一种启停电池负极板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种启停电池负极板的制备方法，属于铅酸电池领域。所述电极的制备技术方案主要分为两部分：(1)添加剂的分步混合；(2)电池负极极板的制备方法。本发明专利技术启停电池负极板有效解决了碳基材料的“团聚”问题和极板的活性物质利用率的问题。一定程度上提高了电池的功率密度，更适用于启停工况下的大电流充放电。测试表明，电池在启停应用模式下的循环寿命达到61058圈。环寿命达到61058圈。环寿命达到61058圈。

【技术实现步骤摘要】
一种启停电池负极板的制备方法


[0001]本专利技术属于铅酸电池领域，特别涉及一种启停电池负极板的制备方法。

技术介绍

[0002]启停(Idle Start/stop，ISS)装置是微混车中最主要的运行系统之一。所谓的启停技术，就是在停车或者遇到红绿灯时内燃机关闭，此时汽车启动的动力需要电池来提供。此外，汽车在匀速行驶时，发动机在运转，除了维持汽车的正常的动力消耗外，还需要将多余的能量给电池频繁充电。当汽车停止运行时，电池还需要给汽车上其他用电设施，例如空调、车灯等供电。因此，电池是启停系统中发挥作用最核心的器件。但是，目前发现启停电池存在使用寿命短，动态充电接受能力低等短板，限制了启停系统的应用。
[0003]铅酸蓄电池因其具有循环稳定性高、安全、可回收以及成熟的工艺是目前二次电池市场中最受欢迎的电池之一。由于各种碳材料用于电池负极，铅炭电池成为启停电池的重要候选者之一。经过改进和优化碳基添加剂，铅酸电池性能的一些缺陷和不足得到改善。碳添加剂可以在活性物质内部构建导电网络，增加电极活性物质的导电性，促进Pb和PbSO4的转化。碳材料一般具有微孔、介孔和大孔不一的多级孔结构，其比表面积相对较高。较大的比表面积为PbSO4沉积提供额外的成核位点，降低“大块”PbSO4的聚集，一定程度上降低了硫酸盐化。碳基材料可以提供一个较高的比电容，其电子双电层可以接受瞬时大电流，为法拉第电化学反应提供足够的反应时间和离子扩散，均匀分布的大颗粒材料可以阻碍PbSO4颗粒形成致密的钝化层，即可以使PbSO4颗粒在负极板内外均匀分布。尽管碳添加剂的添加量通常限制在5％以下，但碳的体积明显较高。所以碳的性质非常重要，使得铅酸电池在HRPSoC条件下的循环寿命得到了极大的提高。
[0004]碳基添加剂一定程度上降低了电化学极化，促进了电化学反应的进行。同时由于碳基材料的引入也出现很多问题，由于碳材料具有较低的析氢过电位，其严重的析氢现象导致电解液的过早干涸。随着反应的进行，电极周围会因为伴随析氢而携带出来的酸雾，严重腐蚀电池周围器件。电极中活性物质铅和碳基材料的兼容性是目前需要解决的问题，碳材料对铅的亲和力较差，就会阻碍铅离子在碳材料表面的沉积。
[0005]中国专利CN105355912B公开了一种贴片式铅炭电池负极的制备方法，在碳片上负载了抑制析氢的金属铋材料。与铅酸电池相比，其性能得到了提升和优化。但是金属铋是一种非常微量的稀土金属元素，具有一定的放射性，对于未来电池的需求，其应用价值非常受限。中国专利CN113964306 A公开了一种析氢抑制剂材料，虽然用富氮剂来填充碳材料的一些结构缺陷，析氢性能得到抑制，但是同时掺杂的比例不能得到精准控制，碳材料添加剂的部分有益效果也被“取代”。所制备的复合碳材料添加剂与铅膏的实际结合程度并没有得到提升。
[0006]因此，上述研究思路仅仅抑制了碳基材料的部分缺陷，而且同时也降低了碳基添加剂的有益作用，因此铅炭电池的应用性能没有得到实质性的提高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于优化碳基复合添加剂的添加方式来抑制碳基材料的“团聚”和铅碳电极表面的硫酸盐化问题，同时通过减薄增加电极活性物质的利用率，提高电池在启停应用工况下的高功率密度和循环寿命，提供一种启停电池负极的制备方法。
[0008]技术方案：为了达到上述目的，本专利技术提出一种启停电池的制备方法，采用如下技术方案：
[0009]一种启停电池负极的制备方法，其特征在于，其步骤是：
[0010]A.向搅拌器内加入导电碳材料和碳基复合添加剂，搅拌混合均匀后形成混合物M，将混合物平均分成两等份，分别记为混合物M1和混合物M2；
[0011]B、向搅拌器内加入铅粉、硫酸钡、腐殖酸、短纤维、木质素磺酸钠和硫酸搅拌混合形成混合物N；所述铅粉、硫酸钡、腐殖酸、短纤维、木质素磺酸钠和硫酸的质量比为1:(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)；
