专利名称:一种长寿命铅碳电池及其制备方法
发明人:
吕松、陈杏英、陈杏峰
背景:
在铅酸电池中加入碳材料,形成铅碳电池,可以有效提高电池的循环性能,可明显抑制负极板不可逆硫酸盐化的问题,但铅酸电池负极板加入碳材料会带来严重的析氢问题。而且,为了适应我国纬度分布广的环境,铅碳电池需要满足各种环境下的运行,包括低温运行,而恰恰在低温环境下,析氢带来的影响更大,导致铅酸电池的性能衰减更快。广东派顿新能源有限公司吕松、陈杏英、陈杏峰等人提出一种长寿命铅碳电池及其制备方法,主要用于解决现有技术中铅碳电池无法在宽环温下运行,克服析氢带来的性能衰减等缺陷。国家知识产权局年2月27日公开其发明专利申请号为.7。
技术特征:
该申请发明专利中的长寿命铅碳电池负极包括以下组分(重量比):份铅粉、5份壳聚糖碳材料、1.25份活性炭、8.75份金属氧化物、0.6份硫酸钡、0.3份木质素磺酸钠、0.2份腐植酸、0.1份短纤维以及2.8份水。
先利用物理气相沉积法将金属氧化物(氧化铅or氧化银or氧化镓)沉积在活性炭的表面和孔隙。再将沉积完的活性炭,与铅粉、壳聚糖碳材料、硫酸钡、木质素磺酸钠、腐植酸以及短纤维机械混合,边搅拌边向预混的粉料中加入水,持续搅拌30min得到铅膏;铅膏视密度为4.1~4.3g/cm3;经涂板、干燥、固化等工艺,制备负极板。
其中,壳聚糖碳材料上C?O基团含量IC?O/ICC不大于羰基和羧基含量之和IC=O/ICC+IO?C=O/ICC的5倍,壳聚糖碳材料中氧化碳原子的峰面积与总碳的峰面积比SCO/SC?Total小于60%,壳聚糖碳材料的比表面积不低于m2/g,活性炭的比表面积不低于壳聚糖碳材料比表面积的4倍。壳聚糖碳材料的合成方法:将壳聚糖利用质量分数为2%醋酸溶液浸渍1h,85℃干燥5h,磨成粉末备用,按PbO∶(PbO+壳聚糖)质量为76∶的比例,配置好样品,放入坩埚,置入马弗炉中,在氮气保护下加热,温度为℃,升温速率5℃/min,保温2h,自然冷却至室温,即获得原位合成壳聚糖碳材料。
数据对比:制备的铅碳电池,分别进行HRPSoC循环(50%荷电态,在2C倍率下充放电,充电90s,限压2.35V/单格,放电60s)、大电流放电(3C放电至1.6V/单格)、充电接受能力和气体析出量测试。不同实施例下的铅碳电池常规性能如表1所示:
表1.铅碳电池常规性能测试结果铅碳电池的低温容量和低温大电流参照《QCT电动汽车用铅酸蓄电池》标准:?20℃下测试C3容量(Ah)和6I3(A)放电时间;充电接受能力参照《GBT.1起动用铅酸蓄电池》标准要求:0℃及50%SOC下测试10min时的充电电流;低温循环按照?10℃下%DOD循环要求进行测试,以60%额定容量为终止条件。不同实施例下的铅碳电池低温性能如表2所示:
表2.铅碳电池低温性能测试结果测试结果表明,实施例2中不利用活性炭作为载体,常规性能和低温性能都有下降;实施例3中增加了络合剂,常规性能和低温性能都有所提高;实施例4在实施例3的基础上再引入了杂原子,其常规性能和低温性能进一步得到提高;实施例5相对于实施例1,其氧化程度更高,反而常规性能和低温性能更低。该发明的有益效果是:(1)原位合成的壳聚糖复合碳材料表面疏松多孔,高比表面积碳材料在高功率充放电和脉冲放电时可提供双电层电容,减弱大电流对负极的损害,此外还可以在电极材料中构建良好的导电网络,有利于高功率充放电下电解液离子的快速迁移,可以让质子透过孔隙参与双电层上的电化学反应;(2)利用活性炭作为载体,将金属氧化物以一种离子形态紧密吸附在壳聚糖碳材料的层间孔和表面孔中,使得在壳聚糖碳材料的导电网络基础上,通过适量的活性炭构成三维导电网格,进一步形成金属氧化物层,大大提高碳材料和氧化物的结合程度,充分发挥碳材料导电和电容特性,限制了碳材料表面析氢,提高在低温下的电池性能;(3)壳聚糖作为一种碱性多糖,进一步控制其C?O基团含量与羰基和羧基含量之和的比例,使得具有一定的氧化度,有效抑制负极板不可逆硫酸盐化现象,提高电池在低温环境下的循环寿命,且保证较高含量的羰基和羧基,提供Pb电沉积的活性位点,抑制在壳聚糖碳材料表面的析氢效果,进一步提高在低温下的电池性能。
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