[发明专利]铅炭复合材料的制备及利用该材料制作铅炭电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及炭材料表面镀铅处理的工艺方法，尤其涉及一种铅炭复合材料的制备以及利用该铅炭复合材料制作铅炭电池的方法。

背景技术

Ultra battery出现后，超级电容器部分和传统铅酸蓄电池负极板如何复合成为业界研究的一个焦点。超级电容器活性炭一般振实密度在0.25~0.40g/cm³之间，中粒径在5μm左右；铅酸蓄电池常用铅粉振实密度在4.5~5.0g/cm³之间，中粒径在5~10μm之间。在相似的粒径情况下，差异10倍以上的振实密度，使得这两种材料很难干混均匀。同时，铅酸蓄电池极板在固化时形成的腐蚀层，可以使铅膏之间以及铅膏与板栅之间形成牢固的网络，互相之间粘接效果良好。但是炭粉和铅膏、板栅之间，是不会形成腐蚀层的，没任何粘接效果。这就造成，即使混合均匀的铅粉和炭粉，在经过和膏、涂板的固化后，炭粉只是机械的包裹在铅粉之间。随着充放电过程中，铅与硫酸铅转化时，体积的巨大变化产生的应力，必然导致铅粉失去炭粉的包裹而游离到电解液中，甚至隔板空隙中，造成电池短路。同时在2%以上炭粉添加量的铅粉和炭粉混合物中，炭粉所占比例较大，造成铅粉颗粒之间接触点减少，铅粉与铅粉之间的腐蚀粘接效果下降，极板的强度较常规极板差很大，极板在循环过程中很容易丧失导电能力，而造成电池寿命迅速降低。

为了解决上述难题，一些企业和研究机构进行了各种努力尝试。中国专利CN102074702指出，通过电沉积的方法，将铅沉积到活性炭颗粒内部和活性炭颗粒之间空隙以制备铅炭复合材料。但该方法需要将电镀铅的活性炭涂层从母板上刮下，然后再应用到铅炭电池中。这种方法只能在炭涂层的一面镀铅，且铅层不能完全覆盖炭颗粒表面。且再经过机械粉碎处理后，炭颗粒表面的铅会进一步被破坏损伤。有的还在炭粉中加入粘接剂，如PVDF（聚偏四氟乙烯），SBR（丁苯橡胶）等。添加量一般占炭粉混合物的5~15%。但是这些高分子聚合物粘接剂本身是不导电的，添加到炭粉中起到的是负面作用，占据一定的空间、阻碍颗粒之间接触导电。粘接剂价格较高，不利于大面积推广使用。

发明内容

本发明为了解决以上述现有技术中存在的技术问题，提出一种铅炭复合材料的制备及利用该材料制作铅炭电池的方法。

本发明体提出的一种铅炭复合材料的制备方法，步骤如下：

步骤1：活性炭团聚体的制备

按比例秤取活性炭、碳源，将活性炭物料与碳源放进球磨机中进行湿式球磨；球磨一定时间后，取出浆料，经喷雾干燥造粒，使得颗粒的中粒径在100μm以上，获得表面覆盖了有机碳源的活性炭团聚体；

步骤2：活性炭团聚体表面改性处理

将所述的活性炭团聚体置于窑炉中烧结，使得活性炭团聚体表面的碳源热解形成热解碳；

步骤3：活性炭团聚体的镀铅

将表面热解处理后的活性炭团聚体，进行真空镀铅，通过控制真空镀铅的控制，使得活性炭团聚体表面的镀铅量为30~80%，制得铅炭复合材料。

本发明提出的采用所述铅炭复合材料制作电池的方法，步骤如下：

步骤1：制作铅膏

按比例秤取铅粉、短纤维、硫酸钡、导电炭黑和铅炭复合材料，将所述各物料通过机械进行干混，再按照蓄电池的常规工艺进行和膏处理，制得铅炭复合材料的铅膏；

其中，所述各物料组份按下列重量百分比配制：

铅粉：64~98.59%、短纤维：0.1~1.6%、硫酸钡：0.1~1.6%、导电炭黑：0.01~0.7%和铅炭复合材料：1.2~32.1%；

步骤2：制作含铅炭复合材料的铅膏的负极极板

按照蓄电池常规涂膏和固化工艺，将所述含铅炭复合材料的铅膏涂覆和固化，制得含铅炭复合材料的铅膏的负极极板；

步骤3：制作含铅炭复合材料的电池

将获得含有铅炭复合材料的负极极板与蓄电池的正极板、隔板和电解液按照蓄电池工艺进行装配、化成，制得具备铅碳电池特性的蓄电池。