一種聚合物鉛酸蓄電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚合物鉛酸蓄電池。在鉛酸蓄電池正極采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)材料取代二氧化化鉛，將苯胺和苯乙烯磺酸鈉混合，加入雙氧水，攪拌后加入氧化石墨烯和聚四氟乙烯乳液，采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板，電解液采用硫酸電解液，隔膜采用AGM或PE隔板材料，按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛，具有充放過(guò)程上活性物質(zhì)體積變化小，充電電壓低，充電過(guò)程中減少水分解，充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子，無(wú)金屬離子在電解液中遷移，避免電池短路，減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。
【專利說(shuō)明】
一種聚合物鉛酸蓄電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池，尤其涉及一種高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性、提高電池性能，延長(zhǎng)電池壽命的聚合物鉛酸蓄電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池自發(fā)明至今已有150多年的歷史，因其具備安全性高、性能穩(wěn)定、制造成本較低，且具有很高的循環(huán)利用價(jià)值的特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們的生活中。但同時(shí)鉛酸蓄電池也存在重量比能量低、循環(huán)壽命短的問(wèn)題，其中正極活性物質(zhì)原因?qū)е码姵匮h(huán)壽命短是鉛酸蓄電池存在的主要問(wèn)題。
[0003]鉛酸蓄電池正極采用二氧化鉛做為活性物質(zhì)、硫酸作為電解質(zhì)溶液。在充電過(guò)程中，氫離子作為載流子從正極向負(fù)極擴(kuò)散，同時(shí)正極活性質(zhì)存在二價(jià)和四價(jià)鉛離子也會(huì)在電位作用下同時(shí)向負(fù)極迀移，由于AGM或PE隔板為多孔結(jié)構(gòu)，部分鉛離子在迀移過(guò)程上沉積到隔板中。隨著循環(huán)的進(jìn)行，沉積在隔板中鉛離子越來(lái)越多，靠近負(fù)極一側(cè)的會(huì)轉(zhuǎn)化為金屬鉛，形成鉛枝晶，最后導(dǎo)致電池自放電或短路，導(dǎo)致電池壽命縮短。
[0004]另外正極活性物質(zhì)為二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬鉛，由于鉛及鉛的氧化物存在比重大，并且二氧化鉛的活性物質(zhì)利用率一般為30%左右，導(dǎo)致鉛酸蓄電池一般重量比能量較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池壽命短，活性物質(zhì)利用率低的缺陷而提供一種高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性、提高電池性能，延長(zhǎng)電池壽命的聚合物鉛酸蓄電池。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種聚合物鉛酸蓄電池，包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜，所述正極的活性物質(zhì)以聚苯胺為主原料而制成。在本技術(shù)方案中，采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛，具有充放過(guò)程上活性物質(zhì)體積變化小，充電電壓低，充電過(guò)程中減少水分解，充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子，無(wú)金屬離子在電解液中迀移，避免電池短路，減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。利用石墨烯導(dǎo)電性好，分散性高的特點(diǎn)，作為活性物質(zhì)導(dǎo)電劑，提高活性物質(zhì)利用率，增加活性物質(zhì)間孔隙率，增大反應(yīng)面積。采用聚四氟乙烯乳液作為粘接劑，使聚苯胺活性物質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起，能夠形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0007]聚苯胺做為正極材料與硫酸根離子發(fā)生充放電反應(yīng)是陰離子摻雜實(shí)現(xiàn)的，這種摻雜P型(脫雜)摻雜，但也可以通過(guò)N型(脫雜)摻雜發(fā)生充放電反應(yīng)。采用聚苯胺做為正極材料電池重量比能量增加，在充電時(shí)沒(méi)有重金屬離子迀移，沉積到AGM或PE隔板里金屬離子減少，電池自放電小，循環(huán)壽命長(zhǎng)。
[0008]作為優(yōu)選，正極活性物質(zhì)由以下重量份的物質(zhì)制備而成:100-120份聚苯胺、20-25份聚3，4乙撐二氧噻吩、50-55份氧化石墨烯、100-110份聚苯乙烯磺酸鹽、20-30份雙氧水、10-15份粘結(jié)劑與10-15份納米碳管包覆的氧化銦。在本技術(shù)方案中，聚苯胺:聚3，4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽制備成的正極活性物質(zhì)具有很高的導(dǎo)電率、高機(jī)械強(qiáng)度與耐腐蝕性，能夠提高鉛酸蓄電池活性物質(zhì)與板柵界面層的電子傳到能力，防止板柵表面阻擋層的生成;聚苯胺:聚3，4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽高分子材料具有高機(jī)械強(qiáng)度、高耐腐蝕性的特點(diǎn)，能夠保護(hù)板柵，防止板柵在高電位狀態(tài)酸環(huán)境下的腐蝕，有利于鉛酸蓄電池的長(zhǎng)壽命。因此聚苯胺:聚3，4乙撐二氧噻吩:氧化石墨烯:聚苯乙烯磺酸鹽制備成正極活性物質(zhì)時(shí)，既能提高電池性能，又能提高耐腐蝕性，延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的壽命O
