專(zhuān)利名稱(chēng)：超級(jí)電池極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電池極板，屬于化學(xué)電源中的超級(jí)電池的制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池是在1859年由普蘭特(G. Plante)發(fā)明的，已經(jīng)歷了近150多年的發(fā)展歷程，鉛酸蓄電池在理論研究方面，在產(chǎn)品種類(lèi)及品種、產(chǎn)品電氣性能等方面都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。鉛酸電池具有技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、安全性高等傳統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)，在交通、通信、 電力、軍事還是在航海、航空各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，鉛酸蓄電池都得到了廣泛應(yīng)用。但鉛酸電池在功率性能與循環(huán)性能方面與鎳-鎘電池、鎳-氫電池、鋰離子電池等新型電池仍存在一定差距，其循環(huán)壽命一般只有300 500次，普通鉛酸電池最大只能以IC 2C放電，在新興的電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域已不能滿足使用要求。超級(jí)電池是近年來(lái)結(jié)合鉛酸電池與超級(jí)電容器兩者技術(shù)優(yōu)勢(shì)發(fā)展起來(lái)的一種新型電源產(chǎn)品。它將超級(jí)電容器與鉛酸電池在電池的內(nèi)部并聯(lián)使用，將雙電層電容器的高比功率、長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)融合到鉛酸電池中，并保持鉛酸電池高比能量，低成本的優(yōu)點(diǎn)。超級(jí)電池在電動(dòng)自行車(chē)和蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)電源中具有極好的應(yīng)用前景。由于超級(jí)電池開(kāi)發(fā)的時(shí)間較短，目前的技術(shù)還不夠成熟，在實(shí)際應(yīng)用的中性能還沒(méi)有達(dá)到較理想的狀態(tài)。CN101123139公開(kāi)了一種超級(jí)蓄電池用雙性極板，它包括雙性正極板和雙性負(fù)極板，該雙性極板本身具有電池性與電容性，既可作為非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器的電極，又能作為電池的極板，這種雙性正極板和雙性負(fù)極板經(jīng)組裝后成為一種高效率蓄電池。使用雙性極板制作的超級(jí)蓄電池其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的蓄電池。在大電流放電性能上，超級(jí)蓄電池可以5C放電；在壽命方面超級(jí)蓄電池壽命2年以上。該發(fā)明的超級(jí)電池極板使用壽命偏短，同時(shí)其極板中加入了一定的含有銣、錫、銀等價(jià)格較高的金屬材料，成本較高。CN101556997公開(kāi)了一種超級(jí)電池極板，包括正極板和負(fù)極板，所述的正極板原料由鉛粉、碳纖維、碳材料、短纖維和硫酸溶液組成，所述的負(fù)極板原料由鉛粉、PTFE、硫酸鋇、 腐植酸、木素磺酸鈉、碳纖維、碳材料、短纖維和稀硫酸組成，由該發(fā)明極板制成的超級(jí)電池具有高比功率和比能量，脈沖大電流充放電壽命長(zhǎng)，低溫大電流放電比普通電池較好。但其主要應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域，在電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域使用壽命與大電流性能仍顯不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較長(zhǎng)使用壽命與較高功率性能并且成本較低的超級(jí)電池極板。本發(fā)明的技術(shù)方案是超級(jí)電池極板，包括正負(fù)極板柵和正負(fù)極活性物質(zhì)，其改進(jìn)之處是負(fù)極活性物質(zhì)中加入質(zhì)量百分比為0. 1% 20%的高比表面積活性炭和質(zhì)量百分比為0. 1% 10%的丁苯膠乳，正極活性物質(zhì)中加入質(zhì)量百分比為0. 1% 20%的高比表面積活性炭和質(zhì)量百分比為0. 1% 10%的丁苯膠乳或羥基丁苯膠乳，所述正負(fù)極板柵表面有鍍銀層。所述高比表面積活性炭的平均粒徑為1 10 μ m，比表面積為1500 2000 Ilf /g ； 所述鍍銀層為化學(xué)鍍銀層，鍍銀層厚度為0. 01 5 μ m ；所述丁苯膠乳和羥基丁苯膠乳為質(zhì)量百分比濃度50%的水溶液，粘度為100 500mPaS。