一种储能用铅炭电池负极铅膏及其制备方法技术

技术编号:19218173 阅读:24 留言:0更新日期:2018-10-20 07:36
本发明专利技术涉及铅炭电池领域,公开了一种储能用铅炭电池负极铅膏及其制备方法,负极铅膏包括以下重量份的组分:铅粉100份,硫酸6~9份,去离子水8~13份,硫酸钡0.5~1.0份,木质素0.1~0.3份,石墨0.1~0.5份,炭黑0.1~0.3份,硬脂酸0.01~0.10份,聚乙二醇0.2~0.5份,活性炭0.5~1.0份,掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片0.1~0.6份,氧化铟0.01~0.06份,短纤维0.08~0.15份。本发明专利技术通过改进铅炭电池的负极铅膏配方及其制备方法,达到既能提高电池的充电接受能力,减缓负极硫酸盐化,又能降低电池的水损耗,进一步延长铅炭电池的实际使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种储能用铅炭电池负极铅膏及其制备方法
本专利技术涉及铅炭电池领域,尤其涉及一种储能用铅炭电池负极铅膏及其制备方法。
技术介绍
相比普通VRLA蓄电池,储能用铅炭电池由于具备电容特性,充电接受能力高,高倍率放电性能优越,抗硫酸盐化能力强,循环寿命长等优点,是当前极具发展潜力的储能用铅酸蓄电池。铅炭电池负极板一般添加较高含量的碳材料,且加入的碳材料比表面积(BET)很高,能够增强电池的充电接受能力,以减缓负极硫酸盐化。但是,不同的碳材料所含杂质不同,有的碳材料中含有降低氢气析出过电位的杂质,随着电池负极中碳材料添加量的增加,相应地会增加电池负极的析氢反应,造成电池因失水过多而失效,一定程度上会降低铅炭电池的实际使用寿命。为了降低储能用铅炭电池的水损耗,电池制造商或者用户一般采用严格的充电制度,通过降低充电倍率(充电放电比)的办法,来减少负极的析氢反应。但是,这往往又会造成电池的充电不足,导致电池极板的硫酸盐化,故需要定期频繁地对电池进行均衡充电。然而,以现有的储能用铅炭电池的使用条件,很难执行这种严格而繁琐的充电制度,实际使用寿命很难达到设计预期,客观上限制了铅炭电池在储能领域的推广应用。如果通过改进铅炭电池的负极铅膏配方,达到既能提高电池的充电接受能力,减缓负极硫酸盐化,又能降低电池的水损耗,进一步提高铅炭电池的实际使用寿命,对于持续改善储能用铅炭电池的性能,具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题,本专利技术提供了一种储能用铅炭电池负极铅膏及其制备方法,本专利技术通过改进铅炭电池的负极铅膏配方及其制备方法,达到既能提高电池的充电接受能力,减缓负极硫酸盐化,又能降低电池的水损耗,进一步延长铅炭电池的实际使用寿命。本专利技术的具体技术方案为:一种储能用铅炭电池负极铅膏,包括以下重量份的组分:铅粉100份,硫酸6~9份,去离子水8~13份,硫酸钡0.5~1.0份,木质素0.1~0.3份,石墨0.1~0.5份,炭黑0.1~0.3份,硬脂酸0.01~0.10份,聚乙二醇0.2~0.5份,活性炭0.5~1.0份,掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片0.1~0.6份,氧化铟0.01~0.06份,短纤维0.08~0.15份。本专利技术通过在铅炭电池负极中添加具有氢气析出抑制作用的氧化铟,增加了负极氢气析出的过电位,可以有效降低电池水损耗,防止电池因失水过多而失效,延长了电池的循环寿命;同时,还添加有掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片,既保证了碳材料的高比表面积,又利用了石墨烯的高导电性,进一步增强了电池的充电接受能力,有效减缓了铅炭电池负极的硫酸盐化,显著提高了储能用铅炭电池的使用寿命。此外,本专利技术中含有硬脂酸,可减缓负极板中海绵状铅的氧化速度,可进一步提高电池的使用寿命。