一种碳材料铅酸电池负极板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碳材料铅酸电池负极板，碳材料铅酸电池负极板包括碳纤维三维立体织物、金属网和金属条，碳纤维三维立体织物包括面层和设置于两个面层之间的中间层，金属网设置于两个面层外侧，两个金属网的外侧设置金属条，两面上的金属条相对的一端连接并连接极耳；采用专用织机织造碳纤维三维立体织物，金属网和金属条通过热熔法压铸到碳纤维三维立体织物的面层，两面的金属条会汇合再一起接出极耳；活性物质通过压力注入或真空辅助注入到碳纤维三维立体织物的织网内；本实用新型专利技术中，极板主体采用碳纤维三维立体织物制作，碳纤维三维立体织物的三维网孔结构具有低密度和高比表面积，能够大幅度提高铅酸电池的比能量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种碳材料铅酸电池负极板


[0001]本技术涉及铅酸电池制造
，特别是涉及一种碳材料铅酸电池负极板。

技术介绍

[0002]目前，在地球石油资源过度消耗的困境下，化石能源在人们生活中的比重逐步下降，新能源汽车和清洁能源已经成为各个国家的发展热点。人们对铅酸蓄电池、锂电池等电池的使用量越来越大。铅酸电池相比于锂电池等新型电池，具有价格低廉、温度适应性好，运行稳定等优势。但铅酸电池也存在一些需要亟待解决的问题：(1)比能量低。铅酸电池的理论比能为168Whkg
‑1)，而通常铅栅收集器获的比能在30
‑
40Whkg
‑1范围内，铅栅占板极重量的33％至50％。(2)负极不可逆硫酸盐化。负极活性物质有三种存在方式：Pb、细小的PbSО4晶粒和粗大的不可逆PbSО4晶体。充电时一部分细小的PbSО4晶体还原为活性物质Pb，而另一部分PbSО4通过重结晶过程生成粗大的不可逆PbSО4晶体，随着电池充放电反应的持续进行，负极不可逆PbSО4晶体持续长大并最终导致负极失效。
[0003]用导电性良好、化学稳定性好的碳材料替代铅栅收集器可以明显降低极板的重量。目前已经开发的碳材料继电器有：导电性多孔碳(CPC)铅酸电池集电器、碳毡(CF)和石墨毡(GF)电池集电器、带有瓦楞结构的碳材料继电器等。多孔碳板的孔是闭孔，极板活性物质的渗透深度有限，活性物质的负载率较低；碳毡(CF)和石墨毡(GF)材料由于价格低、导电性好、电化学窗口宽、比表面积更大，以及即使在苛刻的条件下仍保持良好的稳定性等优点，成为铅酸电池最主要的电极材料。采用石墨毡作电极，电流密度降低，可以有效抑制析氢、析氧副反应的发生。但是，碳纤维毡的空隙较小，限制了活性物质在极板内部的渗透，也存在活性物质的负载率较低的问题。带有瓦楞结构的极板，瓦楞结构可以使活性物质和极板相互嵌合，既增加了接触面积，也增加了结合牢度，但是瓦楞的深度有限。以上分析可以看出，目前的铅酸电池碳材料电极，主要是因为用碳材料替代传统的铅格栅使其重量减低，使电池的比能量有所提高。
[0004]铅酸电池的负极的不可逆硫酸盐化是导致电池在HRPSoC和低温状态下失效的主要原因。通过在负极活性物质中添加炭材料制成“铅炭电池”，极大地改善了电池性能，尤其是在HRPSoC下，其使用寿命可以达到铅酸电池的3
‑
4倍，功率密度提高20
‑
50％。常用的添加剂有活性炭、石墨、碳纳米管以及石墨烯等。
[0005]但碳材料与负极活性物质之间比重不一致的问题会导致在电极制备过程中两者很难混合均匀，从而产生浮炭的现象，致使碳材料不能充分发挥其优势。
[0006]如何提升铅酸电池的比能量，如何使碳材料与负极活性物质深度结合，成为铅酸电池发展过程中亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本技术的目的是提供一种碳材料铅酸电池负极板，以解决上述现有技术存在
的问题，极板主体采用碳纤维三维立体织物制作，碳纤维三维立体织物的三维网孔结构具有低密度和高比表面积，能够大幅度提高铅酸电池的比能量，使碳材料与负极活性物质深度结合。
