一種鉛-鋰雜交二次電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種二次電池。尤其是一種鉛-鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸蓄電池工藝成熟、高可靠性能、成本較低、原料豐富并95%可回收利用，是化 學(xué)電源中不可取代的一種非常成功的產(chǎn)品。但是由于它要用H 2SO4(作為電解液）與鉛（作 為電極材料），所以污染環(huán)境，同時能量密度低，過于笨重。
[0003] 鋰離子電池由于其容量大，壽命長，自放電少且綠色環(huán)保而受到青睞；但因其不可 過充電、溫度范圍窄，成本高，生產(chǎn)較復(fù)雜，特別是電液是易燃的有機(jī)溶劑，發(fā)生碰撞、沖擊， 電液泄漏會引起爆炸和燃燒，安全性差。
[0004] 所以現(xiàn)有二次電池仍需不斷的改進(jìn)和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述弊端，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種環(huán)保、安全、高 能的新型二次電池。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種鉛-鋰雜 交二次電池，其特征在于，該電池的外殼內(nèi)裝置Li 2SOyK溶液構(gòu)成的電解液、LiMn 204(尖晶 石型錳酸鋰）正極、pb/pbs〇4負(fù)極，正極與負(fù)極之間設(shè)置隔板。
[0006] 該電池是以鉛酸蓄電池負(fù)極一一pb/pbs〇4和鋰離子電池正極一一尖晶石材料混 成的無酸型可充式電池。
[0007] 其工作原理是：
[0008] 負(fù)極反應(yīng)：
[0009] 正極反應(yīng)：
[0010] 電池反應(yīng)：
[0011] 上述技術(shù)方案中，采用的鋰離子系列水系電解液與鉛蓄電池 H2SO4電解液性能相 近或相似。優(yōu)選地，所述電解液采用濃度為〇. 2~0. 5mol/L的Li2SO4水溶液（即每升水溶 液中含Li2SO^重量為26克~54. 969克）。負(fù)極用鉛毛制造，內(nèi)含PbSO 4粉體。隔板可采 用聚乙烯材料。外殼可采用ABS塑料。
[0012] 優(yōu)選地，所述電池包括電池槽殼，電池槽殼上表面裝置電池注液孔蓋和正負(fù)極柱， 電池槽殼內(nèi)裝置Li 2SOyK溶液構(gòu)成的電解液、LiMn 204正極板和pb/pbso 4負(fù)極板，正極板與 負(fù)極板用聚乙烯隔板分離。
[0013] 優(yōu)選地，所述正極板包括鉛板或鎳板或鋁板構(gòu)成的骨架，骨架上填涂粘結(jié)活性物 質(zhì)糊狀物；所述負(fù)極板包括鋪在板柵上的雙層鉛毛，雙層鉛毛之間添加 PbSO4粉末。
[0014] 所述活性物質(zhì)糊狀物的配方如：
[0015] 配方1 :按重量比：87% LiMn2O4UO^乙炔黑，采用3% PVDF作為粘結(jié)劑，用N-甲 基吡咯烷酮調(diào)和成漿糊。
[0016] 配方2 :按重量比：75% LiMn204、15%乙炔黑，采用1% CMC和9% PTFE作為粘結(jié) 劑，用乙醇調(diào)和成漿糊。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型將鉛酸蓄電池電解液H2SO4，鋰離子電池 電解液易燃的有機(jī)溶劑剔除，改用硫酸鋰水溶液，避免了對環(huán)境的污染和因碰撞、沖擊、泄 漏引起的爆炸和燃燒。大大地提高了鋰離子電池的安全性。而且硫酸鋰電解液有極好的電 化學(xué)特性。
[0018] 本實(shí)用新型能減少制造鉛酸蓄電池耗鉛量的50%，而且比原鉛酸蓄電池提高比能 量近3倍；壽命延長2-3倍；同時用金屬負(fù)極（鉛）代替鋰離子電池安全性差的金屬鋰，對 鋰離子電池負(fù)極合金化（金屬化）是一種推進(jìn)。
