一种内混内并混合型铅碳电池及负极的制备制造技术

本发明专利技术涉及一种内混内并混合型铅碳电池。该电池的结构特征是在内并型铅碳超级电池中用内混型铅碳电池负极替代铅酸电池负极。由于内混型铅碳电池负极的充电接受能力、深度放电能力和充放电循环稳定性远远高于铅酸电池负极，将其引入到内并型铅碳电池中，有益于电池输出性能和稳定性的提高。采用不同布局形式负极的内混内并混合型铅碳超级电池具有不同的性能，能够满足不同的应用需求。内混内并混合型铅碳电池充放电反应可逆性、充放电循环寿命和充电接收能力均显著优于传统铅酸电池。

【技术实现步骤摘要】
一种内混内并混合型铅碳电池及负极的制备
本专利技术属于铅碳电池
，具体涉及一种超级电容器与内混型铅碳电池结合的内并/内混混合型铅碳电池。
技术介绍
铅碳电池是一种将超级电容器与铅酸蓄电池相结合而构成的新型储能器件。铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，对电池的性能进行了改良，从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。在铅碳电池中，超级电容器与铅酸电池两种储能方式以内结合方式集成，不需要特殊的外加电子控制电路，使得电池的尺寸得到了控制，系统得到简化，从而降低储能成本。按着电极的布局方式，铅碳电池可分为内混和内并两种类型。内混型铅碳电池是指在铅负极中掺入少量的碳材料而使其性能得到改善和寿命得到延长的铅酸蓄电池。关于何种碳材料适合于作为NAM的添加剂，虽然已有较多的研究，但截止到目前尚无统一的结论。不同研究者得出的结论相差较大，甚至是相互矛盾。不同形态的石墨、炭黑和活性炭提升铅碳电池负极性能的作用均有报道。如Spence等观察到添加片状石墨的负极性能最好，而Valenciano则发现掺入片状石墨会降低负极的性能。Shiomi等认为碳在PbSO4晶体间形成导电网络，从而使负极板的充电接受能力得到提升。Ohmae等认为高导电性碳材料加入到NAM中可以延缓硫酸盐化过程，即作为导体的碳材料抑制了负极板内与铅绝缘，在充电过程中不能被还原的PbSO4晶体的生成。Boden等观察到通过消除PbSO4在负极表面上产生的积累而使电池的寿命得到延长。Pavlov认为在充电过程中，PbSO4的还原在NAM中的铅和碳的表面并行。所以碳的作用是提高负极的中的电化学活性面积，从而使充电更完全，使电极的容量得到提高。此外，碳材料还起到减小NAM孔径的作用。内并型铅碳超级电池将非对称超级电容器与铅酸电池采用内并联方式两者合一。作为一种新型的超级电池，内并型铅碳电池是将铅酸电池和超级电容器两者技术的融合，是一种既具有电容特性又具有电池特性的双功能储能电池。内并型铅碳电池除了具有超级电容高功率密度的优点，还具有铅酸电池高能量密度的优势。在内并型铅碳超级电池中，用内混型铅碳电池负极与超级电容器电极并联技术方案取代铅酸电池负极与超级电容器电极并联的技术方案，可以有效地克服由于铅酸电池负极硫酸盐化所引起的电池性能的衰减，进一步提高内并型铅碳超级电池的循环寿命。作为内混型铅碳电池负极添加剂的碳材料，除了需要具有高的比表面积外，还要具有一定的电子导电性。大的表面积可以为硫酸盐结晶析出提供活性位，而高的电子导电性能够促进硫酸铅的还原反应，二者共同作用可以减缓负极的硫酸盐化，进一步提高电池的充电接收能力。改性活性炭兼具有高比表面结和高电子导电性的优点，是比较理想的内混型铅碳电池负极添加剂。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种内混内并混合型铅碳超级电池的电极结构布局、制备工艺以及电池封装方法。