专利名称：一种铅炭混合物及制作铅酸电池极板的方法
技术领域：
本发明涉及铅炭电池领域，尤其涉及一种用于铅酸电池极板的铅炭混合物以及采用铅炭混合物制作铅酸电池极板的方法。
背景技术：
澳大利亚联邦科学与工业研究会(CSIR0)与日本古川电池株式会社在铅碳电池领域获得了长足的进展，并在各国申请了相关专利。这些专利主要涉及如何使活性炭与负极板活性物质良好结合。古河公司在EP2424011及CN102484245A中提到，将涂覆了活性炭涂层的负极板浸入溶解了十八水和硫酸铝的1.30g/L的硫酸溶液中，通过浸溃，活性炭涂层微孔中会吸附部分铅离子，在化成前的充电处理过程中，微孔中的铅离子还原生成铅，与极板表面的还原铅形成良好的网络。该网络能保证活性炭涂层与极板表面结合良好。这种方法在降低活性炭层粘接剂用量的同时，改善涂层与极板表面的粘接性能，提高了活性炭比电容的发挥。但是该专利有以下缺陷:
一是，极板碳层中活性炭内吸附铅离子有限。通过延长涂覆了活性炭涂层的极板在硫酸溶液中的浸溃时间，达到活性炭微孔中吸附较多量的铅离子方法不是十分可靠。在硫酸溶液中，极板中的铅的氧化物与硫酸反应生成硫酸铅，极板中的硫酸铅溶解度非常低，很难有足够的铅离子扩散到碳层，且被吸附到活性炭微孔中。二是，铅本身是比较好的析氢抑制剂，但如果没有较大量的铅被吸附到活性炭表面和微孔中，就无法起到明显的析氢抑制效果。所以经过这样处理的的活性炭与铅膏复合极板，还需要向碳层或者电解液中添加其他析氢抑制剂。
发明内容
本发明为了解决上述现有铅酸电池制作的技术问题，同时开拓新的铅酸电池极板的制作工艺，提出一种结合强度高、析氢抑制剂效果好及制作灵活的铅炭混合物及制作铅酸电池极板的方法。本发明提出的一种铅炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制:
炭混合物:20% 80%、铅粉:20% 80% ；
其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10% 80%、导电炭材料:10 50%、粘接剂:5% 50%、纤维:0.1% 1%。所述的粘接剂包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡胶(SBR)的一种；所述的纤维为短纤维或各种导电碳纤维。本发明提出的一种采用铅炭混合物制作铅酸电池极板(板栅)的方法，其步骤如下:
步骤1、铅炭混合物和溶剂的混合按比例秤取铅炭混合物的原料:铅粉、活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维。再秤取重量百分比为309Γ50%的铅炭混合物、重量百分比为509Γ70%的溶剂。先将活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维和溶剂投入搅拌机中，以转速1000转/分进行混合，混合一个小时，再加入铅粉继续进行搅拌一个小时，制成铅炭混合浆料。所述的溶剂为:去离子水、丙酮、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一种。步骤2、铅炭混合浆料的涂覆及定型
将铅炭混合浆料涂覆在电池极板表面，后将极板置于40°C 120°C的烘箱中，经表面干燥后，取出来进行辊压，辊压的压力为0.Γ1兆帕；
或者先将已制备好的铅膏涂覆在电池极板表面，再对极板进行固化、烘烤除水；然后将所述的铅炭混合浆料，涂覆在极板的铅膏层的表面，将极板置于40°C 120°C的烘箱中，经表面干燥后，取出来进行辊压，辊压的压力为0.Γ1兆帕。本发明将铅粉混入活性炭、导电炭材料、粘接剂及纤维中，再与溶剂混合制作成涂覆于板栅或极板表面的涂层。借助涂层中的足够量的铅粉在电池充电时被还原，与极板铅膏表面或者板栅表面的还原铅形成较为致密的网络，显著提高了涂层与板栅或者极板表面的粘接强度；涂层中的铅粉与电解液中的硫酸反应后，能在涂层中形成较为充足的铅离子，活性炭中的孔和表面可以吸附足够量的铅离子，并被还原成铅，起到明显的析氢抑制剂效果；涂层既可以涂覆在板栅表面，也可以涂覆在极板表面，比传统制作铅酸电池的工艺更为灵活。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行详细的说明:
