铅炭电池负极板及其制备方法技术

本发明专利技术属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种铅炭电池负极板及其制备方法。铅炭电池负极板包括负板栅和铅炭负极活性物质，铅炭负极活性物质由如下原料制成：甲壳素多孔炭、炭黑、乙炔黑、氧化银、硫酸钡、粘结剂、木素、铅粉，还包括硫酸和水。本发明专利技术采用多种炭材料复合使用的方法，提高了炭材料在活性物质中的作用，增加了电池的容量和大电流充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
铅炭电池负极板及其制备方法
本专利技术属于铅酸蓄电池
，具体涉及一种铅炭电池负极板及其制备方法。
技术介绍
随着物流产业的迅猛发展以及特殊用途动力的现实需求，传统叉车用铅酸蓄电池现有的充放电速度无法满足客户的需求，同时快速充电容易造成电池长期欠充电，造成负极的不可逆硫酸盐化，进一步降低电池的使用寿命。经过前期论证，电位在极板上面的不均匀分布是造成电池充电速度低的重要原因，电位分布的不均匀除了与板栅结构设计有关外，与极板不同部位活性物质的电阻分布有关。此外，电极在电流放电时，负极为导电性能较好的海绵状铅氧化成导电性差的硫酸铅，造成放电性能变差，特别是大电流放电时，硫酸铅只在表面生成，阻碍硫酸的扩散，降低活性物质利用率。而在充电时，极板内部几乎全是不导电的硫酸铅，电极导电性差，充电电流的利用率低，造成电池的大电流充电接受能力下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铅炭电池负极板，充电速度快、负极硫酸盐化缓慢；本专利技术同时提供了铅炭电池负极板的制备方法，科学合理、简单易行。本专利技术所述的铅炭电池负极板，包括负板栅和铅炭负极活性物质，铅炭负极活性物质由如下重量百分数的原料制成：还包括硫酸和水，以甲壳素多孔炭、炭黑、乙炔黑、氧化银、硫酸钡、粘结剂、木素和铅粉的总质量为100％计，铅粉、硫酸和水的重量比为1000:60-90:100-150。所述的甲壳素多孔炭的制备方法是将甲壳素粉末平铺在坩埚中，厚度不大于3mm，在马弗炉中加热6-10h，温度为150-300℃，加热完成后直接将粉末在10s时间内放入-30℃的低温箱中，冷却15min，之后依次放入无水乙醇或丙酮溶液中8h、50％的硫酸溶液8h和蒸馏水中12h，干燥后在行星球磨机，使用玛瑙球进行研磨，研磨速度为1000转/min，最后过100目筛备用。甲壳素来源广泛，成本低，性能稳定；甲壳素高温处理后，进行迅速降温，快速表面收缩改变了表面的微观结构，造成多孔；使用玛瑙球在球磨机中高速旋转，不但改变颗粒尺寸，同时改性炭材料表面结构状态。将甲壳素多孔炭材料与颗粒团聚型炭黑复合使用，发挥多孔炭材料的高比表面积和颗粒团聚型炭材料的优势，同时在结构上相互补充，微孔填充，提高电极的导电性；铅炭负极组分中总炭含量为0.8％-3.9％之间，可以使炭材料通过隧道效应构建导电通路，提高电极的导电性。所述的炭黑为颗粒团聚型炭黑，优选美国卡波特公司PBX135。所述的粘结剂为聚四氟乙烯乳液(60％)。所述的硫酸的密度为1.4g/ml。所述的负板栅为铅钙锡铝合金板栅。本专利技术所述的铅炭电池负极板的制备方法，步骤如下：(1)首先将甲壳素多孔炭、炭黑和氧化银混合后加入水中，在高速分散机上进行搅拌；(2)将铅粉加入真空和膏机中，然后加入步骤(1)制备的材料，搅拌后再加入粘结剂；(3)将木素、乙炔黑和硫酸钡加入真空和膏机内，搅拌；(4)再将硫酸均匀淋入和膏机内，继续搅拌，停机后得到膏体；(5)将膏体在负板栅上进行涂填，经固化和干燥，得到铅炭电池负极板。步骤(1)中所述的搅拌速度大于2000转/min，搅拌时间不低于30min。步骤(2)中所述的搅拌时间为3-5min。步骤(5)中所述的涂填时间为30-50min。本专利技术分析了炭材料在电极中渗透理论，隧道效应，结合炭材料在电极中的导电机理，以来源广泛的甲壳素为原料，制备特殊炭材料，并与其他颗粒团聚型炭材料(PBX135炭黑)复合使用，不但可以提高电极的电导性，同时可阻止硫酸铅晶体在使用过程中的长大，其中引入炭材料的特殊多孔结构，可增加炭材料与铅活性物质的接触面积，提高电极的电导率，电位分布均匀性，提高充电速度。因此本专利技术从炭材料的制备，不同类型炭材料的复合等方面进行了大量对比研究和试验，最终确定了解决方案。本专利技术负极活性物质采用甲壳素制备多孔炭材料，与团聚颗粒型炭材料复合使用制造铅炭负极板，其充放电速度快、放电电位分布均匀，可有效抑制部分荷电状态下的负极硫酸盐化。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)采用多种炭材料复合使用的方法，提高了炭材料在活性物质中的作用，增加了电池的容量和大电流充放电性能；(2)使用甲壳素为原料制备炭材料，来源丰富，多孔结构，高导电性，高亲水性，利于和铅膏的均匀混合和分散。