專利名稱：一種活性炭膏及采用活性炭膏制作極板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛炭電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鉛炭電池負(fù)極極板的覆炭材料以及極板的制作方法。
背景技術(shù)：
自從澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究會(huì)(CSIRO)與日本古川電池株式會(huì)社聯(lián)合研究并生產(chǎn)鉛炭電池以來。鉛炭電池以其優(yōu)異的大電流、冷啟動(dòng)能力和超過普通鉛酸蓄電池三倍以上的循環(huán)壽命，在HEV (混合動(dòng)力車)、大型儲(chǔ)能系統(tǒng)等得到了一定的應(yīng)用。作為電容材料的活性炭，因其振實(shí)密度和鉛粉具有巨大差異，造成其與鉛粉混合時(shí)比較困難，且無法混合均勻。雖然在鉛粉和活性炭粉混合時(shí)，添加了諸如聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯等粘接劑，但負(fù)極板活性物質(zhì)和活性炭粉粘接效果依然較差。在循環(huán)過程中很容易有炭粉析出到隔板中，造成短路；同時(shí)因炭粉和鉛粉活性物質(zhì)是屬于物理粘接，循環(huán)過程中粘接很容易失效，造成內(nèi)阻隨循環(huán)次數(shù)增加而增大，電池快速失效。針對這個(gè)問題，蓄電池生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)提出了各自的解決方案，雖然一定程度上改善了鉛粉和活性炭復(fù)合的難題，但還存在各種問題。中國專利CN102074702指出，通過電沉積的方法，將鉛沉積到活性炭顆粒內(nèi)部和活性炭顆粒之間空隙以制備鉛炭復(fù)合材料。但該方法需要將電鍍鉛的活性炭涂層從母板上刮下，然后再應(yīng)用到鉛炭電池中。而且該專利也沒有提及如何應(yīng)用這種鉛炭復(fù)合材料的方法。操作方法繁瑣，且應(yīng)用方法不明。專利CN101764263提出，在負(fù)極板柵的不同部位分別涂覆傳統(tǒng)負(fù)極活性鉛膏和活性炭電容膏，實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池和超級電容器的內(nèi)部并聯(lián)。但是這種方法在極板加工時(shí)，活性炭涂布區(qū)容易在涂覆鉛膏時(shí)受到損傷，甚至脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有鉛炭電池制作的技術(shù)問題，提出一種結(jié)合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、使用壽命長的活性炭膏及采用活性炭膏制作極板的方法。本發(fā)明提出的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配制
活性炭組合物30 60%、溶劑40 70% ；
其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配制
電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。本發(fā)明提出的采用活性炭膏制作極板的方法，步驟如下
步驟I、活性炭膏的制作
按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，并將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，并通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，制成一定粘度的活性炭膏；
步驟2、活性炭膏的涂覆將所述活性炭膏涂覆到鉛酸電池負(fù)極的板柵上，對涂覆好的板柵進(jìn)行干燥，待所述板柵的重量穩(wěn)定時(shí)，將其取出，再對所述板柵的表面進(jìn)行加壓處理；
步驟3、板柵的鍍鉛
將所述板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤一段時(shí)間后，進(jìn)行電鍍鉛處理，電鍍完成后，再將所述板柵干燥；
步驟4、鉛膏的涂覆
將干燥完畢的板柵涂覆鉛膏，經(jīng)淋酸、表干之后，進(jìn)行固化，制得涂覆所述活性炭膏的極板。本發(fā)明將電容特性的炭材料、具有較好導(dǎo)電能力的炭黑等、粘接劑和溶劑均勻混合，制成一定粘度的活性炭膏。再將活性炭膏填充在板柵的筋條之間，在合理的鉛合金與活性炭體積的比例條件下，形成完整牢固的網(wǎng)絡(luò)包裹著板柵，保證板柵和活性炭基體的結(jié)合強(qiáng)度；在活性炭膏中添加了高導(dǎo)電能力的炭黑等物質(zhì)，確?；钚蕴扛嗪桶鍠胖g的導(dǎo)電能力達(dá)到鉛膏和板柵之間的水平。不會(huì)因?yàn)榘鍠鸥采w一層活性炭，而影響鉛膏與集流體板柵之間的導(dǎo)電能力；涂覆活性炭膏的板柵表面的電鍍鉛具有比較大比表面積和孔隙率，一方面電鍍鉛進(jìn)入活性炭微孔和活性炭與活性炭之間的空隙中，并沉積下來，與活性炭結(jié)合良好，另一方面，電鍍鉛具有比較大的比表面積和粗糙的結(jié)構(gòu)，與鉛膏之間的結(jié)合也比較良好。而且電鍍鉛和鉛膏之間通過化學(xué)反應(yīng)形成的結(jié)合層也提供了非常好的粘接效果。這樣電鍍鉛作為過渡層，既使活性炭層與鉛膏結(jié)合良好，又提供了優(yōu)良的導(dǎo)電能力。本發(fā)明有效地克服了現(xiàn)有鉛炭電池存在的缺陷。


