 5%的電解液，進行內化成，分別製造5小時率容量為IOAh的12V鉛蓄電池。另外在電池槽與極板群之間插入調壓片，調整各極板群的壓力為20kPa。本發明電容層塗層中所用的配方為常規配方例如活性炭42份，比表面積 1500m2/g ；乙炔黑45份，氯丁橡膠7份，；去離子水350份。比較例運用傳統方法製造閥控式鉛蓄電池所使用的正極板和負極板，尺寸分別為 74mmX77mmXl. 7mm和74mmX77mmXl. 5mm，按照正常極板配方進行和膏，並按照傳統工藝把極板塗完膏後，淋酸，乾燥並直接進入固化室得到固化後的生極板。以此生極板為基底， 把活性炭和炭黑混合組成的電容層再按照刮塗的方式塗布到固化後的基板上，將各個負極兩面(不塗極耳)分別塗布碳活性層，塗布量為負極活性物質重量的1.5%，再將各負極板在100°C的空氣中乾燥5小時，最後用輥壓方式使其壓的更緊密，得到所需的複合負極。然後，按照正極容量規制極板按照四正五負組合，將這些負極板和正極板收入電池槽中，並插入AGM隔板交替層疊形成極板群，然後注入1. 28比重，硫酸鈉1. 5%添加劑的電解液，進行內化成，分別製造5小時率容量為IOAh的12V鉛蓄電池。另外在電池槽與極板群之間插入調壓片，調整各極板群的壓迫度為20kPa。實驗內容(1)低溫大電流放電能力把實驗例1 3和比較例所用工藝製備的複合極板蓄電池分別進行完全充電後， 以2A進行放電，待電池的SOC達到50%後，把電池放入-30°C的低溫環境下靜置16小時，然後把電池與大電流放電儀連接，設置電流參數為150A，在放電過程中檢測並記錄IOs處電池的放電電壓，以此作為比較評判電池的低溫大電流放電性能。(2)高倍率部分荷電狀態(HRPSOC, High Rate Partial State of Charge)下的循環充放電測試方案按照實施例1 3和比較例所要求工藝製造的各個鉛酸電池，分別模擬HEV運動中的電池運行方式，進行反覆PSOC下的快速充放電壽命試驗。即將各個鉛蓄電池以2A進行 1小時放電，PSOC達到80%後，在40°C的環境中反覆進行500次50A · Is放電和20A · Is 充電，之後再反覆進行510次30A· Is充電和Is休止，以此為1個循環。蓄電池放電時電壓達到OV的時刻作為壽命終止標準，測定並記錄達到壽命終止時的循環數。。實驗結論表1 實驗數據對比表
目實 歹^^^^大電流放電IOs電壓 (V)壽命循環數實施例18.62230實施例28.42105實施例38.42070比較例17.31685 從表1中的實驗結果，可以看出板柵直接進行塗膏後，立即進行電容層的塗布，進入固化並灌酸化成後得到的鉛酸電池與比較例按照普通方式進行固化後塗布所得到的鉛酸電池在HRPSOC下的運行循環壽命得到較大的提高，而且對於大電流放電得到的數值也高於常規固化後再塗布電容層的工藝，這充分證實了塗膏後的溼態生極板直接進行電容層的塗布會提高電池性能。另外，此發明應用的工藝，省去了固化後塗布還必須要的乾燥工序，可以提高生產效率。
權利要求
1.一種鉛酸電池複合負極的生產方法，其特徵在於包括下列步驟(一)、按照正常鉛膏配方進行塗膏製成負極板；(二)、將負極板兩面分別塗布常規的電容層塗層，塗布量為負極活性物質重量的廣3 %，形成複合負極板；(三)、按常規方法對上述複合負極板進行固化。
2.根據權利要求1所述的鉛酸電池複合負極的生產方法，其特徵在於還包括下列步驟在上述步驟(一)後面增加常規的淋酸步驟。
3.根據權利要求1所述的鉛酸電池複合負極的生產方法，其特徵在於還包括下列步驟在上述步驟(二)後面增加常規的淋酸步驟。
全文摘要
本發明涉及一種鉛酸電池複合負極的生產方法，屬於電化學電源領域。在鉛酸電池複合極板的生產過程中，負極板柵經過負極板鉛膏塗布完成後，直接進入電容層塗布工序，然後再進行極板的固化乾燥，此種工序提高了複合極板鉛酸電池的性能，而且還簡化了複合極板的生產工藝，提高了生產效率。
文檔編號H01M4/20GK102263254SQ20111016971
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者孫大強, 王百順, 靳承鈾 申請人:吉林匯能科技有限公司