为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：用于内并型铅碳超级电池的负极由超级电容器活性炭电极及内混型铅碳电池负极(掺入一定量碳材料的铅酸电池负极)并联而成。两种电极并联方式，即电极结构布局包括以下四种方式：方式一：在内混型铅碳电池中用活性炭电极片部分替换内混型铅碳电池负极板，构成内混内并混合型铅碳超级电池。(1)内混型铅碳电池负极版的制备方法，包括如下步骤：1)将改性活性炭基复合添加剂、辅料、短纤维和铅粉按(0.1～30):(0.1～20):(0.1～10):(50～99)质量比例采用高速剪切搅拌机进行混合，搅拌桨的转速为10～50000转/分，搅拌时间为0.1～500min。辅料为硫酸钡、腐殖酸中的一种或两种。短纤维为聚丙烯、晴纶纤维中的一种或两种，长度为1～10mm；2)向步骤1)得到的混合料中加入水和硫酸，充分搅拌制备铅膏；硫酸的密度为1.05～1.85g/cm3(25℃)，加入量占混合料质量的1～30％，水的加入量占固体混合料质量的0.5～50％；3)将铅膏刮涂到板栅上，经固化干燥得到铅碳电池复合负极生极片；生极片上活性物质厚度为0.1～10mm；固化温度为10～100℃，相对湿度为10～100％，固化时间为1～50h；干燥温度为10～200℃，相对湿度为0～80％，干燥时间为0.1～24h。(2)超级电容器负极板的制备方法，包括如下步骤：1)将活性炭、导电剂和粘结剂按着质量比(50～95):(1～30):(1～20)混合均匀，得到炭膏；2)将步骤1)得到的炭膏涂覆到负极板栅上，炭膏涂覆量由为0.01～1g/cm2。3)将步骤2)制备的活性炭负极板在20～200℃下干燥0.1～24h。(3)将(1)和(2)制备内混型铅碳电池负极板与超级电容器负极板按一定的比例与铅酸电池正极板配组，并用隔板将极片相互隔离，构建内混内并混合型铅碳电池。作为负极的内混型铅碳电池负极板与超级电容器负极板数量比由负极电容容量与电池容量比、两种电极板的涂膏量决定。内混内并混合型铅碳电池的正负极容量比为(10～90):(90～10)，负极中电容容量与电池容量比为(1～80):(10～99)。方式二：负极板栅部分网格内填充内混型铅碳电池负极铅膏，其余网格内填充超级电容器电极活性物质，构成内混内并混合型负极板。将制备的内混内并混合型负极板与铅酸电池正极板配组，二者用隔板分隔，构成内混内并混合型铅碳超级电池。(1)内混内并混合型负极板中内混型铅碳电池负极部分的制备方法，包括如下步骤：1)将改性活性炭基复合添加剂、辅料、短纤维和铅粉按(0.1～30):(0.1～20):(0.1～10):(50～99)质量比例采用高速剪切搅拌机进行混合，搅拌桨的转速为10～50000转/分，搅拌时间为0.1～500min。辅料为硫酸钡、腐殖酸中的一种或两种。短纤维为聚丙烯、晴纶纤维中的一种或两种，长度为1～10mm；2)向步骤1)得到的混合料中加入水和硫酸，充分搅拌制备铅膏；硫酸的密度为1.05～1.85g/cm3(25℃)，加入量占混合料质量的1～30％，水的加入量占固体混合料质量的0.5～50％；3)将铅膏刮涂到负极板栅的部分网格内。生极片上活性物质厚度为0.1～10mm。(2)内混内并混合型负极板中超级电容器负极部分的制备方法，包括如下步骤：1)将活性炭、导电剂和粘结剂按着质量比(50～95):(1～30):(1～20)混合均匀，得到炭膏；2)将步骤1)得到的炭膏涂覆到负极板栅上剩余的网格内，炭膏涂覆量由为0.01～1g/cm2。炭膏涂覆面积与铅膏涂覆面积比由负极电池容量与电容容量比决定。负极中电容容量与电池容量比为(1～80):(10～99)。3)经固化干燥得到混内并混合型负极板。