[发明专利]铅酸蓄电池炭包覆钛基二氧化铅正极板

说明书

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池领域，具体涉及一种碳包覆钛基二氧化铅板栅以及正极板的制备。

背景技术

铅酸蓄电池已经有100多年的历史, 随着人们对其应用领域的拓展,它本身也在不断地得到发展。虽其具有良好的可逆性，电压特性平稳，适用范围广，原材料丰富，造价低廉，工艺简单等优良性能, 但由于铅的密度大、强度低、使之比能量低，使用寿命有限，影响了它的使用范围。如果能用强度高、密度低、耐腐蚀的材料取代铅作为板栅，就能大幅度降低电池自重、提高循环寿命，对铅酸电池的性能具有极大的提升。

为了减轻板栅质量，提高铅酸蓄电池的比能量，在传统铅合金板栅基础上，开发出了轻质的铜基板栅（如发明031326218“铅酸电池热浸镀泡沫铅板栅及其制作方法”、发明061197308“铅酸蓄电池负极泡沫铅板栅的制作方法”、实用新型2003201312101“铜网镀铅板栅”）和钛基板栅（如发明2006101102347“铅酸蓄电池钛基泡沫铅正负电极板栅材料及其制造方法”，发明2012101728539“铅酸蓄电池Ti-0.2Pd钛合金基泡沫铅负极板栅”）。但是，铜基板栅在正极上不稳定，容易被氧化为硫酸铜；钛基板栅在酸性条件下表面容易氧化生成导电性较差TiO₂钝化层，阻止金属钛与活性物质的接触，增加电极在电化学工程的中的极化。为了克服钝化问题，一般采用在钛板栅表层镀金属铅或者铅锡合金。但是，金属钛在空气表面容易形成二氧化钛层，影响金属铅层或者铅锡合金层与钛板栅的结合力，导致铅层与钛层之间的接触电阻较大，影响电池的工作稳定性和循环寿命。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铅酸蓄电池炭包覆钛基二氧化铅正极板，其正极板栅重量轻、比能量高且抑制表层钝化。为此，本发明采用以下技术方案：

铅酸蓄电池炭包覆钛基二氧化铅正极板，其特征在于以炭包覆的金属钛网为电极板栅，在此板栅上涂覆上铅膏，经过固化干燥以及化成处理，得到铅酸蓄电池正极极板。

本发明另一个所要解决的技术问题提供一种上述铅酸蓄电池炭包覆钛基二氧化铅正极板的制造方法。为此，本发明采用以下技术方案：

（1）、对金属钛网表面除去表面氧化层；

（2）、采用气相沉积的方法在钛网上包覆炭材料；

（3）、将炭包覆钛基板栅涂覆铅膏，并进行固化干燥及化成处理，得到炭包覆钛基二氧化铅正极板。

进一步地，所述的方法的第（1）步，采用粗化-脱脂-酸洗除去表面氧化层，脱脂溶液是浓度为5%~10%的NaOH溶液；酸洗溶液是盐酸和氢氟酸的混合溶液，其中HCl在酸洗溶液中的浓度为40~50mL/L，HF在酸洗溶液中的浓度为 20~40mL/L。

进一步地，所述的方法的第（2）步，包覆于金属钛网的炭层厚度在5~20μm，炭材料比表面积为50~500m²/g，炭包覆后钛基体材料表面积为10~100m²/g。

进一步地，所述的方法的第（2）步，以金属钛网为原料，在通有碳源气体的高温炉中，碳源气体高温热解，生成的炭颗粒沉积于金属钛网表面，形成炭包覆钛基板栅；碳源气体是甲烷，甲醛，丙酮等有机物中的一种。

进一步地，所述的方法的第（2）步，炭包覆处理在高温炉中进行，碳化温度在600~1000℃之间，碳化时间为1~3h。

进一步地，所述的方法的第（2）步的升温速率为5~10℃/min；

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)、相比于传统的铅酸电池，炭包覆钛基板栅质量约为铅板栅的1/10~1/3，极板质量降低约60%~85%。

(2)、采用炭气相沉积在制备的过程中，由于高温环境下炭具有还原作用，经过处理后的钛基体上很难形成钛的氧化膜，克服了电镀条件下钛基体与包覆层的接触问题。同时，通过气相沉积能够使炭材料均匀地包覆于金属钛表面，隔绝溶液与钛网的接触，抑制了钛基体的钝化。相比与电镀铅钛基体，该气相法制备炭包覆钛基体，炭材料与金属钛的结合紧密度更高，具有更小的接触电阻。

(3)、由于炭包覆于钛基表面，具有较高的比表面积，增大了电极板栅与活性物质的接触面积，提高了板栅与活性物质电子传导速率，以炭包覆钛网作为板栅的电极活性物质利用率在50%~60%，高于普通铅板栅的活性物质利用率40%~45%。

基于上述特点，炭包覆钛基二氧化铅电极质量比能量较于传统铅合金电极提高1~1.5倍，达到80~100Wh/kg。

附图说明