一种铅酸蓄电池测试用工作电极及其制备方法与流程

本发明涉及铅酸蓄电池领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池测试用工作电极及其制备方法。

背景技术：

铅酸蓄电池应用发展历史已有一百多年，在工艺生产技术上已发展得较为成熟，但随着其它新型能源电池技术的兴起和市场环境的变化对铅蓄电池的初期性能提出了更高的要求，所以引进了新材料、新物质的应用来提高其性能，在对添加新材料后的活性物质检测其铅及铅氧化物的氧化还原电位，判断其析氢析氧电位来决定其应用前景

目前，铅酸蓄电池行业在研究电池活性物质的循环伏安曲线或者交流阻抗技术测试时，采用极板上取样包膜后用环氧树脂覆盖在其表面，然后在表面开窗使其与测试溶液接触反应，过程使用的极板面积大，对仪器测试量程要求大和不能精准测量过程中活性物质质量变化，这对研究极板的电化学反应过程中产生了一定的影响，使得研究过程操作不便。

本申请人的在先专利、申请号为cn201420749400.8的中国专利公开了一种铅酸蓄电池研究用工作电极，旨在解决现有的极板不能满足铅酸蓄电池研究活性物质特性时仪器的测试量程和测试安装，研究过程操作不便的不足。该实用新型包括绝缘体环、与绝缘体环紧固连接的导电铅条，导电铅条前端设有“十”字形的固化头，固化头设置在绝缘体环内，绝缘体环内固化有活性物质，固化头封闭固化在活性物质内。这种结构的工作电极可以从电化学方面来研究在化成过程或者循环过程中活性物质材料的变化过程，能够满足铅酸蓄电池研究活性物质特性时仪器的测试量程和测试安装，研究过程操作方便。

上述专利是从结构方面对工作电极进行改进的，为了进一步提高，需要从其材料上进行改进。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铅酸蓄电池测试用工作电极及其制备方法。本发明能够克服原有过程工作电极测试使用的极板面积大，对仪器测试量程要求大和不能精准测量过程中活性物质质量变化，造成研究过程操作的不足。利用该工作电极可以从电化学方面来研究在化成过程或者循环过程中活性物质材料的变化过程，能够满足铅酸蓄电池研究活性物质特性时仪器的测试量程和测试安装，研究过程操作方便。

本发明的具体技术方案为：一种铅酸蓄电池测试用工作电极，包括导电基体、多孔活性物质层和离子可渗透薄膜；所述多孔活性物质层由多孔活性物质浆料涂覆于所述导电集体表面后固化形成，所述离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面；离子可渗透薄膜为可阻挡铅离子自由迁移、渗透的小孔径离子交换膜。

本发明能够克服原有过程工作电极测试使用的极板面积大，对仪器测试量程要求大和不能精准测量过程中活性物质质量变化，造成研究过程操作的不足。利用该工作电极可以从电化学方面来研究在化成过程或者循环过程中活性物质材料的变化过程，能够满足铅酸蓄电池研究活性物质特性时仪器的测试量程和测试安装，研究过程操作方便。

其中，离子可渗透薄膜的作用主要是抵挡金属大颗粒物质自由移动到溶液中，同时与活性物质形成微电路，加大自放电电流过程。

作为优选，所述导电基体为导电铅金属、铅合金或耐腐蚀导电金属。

采用上述金属作为支撑骨架和电流传输集流体，能快速的将其活性物质进行转化。

作为优选，所述导电基体的厚度为1-10mm，所述多孔活性物质层的厚度为5-25mm，所述离子可渗透薄膜的厚度为2-45微米。

本发明的工作电极涂层比极板厚度更薄，活物量少，活物转化就快，能有效的减少扫描时间。

作为优选，所述多孔活性物质浆料包括以下重量份的原料：包含亲水基团的表面活性剂或包含亲水基团的分散剂0.15-2.5份，活性物质98.2-99份，无机盐0.5-1份，导电碳材料0.1-0.3份，导电聚合物0.2-0.4份，浓度为42-55wt%的硫酸溶液7.4-11.9份，去离子水8.8-13.9份。

作为优选，所述表面活性剂或分散剂选自磺化芳烃聚合物。进一步可选优为木素磺酸盐、萘磺酸甲醛缩合物或者其混合物。上述物质结构稳定，能有效附着在活性物质的表面，是其硫酸盐化过程可逆性更强。