本发明提出的一种铅炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制:` 炭混合物:20% 80%、铅粉:20% 80% ；
其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
活性炭:10% 80%、导电炭材料:10 50%、粘接剂:5% 50%、纤维:0.1% 1%。活性炭要求其比表面积在100(T3000m2/g，优选150(Tl800m2/g。导电炭材料包括:乙炔黑、科琴黑、导电石墨等可形成导电网络结构的导电炭材料。粘接剂包括:聚偏四氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)及丁苯橡胶(SBR)的一种；所述的纤维为短纤维或各种导电碳纤维。炭混合物占涂层总重的20°/Γ80%，即当炭混合物含量超过20%时，铅粉被充分包裹到涂层中，涂层的粘接主要依靠的是粘接剂的粘接能力，反而粘接强度获得提高。当铅粉含量少于总重的20%时，涂层与极板的板栅、铅膏之间的粘接力会弱化，容易剥落。因此，铅粉含量不少于总重的20%。采用铅炭混合物制作铅酸电池极板(板栅)的方法的较佳实施例，步骤如下:
步骤1、铅炭混合物和溶剂的混合
按比例秤取铅炭混合物的原料:铅粉、活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维，再秤取重量百分比为309Γ50%的铅炭混合物、重量百分比为509Γ70%的溶剂。先将活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维和溶剂投入搅拌机中，以转速1000转/分进行混合，混合一个小时，再加入铅粉继续进行搅拌一个小时后制成铅炭混合浆料。
其中，溶剂包括:去离子水、丙酮、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。适合于去离子水的粘接剂是聚四氟乙烯和丁苯橡胶；适合丙酮等有机溶剂的是聚偏四氟乙烯。具体实施例中，铅炭混合物与溶剂的配制，可以采用如下配比:
铅炭混合物:30%、溶剂:70% ；或铅炭混合物:40%、溶剂:60% ；或铅炭混合物:50%、溶剂:50%ο具体实施例中制备铅炭混合物的炭混合物与铅粉的配制，可采用如下配比:
炭混合物:20%、铅粉:80% ;或炭混合物:80%、铅粉:20% ;或
炭混合物:50%、铅粉:50% ；
而其中的炭混合物由以下物料的重量百分比配制:
(I)活性炭:80%、乙炔黑:10 %、粘接剂PVDF:9%、短纤维:1%。或(2)活性炭:10%、科琴黑:50%、粘接剂PTFE:39.4%、短纤维:0.6%。或(3)活性炭:45 %、导电石墨:30%、粘接剂SBR:024.9%、短纤维:0.1%。或(4)活性炭:29%、乙炔黑:20%、粘接剂PTFE:50%、短纤维:1%。或(5)活性炭:54.5%、导电石墨:40%、粘接剂PVDF:5%、短纤维:0.5%。具体实施例中的短纤维也 可以用各种导电碳纤维替代。步骤2、铅炭混合浆料的涂覆及定型
将搅拌好的铅炭混合浆料取出，涂覆在极板(板栅)表面。涂层厚度与极板厚度一致，涂层孔率为70%。再将极板置于40°C ^120°C (优选60°C 100°C )的烘箱中，经表面干燥后，取出来进行辊压，辊压的压力为0.Γ1 (优选0.2^0.5)兆帕。较佳实施中，将极板置于80°C下烘烤10个小时，然后放入液压机中进行挤压，压力为0.2兆帕，制成涂炭极板(板栅)。将按现有技术制作的铅膏涂覆在干燥完毕的涂炭极板的表面，再按照现有极板固化的流程进行固化。然后将固化完毕的极板按照蓄电池装配工艺进行装配，并注入1.30g/L的硫酸溶液，静置f 8小时候，优选2 4个小时。进行充电，充电电流0.0ICT0.5C，优选
