[发明专利]一种内混内并混合型铅碳电池及负极的制备

说明书

本发明涉及一种内混内并混合型铅碳电池。该电池的结构特征是在内并型铅碳超级电池中用内混型铅碳电池负极替代铅酸电池负极。由于内混型铅碳电池负极的充电接受能力、深度放电能力和充放电循环稳定性远远高于铅酸电池负极，将其引入到内并型铅碳电池中，有益于电池输出性能和稳定性的提高。采用不同布局形式负极的内混内并混合型铅碳超级电池具有不同的性能，能够满足不同的应用需求。内混内并混合型铅碳电池充放电反应可逆性、充放电循环寿命和充电接收能力均显著优于传统铅酸电池。

技术领域

本发明属于铅碳电池技术领域，具体涉及一种超级电容器与内混型铅碳电池结合的内并/内混混合型铅碳电池。

背景技术

铅碳电池是一种将超级电容器与铅酸蓄电池相结合而构成的新型储能器件。铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，对电池的性能进行了改良，从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。在铅碳电池中，超级电容器与铅酸电池两种储能方式以内结合方式集成，不需要特殊的外加电子控制电路，使得电池的尺寸得到了控制，系统得到简化，从而降低储能成本。

按着电极的布局方式，铅碳电池可分为内混和内并两种类型。

内混型铅碳电池是指在铅负极中掺入少量的碳材料而使其性能得到改善和寿命得到延长的铅酸蓄电池。关于何种碳材料适合于作为NAM的添加剂，虽然已有较多的研究，但截止到目前尚无统一的结论。不同研究者得出的结论相差较大，甚至是相互矛盾。不同形态的石墨、炭黑和活性炭提升铅碳电池负极性能的作用均有报道。如Spence等观察到添加片状石墨的负极性能最好，而Valenciano则发现掺入片状石墨会降低负极的性能。Shiomi等认为碳在PbSO₄晶体间形成导电网络，从而使负极板的充电接受能力得到提升。Ohmae等认为高导电性碳材料加入到NAM中可以延缓硫酸盐化过程，即作为导体的碳材料抑制了负极板内与铅绝缘，在充电过程中不能被还原的PbSO₄晶体的生成。Boden等观察到通过消除PbSO₄在负极表面上产生的积累而使电池的寿命得到延长。Pavlov认为在充电过程中，PbSO₄的还原在NAM中的铅和碳的表面并行。所以碳的作用是提高负极的中的电化学活性面积，从而使充电更完全，使电极的容量得到提高。此外，碳材料还起到减小NAM孔径的作用。

内并型铅碳超级电池将非对称超级电容器与铅酸电池采用内并联方式两者合一。作为一种新型的超级电池，内并型铅碳电池是将铅酸电池和超级电容器两者技术的融合，是一种既具有电容特性又具有电池特性的双功能储能电池。内并型铅碳电池除了具有超级电容高功率密度的优点，还具有铅酸电池高能量密度的优势。

在内并型铅碳超级电池中，用内混型铅碳电池负极与超级电容器电极并联技术方案取代铅酸电池负极与超级电容器电极并联的技术方案，可以有效地克服由于铅酸电池负极硫酸盐化所引起的电池性能的衰减，进一步提高内并型铅碳超级电池的循环寿命。

作为内混型铅碳电池负极添加剂的碳材料，除了需要具有高的比表面积外，还要具有一定的电子导电性。大的表面积可以为硫酸盐结晶析出提供活性位，而高的电子导电性能够促进硫酸铅的还原反应，二者共同作用可以减缓负极的硫酸盐化，进一步提高电池的充电接收能力。改性活性炭兼具有高比表面结和高电子导电性的优点，是比较理想的内混型铅碳电池负极添加剂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种内混内并混合型铅碳超级电池的电极结构布局、制备工艺以及电池封装方法。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

用于内并型铅碳超级电池的负极由超级电容器活性炭电极及内混型铅碳电池负极(掺入一定量碳材料的铅酸电池负极)并联而成。

两种电极并联方式，即电极结构布局包括以下四种方式：