一种高循环寿命的铅炭储能电池制造技术

本发明专利技术涉及储能技术领域，具体为一种高循环寿命的铅炭储能电池，包括负极板，所述负极板由负极板栅和涂覆于所述负极板栅表面的铅膏制备而成，所述铅膏包括炭材料，所述炭材料掺杂有杂原子，所述杂原子包括过渡金属杂原子和非金属杂原子，本发明专利技术所制备的铅炭储能电池具有较高的循环寿命，进一步拓宽了铅炭储能电池的应用场景。池的应用场景。池的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种高循环寿命的铅炭储能电池


[0001]本专利技术涉及储能
，具体为一种高循环寿命的铅炭储能电池。

技术介绍

[0002]铅酸电池在混合动力汽车中的应用已经引起了极大的关注，因为它具有成本低、安全性高和低温性能好等独特的特点。然而，混合动力汽车要求铅酸电池在高倍率部分充电状态下运行，这将导致负极的硫化和电池的失效。铅炭电池在负极中加入适当的炭，有能力抑制硫化，并延长循环寿命。但是，炭会加速铅炭电极的析氢反应，高速率的析氢反应会导致电解液的失水和电池的低能量效率，更重要的是，产生的H2迫使炭与海绵铅分离，从而破坏了铅炭电极的导电网络，导致铅炭电池循环寿命的下降，这限制了铅炭电池的性能。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种高循环寿命的铅炭储能电池。
[0004]所采用的技术方案如下：
[0005]一种高循环寿命的铅炭储能电池，包括负极板；
[0006]所述负极板由负极板栅和涂覆于所述负极板栅表面的铅膏制备而成；
[0007]所述铅膏包括炭材料，所述炭材料掺杂有杂原子；
[0008]所述杂原子包括过渡金属杂原子和非金属杂原子。
[0009]进一步地，所述过渡金属杂原子为钴、镍、铜、锌中的任意一种或多种组合，优选为锌；
[0010]所述非金属杂原子为硼和/或硫，优选为硼。
[0011]进一步地，所述炭材料为活性炭、石墨烯、石墨、碳纳米管、炭气凝胶中的任意一种或多种组合。
[0012]进一步地，以重量份数计，所述铅膏包括：
[0013]铅粉70
‑
85份、炭材料3
‑
7份、硫酸钡1
‑
2份、木质素磺酸盐0.05
‑
0.15份、腐殖酸0.15
‑
0.3份、短切纤维0.1
‑
0.5份、乙炔黑0.1
‑
1份、硫酸5
‑
10份、析氢抑制剂1
‑
3份、水10
‑
20份。
[0014]进一步地，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸铵、木质素磺酸钾、木质素磺酸钠中的任意一种或多种组合。
[0015]进一步地，所述短切纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙炔纤维、聚苯胺纤维、聚吡咯纤维和聚酯纤维中的任意一种或多种组合。
[0016]进一步地，所述析氢抑制剂为BiOX，X＝氟、氯、溴或碘。
[0017]进一步地，所述析氢抑制剂为BiOCl。
[0018]进一步地，所述硫酸的密度为1.2
‑
1.3g/cm3。
[0019]进一步地，所述负极板的制备方法如下：
[0020]先将铅粉、炭材料、硫酸钡、木质素磺酸盐、腐殖酸、短切纤维、乙炔黑、析氢抑制剂
混合均匀后，再加入硫酸，继续混合均匀，再加入水，搅拌10
‑
20h得到铅膏，将所述铅膏均匀涂覆至负极板栅上，再将负极板栅升温至60
‑
80℃固化24
‑
48h即可。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提供了一种高循环寿命的铅炭储能电池，现有文献中对炭材料进行掺杂的元素往往为N、P，未见B掺杂的报道，专利技术人通过尝试，引入B对炭材料进行掺杂，但是效果不是太理想，与其余非金属元素进行复合掺杂效果仍然不理想，但是在引入B的同时引入过渡金属元素Zn，发现铅炭储能电池的性能有较大幅度的提升，究其原因可能是由于Zn和B分别作为阴阳离子在化合价上存在互补性，共掺杂改变了炭材料表面活性和碳原子周围的电子分布，从而达到抑制析氢的效果，而且Zn
2+
/Zn的电极电势更正，炭材料中Zn
2+