[0019] 下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0020] 圖1為鉛一鋰電池原理結(jié)構(gòu)示意圖，其中，10-正極，20-隔板，30-負(fù)極，40-電解 液；50-外殼；
[0021] 圖2為具體實(shí)施例鉛一鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1-電池注液孔蓋，2-正、負(fù)極柱， 3-電池槽殼，4-電解液（水劑），5-極板（正極板涂填在鉛泊上的LiMn 2O4，負(fù)極板為Pb/ PbSO4), 6-聚乙烯隔板；
[0022] 圖3為鉛一鋰電池伏安曲線圖（掃描速度5mvs_ J。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 參見圖2,反映本實(shí)用新型的一種具體結(jié)構(gòu)，所述鉛-鋰雜交二次電池的制造包括 如下步驟：
[0024] 第一步極板制造：
[0025] 1)正極板制造：
[0026] 配方1 :按重量比：87% LiMn2O4UO^乙炔黑，采用3% PVDF作為粘結(jié)劑，用N-甲 基吡咯烷酮調(diào)和成漿糊。
[0027] 配方2 :按重量比：75% LiMn204、15%乙炔黑，采用1 % CMC和9% PTFE作為粘結(jié) 劑，用乙醇調(diào)和成漿糊。
[0028] 將糊狀物涂在鉛板上或鎳板、鋁板上，最好方案是涂填在鉛板上，便于組裝（焊 接），本例中采用鉛板作為骨架，鉛板拋砂處理，增粗糙表面，有利活性物質(zhì)粘結(jié)，涂填完漿 糊料后，進(jìn)行輥壓，壓力為lOMpa，壓實(shí)活性物質(zhì)后干燥（干燥溫度120°C、干燥時間12h)。
[0029] 2)負(fù)極板制造：用鉛毛鋪在板柵上，添加 PbSO4粉末，再外層鋪一層鉛毛，便成負(fù) 極板。
[0030] 第二步：配制電解液：取54. 9gLi2S04溶于1升純水中，根據(jù)需要添加活性劑 (Na2SO 4或其他），即水系電解液。
[0031] 第三步：槽蓋制造：可根據(jù)電池極板的尺寸和組裝極板的多少定型電池整體尺寸 后開模壓制電池槽蓋。
[0032] 第四步：組裝電池：將正、負(fù)極板加外購的聚乙烯隔板組成電池極群（焊接）入 槽，加蓋進(jìn)行熱封，注入電液。即得所述鉛-鋰雜交二次電池。
[0033] 上述鉛一鋰電池電壓：參見附圖3-伏安曲線圖，從曲線分析：？13"^504氧化還原 反應(yīng)時對應(yīng)在一 0. 6~-0. 36V !LiMn2O4氧化還原反應(yīng)時對應(yīng)在0. 62~0. 86V或0. 78~ 1，也對應(yīng)著1^2304溶液中從LiMn 204來的Li +的嵌層/脫層反應(yīng)
[0034] 上述鉛一鋰電池的性能：電池充電最高電壓：1. 8V，比鉛酸蓄電池2. 4V低，壽命效 率（充/放電效率）100%，比鉛酸蓄電池85%高，充/放電可靠性高，循環(huán)壽命長，理論上 可達(dá)到10000次以上，Pb/PbS0 4的還原電位低于析氫電位，LiMn2O4的還原電位低于析氧電 位，原則上不析氫不析氧，這是本實(shí)用新型鉛一鋰電池?zé)o酸型可充式的特點(diǎn)。由于電池工作 電壓低，自放電很小，不可逆容量損失小，在110次循環(huán)后，電池容量衰減還小于1%。因此 容量保持性優(yōu)良，平均放電電壓為I. 3V，這是因?yàn)長i+的嵌層/脫層反應(yīng)從LiMn 204主體各 個不同部位進(jìn)/出Li+的結(jié)果。
