[发明专利]一种铅碳超电容电池负极制作方法

说明书

技术领域

本发明属于超电容电池技术领域，具体涉及一种超电容电池的负极的制 备方法。

背景技术

超电容电池(SupercapacitorBattery)是介于超级电容器和电池之间的储 能器件。它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能 机理。超电容电池储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环 境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。因其具有高比 功率、大电容和循环寿命长等特点，成为一种新型的储能装置，在移动通信、 信息技术、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域具有重要和广 阔的应用前景，在世界范围内引起了极大关注。

随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益 恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其 中，在太阳能和风能等储能系统领域，目前主要以铅酸蓄电池技术为主，这 种技术存在寿命短(约300～500次)、工作温度范围窄、大电流接受能力差 等缺陷，所以需要开发新型超电容电池技术来满足该领域储能要求。

现有无机体系超电容主要有碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系， 尽管其寿命较长，但价格是同类型铅酸蓄电池的10倍以上、且工作电位窗口 只有1.5V，比能量只有5wh/kg左右，难以在储能系统得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅碳超电容电池负极制作方法，该法制备的 铅碳超电容电池负极可显著提高超电容电池的比能量，延长循环使用寿命， 扩大工作电位窗，且便于制造、成本低、可靠性高。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种铅碳超电容电池负极制作方法，将以铅粉为主要成分的活性物质和 以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到电极基体的不同区域，然后烘干， 制成铅碳超电容电池负极。

其中以铅粉为主要成分的活性物质可以只包括或者主要包括铅粉、短纤 维、导电炭黑、木素磺酸钠和硫酸钡；以活性炭为主要成分的活性物质可以 只包括或者主要包括导电炭黑、活性炭、CMC和粘结剂；粘结剂一般选自 PTFE、SBR、LA132或PVA中的一种或几种。

涂覆在电极基体上活性物质(包括以铅粉为主要成分的活性物质和以活 性炭为主要成分的活性物质)中，各组分的含量以总活性物质的量计为铅粉 15～40wt.％，活性炭45～75wt.％，短纤维0.05～2wt.％，导电炭黑0.2～3wt.％ (以铅粉为主要成分的活性物质中的导电炭黑与以活性炭为主要成分的活性 物质中的导电炭黑的质量比为2～8∶10)，木素磺酸钠0.2～1wt.％，硫酸钡 0.05～2wt.％，CMC 2～5wt.％，粘结剂2～8wt.％。

本方法中，以铅粉为主要成分的活性物质先采用水湿混后加入硫酸溶液 混合，制成铅膏，涂覆在电极基体上下两面的靠近极耳的区域。对于湿混时 加入的水量没有要求，只要达到正常的湿混即可。硫酸溶液的加入量以活性 物质的总量计为2～5wt.％，一般采用密度在1.1～1.5g/cm³的硫酸水溶液。铅 膏涂覆后可以直接干燥，也可以等以活性炭为主要成分的活性物质涂覆后再 干燥。

以活性炭为主要成分的活性物质也采用水混合成混合物，涂覆在电极基 体上下两面的远离极耳的区域。制备混合物时一般是先将导电炭黑与活性炭 先进行均匀干混，然后再加入溶解了CMC和粘结剂的水溶液进行混合。在 这个步骤中对水的用量也没有太严格的要求，达到活性物质便于涂覆到电极 基体上的程度即可。

本发明的烘干步骤可以分步进行，如在铅粉为主要成分的活性物质(铅 膏)涂覆后先进行烘干，然后涂覆以活性炭为主要成分的活性物质，再进行 烘干；也可以在涂覆完活性物质后一起进行；一般采用分步进行。烘干步骤 在50℃～80℃下进行。

本发明的电极基体采用厚度为0.2～1.5mm的铅带基体或铅合金电极基 体，其中铅合金电极基体中含有0.05～20wt.％的其他金属元素，所述的其他 金属元素选自锡、钙、锑、银中的一种或几种。负极板的极耳可以在涂覆活 性物质之前设置，也可以在涂覆之后设置。两种活性物质双面涂覆在电极基 体的不同区域，以铅粉为主要成分的活性物质呈长方形涂覆在靠近极耳的一 边，另一种活性物质则涂在应涂覆的其他区域。本发明对活性物质涂覆的厚 度没有严格要求，达到一般的铅碳超电容电池的负极板活性物质厚度即可。