[0009]作為優(yōu)選，納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌1-311后在2-2.511內(nèi)升溫至140-160°(:，反應(yīng)1-311后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中，加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液，滴加濃氨水，85-950C下攪拌反應(yīng)1-1.5h，離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦。
[0010]作為優(yōu)選，焙燒的溫度為600-750°C，時(shí)間為2-5h，粉碎至粒徑為10-100nm。
[0011]作為優(yōu)選，正極活性物質(zhì)的制備方法為:將聚苯胺與聚苯乙烯磺酸鹽混合，加入雙氧水，攪拌10_15min后加入聚3，4乙撐二氧噻吩、氧化石墨烯、納米碳管包覆的氧化銦與聚四氟乙烯乳液，超聲震蕩30-60min后制得。
[0012]作為優(yōu)選，電解液為硫酸密度為1.4g/cm3的硫酸溶液。
[0013]作為優(yōu)選，超聲的頻率為75-85KHZ。
[0014]作為優(yōu)選，所述聚合物鉛酸蓄電池采用AGM隔板制成閥控式鉛酸蓄電池或采用PE隔板制成富液式鉛酸蓄電池。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:采用聚苯胺做為正極活性物質(zhì)取代二氧化鉛，具有充放過(guò)程上活性物質(zhì)體積變化小，充電電壓低，充電過(guò)程中減少水分解，充電與放電時(shí)載流子為質(zhì)子，無(wú)金屬離子在電解液中迀移，避免電池短路，減少電池自放電延長(zhǎng)電池壽命。利用石墨烯導(dǎo)電性好，分散性高的特點(diǎn)，作為活性物質(zhì)導(dǎo)電劑，提高活性物質(zhì)利用率，增加活性物質(zhì)間孔隙率，增大反應(yīng)面積。采用聚四氟乙烯乳液作為粘接劑，使聚苯胺活性物質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起，能夠形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的正極活性物質(zhì)充放電前后的紅外光譜。
[0017]圖中，1、充電后的吸收光譜;2、放電后的吸收光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0019]在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設(shè)備和原料等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0020]實(shí)施例1
一種聚合物鉛酸蓄電池，包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜，正極活性物質(zhì)的制備方法為:將100份聚苯胺與100份聚苯乙烯磺酸鹽混合，加入20份雙氧水，攪拌1min后加入20份聚3，4乙撐二氧噻吩、50份氧化石墨烯、10份納米碳管包覆的氧化銦與10份聚四氟乙烯乳液，超聲震蕩30min后制得;超聲的頻率為75KHz。
[0021 ]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌Ih后在2h內(nèi)升溫至140°C，反應(yīng)Ih后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中，加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液，滴加濃氨水，85°C下攪拌反應(yīng)lh，離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為600°C，時(shí)間為2h，粉碎至粒徑為1-1OOnm0
[0022]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板，電解液采用硫酸電解液，隔膜采用AGM或PE隔板材料，按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
[0023]實(shí)施例2
一種聚合物鉛酸蓄電池，包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜，正極活性物質(zhì)的制備方法為:將110份聚苯胺與108份聚苯乙烯磺酸鹽混合，加入25份雙氧水，攪拌12min后加入23份聚3，4乙撐二氧噻吩、52份氧化石墨烯、13份納米碳管包覆的氧化銦與12份聚四氟乙烯乳液，超聲震蕩40min后制得;超聲的頻率為80KHz。
[0024]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌2h后在2.5h內(nèi)升溫至150°C，反應(yīng)2h后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中，加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液，滴加濃氨水，90°C下攪拌反應(yīng)1.5h，離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為680°C，時(shí)間為3h，粉碎至粒徑為 10-1 OOnm。
