一种铅-锂杂交二次电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种二次电池。尤其是一种铅-锂电池。
【背景技术】
[0002] 铅酸蓄电池工艺成熟、高可靠性能、成本较低、原料丰富并95%可回收利用，是化 学电源中不可取代的一种非常成功的产品。但是由于它要用H2S04(作为电解液）与铅（作 为电极材料），所以污染环境，同时能量密度低，过于笨重。
[0003] 锂离子电池由于其容量大，寿命长，自放电少且绿色环保而受到青睐；但因其不可 过充电、温度范围窄，成本高，生产较复杂，特别是电液是易燃的有机溶剂，发生碰撞、冲击， 电液泄漏会引起爆炸和燃烧，安全性差。
[0004] 所以现有二次电池仍需不断的改进和提高。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，提供一种环保、安全、高能的 新型二次电池。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种铅-锂杂交二次电 池，该电池的外壳内装置电解液、正极、负极及其隔板，其特征在于，正极采用LiMn204(尖晶 石型锰酸锂）正极，负极采用pb/pbs〇4负极，电解液采用锂离子系列水系电解液，其工作原 理是：
[0009] 上述技术方案中，采用的锂离子水系电解液与铅蓄电池H2S04电解液性能相近或 相似。优选地，所述电解液采用浓度为〇. 2~0. 5mol/L的Li2S04水溶液（即每升水溶液中 含1^2304的重量为26克~54.969克）。负极用铅毛制造，内含？&30 4粉体。隔板可采用聚 乙烯材料。外壳可采用ABS塑料。
[0010] 该电池是以铅酸蓄电池负极一一pb/pbs〇4和锂离子电池正极一一尖晶石材料混 成的无酸型可充式电池。
[0011] 优选地，所述极板的制造方法是：
[0012] 1)正极板制造：
[0013] 配方1:按重量比：87%LiMn204、10%乙炔黑，采用3%PVDF(聚偏氟乙烯）作为粘 结剂，用N-甲基吡咯烷酮调和成浆糊。
[0014] 配方2 :按重量比：75%LiMn204、15%乙炔黑，采用1%CMC(羧甲基纤维素钠）和 9%PTFE(聚四氟乙烯）作为粘结剂，用乙醇调和成浆糊。
[0015] 将糊状物涂在铅板上或镍板、铝板上，最好方案是涂填在铅板上，便于组装（焊 接），涂填完浆糊料后，进行辊压，压实活性物质后干燥，即得正极板。
[0016] 2)负极板制造：用铅毛铺在板栅上，添加PbS04粉末，再外层铺一层铅毛，即得负 极板。
[0017] 本发明的有益效果在于，本发明将铅酸蓄电池电解液凡504，锂离子电池电解液易 燃的有机溶剂剔除，改用硫酸锂水溶液，避免了对环境的污染和因碰撞、冲击、泄漏引起的 爆炸和燃烧。大大地提高了锂离子电池的安全性。而且硫酸锂电解液有极好的电化学特性。
[0018] 本发明能减少制造铅酸蓄电池耗铅量的50%，而且比原铅酸蓄电池提高比能量近 3倍；寿命延长2-3倍；同时用金属负极（铅）代替锂离子电池安全性差的金属锂，对锂离 子电池负极合金化（金属化）是一种推进。
[0019] 下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【附图说明】
[0020] 图1为铅一锂电池原理结构示意图，其中，10-正极，20-隔板，30-负极，40-电解 液；50-外壳；
[0021] 图2为具体实施例铅一锂电池结构示意图，其中，1-电池注液孔盖，2-正、负极柱， 3-电池槽壳，4-电解液（水剂），5-极板（正极板涂填在铅泊上的LiMn204，负极板为Pb/ PbS04)，6-聚乙烯隔板；
[0022] 图3为铅一锂电池伏安曲线图（扫描速度5mvs_1)。
【具体实施方式】
[0023] 参见图2,反映本发明的一种具体结构，所述铅-锂杂交二次电池的制造包括如下 步骤：
[0024] 第一步极板制造：
[0025]1)正极板制造：
[0026] 配方1 :按重量比：87%LiMn204、10%乙炔黑，采用3%PVDF作为粘结剂，用N-甲 基吡咯烷酮调和成浆糊。
[0027] 配方2:按重量比：75%LiMn204、15%乙炔黑，采用1%CMC和9%PTFE作为粘结 剂，用乙醇调和成浆糊。
[0028] 将糊状物涂在铅板上或镍板、铝板上，最好方案是涂填在铅板上，便于组装（焊 接），本例中采用铅板作为骨架，铅板抛砂处理，增粗糙表面，有利活性物质粘结，涂填完浆 糊料后，进行辊压，压力为lOMpa，压实活性物质后干燥（干燥温度120°C、干燥时间12h)。
[0029] 2)负极板制造：用铅毛铺在板栅上，添加PbS04粉末，再外层铺一层铅毛，便成负 极板。
[0030] 第二步：配制电解液：取54. 9gLi2S04溶于1升纯水中，根据需要添加活性剂 (Na2S04或其他），即水系电解液。
[0031] 第三步：槽盖制造：可根据电池极板的尺寸和组装极板的多少定型电池整体尺寸 后开模压制电池槽盖。
[0032] 第四步：组装电池：将正、负极板加外购的聚乙烯隔板组成电池极群（焊接）入 槽，加盖进行热封，注入电液。即得所述铅-锂杂交二次电池。