(3)多孔型和颗粒团聚型炭材料(PBX135)复合使用，弥补了单一类型炭材料的不足。附图说明图1是实施例1的甲壳素多孔炭微观结构图。图2是实施例1的甲壳素多孔炭与活性物质的结合示意图。图3是实施例1的负极板1C充电时的负极电位变化图。图4是实施例1的负极板组装铅炭电池恒压限流充电时的电流变化图。图5是实施例2的负极板组装铅炭电池恒压限流充电时的电流变化图。图6是实施例3的负极板组装铅炭电池恒压限流充电时的电流变化图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1甲壳素多孔炭制备方法：以甲壳素粉末为原料，平铺在陶瓷坩埚中，粉料平铺厚度为2mm，在马弗炉中加热6h，温度为200℃，加热完成后将粉末在10s时间内放入-30℃的低温箱中，迅速冷却15min，之后依次放入无水乙醇溶液中8h，50％的硫酸溶液8h和蒸馏水中12h，干燥后在行星球磨机中，使用玛瑙球进行研磨，研磨速度为1000转/min，最后过100目筛备用，微观结构图见图1。之后，进行制备铅炭电池负极板，方法如下：铅炭负极活性物质由如下重量百分数的原料制成：还包括硫酸和水，以甲壳素多孔炭、炭黑、乙炔黑、氧化银、硫酸钡、粘结剂、木素和铅粉的总质量为100％计，铅粉、硫酸和水的重量比为1000:65:100，其中硫酸密度为1.4g/ml。(1)首先将甲壳素多孔炭、PBX135炭黑和氧化银混合后加入蒸馏水中，在高速分散机上进行搅拌；搅拌速度2000转/min，时间30min；(2)将铅粉加入真空和膏机中，然后加入步骤(1)制备的材料，搅拌3min，再加入粘结剂聚四氟乙烯乳液，继续搅拌；(3)将木素、乙炔黑和硫酸钡加入真空和膏机内，搅拌；(4)再将硫酸溶液均匀淋入和膏机内，继续搅拌，停机后得到膏体；(5)将膏体在30min内完成在铅钙锡铝合金板栅上的涂填，经固化和干燥，得到铅炭电池负极板，活性物质与炭材料的结合情况见图2。将制备好的铅炭电池负极板(样品电池)与传统铅酸电池正极板组装2V10Ah铅炭电池，与参比铅酸电池共同进行以下性能测试：(1)1C恒流充电，测量充电过程中的负极电位变化，试验对比结果见图3，从图中可以发现铅炭负极电位负移较慢，使充电时电池电压升高较慢，从而提高电池的充电接受能力。(2)2C的恒流限压充电50min，记录充电过程中的电流变化，试验的对比结果见图4，从图中发现样品电池2C持续时间长，可在20min内充入66.7％的电量，参比铅酸电池20min充入51％的电量。(3)电池在30％-80％荷电状态下进行寿命测试，其中充电以0.125C恒流4h进行，放电为0.1C，5h，循环500次后，电池充足电，分析负极活性物质内部硫酸铅含量，分析结果见表1。表1部分荷电寿命循环500次后负极硫酸铅含量电池型号参比铅酸电池样品电池硫酸铅含量35.2％28.1％实施例2甲壳素多孔炭制备方法：以甲壳素粉末为原料，平铺在陶瓷坩埚中，粉料平铺厚度为2mm，在马弗炉中加热8h，温度为25本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅炭电池负极板，包括负板栅和铅炭负极活性物质，其特征在于铅炭负极活性物质由如下重量百分数的原料制成：

【技术特征摘要】
1.一种铅炭电池负极板，包括负板栅和铅炭负极活性物质，其特征在于铅炭负极活性物质由如下重量百分数的原料制成：还包括硫酸和水，以甲壳素多孔炭、炭黑、乙炔黑、氧化银、硫酸钡、粘结剂、木素和铅粉的总质量为100％计，铅粉、硫酸和水的重量比为1000:60-90:100-150。2.根据权利要求1所述的铅炭电池负极板，其特征在于所述的甲壳素多孔炭的制备方法是将甲壳素粉末平铺在坩埚中，厚度不大于3mm，在马弗炉中加热6-10h，温度为150-300℃，加热完成后直接将粉末在10s时间内放入-30℃的低温箱中，冷却15min，之后依次放入无水乙醇或丙酮溶液中8h、50％的硫酸溶液8h和蒸馏水中12h，干燥后在行星球磨机，使用玛瑙球进行研磨，研磨速度为1000转/min，最后过100目筛备用。3.根据权利要求1所述的铅炭电池负极板，其特征在于所述的炭黑为颗粒团聚型炭黑。4.根据权利要求1所述的铅炭电池负极板，其特征在于所述的粘结剂为聚四氟乙烯乳液。5.根据权利要求1所述的铅炭电池负极板...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐胜群，陈龙霞，吴涛，战祥连，张杰，王玉莹，李敏，崔琳，马玉竹，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37