[0012]C、将混合物M1与N搅拌混合之后形成混合物H1，然后将混合物M2加入混合物H1搅拌混合之后形成混合物H2，最后将混合物H2倒入容器中加入去离子水和酸性溶液搅拌混合制成均匀铅膏。
[0013]D、将成品板栅裁剪成所需的规格，用0.1mol L
‑1的硝酸溶液超声5min，最后用去离子水洗涤3次以上，直到洗涤液PH＝7为止，放入干燥箱中烘烤3h得到干净的铅合金板栅。
[0014]E、将步骤C制成的铅膏涂敷在步骤D处理过的铅合金板栅上，控制铅膏负载质量在一定范围内，置于固化室中按照固化规则固化得到启停电池负极极板。
[0015]所述导电碳材料为乙炔黑、碳纤维、碳黑、胶体石墨中的一种；所述碳基复合添加剂为PbO1‑
x
@RHAC(0≤x＜1)，添加量为铅膏总质量的0.5
‑
2％；所述导电碳材料与碳基复合添加剂总质量在铅膏中的占比不能超过5％。
[0016]更进一步的，所述的短纤维为聚丙烯腈纤维、聚酯纤维或聚丙烯纤维中的至少一种，纤维的直径为5μm
‑
20μm。
[0017]更进一步的，步骤B中所述硫酸的比重为1.41g/cm3；步骤C中所述酸性溶液比重为1.14g/cm3，所述酸性溶液为盐酸、硝酸、柠檬酸或硫酸溶液中的一种；步骤C中去离子水的的加入质量为铅膏总质量的10
‑
15％。
[0018]更进一步的，所述所有步骤的搅拌时间为10
‑
30min，搅拌速度为50
‑
300rpm。
[0019]更进一步的，所述铅膏的负载量为12
±
3g。
[0020]更进一步的，步骤E中所述固化规则为：
[0021]1)55℃，空气湿度为98％，恒温30h；
[0022]2)60℃，空气湿度为85％，恒温10h；
[0023]3)65℃，空气湿度为35％，恒温6h；
[0024]4)75℃，空气湿度为35％，恒温6h。
[0025]作为本专利技术更优的技术方案：按本专利技术的添加方式在启停工况下PbO1‑
x
@RHAC复合添加最佳铅碳质量比为1:2，并且最佳添加量为1.5％。
[0026]作为本专利技术更优的技术方案：启停电池负极铅膏的最佳负载量为12g。
[0027]本专利技术中PbO1‑
x
@RHAC复合添加剂的制备方法为：向烧杯中加入748ml 0.1mol L
‑1醋酸铅超声30min后，加入10g活性碳溶于水中然后搅拌，最后缓慢加入2.1g柠檬酸。待混合
均匀，放入马弗炉中以110℃恒温干燥800min，待水分挥发至呈凝胶状取出。加入至管式炉中以500℃烧120min后自然冷却得到PbO1‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种启停电池负极板的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：A.向搅拌器内加入导电碳材料和碳基复合添加剂，搅拌混合均匀后形成混合物M，将混合物平均分成两等份，分别记为混合物M1和混合物M2；B、向搅拌器内加入铅粉、硫酸钡、腐殖酸、短纤维、木质素磺酸钠和硫酸搅拌混合形成混合物N；所述铅粉、硫酸钡、腐殖酸、短纤维、木质素磺酸钠和硫酸的质量比为1:(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)：(0.005
‑
0.04)；C、将混合物M1与N搅拌混合之后形成混合物H1，然后将混合物M2加入混合物H1搅拌混合之后形成混合物H2，最后将混合物H2倒入容器中加入去离子水和酸性溶液搅拌混合制成均匀铅膏；D、将成品板栅裁剪成所需规格，用0.1mol L
‑1的硝酸溶液超声5min，最后用去离子水洗涤3次以上，直到洗涤液pH＝7为止，放入干燥箱中烘烤3h得到干净的铅合金板栅；E、将步骤C制成的铅膏涂敷在步骤D处理过的铅合金板栅上，控制铅膏负载质量在一定范围内，置于固化室中固化得到启停电池负极极板；所述导电碳材料为乙炔黑、碳纤维、碳黑、胶体石墨中的一种；所述碳基复合添加剂为PbO1‑
x
@RHAC(0≤x＜1)，添加量为铅膏总质量的0.5
‑
2％；导电碳材料与碳基复合添加剂总质量在铅膏中的占比不能超过5％。2.根据权利要求1所述的启停电池负极板的制备方法，其特征在于，所述的短纤维为聚丙烯腈纤维、聚酯纤维或聚丙烯纤维中的至少一种，纤维的直径为5μm
‑
20μm。3.根据权利要求1所述的启停电池负极板的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海波，马文宇，林楠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：