[发明专利]板栅复合纤维

说明书

本发明属于蓄电池技术领域，具体公开了一种板栅复合纤维，包括芯材和固定在芯材表面的固定层，所述芯材为碳纤维，所述固定层包括锌合金包敷料和复合材料，所述复合材料包括石墨纤维、聚丙烯和氮化硅。该板栅复合纤维不含铅，具有安全、环保的性能，同时该板栅复合纤维强度高、导电性能好，利用该板栅复合纤维制备得到的板栅具有高强度和高承载能力，能够避免活性物质的脱落。

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，尤其涉及一种板栅复合纤维。

背景技术

科技的发展、人类生活质量的提高，石油资源面临危机、地球生态环境日益恶化，形成了新型二次电池及相关材料领域的科技和产业快速发展的双重社会背景。市场的迫切需求，使新型二次电池应运而生。其中蓄电池具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。

铅酸蓄电池是蓄电池中最常用的一种，其工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。铅酸蓄电池虽然有众多优点，但是相对镍-金属氢化物电池或锂电池等电池体系来说，所述铅酸蓄电池又具有使用寿命短的缺点。根据多项研究表明，造成铅酸蓄电池寿命短的主要原因为：铅酸蓄电池正极活性物质软化，进而使得活性物质脱落到电解液中，在电池内部形成短路，从而使电池失去容量，造成电池失效。而造成正极活性物质软化、脱落的原因跟板栅的腐蚀变形有很大的关系。

板栅是铅酸蓄电池主要组成部件，约占电池总质量的四分之一，板栅在蓄电池中的作用主要有三点：第一，作为活性物质的载体，活性物质涂覆在板栅上，活性物质靠板栅来保持和支撑；第二，作为电流的传导体起着集流、汇流和输流的作用；第三，作为极板的均流起着使电流均匀分布到活性物质中作用。目前生产上常见的板栅的材料有铅锑合金、低锑或超低锑合金、铅钙等，由这些材料形成的板栅在蓄电池的充电过程中都会被腐蚀成PbO₂，而PbO₂的分子体积大约为铅体积的1.4倍，加之PbO₂薄膜具有一定的孔隙，因此，腐蚀产物的体积比铅合金体积大得多，从而使得正极板栅处于应力状态下，进而逐渐发生蠕变而线性长大，最终丧失支撑活性物质的作用，使得所述活性物质软化、脱落，致使铅酸蓄电池失效，降低了铅酸蓄电池的使用寿命。另外，板栅与金属汇流排中含有大量的铅，在浇铸、化成、焊接阶段容易造成重金属铅污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板栅复合纤维，使利用该板栅复合纤维制备得到的板栅具有高强度和高承载能力，避免活性物质的脱落。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：板栅复合纤维，包括芯材和固定在芯材表面的固定层，所述芯材为碳纤维，所述固定层包括锌合金包敷料和复合材料，所述复合材料包括石墨纤维、聚丙烯和氮化硅。

本基础方案的有益效果在于：

1、本发明申请的板栅复合纤维不含铅，大大减少了铅酸蓄电池中重金属铅的用量，大大减少了重金属污染，安全、环保。

2、本发明申请中的板栅复合纤维具有双层结构，包括芯材和固定层，固定层中的石墨纤维、氮化硅的强度高，而聚丙烯增强了固定层各组分之间的粘结性，使固定层作为一个整体具有高强度；而碳纤维作为芯材，由于碳纤维的性能，芯材的强度、承载能力也极高，在芯材和固定层的双重作用下，保证板栅具有高强度和高强承载能力，因此，利用该板栅制成极板也具有极好的结构强度和尺寸稳定性。

3、本板栅复合纤维中不含铅合金，因此在蓄电池的充电过程中不会被腐蚀成PbO₂，有效避免板栅逐渐发生蠕变而线性长大。

4、本发明所提供的板栅复合纤维，在电池充放电过程中能够保持其结构强度不变，因此大大提高了板栅的抗蠕变能力，延缓了板栅长大的进程，使板栅表面的活性物质与板栅之间的结合力不会受到破坏，防止了板栅表面活性物质的脱落而导致电池失效，从而大大提高了电池的使用寿命。