固化温度为10～100℃，相对湿度为10～100％，固化时间为1～50h；干燥温度为10～200℃，相对湿度为0～80％，干燥时间为0.1～24h。(3)内混内并混合型负极板与铅酸电池正极板配组，并用隔板将极片相互隔离，构建内混内并混合型铅碳电池。方式三：在内混型铅酸电池负极板单侧或双侧表面涂覆超级电容器电极，构成内混内并混合型负极板，然后与与铅酸电池正极板配组，二者用隔板分隔，构成内混内并混合型铅碳超级电池。(1)内混内并混合型负极板中内混型铅碳电池负极部分的制备方法，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内混内并混合型铅碳超级电池；包括负极和铅酸电池正极板，隔膜和外壳，所述负极由超级电容器活性炭电极及内混型铅碳电池负极(是指掺有碳材料的铅酸电池负极)并联而成；其中内混型铅碳电池负极是指掺有碳材料的铅酸电池负极。

【技术特征摘要】
1.一种内混内并混合型铅碳超级电池；包括负极和铅酸电池正极板，隔膜和外壳，所述负极由超级电容器活性炭电极及内混型铅碳电池负极(是指掺有碳材料的铅酸电池负极)并联而成；其中内混型铅碳电池负极是指掺有碳材料的铅酸电池负极。2.按照权利要求1所述内混内并混合型铅碳超级电池，其特征在于，电池结构布局具体包括以下四种布局方式之一：(1)方式一：在内混型铅碳电池中用超级电容器活性炭电极片部分替换内混型铅碳电池负极板，构成内混内并混合型铅碳超级电池；(2)方式二：在负极板栅部分网格内填充内混型铅碳电池负极铅膏，其余网格内填充活性炭，构成内混内并混合型负极板；将制备的内混内并混合型负极板与铅酸电池正极板配组，二者用隔板分隔，构成内混内并混合型铅碳超级电池；(3)方式三：在内混型铅酸电池负极板单侧或双侧表面涂覆活性炭，构成内混内并混合型负极板，然后与铅酸电池正极板配组，二者用隔板分隔，构成内混内并混合型铅碳超级电池；(4)方式四：在超级电容器活性炭电极单侧或双侧表面涂覆内混型铅碳电池负极铅膏，构成内混内并混合型负极板，然后与铅酸电池正极板配组，二者用隔板分隔，构成内混内并混合型铅碳超级电池。3.一种权利要求1或2所述内混内并混合型铅碳超级电池负极的制备方法，所述负极包括：A、B、C、D中的方法之一制备而成，A、布局方式一所涉及的内混型铅碳电池负极板的制备方法，包括以下步骤：1)将改性活性炭基复合添加剂、辅料、短纤维和铅粉按(0.1～30):(0.1～20):(0.1～10):(50～99)质量比例采用搅拌机混合均匀；辅料为硫酸钡、腐殖酸中的一种或两种；短纤维为聚丙烯纤维、晴纶纤维中的一种或两种，长度为1～10mm；2)向步骤1)得到的混合料中加入水和硫酸，充分搅拌制备铅膏；硫酸的密度为1.05～1.85g/cm3(25℃)，加入量占混合料质量的1～30％，水的加入量占混合料质量的0.5～50％；3)将铅膏刮涂到板栅上，经固化干燥得到内混型铅碳电池复合负极生极片；生极片上活性物质厚度为0.1～10mm；固化温度为10～100℃，相对湿度为10～100％，固化时间为1～50h；干燥温度为10～200℃，相对湿度为0～80％，干燥时间为0.1～24h；所述改性活性炭基复合添加剂是指含金属元素的活性炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎景旺，席耀宁，张华民，李先锋，张洪章，孙海涛，霍玉龙，王再红，高鹤，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，风帆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21