作为优选，所述无机盐选自硫酸钡、硫酸铅、硫酸钙、硫酸钠、硫酸亚锡中的至少一种。

作为优选，所述导电碳材料选自炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、活性碳中的至少一种；所述导电聚合物选自聚苯胺、聚亚苯基亚乙烯基、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙炔、聚噻吩、聚苯硫醚中的至少一种。

由于工作电极测试过程电流测试范围更精确，添加导电聚合物能将电极之间的差异性更直观的将其表征出来。

一种铅酸蓄电池测试用工作电极的制备方法，包括以下步骤：

（a）将离散的导电碳材料纤维和表面活性剂或分散剂添加入容器中，接着添加去离子水，混合均匀后在75-85℃条件下搅拌15-30min；

（b）将搅拌后的混合液静置10-20min，温度降至室温时，加入无机盐和导电聚合物混合，继续搅拌15-25min，得到混合均匀的添加剂溶液；

（c）将添加剂溶液与活性物质混合，搅拌均匀后得到其混合浆料，过程中控制ph为中性或弱碱性；

（d）向混合浆料中缓慢匀速加入硫酸溶液，搅拌均匀，期间控制温度为45-62℃，得到多孔活性物质浆料；

（e）在导电基体上刮涂厚度均一的多孔活性物质浆料，固化后形成多孔活性物质涂层，将离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面，得到极板半成品；

（f）将极板半成品放入到中温高湿的环境下固化干燥40-56h后，使用环氧树脂封装导电基体上用于连接的连接金属条，得到工作电极。

作为优选，步骤（a）、（b）中的搅拌速度为600-800r/min，步骤（c）、（d）中的搅拌速度为200-360r/min。

作为优选，步骤（f）中，所述中温高湿环境为温度40-55℃，相对湿度95-100%。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

1、提供了一种铅蓄电池用工作电极制作方法和模型，解决了因极板测试循环伏安和交流阻抗测试不精确、不方便的问题。

2、本发明工作电极制备过程简单明了，能够满足铅酸蓄电池研究活性物质特性时仪器的测试量程和测试安装

3、本发明的工作电极质量少，涂层薄，活物转化速度快，大大缩减了测试使用时间。

附图说明

图1为用正常极板制备工作电极循环伏安曲线图；

图2为实施例1的工作电极循环伏安曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种铅酸蓄电池测试用工作电极，包括导电基体、多孔活性物质层和离子可渗透薄膜；所述多孔活性物质层由多孔活性物质浆料涂覆于所述导电集体表面后固化形成，所述离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面。

所述导电基体的厚度为5mm，所述多孔活性物质层的厚度为15mm，所述离子可渗透薄膜的厚度为34微米。

所述离子可渗透薄膜为聚乙烯膜。

所述导电基体为铅钙锡铝合金。

所述多孔活性物质浆料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛缩合物和木素磺酸盐的混合物0.3份，氧化铅铅粉98.5份，硫酸钠、硫酸亚锡的混合物0.5份，碳纳米管0.3份，聚苯胺0.4份，浓度为50wt%的硫酸溶液9.7份，去离子水11.4份。

一种铅酸蓄电池测试用工作电极的制备方法，包括以下步骤：

（a）将离散的导电碳材料纤维和表面活性剂或分散剂添加入容器中，接着添加去离子水，混合均匀后在80℃条件下搅拌（700r/min）25min；

（b）将搅拌后的混合液静置15min，温度降至室温时，加入无机盐和导电聚合物混合，继续搅拌（700r/min）20min，得到混合均匀的添加剂溶液；

（c）将添加剂溶液与活性物质混合，搅拌（280r/min）均匀后得到其混合浆料，过程中控制ph为中性；

（d）向混合浆料中缓慢匀速加入硫酸溶液，搅拌（280r/min）均匀，期间控制温度为55℃，得到多孔活性物质浆料；

（e）在导电基体上刮涂厚度均一的多孔活性物质浆料，固化后形成多孔活性物质涂层，将离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面，得到极板半成品；

