[发明专利]基于多孔活性炭材料的铅碳电池极板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多孔活性炭材料的铅碳电池极板，包括板栅以及涂覆在板栅上的活性材料，活性材料由以下按重量百分比的如下组分组成：水：5％～15％；硫酸：1％～20％；多孔活性炭：1％～10％；添加剂：0.1％～5％；铅：余量，其中，多孔活性炭材料是基于海藻叶为原料，经除尘及干燥后进行碳化处理，然后经碳酸盐处理、蒸干、洗涤、过滤、干燥，最后经过将碳化后的海藻叶与活化剂混合并在真空恒温气氛下进行高温活化处理而制备得到。本发明上述实施例的基于多孔活性炭材料的铅碳电池极板采用海藻叶为原料制得多孔活性炭，其表面积大，孔隙发达，且其分布均匀，将其作为电极材料，比电容高，循环稳定性优异。

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种基于多孔活性炭材料的铅碳电池极板及其制备方法。

背景技术

目前，铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。自1859年法国人普兰特发明铅酸电池以来，铅酸电池已经历了150多年的发展历程，铅酸电池成本低、寿命长、安全性能好，而且废旧电池的回收利用率高达95％以上，因而一直是电池领域应用最为广泛的产品。但是传统铅酸电池存在比功率小、比能量低，循环寿命与使用寿命短等弊端。

随着电动汽车、电动自行车的飞速发展。逐渐出现了一种基于铅碳技术的新型蓄电池，即铅碳电池，其是一种新型的超级电池，是将铅酸电池和超级电容器两者合一，既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能，而且由于加了碳，阻止了负极硫酸盐化现象，改善了过去电池失效的一个因素，延长了电池的使用寿命。

而目前主流的铅碳电池研发方案主要是以活性炭、导电石墨或乙炔黑炭材料与铅混合作为负极的活性物质，在铅酸电池中引入了超级电容的特性以增强其比功率，并利用碳材料在电极中构建导电网络以缓解负极的“硫酸盐化”问题。但是，碳材料的加入给负极带来以下难题：第一，铅粉与碳材料的振实密度差异大，使得铅粉和碳材料难以均匀混合，将影响负极涂膏的稳固性，降低极板强度，造成电池循环稳定性下降；第二，碳材料表面析氢电位较铅低，碳材料的加入会导致电池负极析氢增加，过度析氢则会引起电池失水失效，影响电池寿命。

活性炭是具有大比表面积的微孔结构，双电层容量高，但是导电性不高，且活性炭不容易改性修饰，对其功能化改性极易堵住其微孔。

石墨导电性最高，但是比表面积非常小，无法增加双电层电容特性。

乙炔黑炭导电性好，能够增加极板的孔隙率，但也存在着比表面积不高和不容易改性修饰等缺点。

由此可见，这些传统碳材料由于结构与性质的特点，不仅无法有效解决传统铅酸电池的“硫酸盐化”问题，而且不能充分发挥铅碳电池超级电池的优点。

由于受条件限制，市售的铅碳蓄电池内置板栅仍沿袭制作铅酸电池板栅的组分，其中负极板栅是其重要元部件，负极板栅的主要作用有两方面作用：

1、集电流骨架：负极板栅是电极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀，提高负极活性物质的利用率；

2、负极活性物质的支撑载体：负极板栅通过边框和筋条对负极活性物质起支撑的作用。

目前，在铅酸电池极板中引入活性炭组分而形成超级电容的特性，能极大提高铅碳电池的性能，但是现有的活性炭直接加入到极板中性能提升不大，需要对其进行改性，而活性炭的改性往往伴随着活性炭粉末与液体改性原料混合搅拌，由于活性炭的轻质超微细的具有很大比表面积的粉末，在混合过程中，容易漂浮在原料液表面，且容易团聚，且会形成粉尘飞扬，给环境带来影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于多孔活性炭材料的铅碳电池极板及其制备方法，该铅碳电池负极板具有使电池比能量提高以及降低铅膏的阻抗，避免充放电过程中活性炭的脱落的优点。