本發(fā)明采用化學(xué)鍍銀法對(duì)超級(jí)電池極板進(jìn)行了鍍銀處理，鉛材質(zhì)板柵表面增加了 0.01 5μπι薄層金屬銀，增加了板柵的導(dǎo)電性，由于鍍層的金屬銀化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，提高了板柵耐腐蝕性能，延長(zhǎng)了使用壽命。同時(shí)化學(xué)鍍層的厚度較薄，極板所使用的銀質(zhì)量很少， 對(duì)極板增加的成本也很有限?；钚晕镔|(zhì)中加入高比表面積活性炭能有效提高極板的導(dǎo)電能力和功率性能。丁苯膠乳Styrene-butadiene rubber latex (SBR)是一種不飽禾口的經(jīng)類(lèi)高分子化合物，由丁二烯和苯乙烯共聚而成。丁苯膠乳在超級(jí)電池極板中與鍍銀板柵具有很好的結(jié)合力，使極板活性物質(zhì)緊密粘接在板柵表面，提高極板強(qiáng)度與韌性。丁苯膠乳是石油產(chǎn)業(yè)鏈中的一種下游產(chǎn)品，價(jià)格低廉可以降低超級(jí)電池產(chǎn)品成本。SBR的結(jié)構(gòu)中仍含有不飽和雙鍵，抗氧化性略差，丁苯膠乳更適用于負(fù)極極板。羥基丁苯膠乳在SBR產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中引入了羥基，提高了粘結(jié)劑的抗氧化性能和親水性能，使得丁苯膠乳在正極極板中使用性能穩(wěn)定， 同時(shí)極板活性物質(zhì)具有一定韌性。采用本發(fā)明超級(jí)電池極板組裝的超級(jí)電池產(chǎn)品具有大電流充放電性能好、使用壽命長(zhǎng)、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，滿足電動(dòng)汽車(chē)等新興動(dòng)力電源領(lǐng)域?qū)Ω咝阅艿统杀緝?chǔ)能產(chǎn)品的需求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
先將硝酸銀溶于去離子水中，配置成15g/L的硝酸銀溶液，邊攪拌邊慢慢加入濃氨水， 開(kāi)始生成褐色的氫氧化銀沉淀，繼續(xù)加入過(guò)量的氨水時(shí)形成無(wú)色透明的銀氨絡(luò)合物溶液Ag (NH3) 20H。按常規(guī)方法制作鉛酸電池板柵，正極采用鉛銻錫合金、負(fù)極采用鉛鈣合金，將板柵放入鍍池中，倒入銀氨絡(luò)合物溶液，同時(shí)配置0. 5mol/L甲醛還原劑溶液，倒入鍍池中，攪拌均勻。銀氨絡(luò)合離子與還原劑作用還原成銀沉積于基體材料上，不停的攪拌溶液使鍍層厚度均勻，并控制鍍層厚度為2 μ m。達(dá)到所需厚度后取出板柵，用去離子水清洗板柵并烘干稱(chēng)量IOOKg氧化度擬％鉛粉放入和膏機(jī)中，加入2Kg平均粒徑2μπι比表面積 1500m2/g的活性炭，石墨短纖維0. IKg,高純石墨lKg，開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入IOKg去離子水，然后加入0. 5Kg粘度IOOmPaS質(zhì)量百分比濃度50%的丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為1. 3g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5分鐘內(nèi)加完， 同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C，加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得正極鉛膏。將和好的正極鉛膏涂布到正極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為60°C，濕度9896，固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池正極極板。稱(chēng)量IOOKg氧化度78%鉛粉放入和膏機(jī)中，加入20Kg平均粒徑10 μ m比表面積 1800m2/g的活性炭，石墨短纖維0. lKg，硫酸鋇0. 5Kg,高純石墨lKg，腐植酸0. lKg，木質(zhì)素磺酸鈉0. 2Kg,開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入5Kg去離子水，然后加入0. 2Kg
4粘度IOOmPaS質(zhì)量百分比濃度50%的丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為 1. 3 g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5分鐘內(nèi)加完，同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C， 加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得負(fù)極鉛膏。將和好的負(fù)極鉛膏涂布到負(fù)極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為50°C， 濕度9596，固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池負(fù)極極板。將制好的正負(fù)極極板用隔膜包覆并正負(fù)相間疊加，放入殼體內(nèi)組裝成超級(jí)電池， 注入密度為1. 26g/cm3硫酸進(jìn)行化成制得12V20Ah超級(jí)電池。將制成的超級(jí)電容器用張家港充放電測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品以5C放電，放電時(shí)間達(dá)8分鐘，以IOC放電，放電時(shí)間仍在3分鐘以上。參照QC/T 742-2006《電動(dòng)汽車(chē)用鉛酸蓄電池》測(cè)試方法，循環(huán)壽命達(dá)1160次。實(shí)施例二
