鉛酸蓄電池正極板的製作方法
2023-12-02 01:27:46 2
專利名稱：鉛酸蓄電池正極板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉛酸蓄電池正極板。
背景技術：
在石油等能源資源日漸緊張，大氣環境汙染日趨嚴重的今天，電動自行車這種輕 便快捷、無汙染、使用成本低的交通工具，已越來越普及。蓄電池是電動車最為關鍵的部件， 是電動車的能源，當前廣泛使用的是鉛酸蓄電池，佔市場份的95%以上。鉛酸電池因資源豐
富、價格低廉且安全性能好等特點而受到廣大消費者的認可。 但是，鉛酸電池作為電動車的動力電源，與鎳_金屬氫化物電池及鋰電池等電池 體系相比，存在體積比能量低；重量比能量低；使用壽命短等缺點。 根據對失效的電動車用鉛酸蓄電池的解剖情況來看，有相當一部分電池失效的原 因是電池正極活性物質軟化，正極鉛粉脫落到電解液中，電池形成內部短路，使電池失去容 量，造成電池失效。 電動自行車電池的使用條件是重負荷、深循環，在這種條件下，電池正極板柵的腐 蝕較其他部分嚴重，正極板柵在遭受腐蝕時會發生變形，板柵的尺寸線性增大。因腐蝕的最 終產物Pb02的分子體積大約為鉛體積的1. 4倍，再加上腐蝕產物Pb02薄膜具有一定的孔 隙，這樣腐蝕產物的體積比鉛合金體積大得多，使板柵金屬處於應力狀態下，板柵逐漸發生 蠕變而線性長大，是造成電池正極活性物質容易軟化脫落的一個重要因素。
正極板在製造時，鉛膏填滿在板柵的小格中，經過壓制、固化、化成後，正極活性物 質比較牢固地固定在板柵小格中，這時Pb02顆粒之間以及Pb02與板柵之間，都有著良好的 接觸和結合力。但是正極板柵在循環過程中受到腐蝕而尺寸長大，使板柵的每個小格子的 容積增加，給正極活性物質的膨脹創造了條件。 電池放電時，正極活性物質Pb02轉化為PbS04，由於PbS04的比容比Pb02大所以 整個正極板物質體積要增加，如果容納活性物質的板柵小格子容積不變，則PbS04的形成 只能使極板的孔隙率降低，表觀體積不會變化。但是在板柵變形長大時，整個正極的體積 也會增長，正極膨脹，在電池充電時PbS04又轉化為Pb02，這樣孔隙率隨著循環次數的增加 而增加，正極發生了嚴重膨脹，孔隙率過分增加，正極活性物質與板柵之間的結合力以及活 性物質顆粒之間的結合力降低，電接觸被破壞。並且深循環使用的電池，充電時間長，正極 活性物質受到充電時存在的析氧衝擊嚴重，活性物質密度下降，最後軟化脫落，導致電池失 效。所以，提高正極板柵的抗長大和抗蠕變能力是提高電池壽命的一種有效方法。
碳纖維除具有一般碳材料的各種優良性能外，還具有相當高的比強度和比模量， 力學性能優異，在有機溶劑、酸、鹼中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，併兼備紡織纖維的柔軟可 加工性，是新一代增強材料。根據不同用途碳纖維有多種類型，例如其中含碳量高於99%的 稱石墨纖維，具有較好的導電性能。而炭纖維則具有較高的比強度和比模量，其與相應的基 體(粘結劑)材料混合，可用於橋梁、房屋等的加固，或者與相應基體(粘結劑)材料和石 墨纖維混合可製成高強度導電材料。
發明內容
本發明目的是提供一種結構強度高、尺寸穩定性好、板柵抗蠕變性能優異的鉛酸 蓄電池正極板，能夠大大提高鉛酸蓄電池的使用壽命。 本發明的技術方案是一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵，其特徵在於所述正 極板柵表面塗復有由碳纖維與相應基體的混合物製成的碳纖維複合基層，而在該碳纖維復 合基層上再塗復有由鉛膏製成的正極活性物質。 本發明中，所述碳纖維複合基層進一步是由組分為炭纖維、石墨纖維、各項異性 石墨、羧甲基纖維素、聚四氟乙烯的混合物製成膏漿塗復於正極板柵表面後再經烘乾、固化 製成。 本發明中，所述碳纖維複合基層進一步是由組分重量百分比為炭纖維10 40%、石墨纖維10 40%、各項異性石墨10 40%、羧甲基纖維素5 20%、聚四氟乙烯 10 30%的混合物製成膏漿塗復於正極板柵表面後再經烘乾、固化製成。
