[发明专利]铅酸电池的负极铅膏组成物、负极板及铅酸电池

说明书

本申请提供一种铅酸电池的负极铅膏组成物，以铅粉为参考重量，包含水8～12wt％、密度为1.4g/cm³的硫酸4～10wt％、硫酸钡与木素磺酸钠1～2wt％、碳粉0.2～2wt％、机油0.1～0.4wt％、短纤维0.05～0.3wt％，该碳粉为石墨化的碳粉，其石墨化程度比值为3～4，该石墨化程度比值以拉曼光谱特征峰的1340±2cm^‑1、11580±2cm^‑1经由下式所定义，石墨化程度比值＝1580±2cm^‑1峰值强度/1340±2cm^‑1峰值强度。于铅膏组成物添加高碳化程度的碳粉，使铅膏组成物制备的负极板具有较低的电阻，能产生高导电度。也于碳铅电池提供较高的初放电容量以及能量效率。

技术领域

本申请有关于一种负极铅膏，更精确的说，是关于一种于铅酸电池负极铅膏中添加石墨化程度高的碳材料，及利用前述铅膏所制备的负极板及铅酸电池。

背景技术

由于科技的进步，地球的人口快速增长，人类对于能源需求量也越来越多，除了化石燃料之外，新的替代能源以及环保议题受到重视。目前，铅酸电池是提供汽机车启动系统以及储能系统的主要市场，和其他的二次电池(锂离子电池、以及镍氢电池)相比，除了坚固耐用、能提供高稳定的电压，也有良好的安全性与成本优势。铅蓄电池应用在汽车起动器电池(start light ignition, SLI)、备用动力固定电池以及轮式移动车、轮椅和剪刀式升降机等深循环电池，有相当大的发展空间。

添加碳材料于负极活性物质(NAM)中，可以调整铅蓄电池的性能，例如，可以增加了NAM电化学表面积，或改善充电接受性。在碳材料的选用上，如果使用纳米尺寸的碳黑颗粒(尺寸远小于NAM的骨架分支直径)，碳黑颗粒可以掺入铅骨架中，作为NAM的骨架分支或吸附在铅相的表面上。当碳黑以0.2wt％至0.5wt％的浓度添加至NAM时，负极板具有高电性能。

活性炭颗粒的尺寸为数十微米量级，对铅具有高亲和力，使得碳颗粒融入主骨架成为骨架的组成部分，铅核在形成期间于活性炭颗粒的表面上形成新的分支(铅-碳活性物质)。此外，由于活性炭颗粒具有高表面积和微孔结构，在充电期间，这些碳颗粒能充当超级电容的特性，改善负极板的充电接受性。

石墨化碳纳米纤维(GANFg)具有高纵横比的特性，相较于原电池的循环寿命(893cycle)，以0.50,0.20和0.10wt％加入NAM，可分别提高至1670cycle、 1095cycle、1139cycle，皆可提高电池循环寿命。

发明内容

有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种铅酸电池的负极铅膏组成物，以铅粉为参考重量，包含水8～12wt％、密度为1.4g/cm3的硫酸4～10wt％、硫酸钡与木素磺酸钠1～2wt％、碳粉0.2～2wt％、机油0.1～0.4wt％、短纤维 0.05～0.3wt％，该碳粉为石墨化的碳粉，其石墨化程度比值为3～4，该石墨化程度比值以拉曼光谱特征峰的1340±2cm^-1、1580±2cm^-1经由下式所定义，

石墨化程度比值＝1580±2cm^-1峰值强度/1340±2cm^-1峰值强度。

此外，碳粉展示具有在42±0.2、53±0.2、77±0.2以度数2θ表示的特征峰的 X射线绕射图，具有高碳化程度以及高导电度，以及数十至数百纳米的粒径，能掺入铅颗粒提升导电性。

碳量约为负极活性材料的约0.2wt％至2wt％为较佳，因为掺入更多量的碳可能使得糊料混合物难以处理；此外，添加的碳量越多，将导致电极析氢的表面积越大，使得水分容易散失，不利于充放电。

本申请还提供一种碳铅电池的负极板，由上述的负极铅膏组成物制备而成。负极板具有3PbO·PbSO4·H2O(3BS)的X射线绕射图特征峰以及较低的电阻。