碳铅电池的制作方法

1.本发明属于电池的领域，尤其是一种将负极成分进行改良以提升电池效能的碳铅电池。


背景技术：

2.碳铅电池是一种新型的电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，是将铅酸电池和超级电容器两者合一，形成化学性与物理性的特性，既发挥了超级电容瞬间大容量充放电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能，90分钟(0.75c)左右就可充满电，而铅酸电池若这样充、放电，寿命只有不到100次循环，并且由于加了碳，因此会减轻负极的硫酸盐化现象，改善了过去铅酸电池失效的一个因素，进而延长了铅酸电池的寿命，总体而言，碳铅电池性能优于普通铅酸电池，是一种先进的铅酸电池，也是铅酸电池技术发展的主流方向。
3.然而，现今的碳铅电池在碳材与硫酸铅之间的接触面积依然较小，导致电池的效能仍有进步的空间。
4.有鉴于此，本发明人感其未臻完善而竭其心智苦心研究，并凭其从事该项产业多年的累积经验，进而提供一种碳铅电池，以期可以改善上述现有技术的缺失。


技术实现要素：

5.本发明的一目的，旨在提供一种碳铅电池，以求能提高碳材的接触面积，进而提升电池的效能。
6.于是，本发明揭露一种碳铅电池，其特征在于：该碳铅电池的负极活性物质为铅、活性碳和碳黑相互混合后制成，且活性碳在负极中的添加比率为0.4wt％～1wt％，碳黑在负极中的添加比率为0.7wt％～0.8wt％。
7.较佳者，活性碳的粒径为5～8μm，且碳黑的粒径为25～40nm，而最佳为30nm。
8.较佳者，活性碳的振实密度为0.25～0.35g/cm3，而碳黑的振实密度为0.36～0.46g/cm3，而最佳分别为0.30g/cm3及0.39g/cm3。
9.较佳者，活性碳的比表面积为1800～2200m2/g，而碳黑的比表面积为1300～1550m2/g。
10.较佳者，每10.2kg/cm2活性碳的电阻率为0.474ω/cm、导电率为2.11s/cm，而每10.2kg/cm2碳黑的电阻率为0.786ω/cm、导电率为1.27s/cm。
11.如此一来，透过在负极同时添加活性碳和碳黑，且添加一定的比例下，就可以增加负极中碳材的接触面积，使负极在充、放电时可加速铅的成核及电化学反应性能，进而提升电池的效能。
附图说明
12.图1为本发明电池电性测试的20小时率容量比较图。
13.图2为本发明电池电性测试的5小时率容量比较图。
14.图3为本发明电池电性测试的保留容量在25a的比较图。
15.图4为本发明电池电性测试的冷起动电流在650a的比较图。
16.图5为本发明电池电性测试的高倍率放电特性比较图。
17.图6为本发明电池电性测试的充电接收性比较图。
18.图7为电池样品a的负极sem图。
19.图8为电池样品b的负极sem图。
20.图9为电池样品c的负极sem图。
21.图10为电池样品a+c的负极sem图。
具体实施方式
22.为清楚了解本发明的内容，谨以下列说明搭配图式，敬请参阅。
23.本发明所提供的碳铅电池的负极为铅、活性碳和碳黑相互混合后制成，且活性碳在负极中的添加比率为0.4wt％～1wt％，碳黑在负极中的添加比率为0.7wt％～0.8wt％，而以下针对本发明所提供的碳铅电池的电性进行测试，并同时针对对照组及负极掺有不同碳材的电池一并进行测试，以确认相较于传统的碳铅电池来说，本发明是否确实具有优异性。此外，下表1为实验测试中所使用到的碳材的详细资料，其中详细的数值为挑选的最佳规格或特性。
24.表1
[0025][0026]
以下的图示中，a即代表负极中只添加有编号a碳材的电池样品，b代表负极中只添加有编号b碳材的电池样品，c则代表负极中只添加有编号c碳材的电池样品，本发明为标示为a+c的电池样品，亦即同时添加有编号a碳材和编号c碳材，而对照组为未添加任何碳材的电池样品。