圖Ia為填充活性炭膏的板柵正面的示意圖Ib為圖Ia中A-A向的剖切示意圖Ic為圖Ib中D處放大示意圖Id為圖Ia中B-B向的剖切示意圖2a為制成的極板正面示意圖2b為圖2a中C-C向的剖切示意圖3為鉛碳電池與普通鉛酸電池循環(huán)壽命對比曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過結(jié)合實(shí)施例和圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明提供的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配制
活性炭組合物30 60%、溶劑40 70%。其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配制
電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。電容特性炭材料包括活性炭，要求其比表面積在100(T3000m2/g,優(yōu)選150(Tl800m2/g ;或炭纖維，即具有雙電層電容/贗電容特性的炭纖維。炭黑包括乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨等可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的炭材料。粘接劑包括聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠等。增稠劑為羧甲基纖維素鹽，如，羧甲基纖維素鈉(CMC)。。溶劑包括去離子水、丙酮、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。適合于去離子水的粘接劑是聚四氟乙烯和丁苯橡膠；適合丙酮等有機(jī)溶劑的是聚偏四氟乙烯。
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本發(fā)明采用活性炭膏制作極板的方法，步驟如下
步驟I、活性炭膏的制作
按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，并將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，并通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，制成一定粘度的活性炭膏。實(shí)施例中可以采用如下配比
活性炭組合物30%、溶劑70% ；或活性炭組合物60%、溶劑40% ;或活性炭組合物45%、溶劑:55%。而其中的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配制(1)電容特性炭材料96. 8%、炭黑1. 5 %、粘接劑1. 7%。
或(2)電容特性炭材料6. 9%、炭黑或(3)電容特性炭材料7 %、炭黑或(4)電容特性炭材料52%、炭黑或(5)電容特性炭材料10%、炭黑
44%、粘接劑37. 1%、增稠劑12%。89%、粘接劑0. 54%、增稠劑3. 46%ο10%、粘接劑:10%、增稠劑:28%。
8%、粘接劑77%、增稠劑5%。
20000
按照上述比例將物料混合，在一定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行分散，當(dāng)其漿料粘度在300mpa*s時(shí),視為分散完全,最好粘度為10000 20000mpa*s。步驟2、活性炭膏的涂覆將上述制得的活性炭膏涂覆到鉛酸電池負(fù)極的板柵上，涂覆的厚度不超過板柵厚度Imm為宜。涂覆好的板柵放入烘箱中，在一定溫度下進(jìn)行干燥，溫度以粘接劑和增稠劑等各種添加物不發(fā)生分解為宜，一般選擇在6(Γ120度，優(yōu)選6(Γ85度。待其重量重量穩(wěn)定不變化時(shí)取出，在一定的壓力下，采用輥壓或者擠壓的方式對板柵的表面進(jìn)行加壓處理，板柵的厚度壓縮量為I % 20%，優(yōu)選2% 5%，這樣使得板柵與活性炭之間以及活性炭與活性炭之間的結(jié)合力提高。所選的板柵，結(jié)構(gòu)應(yīng)以使活性炭膏與其結(jié)合良好，不至于輕易脫落為宜。例如鉛合金鑄造板柵、拉網(wǎng)板柵、泡沫炭板柵、沖孔純鉛板柵等。如圖Ia 圖Id所示，I為涂覆在板柵筋條間的活性炭膏；2為板柵橫向筋條；3為板柵的縱向筋條；4為板柵邊框。為了確?；钚蕴扛嗯c板柵結(jié)合良好，填入板柵筋條2、3與板柵邊框4之間空隙中的活性炭膏I的體積與所有的板柵合金體積要在合理的范圍之內(nèi)。一般情況下，板柵合金體積與活性炭膏體積比在20 80 20 80，優(yōu)先取50 60:40 60。步驟3、板柵的鍍鉛將壓縮后的板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤5飛O分鐘后，優(yōu)選30分鐘，再進(jìn)行電鍍鉛處理。電鍍鉛的電流密度為l(T500mA/Cm2 ;電鍍鉛的時(shí)間為10 600秒。電鍍液為醋酸鉛溶液、硝酸鉛溶液或者氟硼酸鉛溶液中的一種或者幾種液體的混合液，電鍍液的濃度為O. 05 2mol/L。電鍍完成后，電鍍鉛的重量占活性炭膏重量的5°/Γ 00%，其中優(yōu)選30飛0%。電鍍完成后，再將板柵在攝氏5(Γ60攝氏度的有氧環(huán)境或者無氧環(huán)境中進(jìn)行干燥。步驟4、鉛膏的涂覆將干燥完畢的板柵涂覆鉛膏，經(jīng)淋酸、表干之后，進(jìn)行固化。可以按照傳統(tǒng)鉛酸電池極板涂膏工藝進(jìn)行鉛膏涂覆，制得涂覆所述活性炭膏的極板，如圖2a、圖2b所示，5是板柵表面涂覆的鉛膏；6是活性炭膏層；7是活性炭膏層表面電鍍鉛過渡層。
