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一種鉛炭混合物及制作鉛酸電池極板的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310015058.9

申請日:

2013.01.16

公開號:

CN103078083B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01M 4/14申請日:20130116|||公開
IPC分類號: H01M4/14; H01M4/36; H01M4/62; H01M4/20 主分類號: H01M4/14
申請人: 深圳市雄韜電源科技股份有限公司
發明人: 胡金豐; 張華農; 衣守忠; 彭斌
地址: 518000 廣東省深圳市龍崗區大鵬鎮同富工業區雄韜科技園
優先權:
專利代理機構: 深圳市康弘知識產權代理有限公司 44247 代理人: 胡朝陽;孫潔敏
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310015058.9

授權公告號:

103078083B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2013.06.05|||2013.05.01

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種用于制作鉛酸電池極板的鉛炭混合物,其由以下物料的重量百分比配制:炭混合物:20%~80%、鉛粉:20%~80%;其中,所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:活性炭:10%~80%、導電炭材料:10~50%、粘接劑:5%~50%、纖維:0.1%~1%。本發明公開了一種用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板的方法。本發明涂層與極板表面的粘接強度高,析氫抑制劑效果好,涂層既可以涂覆在板柵表面,也可以涂覆在極板表面,比傳統的制作鉛酸電池的工藝更為靈活。

權利要求書

權利要求書一種鉛炭混合物,其特征在于,由以下物料的重量百分比配制:
炭混合物:20%~80%、鉛粉:20%~80%;
其中,所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10%~80%、導電炭材料:10~50%、粘接劑:5%~50%、纖維:0.1%~1%。
如權利要求1所述的鉛炭混合物,其特征在于,所述的粘接劑包括:聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯及丁苯橡膠的一種;所述的纖維為短纖維或各種導電碳纖維。
一種采用權利要求1所述的鉛炭混合物作鉛酸電池極板的方法,其包括如下步驟:
步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合
按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維,再秤取重量百分比為30%~50%的鉛炭混合物、重量百分比為50%~70%的溶劑;先將活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機中,以轉速1000轉/分進行混合,混合一個小時,再加入鉛粉繼續進行攪拌一個小時,制成鉛炭混合漿料;
步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型
將鉛炭混合漿料涂覆在電池極板表面,后將極板置于40℃~120℃的烘箱中,經表面干燥后,取出來進行輥壓,輥壓的壓力為0.1~1兆帕;

先將已制備好的鉛膏涂覆在電池極板表面,后對極板進行固化、烘烤除水;后將所述的鉛炭混合漿料,涂覆在極板的鉛膏層的表面,將極板置于40℃~120℃的烘箱中,經表面干燥后,取出來進行輥壓,輥壓的壓力為0.1~1兆帕。
如權利要求3所述的方法,其特征在于,所述的溶劑為:去離子水、丙酮、無水乙醇、N?甲基吡咯烷酮的一種。

