电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅及制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅，以泡沫金属为骨架，于泡沫金属骨架表面电镀铅保护层，于泡沫金属的表面和孔内填充有电极活性物质；泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝。制备的具有三维结构的新型铅炭电池碳负极板栅不仅具有优良的导电性，而且突破的对板栅材料的限制，该方法可以将耐酸性较差但导电性较好质量较轻的金属及其合金应用在铅炭电池中。同时，提高活性物质的担量，形成的导电三维网络结构极大的降低了碳负极的内阻，有利于碳负极发挥其电容性能，提高电池功率密度与能量密度，大幅提升了电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】
电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅及制备和应用
本专利技术涉及铅炭电池板栅

技术介绍
铅炭电池是一种电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性碳，能够显著提高铅酸电池的寿命。铅炭电池的结构主要包括内混型铅炭电池与内并型铅炭电池，内混型铅炭电池是将活性炭混合在铅膏中发挥其导电性与电容性，内并型铅炭电池是在铅酸电池负极并联活性碳负极板，利用活性碳的电容性抵抗大电流充放电的冲击，进而提升电池寿命。现有的铅酸电池集流体主要由铅合金组成，传统铅酸电池在化成过程后，铅膏可以与集流体紧密的结合，天然的避免了接触电阻过大的问题。一旦在铅膏中添加活性碳，或仅使用活性碳作为活性物质涂敷于集流体表面时，活性碳与传统铅酸电池的集流体就会产生较大的接触电阻，接触电阻过大会阻碍活性碳发挥其电容性能，甚至加剧电池硫酸盐化进程，缩短电池寿命。因此内并型铅炭电池负极碳是否能发挥其电容作用关键就决定于碳负极板栅与活性碳的接触电阻情况，也就决定于板栅的结构。内并型铅炭电池目前属于较新的研究领域，能否研制出在硫酸电解液中有效发挥活性碳电容性能的新型铅炭电池集流体成为了科学界的一个挑战。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术突破了现有铅炭电池板栅仅能使用铅合金的限制，将不耐酸的轻质材料作为内部骨架，提高活性物质的担量，降低了碳负极的内阻，有利于碳负极发挥其电容性能，大幅提升电池性能和寿命。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅，以泡沫金属为骨架，于泡沫金属骨架表面电镀铅保护层，于泡沫金属的表面和孔内填充有电极活性物质；泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝。所述泡沫金属比表面积为0.1-10m2/g。所述泡沫金属的金属骨架表面电镀铅保护层后，其中铅保护层占镀铅泡沫金属的质量百分数为1％-99％。所述泡沫金属的金属骨架表面电镀铅保护层后，电极活性物质与电镀铅保护层的泡沫金属的质量比为0.01-100。所述电极活性物质为活性炭或活性炭和导电碳的混合物。所述铅炭电池板栅的制备方法1)首先配制电镀液：将氟硼酸铅与硼酸、明胶、间苯二酚共混配制成水溶液；其中，氟硼酸铅浓度为200-800g/L，硼酸溶液浓度为20-100g/L，明胶浓度为0.1-10g/L，间苯二酚浓度为0.1-10g/L，四者的比例关系为：氟硼酸铅：硼酸：明胶：间苯二酚＝80-20：10-2：1-0.5：1-0.5；2)将泡沫金属连接电源负极，将铅板连接电源正极；将正负极浸没于电镀液中，在电流面密度1-10A/dm3条件下电镀0.1-10h得到表面电镀铅保护层的泡沫金属；3)将步骤2)得到的表面电镀铅保护层的泡沫金属用水清洗、干燥；4)通过涂敷、辊压或抽滤方法将电极活性物质填充于步骤3)干燥后的表面电镀铅保护层的泡沫金属的表面和孔内。板栅作为集流体应用于铅炭电池，优选作为负极集流体使用。优选应用于内并型铅炭电池或全碳负极型铅炭电池中。铅炭电池负极优选为碳负极。专利技术技术方案带来的有益效果电镀法制备的具有三维结构的新型铅炭电池碳负极板栅不仅具有优良的导电性，而且突破的对板栅材料的限制，该方法可以将耐酸性较差但导电性较好质量较轻的金属及其合金应用在铅炭电池中。同时，提高活性物质的担量，形成的导电三维网络结构极大的降低了碳负极的内阻，有利于碳负极发挥其电容性能，提高电池功率密度与能量密度，大幅提升了电池的寿命。这种板栅结构也可用用于普通铅酸电池中，来降低铅酸电池活性物质与集流体之间的内阻。附图说明图1:泡沫镍微观形貌。图2：电镀泡沫镍5分钟后泡沫镍板栅表面形貌。图3：电镀泡沫镍5分钟内并型小电池寿命测试结果。图4：普通铅酸电池运行寿命测试结果。图5:电镀泡沫镍1小时后泡沫镍板栅表面形貌。图6：电镀泡沫镍30分钟内并型小电池寿命测试结果。图7：电镀泡沫镍液氟硼酸铅浓度增大2倍内并型小电池寿命测试结果。图8：电镀泡沫铜5分钟内并型小电池寿命测试结果。图9:不进行电镀直接使用泡沫镍内并型小电池寿命测试结果。