本發明中，對於上述混合物的組分重量百分比進一步限定如下炭纖維25 35%、石墨纖維15 20%、各項異性石墨15 20%、羧甲基纖維素5 10%、聚四氟乙烯 10 15%。 本發明中，對於上述混合物的組分重量百分比優選的方案如下炭纖維35%、石 墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素10%、聚四氟乙烯15%。
本發明中，上述混合物的總重量進一步佔正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 0009 0. 005%。 本發明中，上述混合物塗復於正極板柵表面後進行烘乾的溫度優選20 5(TC，而 烘乾的時間則為0. 5 2小時。 本發明中所述正極板鉛膏配方為公知技術，本發明對其組分及配比均參照現有技 術，而不作任何限定。 本發明中所述由鉛膏製成的正極活性物質同現有技術一樣填充並充滿正極板柵 的柵格。 本發明的所述碳纖維複合基層中選取的兩種碳纖維分別具有不同的功能其中所 述炭纖維使得基層具備高比模量和高強度，而所述石墨纖維則使基層具備導電性能。
本發明的所述碳纖維複合基層中，作為碳纖維基體的羧甲基纖維素、聚四氟乙烯 均為現有技術中常見的粘結劑。
本發明的優點是 1.本發明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由於在正極板柵表面塗復了具備高強度 和高強承載能力的碳纖維複合基層，從而大大增強了正極板柵的結構強度和尺寸穩定性。
2.本發明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由於碳纖維複合基層中的各組分均不參 與電池的電化學反應，故在電池的整個充放電循環過程中，碳纖維複合基層的性質不會發 生變化，從而使得其對於正極板的增強作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進行，本發 明依舊能夠保證正極板的結構強度不變。 3、本發明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由於碳纖維複合基層在電池充放的過程 中能夠確保正極板柵的結構強度不變，故大大提高了正極板柵的抗蠕變能力，延緩了正極板柵長大的進程，使正極板表面的正極活性物質與正極板柵小格之間的結合力不會受到破壞，防止了正極板表面的正極活性物質脫落而導致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。 4、本發明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由於塗復的碳纖維複合基層大大增強了正極板的結構強度和尺寸穩定性，故減少了正極板表面的正極活性物質在充放電過程中發生膨脹的機會，提高了正極活性物質之間的結合力，使正極活性物質不易形成軟化；因此大大減緩了正極板表面的正極活性物質會隨著電池充放電循環的進行而軟化脫落的進程，進一步提高了電池的使用壽命。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明的結構示意圖。
其中1、正極板柵；2、碳纖維複合基層；3、正極活性物質。
具體實施例方式
實施例結合圖1所示，本實施例所提供的這種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵l，該正極板柵1表面塗復有由碳纖維與相應基體的混合物製成的碳纖維複合基層2，而在該碳纖維複合基層2上再塗復有由鉛膏製成的正極活性物質3，且所述正極活性物質3同現有技術一樣填充並充滿正極板柵1的柵格。本實施例中所述碳纖維複合基層2是將組分重量百分比為炭纖維35%、石墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素12%、聚四氟乙烯15%的混合物製成膏漿塗復於正極板柵1表面後再經烘乾、固化製成。且本實施例中上述混合物的總重量佔正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 002%。 本實施例中採用的炭纖維和石墨纖維均為強度2000MPa、模量250GPa的商業化炭
纖維和石墨纖維。 本實施例中對於烘乾的溫度優選35°C ，而烘乾的時間則為1小時。