說明書

說明書一種鉛炭混合物及制作鉛酸電池極板的方法
技術領域
本發明涉及鉛炭電池領域,尤其涉及一種用于鉛酸電池極板的鉛炭混合物以及采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板的方法。
背景技術
澳大利亞聯邦科學與工業研究會(CSIRO)與日本古川電池株式會社在鉛碳電池領域獲得了長足的進展,并在各國申請了相關專利。這些專利主要涉及如何使活性炭與負極板活性物質良好結合。
古河公司在EP2424011及CN102484245A中提到,將涂覆了活性炭涂層的負極板浸入溶解了十八水和硫酸鋁的1.30g/L的硫酸溶液中,通過浸漬,活性炭涂層微孔中會吸附部分鉛離子,在化成前的充電處理過程中,微孔中的鉛離子還原生成鉛,與極板表面的還原鉛形成良好的網絡。該網絡能保證活性炭涂層與極板表面結合良好。這種方法在降低活性炭層粘接劑用量的同時,改善涂層與極板表面的粘接性能,提高了活性炭比電容的發揮。但是該專利有以下缺陷:
一是,極板碳層中活性炭內吸附鉛離子有限。
通過延長涂覆了活性炭涂層的極板在硫酸溶液中的浸漬時間,達到活性炭微孔中吸附較多量的鉛離子方法不是十分可靠。在硫酸溶液中,極板中的鉛的氧化物與硫酸反應生成硫酸鉛,極板中的硫酸鉛溶解度非常低,很難有足夠的鉛離子擴散到碳層,且被吸附到活性炭微孔中。
二是,鉛本身是比較好的析氫抑制劑,但如果沒有較大量的鉛被吸附到活性炭表面和微孔中,就無法起到明顯的析氫抑制效果。所以經過這樣處理的的活性炭與鉛膏復合極板,還需要向碳層或者電解液中添加其他析氫抑制劑。
發明內容
本發明為了解決上述現有鉛酸電池制作的技術問題,同時開拓新的鉛酸電池極板的制作工藝,提出一種結合強度高、析氫抑制劑效果好及制作靈活的鉛炭混合物及制作鉛酸電池極板的方法。
本發明提出的一種鉛炭混合物,其由以下物料的重量百分比配制:
炭混合物:20%~80%、鉛粉:20%~80%;
其中,所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10%~80%、導電炭材料:10~50%、粘接劑:5%~50%、纖維:0.1%~1%。
所述的粘接劑包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡膠(SBR)的一種;所述的纖維為短纖維或各種導電碳纖維。
本發明提出的一種采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板(板柵)的方法,其步驟如下:
步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合
按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維。再秤取重量百分比為30%~50%的鉛炭混合物、重量百分比為50%~70%的溶劑。先將活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機中,以轉速1000轉/分進行混合,混合一個小時,再加入鉛粉繼續進行攪拌一個小時,制成鉛炭混合漿料。
所述的溶劑為:去離子水、丙酮、無水乙醇、N?甲基吡咯烷酮的一種。
步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型
將鉛炭混合漿料涂覆在電池極板表面,后將極板置于40℃~120℃的烘箱中,經表面干燥后,取出來進行輥壓,輥壓的壓力為0.1~1兆帕;
或者先將已制備好的鉛膏涂覆在電池極板表面,再對極板進行固化、烘烤除水;然后將所述的鉛炭混合漿料,涂覆在極板的鉛膏層的表面,將極板置于40℃~120℃的烘箱中,經表面干燥后,取出來進行輥壓,輥壓的壓力為0.1~1兆帕。
本發明將鉛粉混入活性炭、導電炭材料、粘接劑及纖維中,再與溶劑混合制作成涂覆于板柵或極板表面的涂層。借助涂層中的足夠量的鉛粉在電池充電時被還原,與極板鉛膏表面或者板柵表面的還原鉛形成較為致密的網絡,顯著提高了涂層與板柵或者極板表面的粘接強度;涂層中的鉛粉與電解液中的硫酸反應后,能在涂層中形成較為充足的鉛離子,活性炭中的孔和表面可以吸附足夠量的鉛離子,并被還原成鉛,起到明顯的析氫抑制劑效果;涂層既可以涂覆在板柵表面,也可以涂覆在極板表面,比傳統制作鉛酸電池的工藝更為靈活。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明進行詳細的說明:
本發明提出的一種鉛炭混合物,其由以下物料的重量百分比配制:
炭混合物:20%~80%、鉛粉:20%~80%;
其中,所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10%~80%、導電炭材料:10~50%、粘接劑:5%~50%、纖維:0.1%~1%。