具体实施方式实施例1操作时，首先配制电镀液：将120g(50％固含量)氟硼酸铅水溶液与6g硼酸，0.15g明胶，0.15g间苯二酚配制成300g水溶液。将泡沫镍裁剪为7.2cmX5.0cm大小，所用泡沫镍比表面积为0.5m2/g并连接电源负极，电镀前泡沫镍的微观形貌如图1，将同样面积的铅板连接电源正极。将正负极浸没于电镀液中，在电流面密度为3A/dm3条件下电镀5分钟，可得到每克泡沫镍表面电镀铅含量为0.57g的具有空间三维结构的铅炭电池板栅，电镀后泡沫镍表面微观形貌如图2。取出电镀完成的泡沫镍，使用去离子水反复冲洗并烘干。将1.7g活性炭，0.2g乙炔黑，0.1gPTFE粉末混合，涂敷于所制备的具有铅镀层的泡沫镍表面与孔内，得到内并型铅炭电池的碳负极，将该碳负极与铅酸电池铅负极通过焊接并联，得到铅炭电池负极，将铅酸电池正极与并联有碳电极的铅炭电池负极组装成内并型铅炭电池。其中铅酸电池的正极活性物质为氧化铅质量为93g，负极活性物质为海绵铅质量为83g，正负极板栅采用常规铅板栅，面积与碳负极板栅面积完全一致，将三块正极板四块负极板间隔摆放，其中四块负极板的堆叠方式为：中间两块为铅酸电池负极板，外边两块为所制备的碳负极板，所有负极板通过焊接并联在一起，所有正极通过焊接并联在一起。将正负极放入紧装配的电池盒中，其中电池盒的长106mm，宽40mm，高100mm，向电池盒中注入116g密度为1.285g/ml的硫酸电解液。将电池进行寿命测试，其测试条件为：采用4.2A恒流放电59秒，18A放电1秒，采用6.3A电流2.3V电压恒流恒压充电60秒，将该充放电条件循环3600次，随后静置40小时，40小时后重新开始循环，寿命测试的终止条件为电池电压降低至1.2V以下。所组装的内并型电池测试结果如图3。内并型电池在该条件下可运行10800圈。与不含碳负极的铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(图4(7200圈左右))，内并型铅炭电池的寿命可以达到传统铅酸电池寿命1.5倍。实施例2按照实施例1的条件，仅延长电镀时间至30分钟，即可得到每克泡沫镍表面电镀铅含量为3.64g的具有空间三维结构的铅炭电池板栅，其表面微观形貌如图5。所组装的内并型电池可运行18000圈寿命测试(图6)。与不含碳负极的铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(图4(7200圈左右))，内并型铅炭电池的寿命可以达到传统铅酸电池寿命2.5倍。实施例3按照实施例1的条件，将电镀液中氟硼酸铅的添加量改为240g，即可得到每克泡沫镍表面电镀铅含量为1.1g的具有空间三维结构的铅炭电池板栅。所组装的内并型电池可运行14400圈寿命测试(图7)，与不含碳负极的铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(图4(7200圈左右))，内并型铅炭电池的寿命可以达到传统铅酸电池寿命2倍。实施例4按照实施例1的条件，将泡沫镍改为同样比表面积的泡沫铜，即可得到每克泡沫铜表面电镀铅含量为0.62g的具有空间三维结构的铅炭电池板栅。所组装的内并型电池可运行18000圈寿命测试(图8)，与不含碳负极的铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(图4(7200圈左右))，内并型铅炭电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅，其特征在于：以泡沫金属为骨架，于泡沫金属骨架表面电镀铅保护层，于电镀后的泡沫金属的表面附着电极活性物质、其孔内填充有电极活性物质；泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜或泡沫铝。

【技术特征摘要】
1.电镀法制备具有三维结构的铅炭电池板栅，其特征在于：以泡沫金属为骨架，于泡沫金属骨架表面电镀铅保护层，于电镀后的泡沫金属的表面附着电极活性物质、其孔内填充有电极活性物质；泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜或泡沫铝。2.根据权利要求1所述铅炭电池板栅，其特征在于：所述泡沫金属比表面积为0.1-10m2/g。3.根据权利要求1所述铅炭电池板栅，其特征在于：所述泡沫金属的金属骨架表面电镀铅保护层后，其中铅保护层占镀铅泡沫金属的质量百分数为1％-99％。4.根据权利要求1所述铅炭电池板栅，其特征在于：所述泡沫金属的金属骨架表面电镀铅保护层后，电极活性物质与电镀铅保护层的泡沫金属的质量比为0.01-100。5.根据权利要求1所述铅炭电池板栅，其特征在于：所述电极活性物质为活性炭或活性炭和导电碳的混合物。6.一种权利要求1-5任一所述铅炭电池板栅的制备方法，其特征在于：1)首先配制电镀液：将氟硼酸铅与硼酸、明胶、间苯二酚共混配制成水溶液；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：席耀宁，张华民，阎景旺，张洪章，李先锋，孙海涛，王再红，
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