(M=Co、Cr、Ni、Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，具體涉及NaMO2 (M=Co、Cr、N1、Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池是目前應(yīng)用最廣的一類電池，其擁有悠久的發(fā)展歷史。盡管當(dāng)今各種電池新技術(shù)在不斷發(fā)展，鉛酸蓄電池依然憑借其優(yōu)良的性價(jià)比、穩(wěn)定的電化學(xué)性能、成熟的生產(chǎn)工藝及其廢舊產(chǎn)品較高的回收利用等優(yōu)點(diǎn)在二次電池市場(chǎng)中占據(jù)首位。
[0003]鉛酸電池極板由柵格狀的板柵經(jīng)涂膏、壓板、固化后制成，正極板柵的成份一般為Pb-Ca-Sn-Al合金，正極和膏的原料一般由PbO、H2SO4、石墨粉、導(dǎo)電炭黑等添加劑組成。負(fù)極板柵的成份一般為Pb-Ca-Sn-Al合金，負(fù)極和膏的原料一般由Pb粉、BaS04、H2S04、木質(zhì)素磺酸鈉等添加劑組成，電解液一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%的H2SO4,隔板一般為玻璃纖維。
[0004]鉛作為一種高毒性的重金屬，可引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，電解液硫酸也可引起環(huán)境的污染，同時(shí)還會(huì)引起對(duì)設(shè)備的腐蝕。因此，從環(huán)保的角度出發(fā)，減少鉛酸蓄電池中鉛和硫酸用量具有重要意義。
[0005]鈉離子電池因其成本低廉(鈉的價(jià)格約為鋰價(jià)格的1/20)越來(lái)越受到世界各國(guó)專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0006]鈉離子電池正極材料一般為可嵌過(guò)渡金屬層狀化合物，如NaCo02、NaCrO2, NaFeO2等；負(fù)極材料一般為碳或鈦材料，包括軟碳、硬碳、石墨或Na2Ti3O7等，電解液主要由有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鈉鹽及功能性添加劑構(gòu)成。
[0007]鈉離子電池電解液主要為有機(jī)溶劑，從環(huán)保和安全角度考慮，應(yīng)用水系電解液代替有機(jī)電解液具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種NaMO2 (M=Co,Cr,Ni,Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池，以泡沫鋁、泡沫鎳或泡沫銅為集流體，以NaMO2 (M=Co, Cr、N1、Mn或Fe)為電池正極活性物質(zhì)，分析純PbSO4S電池負(fù)極活性物質(zhì)，PTFE為粘結(jié)劑，石墨和乙炔黑為導(dǎo)電劑，制成正極板、負(fù)極板，可以顯著降低鉛酸蓄電池中鉛的使用量，以中性的Na2SO4R替硫酸為電解液，避免硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)環(huán)境污染，組裝成無(wú)酸鉛鈉二次電池，可以提高電池的充放電性能，延長(zhǎng)電池壽命。同時(shí)提供了無(wú)酸鉛鈉二次電池的制備方法。
[0009]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
NaMO2 (M=Co, Cr、N1、Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池，
正極板的集流體采用泡沫鋁、或泡沫鎳、或泡沫銅，正極活性物質(zhì)采用NaMO2 (M=Co, Cr、N1、Mn或Fe)，粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用石墨；
負(fù)極板的集流體也采用泡沫鋁、或泡沫鎳、或泡沫銅，負(fù)極活性物質(zhì)采用PbSO4,粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用乙炔黑；
以Na2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板用隔板包裹排布組裝得NaMO2 (M=Co, Cr、N1、Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述NaMO2 (M=Co、Cr、N1、Mn或Fe):PTFE:石墨的質(zhì)量比為15:2:3或8:1:1 ;所述PbS04:PTFE:乙炔黑的質(zhì)量比為15:2:3或8:1:1。
[0011]本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述正、負(fù)極板涂膏量為10?100 mg.cnT2。
[0012]NaMO2 (M=Co, Cr、N1、Mn或Fe)無(wú)酸鉛鈉二次電池的制備方法，
按質(zhì)量比為15:2:3或8:1:1取NaMO2(M=Co、Cr、N1、Mn或Fe)、PTFE、石墨混合研磨均勻，加入無(wú)水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在泡沫鋁、或泡沫鎳、或泡沫銅制成的集流體上，涂膏量為10?100 mg.cm_2，然后將涂布好的正極板在100°C的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后對(duì)其施加10 Mpa壓力將其壓平，即得正極板；
按質(zhì)量比為15:2:3或8:1:1取PbS04、PTFE、乙炔黑混合研磨均勻，加入無(wú)水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在泡沫鋁、或泡沫鎳、或泡沫銅制成的集流體上，涂膏量為10?100mg.cnT2，然后將涂布好的負(fù)極板在100°C的真空干燥箱中保持24 h烘干，烘干后對(duì)其施加10 Mpa壓力將其壓平，即得負(fù)極板；
以Na2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板用隔板包裹排布組裝得無(wú)酸鉛鈉二次電池。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明電池體系以鈉離子材料NaMO2 (M=Co、Cr、N1、Mn或Fe)為正極活性材料，以鉛酸電池材料PbSO4為負(fù)極活性材料，降低了電池中鉛的使用量，同時(shí)鈉的價(jià)格低廉，降低了整只電池的制造成本；以泡沫鋁、泡沫鎳或泡沫銅代替板柵Pb-Ca-Sn-Al合金，降低了鉛酸蓄電池中鉛的使用量，且具有較好的循環(huán)壽命；以中性的Na2SO4代替硫酸作為電解液，可以避免硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)環(huán)境的污染，降低鈉離子電池有機(jī)電解液使用過(guò)程中的不安全因素。
[0014](2)現(xiàn)有鉛酸蓄電池的放電比能量不高于40 ffh*kg-l ;鈉電池還處于研發(fā)階段，其放電循環(huán)性能很差，首次可達(dá)200~300Wh*kg-l，10次循環(huán)后就會(huì)下降到80~90 Wh*kg_l，而本發(fā)明I C倍率下，放電比能量不低于100 Wh*kg-1，為現(xiàn)有鉛酸蓄電池放電比能量的2.5倍，深循環(huán)壽命不低于500次。
[0015](3)正極活性物質(zhì)NaMO2 (M=Co、Cr、N1、Mn或Fe)與粘結(jié)劑PTFE、導(dǎo)電劑石墨的質(zhì)量比，負(fù)極板活性物質(zhì)？&504與粘結(jié)劑PTFE、導(dǎo)電劑乙炔黑的質(zhì)量比均增加至15:2:3或8:1:1，常規(guī)鈉電池集流體(板柵)采用鋁箔，厚度10微米左右，只能涂很薄的一層活性材料，約2 mg.cnT2，而本發(fā)明采用泡沫鋁、泡沫鎳或泡沫銅作為板柵，單位面積集流體上膏的量提高至10?100 mg.cm_2，提高活性材料的用量，可以提高電池的放電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
取10 g NaCoO2為電池正極活性物質(zhì)，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑石墨按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨一定時(shí)間，加入適量無(wú)水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體泡沫镲上，涂膏量為50 mg.cnT2，將涂布