[0035] 在I. 3V電位下電池的可逆容量128mAhg_1，放電電流為200mAg \當(dāng)充/放電電流 增大從 〇· 4、0· 6、0· 8、L 0、L 5、2. 0 至 3. 0Ag_1 時，電池容量會減少從 117. 5、114· 6、110· 9、 108. 8、97. 5、94. 6至78. 4Ag_ 1，這主要是PVPbSO4A低的氧化還原動力學(xué)，這是可充式鉛 酸蓄電池的關(guān)鍵所在。
[0036] 根據(jù) PVPbSO4容量 50%計(jì)算（88mAhg _1)，LiMn204(128mAhg_1)，電池的能密為 68whkg _ 1，比鉛酸電池高得多。
[0037] 由于PbSO4、LiMn2O4兩個電極即兩個半電池都以固相形式出現(xiàn)，要比Z n (鋅Zn/ LiMn2O4' Zn/NaxMn02)等組合電池好得多，例如Zn會溶解，所以PbS0 4、LiMn2O4是非常搭配合 理的鉛一鋰無酸型可充式電池（ARLBS)。
[0038] 綜上，本實(shí)用新型在電化學(xué)理論是成立的，在實(shí)際應(yīng)用上是可行的，而且吸收了鉛 酸蓄電池和鋰離子電池的各自優(yōu)點(diǎn)，免除了兩種電池的缺點(diǎn)。從實(shí)驗(yàn)的樣品測試證明各項(xiàng) 性能指標(biāo)都大大超過，達(dá)到了環(huán)保、安全、低耗、高能的要求，是一種很有發(fā)展前景的新型電 池。
[0039] 本實(shí)用新型描述的上述實(shí)現(xiàn)方式僅是為了清楚的說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而 不能理解為對本實(shí)用新型做出任何限制。本實(shí)用新型在本技術(shù)領(lǐng)域具有公知的多種替代或 者變形，在不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)意義的前提下，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鉛-鋰雜交二次電池，其特征在于，該電池的外殼內(nèi)裝置Li 2S04水溶液構(gòu)成的 電解液、LiMn2O4正極、pb/pbso 4負(fù)極，正極與負(fù)極之間設(shè)置隔板。2. 如權(quán)利要求1所述的一種鉛-鋰雜交二次電池，其特征在于，所述電池包括電池槽 殼，電池槽殼上表面裝置電池注液孔蓋和正負(fù)極柱，電池槽殼內(nèi)裝置Li 2SO4水溶液構(gòu)成的 電解液、LiMn2O4正極板和pb/pbso 4負(fù)極板，正極板與負(fù)極板用聚乙烯隔板分離。3. 如權(quán)利要求2所述的一種鉛-鋰雜交二次電池，其特征在于，所述正極板包括鉛板或 鎳板或鋁板構(gòu)成的骨架，骨架上填涂粘結(jié)活性物質(zhì)糊狀物；所述負(fù)極板包括鋪在板柵上的 雙層鉛毛，雙層鉛毛之間添加PbSO 4粉末。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種環(huán)保、安全、高能的鉛－鋰雜交二次電池，是由半鋰電池做正極和半鉛酸蓄電池做負(fù)極，采用水系電解液硫酸鋰結(jié)合成的新電池結(jié)構(gòu)體系。公開了該電池的正極板、負(fù)極板結(jié)構(gòu)，電解液的配制，槽蓋的定型構(gòu)造和電池的組裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型吸收了鉛酸蓄電池和鋰離子電池的各自優(yōu)點(diǎn)，免除了兩種電池存在的缺點(diǎn)。達(dá)到了環(huán)保、安全、低耗、高能、長壽命的要求。
【IPC分類】H01M10/36
【公開號】CN204834780
【申請?zhí)枴緾N201520622597
【發(fā)明人】黎福根, 李中奇, 白幫炎
【申請人】湖南豐日電源電氣股份有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月18日