作为优选,所述铅粉的氧化度为72-78%。作为优选,所述硫酸的密度为1.400±0.005g/cm3;所述炭黑为乙炔炭黑;所述聚乙二醇为聚乙二醇400。将聚乙二醇限定为聚乙二醇400,可作为粘结剂,能够起到铅粉和相关添加之间的粘结作用,大大增强了铅粉和各种添加剂之间的联接强度。作为优选,所述石墨为异性石墨。作为优选,所述掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片的制备方法为:将氧化石墨烯和碳纳米管按质量比2.5-3.5:1混合,先通过超声波分散混合均匀,然后进行化学还原,最后经过旋转蒸发制得掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片。作为优选,所述短纤维为长度为3-5mm、直径为3~5丹尼尔的涤纶纤维。作为优选,所述涤纶纤维为改性涤纶纤维,其制备方法为:A)按重量份将聚酯多元醇100份、乙二酸35-45份、对甲苯磺酸0.1-0.5份和水20-30份加入反应器中,升温至200-210℃,反应1.5-2.5h,抽真空后继续反应5-6h,制得乙二酸封端的聚酯多元醇;B)按重量份将对苯二甲酸90-100份、乙二醇40-50份和乙二酸封端的聚酯多元醇10-20份投入反应釜中在240~260℃、0.2~0.5MPa下进行酯化反应,然后添加催化剂在260~280℃、40~1000Pa下进行缩聚反应,水下切粒,制得改性聚酯母粒;C)按重量份将改性聚酯母粒15-25份和聚酯切片75-85份混合,通过常规纺丝工艺制得改性涤纶纤维。现有技术中,在铅膏中添加短纤维的作用在于加固铅膏,使其固结而不易散,其原理同植物根系加固土壤相似。其中涤纶短纤维是本领域中常用的短纤维。本专利技术在此基础上,对涤纶纤维进行改性,使其具有导电特性,其技术效果是,短纤维在铅膏中均匀分布,交错构成网络。如果该网络具有良好的导电性,就能够与其他导电物质共同配合形成导电网络,从而进一步提高铅膏的导电性能。按照上述方法制得的改性涤纶纤维其具有导电特性,其表面电阻在107Ω/sq水平。在上述方法中,先制备具有亲水导电特性的乙二酸封端的聚酯多元醇,再与聚酯单体聚合制得改性聚酯母粒,当聚酯母粒与普通聚酯切片共混纺丝时,亲水导电材料在纤维表面呈微细的筋状分布,形成导电表层。一种储能用铅炭电池负极铅膏的制备方法,包括以下步骤:(1)将去离子水注入混料设备中,在搅拌状态下,依次加入木质素、硫酸钡、炭黑、石墨、活性炭、掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片、氧化铟,制得悬浮液A,继续搅拌,备用;悬浮液A在使用前保持连续搅拌状态。(2)将聚乙二醇注入加热器中,然后再搅拌状态下,加入硬脂酸并连续搅拌,待硬脂酸完全溶入聚乙二醇后,制得溶液B,将溶液B在70~90℃下保温备用。(3)将铅粉加入和膏机中,加入短纤维,搅拌;在搅拌状态下,将悬浮液A加入和膏机内;悬浮液A加完后,在搅拌状态下,将溶液B加入和膏机内,加完继续搅拌。(4)在搅拌状态下,将硫酸注入和膏机,硫酸加完后继续搅拌。(5)在和膏机内进行和膏,控制铅膏温度≤60℃;待铅膏温度降至≤45℃,测量铅膏视密度符合4.55±0.05g/cm3,否则,通过添加去离子水或增加搅拌时间进行调节直至符合为止。传统的铅膏制备方法,是在铅粉加入和膏机内以后,一般先将硫酸钡、木质素、炭黑、石墨、活性炭、纤维等添加剂加入和膏机中,与铅粉进行干态搅拌一段时间,再加入去离子水,继续进行搅拌配制铅膏。由于铅粉与各种添加剂相互之间的密度不同,干态搅拌状态下,添加剂在铅膏中的分布很难达到均匀一致。本专利技术中的铅膏制备方法,先将去离子水、木质素、硫酸钡、炭黑、石墨、活性炭、石墨烯纳米片、氧化铟等添加剂制成悬浮液,再逐渐加入铅粉中进行搅拌混合,使铅膏混合更均匀一致。