[0008]为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
[0009]本技术提供一种碳材料铅酸电池负极板，包括碳纤维三维立体织物、金属网和金属条，所述碳纤维三维立体织物包括面层和设置于两个所述面层之间的中间层，所述金属网设置于两个所述面层外侧，两个所述金属网的外侧设置所述金属条，两面上的金属条相对的一端连接并连接极耳。
[0010]优选地，所述碳纤维三维立体织物的两个面层由经纱、纬纱和接结纱组成，所述接结纱还连接于两个所述面层之间构成中间层。
[0011]优选地，所述经纱、纬纱、接结纱均为12
‑
24K无捻连续碳纤维束。
[0012]优选地，所述接结纱沿纬纱方向的排列密度为每隔两根纬纱的距离织有所述接结纱，所述接结纱沿经纱方向的排列密度为每隔三根经纱的距离织有所述接结纱。
[0013]优选地，所述碳纤维三维立体织物的厚度为3mm
‑
5mm。
[0014]优选地，所述金属网和金属条的材质相同，均为耐酸腐蚀和熔点较低的金属或合金材料；所述金属网的网格为长宽均为3mm的正方形，所述金属条的宽度为10mm，厚度0.1mm。
[0015]优选地，所述碳纤维三维立体织物内注入有由碳纳米管或纳米活性炭纤维构成的活性物质。
[0016]本技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0017]本技术提供的碳材料铅酸电池负极板，极板主体采用碳纤维三维立体织物制作，碳纤维三维立体织物的三维网孔结构具有低密度和高比表面积，极板密度可以达到为0.32g/cm3,γ系数(活性物质重量/极板表面积)小于0.10g/cm
‑2，因而，比能量大幅度提高，由传统铅酸电池的30
‑
40Whkg
‑1，提高到110Whkg
‑1以上。
[0018]碳纤维电极和碳纳米纤维，为电荷在碳/电解质界面上的迁移提供导电支持，充当电子通过非导电硫酸化屏障的通道，从而导致电化学反应成功完成；碳纤维电极和碳纳米纤维构建的细小孔隙限制PbSO4晶体颗粒的生长，抑制不可逆硫酸盐的形成，提高电池的循环次数，其使用寿命可以达到普通铅酸电池的3倍以上。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本技术中碳材料铅酸电池负极板的结构示意图；
[0021]图2为图1的俯视图；
[0022]图3位面层的结构示意图；
[0023]图中：1
‑
碳纤维三维立体织物、11
‑
面层、12
‑
中间层、13
‑
经纱、14
‑
纬纱、15
‑
接结纱、2
‑
金属网、3
‑
金属条。
具体实施方式
[0024]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0025]本技术的目的是提供一种碳材料铅酸电池负极板，以解决现有技术存在的问题。
[0026]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0027]本实施例中的碳材料铅酸电池负极板，如图1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳材料铅酸电池负极板，其特征在于：包括碳纤维三维立体织物、金属网和金属条，所述碳纤维三维立体织物包括面层和设置于两个所述面层之间的中间层，所述金属网设置于两个所述面层外侧，两个所述金属网的外侧设置所述金属条，两面上的所述金属条相对的一端连接并连接极耳。2.根据权利要求1所述的碳材料铅酸电池负极板，其特征在于：所述碳纤维三维立体织物的两个面层由经纱、纬纱和接结纱组成，所述接结纱还连接于两个所述面层之间构成中间层。3.根据权利要求2所述的碳材料铅酸电池负极板，其特征在于：所述经纱、纬纱、接结纱均为12
‑
24K无捻连续碳纤维束。4.根据权利要求2所述的碳材料铅酸电池负极板，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：董卫国，
申请(专利权)人：董卫国，
类型：新型
国别省市：