[0027]
请参阅图1，其为本发明电池电性测试的20小时率容量比较图。如图所示，本发明(a+c)在a碳材和c碳材皆添加0.4％的时候，20小时率容量远高于其他样品，而且在曲线的大部分区段亦都高于其他样品，因此可以看出本发明在这样的碳材比率配比下具有较好的效能。
[0028]
请参阅图2，其为本发明电池电性测试的5小时率容量比较图。如图所示，本发明(a
+c)在a碳材和c碳材皆添加0.8％的时候，5小时率容量高于其他样品，而且在所有样品都低于对照组且与对照组的差距持续加大时，只有本发明能逆势成长最后在0.8％的时候成功超越对照组，进而使本发明在5小时率容量的测试中展现出良好的效能。
[0029]
请参阅图3，其为本发明电池电性测试的保留容量在25a的比较图。如图所示，本发明(a+c)在a碳材和c碳材皆添加0.8％的时候，保留容量高于其他样品，而且跟单纯只有a碳材的电池差距有2.2％，而相较于单纯只有c碳材的电池差距则是有8.7％，因此可以看出本发明在此种特别的材质配比下，实具有较好的效能，进而展现出本发明的创造性。
[0030]
请参阅图4，其为本发明电池电性测试的冷起动电流在650a的比较图。如图所示，本发明(a+c)在a碳材和c碳材皆添加0.8％的时候，冷起动电流远高于其他样品，并且跟单纯只有a碳材的电池差距有31.4％，而相较于单纯只有c碳材的电池差距则是有27.4％，而且在曲线的后半区段都高于其他样品，因此可以看出本发明在这样的碳材比率配比下具有较好的效能。
[0031]
请参阅图5，其为本发明电池电性测试的高倍率放电特性比较图。如图所示，本发明(a+c)在a碳材和c碳材皆添加0.8％的时候，高倍率放电特性高于其他样品，并且跟单纯只有a碳材的电池差距有48.6％，而相较于单纯只有c碳材的电池差距则是有24.8％，而且线型略呈对数曲线上升，因此可看出本发明在此种特别的材质配比下，实具有较好的效能，进而展现出本发明的创造性及稳定性。
[0032]
请参阅图6，其为本发明电池电性测试的充电接收性比较图。如图所示，本发明(a+c)在a碳材和c碳材皆添加0.8％的时候，充电接收性高于其他样品，而且本发明与对照组的差距高于350％以上，以显现出本发明具有很好的效能，并且跟单纯只有a碳材的电池差距有29.1％，而相较于单纯只有c碳材的电池差距则是有20.2％，因此可以看出本发明在此种特别的材质配比下，实具有较好的效能，进而展现出本发明的创造性。
[0033]
总体而言，本发明的电池样品(a+c)除了于20小时率电容量测试之外，其他如5小时率电容量测试、保留容量测试、冷起动电流测试、高倍率放电特性测试及充电接收性测试等性能，都优于其他电池样品的性能，可见将活性碳与碳黑混合作为活性物质的碳材添加物作成的负极，可以将此二种材料的电化学特性优点加成比添加各单一碳材的电化学特性还要好，尤其是在高倍率充、放电性能方面，而在上面的实验中可以看出本次研究显示，添加较高比率(0.8％)比添加较低比率(≦0.4％)碳材的负极活性物质所表现的电化学特性较好，然而实际上在负极添加高比例的碳材十分困难，通常于总体添加超过2wt％后难度就会大幅提升，甚至于越接近2wt％添加难度也越高，因此综合实验及实际限制后，得出本发明的最佳碳材添加比例为活性碳0.6wt％及碳黑0.7wt％，在此碳材配比下，会同时兼顾添加难度及电池效能，以让电池制程更有效率。
[0034]
请续参阅图7至图10，其为不同电池样品的负极sem图。如图所示，由于碳材的导电度及表面(粗糙度)与负极活性物质的电化学反应性能及电容量相关，尤其是高倍率充、放电性能，而从图10(本发明)的sem照片中可以看出将碳材a与碳材c混合后，碳材的表面积及粗糙度便可增加，进而使负极在充、放电时可加速铅的成核及电化学反应性能，以透过另一种方式展现本发明的创造性。
[0035]
综上所述，本发明在提供全新的碳材配比后，确实使新的碳铅电池具有较好的效能。