0.05CT0.15C，充电时间f 10个小时，优选2飞个小时。然后转入正常的铅酸电池化成工艺对电池进行化成充电。通过此过程，将涂层中的氧化铅与铅膏中的氧化铅、极板表面的氧化铅还原成铅，并互相粘接形成网络，极大增强了涂层与极板、铅膏表面之间的粘接能力。同时，在极板进入电解液后，部分氧化铅与硫酸反应，产生一定量的游离铅离子，被吸附到活性炭中的孔及活性炭表面，同时被还原沉积到活性炭中的孔和活性炭表面，形成了良好的析氢抑制能力。另一实施例，先将按现有技术制作的铅膏涂在极板(板栅)表面，按照现有极板固化的工艺进行固化，固化完毕后的极板(板栅)再经过烘烤除水。然后将步骤1、制作的铅炭混合浆料，涂覆在经过干燥的极板的铅膏的表面。在80°C下烘烤10个小时，再用液压机进行挤压，压力在0.2兆帕。将处理完毕的极板按照蓄电池装配工艺进行装配，并注入1.30g/L的硫酸溶液,静置4个小时候,进行充电，电流为0.1C,充电2个小时。然后转入正常的铅酸电池化成工艺对电池进行化成充电。以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种铅炭混合物，其特征在于，由以下物料的重量百分比配制: 炭混合物:20% 80%、铅粉:20% 80% ； 其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制: 活性炭:10% 80%、导电炭材料:10 50%、粘接剂:5% 50%、纤维:0.1% 1%。
2.如权利要求1所述的铅炭混合物，其特征在于，所述的粘接剂包括:聚偏四氟乙烯、聚四氟乙烯及丁苯橡胶的一种；所述的纤维为短纤维或各种导电碳纤维。
3.一种采用权利要求1所述的铅炭混合物作铅酸电池极板的方法，其包括如下步骤: 步骤1、铅炭混合物和溶剂的混合 按比例秤取铅炭混合物的原料:铅粉、活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维，再秤取重量百分比为309Γ50%的铅炭混合物、重量百分比为509Γ70%的溶剂；先将活性炭、导电炭材料、粘接剂、纤维和溶剂投入搅拌机中，以转速1000转/分进行混合，混合一个小时，再加入铅粉继续进行搅拌一个小时，制成铅炭混合浆料； 步骤2、铅炭混合浆料的涂覆及定型 将铅炭混合浆料涂覆在电池极板表面，后将极板置于40°C 120°C的烘箱中，经表面干燥后，取出来进行辊压，辊压的压力为0.Γ1兆帕； 或先将已制备好的铅膏涂覆在电池极板表面，后对极板进行固化、烘烤除水；后将所述的铅炭混合浆料，涂覆在极板的铅膏层的表面，将极板置于40°C 12(TC的烘箱中，经表面干燥后，取出来进行辊压，辊压的压力为0.Γ1兆帕。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为:去离子水、丙酮、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮的一种。
全文摘要
本发明公开了一种用于制作铅酸电池极板的铅炭混合物，其由以下物料的重量百分比配制炭混合物20%～80%、铅粉20%～80%；其中，所述的炭混合物由以下物料的重量百分比配制活性炭10%～80%、导电炭材料10～50%、粘接剂5%～50%、纤维0.1%～1%。本发明公开了一种用铅炭混合物制作铅酸电池极板的方法。本发明涂层与极板表面的粘接强度高，析氢抑制剂效果好，涂层既可以涂覆在板栅表面，也可以涂覆在极板表面，比传统的制作铅酸电池的工艺更为灵活。
文档编号H01M4/62GK103078083SQ201310015058
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者胡金丰, 张华农, 衣守忠, 彭斌 申请人:深圳市雄韬电源科技股份有限公司