[0025]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板，電解液采用硫酸電解液，隔膜采用AGM或PE隔板材料，按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
[0026]實(shí)施例3
一種聚合物鉛酸蓄電池，包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜，正極活性物質(zhì)的制備方法為:將120份聚苯胺與110份聚苯乙稀磺酸鹽混合，加入30份雙氧水，攪拌15min后加入25份聚3，4乙撐二氧噻吩、55份氧化石墨烯、15份納米碳管包覆的氧化銦與15份聚四氟乙烯乳液，超聲震蕩60min后制得;超聲的頻率為85KHz。
[0027]納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌3h后在2.5h內(nèi)升溫至160°C，反應(yīng)3h后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中，加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液，滴加濃氨水，95°C下攪拌反應(yīng)1.5h，離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦;焙燒的溫度為7500C，時(shí)間為5h，粉碎至粒徑為 10-1 OOnm。
[0028]采用常規(guī)方法制作鉛酸蓄電池鉛負(fù)極板，電解液采用硫酸電解液，隔膜采用AGM或PE隔板材料，按鉛酸蓄電池常用內(nèi)化成或外化成生產(chǎn)工藝制成單體或多單體串聯(lián)蓄電池產(chǎn)品。電解液為硫酸密度為I.4g/cm3的硫酸溶液。
[0029]參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的正極活性物質(zhì)充放電前后的紅外光譜。聚苯胺做為正極材料與硫酸根離子發(fā)生充放電反應(yīng)是陰離子摻雜實(shí)現(xiàn)的，這種摻雜P型(脫雜)摻雜，但也可以通過(guò)N型(脫雜)摻雜發(fā)生充放電反應(yīng)。采用聚苯胺做為正極材料電池重量比能量增加，在充電時(shí)沒(méi)有重金屬離子迀移，沉積到AGM或PE隔板里金屬離子減少，電池自放電小，循環(huán)壽命長(zhǎng)。
[0030]利用本發(fā)明的制成的12V 12Ah鉛酸蓄電池，100 % DOD循環(huán)壽命達(dá)600次以上，在循環(huán)300次時(shí)放電時(shí)間依然在120min以上，與常規(guī)電池相比，充電接受能力提高了20%以上，從而說(shuō)明本發(fā)明制備的聚合物鉛酸蓄電池有利于延長(zhǎng)深循環(huán)的使用壽命和提高電池的充電接受能力。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚合物鉛酸蓄電池，包括正極、負(fù)極、電解液與隔膜，其特征在于，所述正極的活性物質(zhì)以聚苯胺為主原料而制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，正極活性物質(zhì)由以下重量份的物質(zhì)制備而成:100-120份聚苯胺、20-25份聚3，4乙撐二氧噻吩、50-55份氧化石墨烯、100-110份聚苯乙烯磺酸鹽、20-30份雙氧水、10-15份粘結(jié)劑與10-15份納米碳管包覆的氧化銦。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，納米碳管包覆的氧化銦的制備方法為:將氧化銦溶于二甘醇得到反應(yīng)體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌l-3h后在2-2.5h內(nèi)升溫至140-160°C，反應(yīng)l_3h后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1: 2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦;然后將基核納米氧化氯超聲分散在無(wú)水乙醇中，加入含有納米碳管的無(wú)水乙醇溶液，滴加濃氨水，85-95°C下攪拌反應(yīng)1-1.5h，離心分離得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到納米碳管包覆納米氧化銦。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，焙燒的溫度為600-750°C，時(shí)間為2-5h，粉碎至粒徑為10-1 OOnmο5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，正極活性物質(zhì)的制備方法為:將聚苯胺與聚苯乙烯磺酸鹽混合，加入雙氧水，攪拌10-15min后加入聚3，4乙撐二氧噻吩、氧化石墨烯、納米碳管包覆的氧化銦與聚四氟乙烯乳液，超聲震蕩30-60min后制得。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，電解液為硫酸密度為1.4g/cm3的硫酸溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，超聲的頻率為75-85KHzo8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物鉛酸蓄電池，其特征在于，所述聚合物鉛酸蓄電池采用AGM隔板制成閥控式鉛酸蓄電池或采用PE隔板制成富液式鉛酸蓄電池。
【文檔編號(hào)】H01M10/06GK106058258SQ201610628516
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日
【發(fā)明人】張紹輝
【申請(qǐng)人】超威電源有限公司