专利名称：铅氢蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铅氢蓄电池。
技术背景目前应用最多的充电动力电池当属铅酸蓄电池。其能量密度理论值 170Wh/kg(参考资料机械工业出版社《铅蓄电池技术》朱松然主编)。由于铅金属的比重大及材料利用率低等因素，铅蓄电池实际的比能量只有28-36Wh/kg。 镍氢电池的比能量45-70Wh/kg，略高于铅蓄电池(参考资料:化学工业出版社《先 进电池材料》李景虹编著)。但是金属镍价格昂贵，成本太高。传统的铅酸蓄电池正负极都采用金属铅作为主要原材料，充电时被分解的 两个水分子2他0，分解成四个氢原子4H和一个氧分子02，其中的两个氢原子 2H置换出正极硫酸铅PbS04中的铅，还原成硫酸H2S04，而氧分子02与置换出的 铅Pb结合成为二氧化铅Pb02。另外两个氢原子2H的电子，通过外电路进入负极， 与通过隔板进入负极的两个氢离子2H+汇合还原成氢原子，置换出负极硫酸铅 PbS04中的铅回到负极集流体上。化学反应式Pb02+Pb+2H2S04=2PbS04+2H20 由此可见，充电时正极的活性物质从硫酸铅PbS04中被置换出来，转化成二氧化 铅Pb02，起到贮氧的作用。而负极的两个氢原子2H，从硫酸铅PbS04中置换出 铅，还原成硫酸H2S04，起到贮氢的作用。这就是硫酸的浓度高，容量会提高的 原因。因为负极的硫酸起贮氢作用。硫酸的浓度高，活性物质的利用率就高。 但是硫酸的浓度高，会增加自放电和加快板栅的腐蚀。在放电时，正极的活性物质进入硫酸变成硫酸铅PbS04释放出两个氢原子和 一个氧分子。负极金属铅进入硫酸中成为硫酸铅PbS04也释放出两个氢原子，负极的两个氢原子的电子从外电路进入正极，氢离子穿过内部的隔板进入正极。 与正极释放出的两个氢原子和一个氧分子还原成两个水分子。负极所提供的电能为0.359伏乘上电流I，大约20%左右。而负极金属铅的重量，占电池的比例 高达40%。所以铅蓄电池的比能量只有28-36Wh/kg。此外还有过放电时的负极 硫酸盐化，过充电超过活性物质反应速度时造成析气失水等缺点。 发明目的为提高铅蓄电池的比能量，降低单位能量的生产成本。本发明提供一种铅 氢蓄电池。这种电池集铅蓄电池和镍氢电池两者的优点，输出电压比镍氢电池 高，比能量比二者大。成本比二者都低的蓄电池。发明内容一种铅氢蓄电池，由贮氢材料负极(1)、隔板(2)、硫酸水溶液和铅金属 氧化物粉末活性物质(3)及铅金属集电体(4)制作的正极组成。本专利是把 传统的铅酸蓄电池中负极金属铅去掉，取而代之的是贮氢材料。充电时，在负 极还原的两个氢原子2H直接贮存在贮氢材料中。本专利实验的铅氢蓄电池，负 极贮氢材料选用石墨粉。在酸性电解液中，碳材料作为负极的标准电位，资料 中没有查到。实验的结果，电池的初始放电电压2.2V。石墨具有较大的比表面 积，程层状结构。具有电化学插层与脱插的作用。在酸性水溶液中因为生成嵌 入化合物将电极结构扩张，增加了孔隙率。从而改善了放电速度。具有贮氢量 高，解吸快的特点。在制作负极电极时，添加一定比例的金属及金属化合物。 负极的电压会向更负的方向延伸，使输出电压绝对值，接近或超过铅酸蓄电池。另一种作为负极的贮氢材料，选用成品商品中，抗硫酸腐蚀的金属合金氢 化物作电极。如钛氢金属氢化物等。由于负极省去了铅金属材料，给存放贮氢材料提供了大量的空间。贮氢材料的贮氢密度比硫酸高，所以容量会大幅度提高。因此，总的能量密度得以大 幅度的提升。(本专利实验中的铅氢蓄电池，负极釆用的是石墨粉。没有添加剂的电池初始空载电压2. 2V。