本發明所述的這種鉛酸蓄電池正極板其優點如下 由於在正極板柵表面塗復了具備高強度和高強承載能力的碳纖維複合基層，從而大大增強了正極板柵的結構強度和尺寸穩定性。 由於碳纖維複合基層中的各組分均不參與電池的電化學反應，故在電池的整個充放電循環過程中，碳纖維複合基層的性質不會發生變化，從而使得其對於正極板的增強作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進行，本發明依舊能夠保證正極板的結構強度不變。
由於碳纖維複合基層在電池充放的過程中能夠確保正極板柵的結構強度不變，故大大提高了正極板柵的抗蠕變能力，延緩了正極板柵長大的進程，使正極板表面的正極活性物質與正極板柵小格之間的結合力不會受到破壞，防止了正極板表面的正極活性物質脫落而導致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。 由於塗復的碳纖維複合基層大大增強了正極板的結構強度和尺寸穩定性，故減少了正極板表面的正極活性物質在充放電過程中發生膨脹的機會，提高了正極活性物質之間的結合力，使正極活性物質不易形成軟化；因此大大減緩了正極板表面的正極活性物質會隨著電池充放電循環的進行而軟化脫落的進程，進一步提高了電池的使用壽命。
權利要求
一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵(1)，其特徵在於所述正極板柵(1)表面塗復有由碳纖維與相應基體的混合物製成的碳纖維複合基層(2)，而在該碳纖維複合基層(2)上再塗復有由鉛膏製成的正極活性物質(3)。
2. 根據權利要求l所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述碳纖維複合基層(2)是 由組分為炭纖維、石墨纖維、各項異性石墨、羧甲基纖維素、聚四氟乙烯的混合物製成膏漿 塗復於正極板柵(1)表面後再經烘乾、固化製成。
3. 根據權利要求2所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述碳纖維複合基層(2)是 由組分重量百分比為炭纖維10 40%、石墨纖維10 40%、各項異性石墨10 40%、 羧甲基纖維素5 20%、聚四氟乙烯10 30%的混合物製成膏漿塗復於正極板柵(1)表 面後再經烘乾、固化製成。
4. 根據權利要求3所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述混合物組分重量百分比 進一步為炭纖維25 35%、石墨纖維15 20%、各項異性石墨15 20%、羧甲基纖維素 5 10%、聚四氟乙烯10 15%。
5. 根據權利要求4所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述混合物組分重量百分 比優選炭纖維35%、石墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素10%、聚四氟乙烯 15%。
6. 根據權利要求2或3或4或5所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述混合物的 總重量佔正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 0009 0. 005%。
7. 根據權利要求2或3或4或5所述的鉛酸蓄電池正極板，其特徵在於所述烘乾的溫 度優選20 5(TC，而烘乾的時間則為0. 5 2小時。
全文摘要
本發明公開了一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵，其特徵在於所述正極板柵表面塗覆有由碳纖維與相應基體的混合物製成的碳纖維複合基層，而在該碳纖維複合基層上再塗覆有由鉛膏製成的正極活性物質。本發明由於在正極板柵上塗覆了具備高強度和高強承載能力的碳纖維複合基層，故增強了正極板的結構強度、尺寸穩定性以及正極板柵的抗蠕變性能，從而大大延長了鉛酸蓄電池的使用壽命。
文檔編號H01M4/14GK101707250SQ200910221248
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月4日 優先權日2009年11月4日
發明者孟波, 張娟, 柳穎, 鄭軍偉, 高建峰 申請人:蘇州大學