专利名称：一种铅碳超电容电池负极制作方法
技术领域：
本发明属于超电容电池技术领域，具体涉及一种超电容电池的负极的制备方法。
背景技术：
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超电容电池(SupercapacitorBattery)是介于超级电容器和电池之间的储能器件。它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。超电容电池储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。因其具有高比功率、大电容和循环寿命长等特点，成为一种新型的储能装置，在移动通信、信息技术、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域具有重要和广阔的应用前景，在世界范围内引起了极大关注。
随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其中，在太阳能和风能等储能系统领域，目前主要以铅酸蓄电池技术为主，这种技术存在寿命短(约300-500次)、工作温度范围窄、大电流接受能力差等缺陷，所以需要开发新型超电容电池技术来满足该领域储能要求。
现有无机体系超电容主要有碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系，尽管其寿命较长，但价格是同类型铅酸蓄电池的IO倍以上、且工作电位窗口只有1.5V,比能量只有5wh/kg左右，难以在储能系统得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅碳超电容电池负极制作方法，该法制备的铅碳超电容电池负极可显著提高超电容电池的比能量，延长循环使用寿命，扩大工作电位窗，且便于制造、成本低、可靠性高。本发明的目的可以通过以下措施达到
一种铅碳超电容电池负极制作方法，将以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到电极基体的不同区域,然后烘干，制成铅碳超电容电池负极。
其中以铅粉为主要成分的活性物质可以只包括或者主要包括铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠和硫酸钡；以活性炭为主要成分的活性物质可以只包括或者主要包括导电炭黑、活性炭、CMC和粘结剂；粘结剂一般选自PTFE、 SBR、 LA132或PVA中的一种或几种。
涂覆在4极基体上活性物质(包括以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质)中，各组分的含量以总活性物质的量计为铅粉15~40wt°/。，活性炭45 75 wt.%,短纤维0.05 2 wt.°/。，导电炭黑0.2-3 wt.%(以铅粉为主要成分的活性物质中的导电炭黑与以活性炭为主要成分的活性物质中的导电炭黑的质量比为2 8:10)，木素磺酸钠0.2~1 wt.%，硫酸钡0.05 2 wt.°/。， CMC 2~5 wt.%，粘结剂2 8wt.0/。。
本方法中，以铅粉为主要成分的活性物质先采用水湿混后加入硫酸溶液混合，制成铅膏，涂覆在电极基体上下两面的靠近极耳的区域。对于湿混时加入的水量没有要求，只要达到正常的湿混即可。硫酸溶液的加入量以活性物质的总量计为2 5 wt.°/。， 一般采用密度在1.1 1.5g/cii^的硫酸水溶液。铅膏涂覆后可以直接干燥，也可以等以活性炭为主要成分的活性物质涂覆后再干燥。
以活性炭为主要成分的活性物质也采用水混合成混合物，涂覆在电极基体上下两面的远离极耳的区域。制备混合物时一般是先将导电炭黑与活性炭先进行均匀干混，然后再加入溶解了 CMC和粘结剂的水溶液进行混合。在这个步骤中对水的用量也没有太严格的要求，达到活性物质便于涂覆到电极基体上的程度即可。
本发明的烘干步骤可以分步进行，如在铅粉为主要成分的活性物质(铅膏)涂覆后先进行烘干，然后涂覆以活性炭为主要成分的活性物质，再进行烘干；也可以在涂覆完活性物质后一起进行； 一般采用分步进行。烘干步骤 在50。C 80。C下进行。
本发明的电极基体采用厚度为0.2 1.5mm的铅带基体或铅合金电极基 体，其中铅合金电极基体中含有0.05 20饥％的其他金属元素，所述的其他 金属元素选自锡、钙、锑、银中的一种或几种。负极板的极耳可以在涂覆活 性物质之前设置，也可以在涂覆之后设置。两种活性物质双面涂覆在电极基 体的不同区域，以铅粉为主要成分的活性物质呈长方形涂覆在靠近极耳的一 边，另一种活性物质则涂在应涂覆的其他区域。本发明对活性物质涂覆的厚 度没有严格要求，达到一般的铅碳超电容电池的负极板活性物质厚度即可。
将本发明制得的铅碳超电容电池负极用AGM隔膜U型包覆，以外化成 Pb02电极为正极片，以1.0 1.4g/cn^的H2S04作为电解液，即可组装成铅 碳超电容电池。铅碳超电容电池的充放电制度一般为按0.01-0.2C倍率在 1.0V 2.35V电压范围内恒压限流充放电。
本发明提出了一种铅碳超电容电池负极制作技术，以纯铅片或铅合金片 为基体，采用活性炭和铅粉为活性物质，通过在负极引入铅粉作为活性物质， 可以大大提升负极的放电容量，进而有效提高铅碳超电容电池的比能量。与 纯活性炭作为负极活性物质的负极相比，采用这种方法制作的负极片，可以 大大提高铅碳超电容电池的放电容量，比能量可以达到16wh/kg以上，循环 寿命可以达到1500次以上，工作电位窗可以达到2.0V;与无机体系碳-碳对 称型和镍电极-碳混合型碱性体系的成本相比，可以大幅度降低产品的材料成 本，成本只是现有无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的 1/3 1/5。与传统铅酸蓄电池相比可以大大延长产品的循环使用寿命，具有明 显的性价比优势，在太阳能、风能等储能领域具有广泛的应用前景。
图l是本发明的极片结构示意图。l-铅膏涂覆区；2-活性炭涂覆区。
具体实施例方式
下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明
5本发明的实施内容而不限于本发明。 实施例1
将20Kg铅粉、0.08Kg短纤维、0.5Kg导电炭黑、0.28Kg木素磺酸钠、 0.4Kg硫酸钡进行均匀干混，接着加入原料重量比为8~10Kg的去离子水进行 湿混，随后加入2Kg密度为1.4g/cmS的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆 在0.5mm厚的铅带基体靠近极耳区域(见图1)，进行6(TC 7(TC固化干燥。