作为优选,步骤(3)中,具体过程为:将铅粉加入和膏机中,加入短纤维,搅拌3~6min;在搅拌状态下,在2~5min内,将悬浮液A加入和膏机内;悬浮液A加完后,在搅拌状态下,在1~3min内,将溶液B加入和膏机内,加完继续搅拌4~8min。作为优选,步骤(4)中,在13~18min内,将硫酸注入和膏机,硫酸加完后继续搅拌10~15min。与现有技术对比,本专利技术的有益效果是:(1)、本专利技术的铅炭电池负极铅膏,由于添加了氧化铟,增加了负极氢气析出的过电位,可以有效降低电池水损耗,防止电池因失水过多而失效,延长了电池的循环寿命。(2)、本专利技术中的石墨烯纳米片,掺杂有碳纳米管。该石墨烯纳米片是由氧化石墨烯添加碳纳米管,通过分散还原蒸发制成,可有效防止石墨烯片层之间的团聚复合,具有高比表面积,以及具有远超活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于包括以下重量份的组分:铅粉100份,硫酸6~9份,去离子水8~13份,硫酸钡0.5~1.0份,木质素0.1~0.3份,石墨0.1~0.5份,炭黑0.1~0.3份,硬脂酸0.01~0.10份,聚乙二醇0.2~0.5份,活性炭0.5~1.0份,掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片0.1~0.6份,氧化铟0.01~0.06份,短纤维0.08~0.15份。

【技术特征摘要】
1.一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于包括以下重量份的组分:铅粉100份,硫酸6~9份,去离子水8~13份,硫酸钡0.5~1.0份,木质素0.1~0.3份,石墨0.1~0.5份,炭黑0.1~0.3份,硬脂酸0.01~0.10份,聚乙二醇0.2~0.5份,活性炭0.5~1.0份,掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片0.1~0.6份,氧化铟0.01~0.06份,短纤维0.08~0.15份。2.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述铅粉的氧化度为72-78%。3.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述硫酸的密度为1.400±0.005g/cm3;所述炭黑为乙炔炭黑;所述聚乙二醇为聚乙二醇400。4.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述石墨为异性石墨。5.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片的制备方法为:将氧化石墨烯和碳纳米管按质量比2.5-3.5:1混合,先通过超声波分散混合均匀,然后进行化学还原,最后经过旋转蒸发制得掺杂碳纳米管的石墨烯纳米片。6.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述短纤维为长度为3-5mm、直径为3~5丹尼尔的涤纶纤维。7.如权利要求1所述的一种储能用铅炭电池负极铅膏,其特征在于,所述涤纶纤维为改性涤纶纤维,其制备方法为:A)按重量份将聚酯多元醇100份、乙二酸35-45份、对甲苯磺酸0.1-0.5份和水20-30份加入反应器中,升温至200-210℃,反应1.5-2.5h,抽真空后继续反应5-6h,制得乙二酸封端的聚酯多元醇;B)按重量份将对苯二甲酸90-100份、乙二醇40-50份和乙二酸封端的聚酯多元醇10-20份投入反应釜中在240~...

【专利技术属性】
技术研发人员:张崇波李有德张祚强李祥军赵刚
申请(专利权)人:超威电源有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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