[发明专利]铅酸电池正极板栅及其制备方法与铅酸电池正极板

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电源领域，尤其涉及一种铅酸电池正极板栅及其制备方法与铅酸电池正极板。

背景技术

铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。自1859年法国人普兰特发明铅酸蓄电池以来，铅酸电池已经历了150多年的发展历程，铅酸电池成本低、寿命长、安全性能好，而且废旧电池的回收利用率高达95%以上，因而一直是电池领域应用最为广泛的产品。

但是，铅酸电池作为电动车的动力电源，与镍-金属氢化物电池及锂电池等电池体系相比，其最大的缺点在于使用寿命短。根据对失效的电动车用铅酸蓄电池的解剖情况来看，有相当一部分电池失效的原因在于电池正极铅膏中活性物质的软化，正极铅膏中的铅粉脱落到电解液中，电池形成内部短路，使电池失去容量，造成电池失效。

由于电动自行车电池的使用条件是重负荷、深循环，在这种条件下，电池正极板栅的腐蚀较其他部分严重。传统铅酸电池正极板栅体为网格状，其材质为铅合金，网格中填满了正极铅膏，铅膏经过压制、固化、化成后，正极铅膏比较牢固地固定在栅体的小格中，这时铅膏中的PbO₂颗粒之间以及PbO₂与栅体之间，都有着良好的接触和结合力，但是正极栅体在循环过程中受到腐蚀而尺寸长大，使栅体的每个小格子的容积增加，给正极活性物质的膨胀创造了条件。正极活性物质的膨胀，导致正极活性物质与栅体之间以及活性物质颗粒之间的结合力降低，活性物质软化脱落，最终导致电池失效。另外，铅膏中的铅粉在硫酸电解液的腐蚀下最终产生PbO₂，其分子体积大约为铅的1.4倍，加之PbO₂薄膜具有一定的孔隙，这样腐蚀产物的体积比铅膏大得多，使铅合金栅体处于应力状态下，铅合金栅体逐渐发生蠕变而线性长大，这是造成电池正极活性物质容易软化脱落的一个重要因素。如何克服上述技术问题，开发出机械强度结构强度大、尺寸稳定的正极板栅，已经成为电动机车行业发展的迫切要求。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提供了一种铅酸电池正极板栅，该铅酸电池正极板栅在铅合金栅体上涂覆一层石墨烯增强层，大大增强了铅合金栅体的机械强度和尺寸稳定性。本发明还公开了该铅酸电池正极板栅的制备方法与包含该铅酸电池正极板栅的铅酸电池正极板。

第一方面，本发明提供了一种铅酸电池正极板栅，包括铅合金栅体，所述铅合金栅体的表面涂覆有石墨烯与粘结剂按质量比1.5～9：1混合形成的石墨烯增强层，所述石墨烯的强度为70~300MPa。

优选地，所述石墨烯的强度为200～300MPa。

优选地，所述石墨烯的电导率为10~1000S/m。石墨烯的电导率高，有利于增加铅酸电池正极板栅的导电性，提高铅酸电池的充放电速度。

更优选地，所述石墨烯的电导率为800～1000S/m。

优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素中的一种。

优选地，所述石墨烯增强层中，所述石墨烯与粘结剂的质量比为8～9：1。

本发明在铅合金栅体上涂覆一层高强度和高承载能力的石墨烯增强层，大大增强了正极板栅的机械强度和尺寸稳定性；另外，石墨烯增强层中的各组分均不参与电池的电化学反应，在电池的整个充放电过程中，石墨烯增强层的性质不会发生变化，对铅合金栅体的增强作用也不会减弱，从而保证了铅酸电池正极板栅的耐久性。

第二方面，本发明提供了一种铅酸电池正极板栅的制备方法，包括以下步骤：

取石墨烯与粘结剂按质量比为1.5～9：1进行混合，加入溶剂搅拌均匀制得膏浆；

将所述膏浆涂覆在铅合金栅体的表面，烘干固化，得到表面涂覆有石墨烯增强层的铅酸电池正极板栅。

优选地，所述石墨烯与粘结剂按质量比为8～9：1进行混合。

优选地，所述溶剂为去离子水、无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮。

优选地，所述烘干固化的具体操作为将涂覆了膏浆的铅合金栅体放入真空干燥箱中，以60~80℃烘干固化1~2小时。

本发明制备方法工艺简单，易于操作，原料成本低，适合工业化生产。

第三方面，本发明提供了一种铅酸电池正极板，包括铅酸电池正极板栅及涂覆在正极板栅上的正极铅膏，所述铅酸电池正极板栅包括铅合金栅体及涂覆在铅合金栅体表面的由石墨烯与粘结剂按质量比1.5～9：1混合形成的石墨烯增强层，所述石墨烯的强度为70~300MPa。

优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素中的一种。

优选地，所述石墨烯的强度为200~300MPa。