活性炭要求其比表面積在1000~3000m2/g,優選1500~1800m2/g。導電炭材料包括:乙炔黑、科琴黑、導電石墨等可形成導電網絡結構的導電炭材料。粘接劑包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡膠(SBR)的一種;所述的纖維為短纖維或各種導電碳纖維。
炭混合物占涂層總重的20%~80%,即當炭混合物含量超過20%時,鉛粉被充分包裹到涂層中,涂層的粘接主要依靠的是粘接劑的粘接能力,反而粘接強度獲得提高。當鉛粉含量少于總重的20%時,涂層與極板的板柵、鉛膏之間的粘接力會弱化,容易剝落。因此,鉛粉含量不少于總重的20%。
采用鉛炭混合物制作鉛酸電池極板(板柵)的方法的較佳實施例,步驟如下:
步驟1、鉛炭混合物和溶劑的混合
按比例秤取鉛炭混合物的原料:鉛粉、活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維,再秤取重量百分比為30%~50%的鉛炭混合物、重量百分比為50%~70%的溶劑。先將活性炭、導電炭材料、粘接劑、纖維和溶劑投入攪拌機中,以轉速1000轉/分進行混合,混合一個小時,再加入鉛粉繼續進行攪拌一個小時后制成鉛炭混合漿料。
其中,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;適合丙酮等有機溶劑的是聚偏四氟乙烯。
具體實施例中,鉛炭混合物與溶劑的配制,可以采用如下配比:
鉛炭混合物:30%、溶劑: 70%; 或  鉛炭混合物: 40%、溶劑: 60%;  或   鉛炭混合物:50%、溶劑: 50%。
具體實施例中制備鉛炭混合物的炭混合物與鉛粉的配制,可采用如下配比:
炭混合物:20%、鉛粉:80%;或 炭混合物:80%、鉛粉:20%;或
炭混合物:50%、鉛粉:50%;
而其中的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
(1)活性炭:80%、乙炔黑:10 %、粘接劑PVDF:9%、短纖維:1%。
或(2)活性炭:10%、科琴黑: 50%、粘接劑PTFE:39.4%、短纖維:0.6%。
或(3)活性炭:45 %、導電石墨: 30%、粘接劑SBR:024.9%、短纖維:0.1%。
或(4)活性炭:29%、乙炔黑: 20%、粘接劑PTFE:50%、短纖維:1%。
或(5)活性炭:54.5%、導電石墨: 40%、粘接劑PVDF:5%、短纖維:0.5%。
具體實施例中的短纖維也可以用各種導電碳纖維替代。
步驟2、鉛炭混合漿料的涂覆及定型
將攪拌好的鉛炭混合漿料取出,涂覆在極板(板柵)表面。涂層厚度與極板厚度一致,涂層孔率為70%。再將極板置于40℃~120℃(優選60℃~100℃)的烘箱中,經表面干燥后,取出來進行輥壓,輥壓的壓力為0.1~1(優選0.2~0.5)兆帕。較佳實施中,將極板置于80℃下烘烤10個小時,然后放入液壓機中進行擠壓,壓力為0.2兆帕,制成涂炭極板(板柵)。
將按現有技術制作的鉛膏涂覆在干燥完畢的涂炭極板的表面,再按照現有極板固化的流程進行固化。然后將固化完畢的極板按照蓄電池裝配工藝進行裝配,并注入1.30g/L的硫酸溶液,靜置1~8小時候,優選2~4個小時。進行充電,充電電流0.01C~0.5C,優選0.05C~0.15C,充電時間1~10個小時,優選2~5個小時。然后轉入正常的鉛酸電池化成工藝對電池進行化成充電。通過此過程,將涂層中的氧化鉛與鉛膏中的氧化鉛、極板表面的氧化鉛還原成鉛,并互相粘接形成網絡,極大增強了涂層與極板、鉛膏表面之間的粘接能力。同時,在極板進入電解液后,部分氧化鉛與硫酸反應,產生一定量的游離鉛離子,被吸附到活性炭中的孔及活性炭表面,同時被還原沉積到活性炭中的孔和活性炭表面,形成了良好的析氫抑制能力。
另一實施例,先將按現有技術制作的鉛膏涂在極板(板柵)表面,按照現有極板固化的工藝進行固化,固化完畢后的極板(板柵)再經過烘烤除水。然后將步驟1、制作的鉛炭混合漿料,涂覆在經過干燥的極板的鉛膏的表面。在80℃下烘烤10個小時,再用液壓機進行擠壓,壓力在0.2兆帕。將處理完畢的極板按照蓄電池裝配工藝進行裝配,并注入1.30g/L的硫酸溶液,靜置4個小時候,進行充電,電流為0.1C,充電2個小時。然后轉入正常的鉛酸電池化成工藝對電池進行化成充電。
以上所述僅為本發明技術方案的較佳實施方式,并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包括在本發明的保護范圍之內。

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一種 混合物 制作 電池 極板 方法
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