先將硝酸銀溶于去離子水中，配置成10g/L的硝酸銀溶液，邊攪拌邊慢慢加入濃氨水， 開(kāi)始生成褐色的氫氧化銀沉淀，繼續(xù)加入過(guò)量的氨水時(shí)形成無(wú)色透明的銀氨絡(luò)合物溶液Ag (NH3) 20H。按常規(guī)方法制作鉛酸電池板柵，正極采用鉛銻錫合金、負(fù)極采用鉛鈣合金，將板柵放入鍍池中，倒入銀氨絡(luò)合物溶液，同時(shí)配置0. lmol/L葡萄糖溶液，倒入鍍池中，攪拌均勻。銀氨絡(luò)合離子與還原劑作用還原成銀沉積于基體材料上，不停的攪拌溶液使鍍層厚度均勻，并控制鍍層厚度為0. 5 μ m。達(dá)到所需厚度后取出板柵，用去離子水清洗板柵并烘干備用。稱(chēng)量IOOKg氧化度擬％鉛粉放入和膏機(jī)中，加入0. 5Kg平均粒徑5 μ m比表面積 1500m2/g的活性炭，石墨短纖維0. IKg,高純石墨0. 8Kg，開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入9. 5Kg去離子水，然后加入0. 2Kg粘度300mPaS質(zhì)量百分比濃度50%的羥基丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為1. 3 g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5 分鐘內(nèi)加完，同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C，加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得正極鉛膏。將和好的正極鉛膏涂布到正極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為60°C，濕度9896，、固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池正極極板。稱(chēng)量IOOKg氧化度78%鉛粉放入和膏機(jī)中，加入20Kg平均粒徑8 μ m比表面積 2000m2/g的活性炭，石墨短纖維0. IKg, PP短纖維0. lKg，硫酸鋇0. 3Kg,高純石墨lKg，腐植酸0. lKg，木質(zhì)素磺酸鈉0. Ig，開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入6Kg去離子水， 然后加入0. 5Kg粘度300mPaS質(zhì)量百分比50%的丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為1. 3 g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5分鐘內(nèi)加完，同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C，加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得負(fù)極鉛膏。將和好的負(fù)極鉛膏涂布到負(fù)極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為50°C，濕度9596，、固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池負(fù)極極板。將制好的正負(fù)極極板用隔膜包覆并正負(fù)相間疊加，放入殼體內(nèi)組裝成超級(jí)電池， 注入密度為1. ^g/cm3硫酸進(jìn)行化成制得12V50Ah超級(jí)電池。將制成的超級(jí)電容器用張家港充放電測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品以5C放電，放電時(shí)間達(dá)9. 5分鐘，以10C放電，放電時(shí)間仍在4分鐘以上。參照QC/T 742-2006《電動(dòng)汽車(chē)用鉛酸蓄電池》測(cè)試方法，循環(huán)壽命達(dá)1420次。
實(shí)施例三
