[发明专利]炭膏及和电池炭负极及它们的制备方法、超级铅酸电池

说明书

技术领域

本发明属于铅酸电池技术领域，具体涉及一种炭膏和电池炭负极及它们的制备方法、超级铅酸电池。

背景技术

为保证高输出功率和高充电效率，混合动力汽车(HEV)用铅酸电池要求荷电状态保持在30％～70％，并在该运行模式下高倍率充放电，放电倍率可达15C，充电倍率可达8C。但是，在高倍率放电时，PbSO₄会在电极表面形成致密的晶体层，该晶体层在充电时难以全部转化为活性物质，故经过多个充放电循环后会形成较大的不可逆的PbSO₄颗粒，使有效反应面积减小，电极极化增加，过早出现析氢和析氧副反应，导致电池失水干涸并早期失效。

日本古河公司、汤浅公司等提出，可提高铅酸电池的负极活性物质中的炭含量而将铅酸电池转变为“铅炭电池”，由于炭材料可与PbO₂正极组成非对称超级电容器，从而可解决上述不可逆硫酸盐化的问题。但炭材料在硫酸电解液中的析氢过电位比Pb低，故炭材料与PbO₂正极组成的非对称超级电容器部分充电后即会发生析氢，并造成Pb的电子向炭材料转移放电，由此导致正负极容量失配、电解液部分分解、电池能量和功率参数不稳定、循环寿命缩短等问题。

美国专利US20070104981A1和US20080199737等则用炭负极与Pb负极并联共同作为负极，再与PbO₂正极组成具有高比功率和较长部分荷电态循环寿命的“超级铅酸电池”；为解决析氢问题，前者向炭负极中添加过渡族金属或其氧化物、氢氧化物、硫酸盐等来提高炭负极在硫酸电解液中的析氢过电位，以使其能与Pb负极在相同的电压窗口下工作，而后者则用控制Pb负极和炭负极纯度的方法来降低析气速率，但它们实际的效果均不理想。中国专利CN200910212792.8和CN101728090A则采用活性炭与导电石墨、蓄电池用短纤维、粘结剂、分散剂、水等共混组成炭膏，并用炭膏制备炭负极，但其未提及如何结局析氢问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有技术中的超级铅酸电池负极析氢的问题，提供一种可抑制负极析氢的超级铅酸电池炭负极用炭膏。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种超级铅酸电池炭负极用炭膏，由固体组份和液体组份混合而成，所述固体组份包括：

含量为0.01％～30％的析氢抑制剂，其通式为M_xN_yO_z，其中M表示Sr、Ba、Zn、Cd中的任意一种，N表示Zr、Sn、Pb中的任意一种，0.5≤x≤1，0.5≤y≤1，2≤z≤3，其中所述析氢抑制剂的含量为相对于固体组份总量的质量百分含量。

本发明的超级铅酸电池炭负极用炭膏中含有通式为M_xN_yO_z的析氢抑制剂，析氢抑制剂能提高碳电极在硫酸电解液中氢气析出的过电位，使炭电极与Pb电极在相同的电压窗口下工作时不析出氢气或少析出氢气，从而使电池的能量和功率参数保持稳定、提高其循环寿命；而且，该析氢抑制剂在硫酸电解液中具有较高的稳定性，本身不会与电解液反应，可持续的起到抑制析氢的作用；同时，该析氢抑制剂具有良好的导电性，其导电率优选在0.01Ω^-1.cm^-1～0.50Ω^-1.cm^-1，更优选在0.01Ω^-1.cm^-1～0.15Ω^-1.cm^-1，故不会对电池的工作产生不良影响。

优选的是，所述析氢抑制剂为ZnPbO₃、CdPbO₃、BaPbO₃中的任意一种。

优选的是，所述固体组份中还包括以下含量的组份：活性炭：45％～90％，导电炭黑：0.5％～25％，蓄电池用短纤维：0.1％～0.5％，铅粉：1％～20％，其中各组份的含量为相对于固体组份总量的质量百分含量；

所述液体组份包括：稀硫酸，其与所述铅粉的质量比为(0.3～4)∶100；粘结剂，其与所述固体组份总量的质量比为(5～10)∶100；水，其与所述固体组份总量的质量比为(90～110)∶100。

进一步优选的是，所述固体组份中包括以下含量的组份：析氢抑制剂0.1％～8％，活性炭：65％～80％，导电炭黑：1％～10％，蓄电池用短纤维：0.2％～0.4％，铅粉：5％～15％，其中各组份的含量为相对于固体组份总量的质量百分含量。