將鉛炭負(fù)極板和普通鉛酸電池正極板制作成12V12Ah電池。選取沒有包含鉛炭符合材料的常規(guī)負(fù)極板和普通鉛酸電池正極板制成對比12V12Ah電池。按照12A進(jìn)行充電，電壓2. 5V，以24A進(jìn)行放電，放電時(shí)間18分鐘。按照終止電壓達(dá)到I. 6V時(shí)認(rèn)為壽命終止。如圖3所示，為兩種電池循環(huán)壽命對比曲線，由圖可知，鉛炭復(fù)合材料電池的循環(huán)壽明顯大于普通鉛酸電池的循環(huán)壽明。以上所述僅為本發(fā)明技術(shù)方案的較佳實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種活性炭膏，其特征在于，由以下物料的重量百分比配制活性炭組合物30 60%、溶劑40 70% ；其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配制電容特性炭材料6. 9 96. 8%、炭黑1. 5 89%、粘接劑0. 54 77%、增稠劑:0 28%。
2.如權(quán)利要求I所述的活性炭膏，其特征在于，所述的電容特性炭材料包括活性炭，要求其比表面積在100(T3000m2/g ;或炭纖維；所述的炭黑包括乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨的一種；所述的粘接劑包括聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠的一種；所述的增稠劑為羧甲基纖維素鹽；所述的溶劑包括去離子水、丙酮、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一種。
3.一種采用權(quán)利要求I所述的活性炭膏制作極板的方法，其包括如下步驟步驟I、活性炭膏的制作按比例秤取電容性炭材料、炭黑，粘接劑、增稠劑和溶劑，并將電容性炭材料、炭黑投入混勻了粘接劑和增稠劑的溶劑中，并通過高速分散或者超聲波分散的方法，將所述的物料混合均勻，制成一定粘度的活性炭膏；步驟2、活性炭膏的涂覆將所述活性炭膏涂覆到鉛酸電池負(fù)極的板柵上，對涂覆好的板柵進(jìn)行干燥，待所述板柵的重量穩(wěn)定時(shí)，將其取出，再對所述板柵的表面進(jìn)行加壓處理；步驟3、板柵的鍍鉛將所述板柵放入電鍍槽的電鍍液中，浸潤一段時(shí)間后，進(jìn)行電鍍鉛處理，電鍍完成后，再將所述板柵干燥；步驟4、鉛膏的涂覆將干燥完畢的板柵涂覆鉛膏，經(jīng)淋酸、表干之后，進(jìn)行固化，制得涂覆所述活性炭膏的極板。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的活性炭膏的粘度為300 20000mpa^So
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的板柵為鉛合金鑄造板柵、拉網(wǎng)板柵、泡沫炭板柵、沖孔純鉛板柵的一種。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的板柵合金的體積與涂覆活性炭膏的體積比為2(Γ80 :2(Γ80 ;活性炭膏涂覆厚度不超過板柵厚度Imm ;對涂覆好活性炭膏的板柵的干燥溫度為6(Γ120攝氏度。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用輥壓或者擠壓的方式對所述板柵的表面進(jìn)行加壓處理，涂覆了活性炭膏的板柵的厚度壓縮量為I 20 %。
8.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于，所述板柵在電鍍槽的電鍍液中，浸潤5 60分鐘；電鍍鉛的電流密度為l(T500mA/Cm2 ;電鍍鉛的時(shí)間為10 600秒。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的電鍍液至少為醋酸鉛溶液、硝酸鉛溶液或者氟硼酸鉛溶液中的一種，電鍍液的濃度為O. 05^2 mol/Lo
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的電鍍鉛完成后，電鍍鉛的重量占活性炭膏重量的59TlOO% ;所述板柵在攝氏5(Γ60攝氏度的有氧環(huán)境或者無氧環(huán)境中干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制作鉛炭電池負(fù)極極板的活性炭膏，其由以下物料的重量百分比配制活性炭組合物30~60%、溶劑:40~70%；其中，所述的活性炭組合物由以下物料的重量百分比配制電容特性炭材料6.9~96.8%、炭黑1.5~89%、粘接劑0.54~77%、增稠劑0~28%。還公開了一種采用活性炭膏制作極板的方法。采用本發(fā)明活性炭膏制作的鉛炭電池負(fù)極極板，其板柵和活性炭基體的結(jié)合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、使用壽命長。
文檔編號H01M4/57GK102945959SQ20121049308
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者胡金豐, 張華農(nóng), 衣守忠, 彭斌 申請人:深圳市雄韜電源科技股份有限公司