一种铅碳电极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电极领域，尤其涉及一种铅碳电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铅酸蓄电池从发明至今已有150多年的历史，因其工艺技术成熟、性价比高、容量 大、安全性能好、循环经济效益好等优点而成为世界上产量最大、应用范围最广的一种电 池。但是，铅酸蓄电池由于比功率低、循环寿命短等缺点而成为铅酸蓄电池进一步发展的瓶 颈，尤其在高倍率部分荷电态充放电使用时，因硫酸铅在负极的快速累积而导致负极硫酸 盐化失效，使得电池的循环寿命偏低。
[0003] 铅炭电极可组装成铅炭电池，铅炭电池是超级电池的一种，也属于电容电池。因为 铅炭电极具有电池性与电容性，能与电池正极（PbO2)形成非对称性超级电容器内联在同一 电池槽内，具有优异的电池容量，电池内阻小充电接受能力高，循环生命长等特性。
[0004] 目前国际国内存在定型（成熟）的生产方法，使其成为工业化规模生产，广泛流通 于市场。
[0005] 据文献载：铅炭电极制造的方法有下列几个； A、炭膜贴附法：利用超级电容器的炭膜电极用的膜贴附在电池负极上，形成物理接触 的pb/C电极，这种电极最大缺点是严重的自放电，电池根本不能搁置，一旦搁置，电池即要 充电否则不能使用，实际上没有现实意义。
[0006] B、镀铅(炭）法：通过电镀，镀铅在炭电极上，更令人难以置信的是镀铅时间漫长， 另外炭基板活化敏化较难，所以镀铅在实现工业化制板有一室难度。或是铅板镀炭，同样也 有困难，这样的电镀法生产铅炭电极在实验室是可以的，工业化规模具有难度，还有现在铅 蓄电池工厂需添置电镀设备。
[0007]C、炭骨架法：利用玻璃态化碳作板栅，这样工艺正在热烈发展中，这或许可以制成 铅炭电极，但寿命尚存问题，炭板栅与活物质接触到后期有炭层腐蚀，有损电池循环寿命。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是采用配方法得到一种铅碳电极及其制备方法。
[0009] 为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下： 一种铅碳电极，其特征在于它包含混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉， 以上所述的成分中铅粉为基础成分；以上所述的成分占铅粉重量的质量分数比如下：混 合碳与铅粉的质量比为1%_3%，载体与铅粉的质量比为1%_2%，膨胀剂与铅粉的质量比为 I. 4%-1. 7%，相溶助剂与铅粉的质量比为0. 1%-0. 3%，纳米碳包铅与铅粉的质量比为1%- 2% ;所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭四种碳混合物组成；所述的载体为硅与 碳的混合物组成；所述的膨胀剂为硫酸钡、木素、胡敏酸、纳米碳管的混合物组成，硫酸钡 与铅粉的质量比为〇.8%-1.0%、木素与铅粉的质量比为0.2%、胡敏酸与铅粉的质量比为 0. 3%-0. 4%、纳米碳管与铅粉的质量比为0. 1% ;所述的相溶助剂为聚天冬胺酸钠。
[0010] 所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭的质量分数构成如下：石墨40%、乙 炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%。
[0011] 所述的载体中硅与碳的质量比为2:1。
[0012] 一种铅碳电极的制备工艺方法，它包括如下步骤： 第1步、制备原材料： 选择铅粉、聚天冬胺酸钠备用； 选择质量分数为石墨40%、乙炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%的粉末混合得到混合 碳； 选用硅与碳的质量比为2:1混合得到载体； 选择硫酸钡与铅粉的质量比为〇. 8%-1. 0%，木素与铅粉的质量比为0. 2%，胡敏酸与铅 粉的质量比为〇. 3%-0. 4%，纳米碳管与铅粉的质量比为0. 1%的材料混合均匀后得到膨胀 剂； 制备纳米碳包铅：按质量称取等量的碳酸铅和淀粉均匀拌合成混合体，再向混合体添 加水，使其成为浆糊状，在180°C的无氧条件下进行炭化处理，得到炭化混合体，再将炭化混 合体在315°C~330°C进行还原反应最终得到纳米碳包铅； 第2步、混合原料： 向铅粉中加入质量分数为铅粉1%_3%的混合碳、质量分数为铅粉1%_2%的载体，质量分 数为铅粉1. 4% - 1. 7%的膨胀剂，质量分数为铅粉0. 1%-0. 3%的聚天冬胺酸钠，质量分数为 铅粉1% - 2%的纳米碳包铅；将以上混合物混合均匀； 第3步、和膏工艺： 首先将第2步得到的混合物干搅拌6-8分钟，然后加水搅拌，加水时间控制在2分钟 以内；再加入酸，搅拌，加酸时间控制在15-18分钟以内，得到正铅膏和负铅膏；在和膏过程 中，正铅膏和负铅膏采用不同的加水量和加酸量； 第4步、涂料工艺： 采用涂板机将正铅膏和负铅膏涂覆在电极骨架上，得到正电极板基材和负电极板基 材； 第5步、固化工艺： 将第4步得到的正电极板基材和负电极板基材分十六段进行固化处理，正电极板基材 和负电极板采用不同的工艺参数； 第6步、极板化成： 将正电极板基材和负电极板基材上已固化的铅膏中的碱式硫酸盐与铅氧化物转化为 活性物质，正电极板上活性物质转化为二氧化铅，负电极板上活性物质转化为海棉状铅。
[0013] 所述的和膏工艺中正铅膏加入的水的重量为混合物重量的95%_101%，加入的酸的 重量为混合物重量的72%-78% ;所述的和膏工艺中负铅膏加入的水的重量为混合物重量的 92%-96%，加入的酸的重量为混合物重量的64%-70%。
[0014] 本专利的方法是用配方法；本法制造铅炭电极有许多优点，①现有生产铅酸电池 的厂家不需要添置设备，不需改变太多的工艺，②利用配方法可以批量生产铅酸(铅炭）电 池，这种铅炭电极制造工艺能带动整个铅酸电池行业技术升级。
[0015] 采用本发明创造制备得到的铅碳电池容量高，比传统电池容量高10-20%。与传统 电池比，容量保特性能好，适合高效率充放电，可缩短化成20%的时间，动态充电接受能力 提高10%。与传统电池比，动态内阻低：比传统电池低5%。与传统电池比，寿命长：比传统电 池长1-1. 5倍，硫酸盐化大大减轻。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1，选用铅粉IOOkg: 一种铅碳电极，包含混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉，以上所述的成 分中铅粉为基础成分；混合碳为lkg，其中石墨0. 4kg、乙炔黑0. 3kg、活性炭0. 2kg、人造炭 0.1kg;载体为lkg，载体中娃