再将70 Kg活性炭与1.6Kg导电炭黑进行均匀干混，加入溶解有 1.5KgCMC、 3.5KgLA132的水溶液，再将混合后的膏状物双面涂敷在0.5mm 厚的铅带基体铅膏以外区域，在50 80'C的温度下烘干，即可制成铅碳超电 容电池负极。
将制得的铅碳超电容电池负极用AGM隔膜U型包覆，以纯铅为基体涂 覆有Pb02活性物质的电极为正极片，以1.2g/cn^的H2S04作为电解液，组 装成铅碳超电容电池。
按0.1C倍率在1.0V-2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的铅碳 超电容电池的比能量可以达到15.5wh/kg。 实施例2
将30Kg铅粉、0.1Kg短纤维、0.55Kg导电炭黑、0.3Kg木素磺酸钠、0.5Kg 硫酸钡进行均匀干混，接着加入原料重量比为10~12Kg的去离子水进行湿 混，随后加入2.5Kg密度为1.4g/cmS的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆 在0.5mm厚的铅带基体靠近极耳区域(见图1)，进行60'C 70'C固化干燥。
再将60 Kg活性炭与1.2Kg导电炭黑进行均匀干混，加入溶解有 1.2KgCMC、 3Kg PTFE的水溶液，再将混合后的膏状物双面涂敷在0.5mm 厚的铅带基体铅膏以外区域，在50 80'C的温度下烘干，即可制成铅碳超电 容电池负极。
将制得的铅碳超电容电池负极用AGM隔膜U型包覆，以纯铅为基体涂 覆有Pb02活性物质的电极为正极片，以1.2g/cr^的H2S04作为电解液，组 装成铅碳超电容电池。按0.1C倍率在1.0V 2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的铅碳 超电容电池的比能量可以达到16.8wh/kg。 实施例3
将40Kg铅粉、0.12Kg短纤维、0.6Kg导电炭黑、0.3Kg木素磺酸钠、0.5Kg 硫酸钡进行均匀干混，接着加入原料重量比为10~12Kg的去离子水进行湿 混，随后加入3,2Kg密度为1.4g/ci^的硫酸溶液；然后将这些铅膏双面涂覆 在0.5mm厚的铅带基体靠近极耳区域(见图1)，进行6(TC 7(TC固化干燥。
再将50 Kg活性炭与l.OKg导电炭黑进行均匀干混，加入溶解有 l.OKgCMC、 2.5KgPTFE的水溶液，再将混合后的膏状物双面涂敷在0.5mm 厚的铅带基体铅膏以外区域，在50 80'C的温度下烘干，即可制成铅碳超电 容电池负极。
将制得的铅碳超电容电池负极用AGM隔膜U型包覆，以纯铅为基体涂 覆有Pb02活性物质的电极为正极片，以1.2g/cmS的H2S04作为电解液，组 装成铅碳超电容电池。
按0.1C倍率在1.0V 2.35V电压范围内恒压限流充放电，所制作的铅碳 超电容电池的比能量可以达到18.3wh/kg。
权利要求
1、一种铅碳超电容电池负极制作方法，其特征在于将以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到电极基体的不同区域，然后烘干，制成铅碳超电容电池负极。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于以铅粉为主要成分的活性物质包括铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠和硫酸钡，以活性炭为主要成分的活性物质包括导电炭黑、活性炭、CMC和粘结剂。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于涂覆在电极基体上的以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质中，各组分的含量为铅粉15 40 wt.%，活性炭45~75 wt.%，短纤维0.05~2 wt.%，导电炭黑0.2~3wt.%，木素磺酸钠0.2 1 wt.°/0，硫酸钡0.05-2 wt.°/。， CMC 2~5 wt.%，粘结齐!] 2~8 wt%。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的粘结剂选自PTFE、SBR、 LA132或PVA中的一种或几种。
5、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以铅粉为主要成分的活性物质采用水湿混后加入硫酸溶液混合，制成铅膏，涂覆在电极基体上下两面的靠近极耳的区域。
6、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以活性炭为主要成分的活性物质采用水混合成混合物,涂覆在电极基体上下两面的远离极耳的区域。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电极基体为铅带基体或铅合金电极基体，其厚度为0.2 1.5mm。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的铅合金电极基体中含有0.05 20wtn/。的其他金属元素，所述的其他金属元素选自锡、转、锑、银中的一种或几种。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的烘干在50。C 80。C下进行。
全文摘要
本发明公开了一种铅碳超电容电池负极制作方法，将以铅粉为主要成分的活性物质和以活性炭为主要成分的活性物质分别涂覆到电极基体的不同区域，然后烘干，制成铅碳超电容电池负极。本发明提出了一种铅碳超电容电池负极制作技术，以纯铅片或铅合金片为基体，采用活性炭和铅粉为活性物质。与纯活性炭作为负极活性物质的负极相比，采用这种方法制作的负极片，可以大大提高铅碳超电容电池的放电容量，比能量可以达到16wh/kg以上，循环寿命可以达到1500次以上，工作电位窗可以达到2.0V；成本只是现有无机体系碳-碳对称型和镍电极-碳混合型碱性体系的1/3～1/5。
文档编号H01M4/04GK101667637SQ20091018350
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者佘沛亮, 凌付冬 申请人:南京双登科技发展研究院有限公司