[发明专利]一种正极添加TinO2n-1导电剂的铅酸电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学能源技术领域，具体涉及一种正极添加Ti_nO_2n-1导电剂的铅酸电池。在Ti_nO_2n-1导电剂中，10＞n＞3。这种Ti_nO_2n-1导电剂电导率高，在硫酸电解液中化学性质稳定，可有效提高铅酸电池正极板的电导率和二氧化铅活性物质的利用率。该Ti_nO_2n-1导电剂能提高铅酸电池的比能量、比功率和循环性能。

现有技术

电动汽车(包括纯电动车和混合电动车HEV)无污染、使用成本低且有望调谐电网系统夜间的谷电，成为目前的研究热点和未来交通工具的发展趋势。铅酸电池因其原料资源丰富、价格低廉、制备、维护工艺成熟和安全性好等特点，在电动车上有较好的应用前景，但目前其比能量低、循环寿命短的缺点制约了其在电动车上的应用。

铅酸电池正极活性物质PbO₂导电性较差，利用率低，需要在正极加入导电添加剂以提高铅酸电池的比能量。目前最常用的导电添加剂是石墨、炭黑等炭材料。这些炭材料导电率较高，但它们在硫酸中化学性质欠稳定，尤其在正极充电至较高电位时，炭材料会被氧化，产生二氧化碳造成导电剂流失，进而造成正极板活性物质疏松，掉粉、脱落等现象，导致电池寿命较差。

氧化亚钛又称为Magneli相氧化钛，是一系列分子式为Ti_nO_2n-1(一般10＞n＞4，当n＞10时电导率较差)材料的总称，该类材料一般为多种氧化亚钛的混合物。Magneli相氧化钛均具有很好的化学稳定性，在4M H₂SO₄溶液中能稳定存在数年。将氧化亚钛电极在硫酸中进行循环伏安实验，其析氧电位高达2.7V(相对于Ag/AgCl电极)，比石墨的析氧电位高出约0.8V。与二氧化钛相比，所有氧化亚钛材料均具有更高的电导率，一般与石墨材料相当，而Ti₄O₇的电导率更是高达1000s/cm，接近金属的电导率，是石墨电导率的数倍。

我们用含有高化学稳定性、高电导率的氧化亚钛添加剂的铅酸电池正极活性物质，可有效提高铅酸电池正极的电导率和二氧化铅的利用率，进而提高铅酸电池的比能量、比功率和循环性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高比能量、高比功率和长循环寿命的正极添加Ti_nO_2n-1导电剂的铅酸电池。

本发明提供的铅酸电池正极含有氧化亚钛导电剂，该导电剂分子式为Ti_nO_2n-1，且10＞n＞3，该导电剂是一种氧化亚钛或多种氧化亚钛的混合物，氧化亚钛导电剂在铅酸电池正极铅膏中的重量百分比为0.1～15％。

本发明提供的铅酸电池Ti_nO_2n-1导电剂以尺寸为0.01～10μm微粒的形式存在。

本发明提供的铅酸电池Ti_nO_2n-1导电剂以多孔颗粒的形式存在，多孔颗粒孔隙率为0.5～5.0cm³/g，粒径为0.1～300μm。

本发明提供的铅酸电池Ti_nO_2n-1导电剂，可使得加入该导电添加剂的铅蓄电池比能量达到300W/kg以上，比能量达到40Wh/kg，深度充放电循环寿命达到300次以上。

具体实施方式

实施例1

铅酸电池正极铅膏含有二氧化铅、木素磺酸钠、空心玻璃微球、合成纤维、碳黑、石墨和Ti_nO_2n-1导电剂，Ti_nO_2n-1导电剂为Ti₄O₇、Ti₃O₅和Ti₅O₉的混合物，电导率为55S/cm，Ti_nO_2n-1导电剂为颗粒状，粒径5～15μm，重量占正极铅膏的2％。用该铅酸电池正极铅膏制备出阀控铅酸电池，电池比功率达到300W/kg，比能量达到42Wh/kg，100％DOD(充放电深度)循环寿命达到325次，分别比没加Ti_nO_2n-1导电剂之前的电池提高了20％、20％和16％。