先將硝酸銀溶于去離子水中，配置成10g/L的硝酸銀溶液，邊攪拌邊慢慢加入濃氨水， 開(kāi)始生成褐色的氫氧化銀沉淀，繼續(xù)加入過(guò)量的氨水時(shí)形成無(wú)色透明的銀氨絡(luò)合物溶液Ag (NH3) 20H。按常規(guī)方法制作鉛酸電池板柵，正極采用鉛銻錫合金、負(fù)極采用鉛鈣合金，將板柵放入鍍池中，倒入銀氨絡(luò)合物溶液，同時(shí)配置0. lmol/L酒石酸鉀鈉溶液，倒入鍍池中，攪拌均勻。銀氨絡(luò)合離子與還原劑作用還原成銀沉積于基體材料上，不停的攪拌溶液使鍍層厚度均勻，并控制鍍層厚度為0. 05 μ m。達(dá)到所需厚度后取出板柵，用去離子水清洗板柵并烘干備用。稱(chēng)量IOOKg氧化度擬％鉛粉放入和膏機(jī)中，加入0. 5Kg平均粒徑1 μ m比表面積 2000m2/g的活性炭，石墨短纖維0. IKg,高純石墨0. 8Kg，開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入IOKg去離子水，然后加入IKg粘度500mPaS質(zhì)量百分比濃度50%的羥基丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為1. 3 g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5分鐘內(nèi)加完，同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C，加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得正極鉛膏。將和好的正極鉛膏涂布到正極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為60°C，濕度9896，、固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池正極極板。稱(chēng)量IOOKg氧化度78%鉛粉放入和膏機(jī)中，加入15Kg平均粒徑1 μ m比表面積 1500m2/g的活性炭，石墨短纖維0. IKg, PP短纖維0. lKg，硫酸鋇0. 3Kg,高純石墨lKg，腐植酸0. lKg，木質(zhì)素磺酸鈉0. Ig，開(kāi)啟攪拌干態(tài)混合60分鐘。攪拌下逐步加入6Kg去離子水， 然后加入2Kg粘度500mPaS質(zhì)量百分比濃度50%的丁苯膠乳水溶液，攪拌30分鐘。最后緩慢加入密度為1. 3 g/cm3的硫酸10Kg，硫酸在3 5分鐘內(nèi)加完，同時(shí)通過(guò)水冷控制鉛膏溫度不超過(guò)55°C，加完酸后繼續(xù)攪拌10分鐘制得負(fù)極鉛膏。將和好的負(fù)極鉛膏涂布到負(fù)極板柵上，轉(zhuǎn)入固化房進(jìn)行固化，固化溫度為50 °C，濕度9596，固化完成后進(jìn)行干燥制得超級(jí)電池負(fù)極極板。將制好的正負(fù)極極板用隔膜包覆并正負(fù)相間疊加，放入殼體內(nèi)組裝成超級(jí)電池， 注入密度為1. ^g/cm3硫酸進(jìn)行化成制得12V50Ah超級(jí)電池。將制成的超級(jí)電容器用張家港充放電測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品以5C放電，放電時(shí)間達(dá)9分鐘，以IOC放電，放電時(shí)間仍在4分鐘以上。參照QC/T 742-2006《電動(dòng)汽車(chē)用鉛酸蓄電池》測(cè)試方法，循環(huán)壽命達(dá)1200次。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電池極板，包括正負(fù)極板柵和正負(fù)極活性物質(zhì)，其特征是負(fù)極活性物質(zhì)中加入質(zhì)量百分比為0. 1% 20%的高比表面積活性炭和質(zhì)量百分比為0. 1% 10%的丁苯膠乳，正極活性物質(zhì)中加入質(zhì)量百分比為0. 1% 20%的高比表面積活性炭和質(zhì)量百分比為 0. 1% 10%的丁苯膠乳或羥基丁苯膠乳，所述正負(fù)極板柵表面有鍍銀層。
2.按權(quán)利要求1所述的超級(jí)電池極板，其特征是所述高比表面積活性炭的平均粒徑為 1 10 μ m，比表面積為1500 2000 m2 /g。
3.按權(quán)利要求1所述的超級(jí)電池極板，其特征是所述鍍銀層為化學(xué)鍍銀層，鍍銀層厚度為0. 01 5μπι。
4.按權(quán)利要求1所述的超級(jí)電池極板，其特征是所述丁苯膠乳和羥基丁苯膠乳為質(zhì)量百分比濃度50%的水溶液，粘度為100 500mPaS。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型超級(jí)電池極板，采用化學(xué)鍍銀法對(duì)超級(jí)電池板柵進(jìn)行鍍銀處理，增加了板柵的導(dǎo)電性和耐腐蝕性能。同時(shí)在正負(fù)極活性物質(zhì)中加入了質(zhì)量比0.1%～20%的高比表面積活性炭和質(zhì)量比0.1～10%的丁苯膠乳或羥基丁苯膠乳，提高了極板的強(qiáng)度、韌性和高功率性能。用本發(fā)明超級(jí)電池極板組裝的超級(jí)電池產(chǎn)品大功率放電性能好、使用壽命長(zhǎng)、制作成本低廉，滿足電動(dòng)汽車(chē)等新興動(dòng)力電源領(lǐng)域?qū)Ω咝阅艿统杀緝?chǔ)能產(chǎn)品的需求。
文檔編號(hào)H01M4/02GK102157719SQ20111006601
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者凌付冬, 張華 , 蘇迎東, 許謙 申請(qǐng)人:南京雙登科技發(fā)展研究院有限公司