（f）将极板半成品放入到中温高湿（温度48℃，相对湿度98%）的环境下固化干燥48h后，使用环氧树脂封装导电基体上用于连接的连接金属条，得到工作电极。

实施例2

一种铅酸蓄电池测试用工作电极，包括导电基体、多孔活性物质层和离子可渗透薄膜；所述多孔活性物质层由多孔活性物质浆料涂覆于所述导电集体表面后固化形成，所述离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面。

所述导电基体的厚度为1mm，所述多孔活性物质层的厚度为5mm，所述离子可渗透薄膜的厚度为2微米。

所述离子可渗透薄膜为聚丙烯膜。

所述导电基体为导电铅金属。

所述多孔活性物质浆料包括以下重量份的原料：木素磺酸盐0.2份，氧化铅铅粉99份，硫酸钡、硫酸铅的混合物0.5份，炭黑、石墨烯的混合物0.1份，聚亚苯基亚乙烯基0.2份，浓度为42wt%的硫酸溶液7.4份，去离子水8.8份。

一种铅酸蓄电池测试用工作电极的制备方法，包括以下步骤：

（a）将离散的导电碳材料纤维和表面活性剂或分散剂添加入容器中，接着添加去离子水，混合均匀后在75℃条件下搅拌（800r/min）30min；

（b）将搅拌后的混合液静置10min，温度降至室温时，加入无机盐和导电聚合物混合，继续搅拌（800r/min）25min，得到混合均匀的添加剂溶液；

（c）将添加剂溶液与活性物质混合，搅拌（360r/min）均匀后得到其混合浆料，过程中控制ph为弱碱性；

（d）向混合浆料中缓慢匀速加入硫酸溶液，搅拌（360r/min）均匀，期间控制温度为45℃，得到多孔活性物质浆料；

（e）在导电基体上刮涂厚度均一的多孔活性物质浆料，固化后形成多孔活性物质涂层，将离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面，得到极板半成品；

（f）将极板半成品放入到中温高湿（温度40℃，相对湿度95%）的环境下固化干燥40h后，使用环氧树脂封装导电基体上用于连接的连接金属条，得到工作电极。

实施例3

一种铅酸蓄电池测试用工作电极，包括导电基体、多孔活性物质层和离子可渗透薄膜；所述多孔活性物质层由多孔活性物质浆料涂覆于所述导电集体表面后固化形成，所述离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面。

所述导电基体的厚度为10mm，所述多孔活性物质层的厚度为25mm，所述离子可渗透薄膜的厚度为45微米。

所述离子可渗透薄膜为聚丙烯膜。

所述导电基体为铅合金。

所述多孔活性物质浆料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛缩合物0.3份，氧化铅铅粉98.7份，硫酸钙0.5份，活性碳0.2份，聚噻吩0.3份，浓度为55wt%的硫酸溶液11.9份，去离子水13.9份。

一种铅酸蓄电池测试用工作电极的制备方法，包括以下步骤：

（a）将离散的导电碳材料纤维和表面活性剂或分散剂添加入容器中，接着添加去离子水，混合均匀后在85℃条件下搅拌（600r/min）15min；

（b）将搅拌后的混合液静置20min，温度降至室温时，加入无机盐和导电聚合物混合，继续搅拌（600r/min）15min，得到混合均匀的添加剂溶液；

（c）将添加剂溶液与活性物质混合，搅拌（200r/min）均匀后得到其混合浆料，过程中控制ph为中性；

（d）向混合浆料中缓慢匀速加入硫酸溶液，搅拌（200r/min）均匀，期间控制温度为62℃，得到多孔活性物质浆料；

（e）在导电基体上刮涂厚度均一的多孔活性物质浆料，固化后形成多孔活性物质涂层，将离子可渗透薄膜包覆于多孔活性物质层表面，得到极板半成品；

（f）将极板半成品放入到中温高湿（温度55℃，相对湿度100%）的环境下固化干燥56h后，使用环氧树脂封装导电基体上用于连接的连接金属条，得到工作电极。

性能对比

如图1所示，为现有技术中用正常极板制备工作电极循环伏安曲线图，如图2所示，为发明实施例1的工作电极循环伏安曲线图，从曲线图中可以看出，相比图1，采用实施例1的工作电极的扫描过程图采用的扫描次数更少，扫描线更集中。虽然用正常极板制备的工作电极的加持电压扫描最后也能达到这样的效果，但是其扫描的次数得更多，时间上花费的更多。同时也能干扰到活性物质特征峰的精确判断。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。