[0033] 上述铅一锂电池电压：参见附图3-伏安曲线图，从曲线分析：？匕/1^504氧化还原 反应时对应在一 0. 6~-0. 36V;LiMn204氧化还原反应时对应在0. 62~0. 86V或0. 78~ 1，也对应着Li2S0j§液中从LiMn204来的Li+的嵌层/脱层反应
[0034] 上述铅一锂电池的性能：电池充电最高电压：1. 8V，比铅酸蓄电池2. 4V低，寿命效 率（充/放电效率）100%，比铅酸蓄电池85%高，充/放电可靠性高，循环寿命长，理论上 可达到10000次以上，Pb/PbS04的还原电位低于析氢电位，LiMn204的还原电位低于析氧电 位，原则上不析氢不析氧，这是本发明铅一锂电池无酸型可充式的特点。由于电池工作电压 低，自放电很小，不可逆容量损失小，在110次循环后，电池容量衰减还小于1%。因此容量 保持性优良，平均放电电压为1. 3V，这是因为Li+的嵌层/脱层反应从LiMn204主体各个不 同部位进/出Li+的结果。
[0035]在1. 3V电位下电池的可逆容量128mAhg_1，放电电流为200mAg\当充/放电电流 增大从 〇? 4、0. 6、0. 8、1. 0、1. 5、2. 0 至 3. 0Ag_1 时，电池容量会减少从 117. 5、114. 6、110. 9、 108. 8、97. 5、94. 6至78. 4Ag_ 1，这主要是Pb/PbS04A低的氧化还原动力学，这是可充式铅 酸蓄电池的关键所在。
[0036]根据Pb/PbS04容量 50%计算（88mAhg_1)，LiMn204(128mAhg_1)，电池的能密为 68whkg_ 1，比铅酸电池高得多。
[0037] 由于PbS04、LiMn204两个电极即两个半电池都以固相形式出现，要比Zn(锌Zn/ LiMn204、Zn/NaxMn02)等组合电池好得多，例如Zn会溶解，所以PbS04、LiMn204是非常搭配合 理的铅一锂无酸型可充式电池（ARLBS)。
[0038] 综上，本发明在电化学理论是成立的，在实际应用上是可行的，而且吸收了铅酸蓄 电池和锂离子电池的各自优点，免除了两种电池的缺点。从实验的样品测试证明各项性能 指标都大大超过，达到了环保、安全、低耗、高能的要求，是一种很有发展前景的新型电池。
[0039] 本发明描述的上述实现方式仅是为了清楚的说明本发明的技术方案，而不能理解 为对本发明做出任何限制。本发明在本技术领域具有公知的多种替代或者变形，在不脱离 本发明实质意义的前提下，均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种铅-裡杂交二次电池，该电池的外壳内装置电解液、正极、负极及其隔板，其特 征在于，正极采用LiMn2〇4正极，负极采用pb/pbso4负极，电解液采用裡离子系列水系电解 液，其工作原理是：2. 如权利要求1所述的一种铅-裡杂交二次电池，其特征在于，所述电解液采用浓度为 0. 2 ~0. 5mol/L的Li2S〇4水溶液。3. 如权利要求1或2所述的一种铅-裡杂交二次电池，其特征在于，电池极板的制造方 法是： 1) 正极板制造：配方：按重量比，87%LiMn2〇4、l〇%乙烘黑，采用3%PVDF作为粘结剂， 用N-甲基化咯烧酬调和成浆糊；将糊状物涂在铅板或儀板或侣板上，涂填完浆糊料后，进 行漉压，压实活物质后干燥，即得正极板； 2) 负极板制造：用铅毛铺在板栅上，添加化S〇4粉末，再外层铺一层铅毛，即得负极板。4. 如权利要求3所述的一种铅-裡杂交二次电池，其特征在于，所述正极板制造中，所 述的漉压压力为lOMpa，压实活性物质后干燥，干燥溫度120°C，干燥时间12h。5. 如权利要求1或2所述的一种铅-裡杂交二次电池，其特征在于，电池极板的制造方 法是： 1) 正极板制造：配方：按重量比，75%LiMri2〇4、15%乙烘黑，采用1%CMC和9%PT阳作 为粘结剂，用乙醇调和成浆糊；将糊状物涂在铅板或儀板或侣板上，涂填完浆糊料后，进行 漉压，压实活性物质后干燥，即得正极板； 2) 负极板制造：用铅毛铺在板栅上，添加化S〇4粉末，再外层铺一层铅毛，即得负极板。6. 如权利要求5所述的一种铅-裡杂交二次电池，其特征在于，所述正极板制造中，所 述的漉压压力为lOMpa，压实活性物质后干燥，干燥溫度120°C，干燥时间12h。
【专利摘要】本发明公开了一种环保、安全、高能的铅－锂杂交二次电池，是由半锂电池做正极和半铅酸蓄电池做负极，采用水系电解液硫酸锂结合成的新电池体系。公开了该电池的正极板、负极板制造，电解液的配制，槽盖的定型制造和电池的组装。本发明吸收了铅酸蓄电池和锂离子电池的各自优点，免除了两种电池存在的缺点。达到了环保、安全、低耗、高能、长寿命的要求。
【IPC分类】H01M10/38, H01M4/505, H01M4/58
【公开号】CN105006565
【申请号】CN201510507824
【发明人】黎福根, 李中奇, 白帮炎
【申请人】湖南丰日电源电气股份有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年8月18日