[发明专利]一种超级电池负极板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种新型超级铅酸电池负极板结构。

背景技术

运输是造成人类所产生的温室气体排放和化石燃料燃烧的主要因素之一。因此为减少空气污染和化石燃烧的使用，人类对混合动力车（HEVs）的需求日益增长。超级电池是一种混合储能装置，单体中结合了不对称超级电容器和铅酸电池，取两者技术之所长，不需要额外的电子调节。电容器可增大铅酸电池的功率和寿命，因为在充放电时它起到了缓冲的作用可以有效避免负极硫酸盐化。并且，这种混合技术能够在车辆加速和制动时迅速提供、吸收电荷。

目前，候选的HEV储能系统包括阀控铅酸电池（VRLA），镍氢电池，可充电锂电池和超级电容器。众所周知超级电容器可提供很高的功率，但能量低，因此若要应用于HEV，需要与其它电池结合使用。与其它技术相比，VRLA电池有着明显的优势即初始成本低、已固定的生产制造销售网络、高回收率。然而这种电池的运作成本很高，因为使用寿命短。HEV应用下的阀控电池必须在30-70%SoC（荷电状态）下使用。因为当SoC低于30%时，电池不能传输起动所需要的电流。另一方面，当SoC高于70%时电池不能有效地接受再生制动和引擎充电。另外，在HEV应用下，负极板的硫酸铅（不可逆硫酸铅）越来越多。硫酸铅的累积明显的降低了电池的可逆性，以致于负极不再能传输和接受引擎起动、加速和再生制动所需的功率，最终造成蓄电池的过早失效。

国内外关于超级电池的专利为三种：负极板与超级电容炭板并联、负极板栅底部涂抹炭层、将炭材料作为添加剂加入负极铅膏。制备这类超级电池工艺制作复杂，并且不容易实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电池负极板，其基本结构为极板正反面分别涂覆不同的材料，使负极板具有电池和电容的双重特性。该结构下的极板制作简单，应用范围广。

本发明的目的还在于提供上述超级电池负极板的制造方法。本发明的技术方案是这样实现的：基体正面涂覆以铅粉为主要成分的正面涂层，基板背面涂覆以炭材料为主要成分的炭材料涂层。

所述正面涂层的成分为：各组份相对于铅粉的含量分别为：乙炔黑0.2～2.0wt%，硫酸钡1.0～2.0wt%，木素0.2～0.5wt%，腐植酸0.3～0.5wt%，短纤维0.1～0.8wt%，粘接剂为1～5.0wt%。

所述基体选用电阻非常小的铅、铜、铝、银、镍、镁的一种或几种金属的合金材料；基板厚度0.01～0.5mm。

所述炭材料涂层其各组份含量分别为炭材料65～90wt%、乙炔黑5～25wt%、粘接剂1～10wt%。

所述炭材料为炭纳米管、石墨、炭黑或活性炭其中一种或几种材料。

所述粘接剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯类胶黏剂、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素中的一种或几种。

本发明的制造方法：基体正面背面分开涂覆，先喷涂或拉浆基体背面炭材料涂层，然后送入干燥窑中干燥，在50～100℃下保持至少8h，取出后压实炭材料涂层；接下来送至铅膏涂层涂覆工序，在极板正面喷涂或辊涂负极正面涂层；最后送入干燥工序，在80℃环境下干燥24～48h。所述正面涂层为将包括铅粉、乙炔黑、硫酸钡、木素、腐植酸、短纤维加入合膏机中干混，混合均匀后加入粘接剂溶液进行湿混，粘接剂：水质量比=1:10；最后加入密度为1.15～1.40g/ml的硫酸溶液，硫酸加入量为铅粉质量的1.0～6.0wt%，而制得的涂料涂覆在基体正面制成。所述炭材料涂层为将炭材料、乙炔黑加入合膏机中充分干混，将粘接剂加入到去离子水中充分搅拌，粘接剂：去离子水质量比=1:8，最后将干混后的炭材料分3-6次倒入粘接剂溶液中，搅拌均匀后出浆而制得的涂料涂覆在基体背面制成。

与现有技术相比，本发明是在传统蓄电池负极板结构上引入具有高比表面的炭层，不同电位下炭层与电解质溶液界面上存在的大小相等符号相反的双电层。本发明具有高比功率、大电流充放电及减少负极正面铅膏在HRPSOC（高倍率部分荷电）状态下的硫酸盐化，兼有蓄电池和电容器的性能特点（例如充电速度快、功率密度高等），可操作性强，避免炭加入引起负极铅膏的疏松脱落。组装成电池后能够提供大电流充放电，避免负极在HEV模式下的硫酸盐化。重量轻，提高传统铅酸的比功率和比能量，并且活性物质与基板接触面积增大，有效提高活性物质利用率。

本发明电池的极板结构也适用于不同电极材料的双面涂覆，传统铅酸电池的正负极铅膏也能分别涂覆在薄基板两侧，组装成双极性电池。

另外本发明负极板和卷绕电池正极板螺旋卷绕后可以组装成超级卷绕电池。