转化为Zn的电化学反应优先于析氢反应发生，起到抑制活性炭析氢反应发生的效果，BiOX属于高析氢过电位铋基材料，具有抑制负极析氢，提高电池循环寿命的作用，经过测试，本专利技术所制备的铅炭储能电池具有较高的循环寿命，能进一步拓宽了铅炭储能电池的应用场景。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1中所制备负极板的SEM图。
具体实施方式
[0024]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术未提及的技术均参照现有技术，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
[0025]铅粉：99.95％，麦克林；
[0026]炭材料：自制；
[0027]硫酸钡：电池级，国药集团化学试剂公司；
[0028]木质素磺酸钠：99％，湖北万得化工有限公司；
[0029]腐殖酸：99％，山东金科力电源科技有限公司；
[0030]短切聚丙烯纤维：0.1
‑
1μm，中国巨石；
[0031]乙炔黑：星龙泰；
[0032]硫酸：西格玛；
[0033]BiOCl：99％，西安瑞禧生物；
[0034]水：蒸馏水。
[0035]实施例1：
[0036]一种高循环寿命的铅炭储能电池，包括负极板；
[0037]负极板由负极板栅和涂覆于所述负极板栅表面的铅膏制备而成；
[0038]铅膏包括：
[0039]铅粉80份、炭材料6份、硫酸钡1.4份、木质素磺酸钠0.12份、腐殖酸0.2份、短切聚丙烯纤维0.3份、乙炔黑0.3份、硫酸(1.27g/cm3)6份、BiOCl2.5份、水14份。
[0040]其中，炭材料的制备方法如下：
[0041]将30mL甲醛、22g间苯二酚、0.05g碳酸钠、0.55g硫酸锌加入500mL水中，密封后置
于50℃的恒温油浴锅中反应1d，然后将油浴锅温度调节为85℃，再反应4d，完毕后，得到湿凝胶，将湿凝胶放入配置好的三氟乙酸的丙酮溶液中(三氟乙酸与丙酮的体积比为3：97)，老化3d，再用丙酮浸泡湿凝胶3d，每24h更换一次新鲜的丙酮，然后湿凝胶置于50℃烘箱中常压干燥4d，得到前驱体，在氩气/硼烷气氛下(氩气和硼烷的体积比为1：1)，将前驱体升温至900℃，升温速率为3C/min，保温5h后自然冷却至室温，研磨、过200目筛得到锌/硼共掺杂的炭气凝胶。
[0042]上述铅炭储能电池的制备方法如下：
[0043]先将铅粉、炭材料、硫酸钡、木质素磺酸钠、腐殖酸、短切聚丙烯纤维、乙炔黑、BiOCl混合，混合30min，再加入硫酸，继续混合25min，再加入水，搅拌12h得到铅膏，再将铅膏均匀涂覆至负极板栅上，铅膏层的厚度为2mm，再将负极板栅升温至80℃固化36h得到负极板，铅炭储能电池以3正2负的形式进行组装，正负极板尺寸均为50mm
×
30mm
×
4mm，将制备得到的负极板与PbO2正极板接出引线，焊接在一起，浸泡在1.27g/cm3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高循环寿命的铅炭储能电池，其特征在于，包括负极板；所述负极板由负极板栅和涂覆于所述负极板栅表面的铅膏制备而成；所述铅膏包括炭材料，所述炭材料掺杂有杂原子；所述杂原子包括过渡金属杂原子和非金属杂原子。2.如权利要求1所述的高循环寿命的铅炭储能电池，其特征在于，所述过渡金属杂原子为钴、镍、铜、锌中的任意一种或多种组合，优选为锌；所述非金属杂原子为硼和/或硫，优选为硼。3.如权利要求1所述的高循环寿命的铅炭储能电池，其特征在于，所述炭材料为活性炭、石墨烯、石墨、碳纳米管、炭气凝胶中的任意一种或多种组合。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的高循环寿命的铅炭储能电池，其特征在于，以重量份数计，所述铅膏包括：铅粉70
‑
85份、炭材料3
‑
7份、硫酸钡1
‑
2份、木质素磺酸盐0.05
‑
0.15份、腐殖酸0.15
‑
0.3份、短切纤维0.1
‑
0.5份、乙炔黑0.1
‑
1份、硫酸5
‑
10份、析氢抑制剂1
‑
3份、水10<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军华，
申请(专利权)人：湖南科舰能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：