添加氢氧化铝的电池，初始空载电压2, 5V。) 具体实施方案本专利的铅氢蓄电池正极材料，与普通的铅酸蓄电池相同。采用纯铅轧制 成的薄铅板，活性物质制成的铅膏涂在聚丙稀无妨布上，与正极集电体重叠在 一起。硫酸减少到满足正极活性材料所用的量即可。其它的正极添加剂与铅酸 蓄电池相同。负极材料用碳元素为主的石墨、乙炔黑等比表面积大的材料，加 入一定比例的金属或金属化合物。采用合浆、涂膏、烘干、压片的方法制成。 如果用商品金属合金氢化物作负极电极，应选用钛氢等耐酸腐蚀的金属氢化物 作电极。组装工艺，圆柱型电池采用巻饶法。巨型电池采用折叠法。(如图所示)。对隔板的要求，采用微孔隔膜，要满足耐酸的要求。在微孔隔膜正极活性 物质的一侧附加一层超细玻璃纤维隔膜贮存电解液，以满足正极的需要。
俯视图中(1)负极材料，(2)隔膜，(3)正极活性材料，(4)正极集电体。 有益效果由于负极不用铅金属，比重明显降低。如果采用碳元素做负极材料，比重 只有铅的五分之一，并且节省了铅酸蓄电池生产工艺中的汇流排焊接及穿壁焊 等辅助材料。同时没有铸造工艺和大量的焊接工艺，没有铅挥发，不会产生污 染。本专利的铅氢蓄电池，无论与铅酸蓄电池相比，还是与镍氢电池相比，在 能量密度都有大幅度提高的同时，单位能量成本大幅度降低。另外与铅酸蓄电 池相比，负极直接贮氢，没有化学反应过程，不会出现负极的硫酸盐化。所以 充放电速度快。也改善了耐过充电和耐过放电的性能。
权利要求
1.一种铅氢蓄电池，由贮氢材料负极(1)、隔板(2)、硫酸水溶液和铅金属氧化物粉末活性物质(3)及铅金属集电体(4)制作的正极组成。其特征在于以贮氢材料作为负极电极，在充电过程中，负极还原成的两个氢原子2H，直接贮存在负极贮氢材料中。作为负极的贮氢材料，采用碳元素为主的非金属材料及金属和金属化合物为添加剂的混合物制作而成。另一种作为负极的贮氢材料，选用成品金属合金氢化物电极。
2. 根据权利要求1所述的铅氢蓄电池,其特征在于以铅金属集电体 及铅金属氧化物粉末制作正极。负极采用贮氢材料做电极。充电过程 中，在负极还原的两个氢原子2H，直接贮存在负极贮氢材料中。
3. 根据权利要求l所述的铅氢蓄电池，其特征在于以铅金属及铅 金属氧化物粉末制作正极。相匹配的负极，以碳元素为主金属及化合 物为添加剂的混合物制作贮氢材料负极。如果不选用铅金属及氧化物 粉末作正极，该负极材料的应用则不属本专利权利要求范围。
4. 根据权利要求1所述的铅氢蓄电池，其特征在于以铅金属及铅 金属氧化物粉末制作正极，相匹配的负极，以成品的金属合金氢化物 为贮氢材料负极。如果不选用铅金属及氧化物粉末作正极，该负极材 料的应用则不属本专利权利要求范围。
全文摘要
本发明是把传统的铅酸蓄电池负极的金属铅去掉，取而代之的是以碳元素为主的贮氢材料。在负极还原的两个氢原子直接贮存在贮氢材料中。本发明提出的铅氢蓄电池。由于负极不用铅金属，比重明显降低。如果采用碳元素做负极材料，比重只有铅的五分之一，并且节省了铅酸蓄电池生产工艺中的汇流排焊接及穿壁焊等辅助材料。同时没有铸造工艺和大量的焊接工艺，没有铅挥发，不会产生污染。本发明的铅氢蓄电池，无论与铅酸蓄电池相比，还是与镍氢电池相比，在能量密度都有大幅度提高的同时，单位能量成本大幅度降低。另外与铅酸蓄电池相比，负极直接贮氢，没有化学反应过程，不会出现负极的硫酸盐化。所以充放电速度快。也改善了耐过充电和耐过放电的性能。
文档编号H01M10/06GK101325268SQ20071011082
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者禹文华 申请人:禹文华