[发明专利]一种铅酸电池正极板及其制备方法及铅酸电池

说明书

本发明公开了一种铅酸电池正极板及其制备方法及铅酸电池，所述铅酸电池正极板包括：正极板栅和空心玻璃微球/PbO₂复合材料铅膏；空心玻璃微球/PbO₂复合材料铅膏包括空心玻璃微球、去离子水、PbO₂和硫酸；空心玻璃微球和所述PbO₂的铅元素的质量比为0.05～0.2；硫酸和PbO₂的铅元素的质量比为0.06～0.16；空心玻璃微球/PbO₂复合材料铅膏的视密度为3.22～6.44g/cm³。本发明的铅酸电池正极板将传统铅酸电池正电极和超级电容器两者技术相融合，既具备电池特性的能量优势又具备双电层电容器的瞬间功率性大容量充电的特性，从而较之传统铅酸电池，本铅酸电池具有更高的比容量和寿命。

技术领域

本发明涉及正极板的铅膏技术领域，尤指一种铅酸电池正极板及其制备方法及铅酸电池。

背景技术

传统铅酸电池凭借低成本、技术成熟等优势，已成功应用于通讯、电动汽车等系统，是符合我国产业布局和制造水平的一种储能电池。但是，铅酸电池也存在着质量比能量不够高、循环寿命不够长等问题，因此，目前对于铅酸电池性能提升的改进研究仍在持续不断地进行。

传统的铅酸电池的正极活性材料多孔PbO₂是多晶型化合物，它存在的核心问题就在于活性物质PbO₂软化产生的导电性不良和铅膏脱落。在充电时，活性物质PbO₂的无定型态为介稳态，随着循环的进行，无定型态逐渐晶化，即结晶度增加，水化合物数目减少，定在增加，PbO₂颗粒间的电接触恶化，最终导致活性物质PbO₂软化脱落。而在充电时，因为PbSO₄本身是非电活性的，导电能力较差，只能靠剪应力将氧化还原物质作为PbSO₄膜的异常物质拉入膜中，电极内部的电荷传递依靠离子或电活性质点的扩散以及在相邻的氧化还原中心的转移而进行，这样电荷需通过PbSO₄膜再传递给内部活性物质PbO₂。因为表面PbSO₄层阻碍了铅酸电池本体反应的发生，此时施加在正极的偏压导致析氧反应(hydrogen-oxidationreaction，HOR)发生，造成电解液浓度变化，恶性循环进一步导致电池性能的性能降低、寿命缩短。同时还有正极还存在活性物质软化产生的导电性不良、失水、酸分层等失效模式。因此，铅膏软化会阻碍电解液在PbO₂表面的有效浸润，导致活性物质的比表面积利用率很低，从而阻碍了电解液和电极间的电子转移，对电化学反应过程中的电荷传输起抑制作用。传统铅酸电池比能量小、循环使用寿命短等缺点不能满足现代社会对长寿命、高容量电池的需求，电极材料的电化学性质对铅酸电池的性能有重要的影响，而与PbO₂有同样地位的正极材料在实际应用中种类很少，研究进展缓慢。因此，改进传统化学电源是迫切需要攻克的重要课题。空心玻璃微球是近年来发展起来的一种用途广、性能优异的新型材料。空心玻璃微球是由无机材料构成的，主要成分是硼硅酸盐，粒度为10～250μm，密度在0.1～0.7g/ml，壁厚为1～2微米的空心球体。空心玻璃微球具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。另外，还具有自润滑、质轻、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优异性能，经过特殊处理，具有憎油、亲水性能。

由于空心玻璃微球的高比孔体积、大的比表面积和吸附容量、低电阻率和高电子迁移率和化学惰性等，使其在吸附，化学传感器，催化剂载体，能量储存及新型功能复合材料等诸多领域都有潜在的应用价值。鉴于空心玻璃微球良好的吸附性和储存/释放电子能力，这类材料能有效提高介孔内的吸附和化学反应，促进催化反应关键基元步骤的电荷转移效率，进而使相应的化学反应过程显著强化。

发明内容