CN105161770A - 一种铅酸蓄电池铅膏添加剂及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，所述铅酸蓄电池铅膏添加剂由以下质量百分含量的组分组成：0.5~5%预处理的一维纳米碳材料，0.5~6%分散剂，余量为去离子水。本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂能同时有效抑制硫酸盐化和析氢现象，提高电池充放电速度和使用寿命。本发明还公开了一种铅酸蓄电池铅膏添加剂制备方法，具体步骤为：（1）制备预处理的碳纳米管；（2）混合。本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂制备方法工艺步骤简单，可操作性强，适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其是涉及一种铅酸蓄电池铅膏添加剂及其制备方法、应用。
背景技术
由于能源危机及环境污染问题日益突出，全球关注的焦点越来越多地集中在可持续、可再生的动力资源和储能系统上。铅酸蓄电池具有工艺成熟、安全性能好、成本低、性能稳定及资源再回收率高等优点，至今仍然有很大的市场占有率。但是目前铅酸电池在使用一段时间后，充电接收能力会比较差，实际充入的容量及储存并不多，严重影响电池在实际中的使用情况。另外负极表面硫酸盐化严重，大颗粒的硫酸盐晶体会造成极板机械变形和膨胀，造成电池性能损失；不能有效地进行转换回海绵状铅，使电池循环寿命受限。因此，如何减缓电池硫酸盐化的趋势、提高电池的使用寿命以及降低电池内阻是目前亟需解决的问题。
申请公布号：CN102709567A，申请公布日：2012.10.03的中国专利公开了一种铅酸电池，属于铅酸电池领域，其可解决现有的铅酸电池大电流性能差和循环寿命短的问题。本发明通过向铅酸电池的负极添加导电剂和炭材料，解决了现有的铅酸电池大电流性能差和循环寿命短等问题。其不足之处在于：在电池中添加了炭材料，炭材料为活性炭、膨胀石墨、球形石墨、天然鳞片石墨中的一种或几种，这些炭材料的添加使得电池负极的析氢较为严重，因此该发明中通过添加析氢抑制剂（硫酸锌、氧化锌、氧化铋中的一种或多种）以抑制负极的析氢，但是析氢抑制剂会对电池会造成自放电，降低电池使用寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的铅酸蓄电池铅膏添加剂所存在的上述技术问题，提供了一种能同时有效抑制硫酸盐化和析氢现象，提高电池充电接受能力和使用寿命的铅酸蓄电池铅膏添加剂。
本发明还提供了一种铅酸蓄电池铅膏添加剂的制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，适合工业化大规模生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，所述铅酸蓄电池铅膏添加剂由以下质量百分含量的组分组成：0.5~5%预处理的一维纳米碳材料，0.5~6%分散剂，余量为去离子水。本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂有效解决了一维纳米碳材料易团聚不易分散的问题，而且在实际应用中发现，一维纳米碳材料相比于其他活性炭、膨胀石墨、球形石墨、天然鳞片石墨等炭材料能有效抑制硫酸盐化，且一维纳米碳材料具有优异的高比表面性质、电子导电性和独特的力学性能，能改善极片的微观结构，增加比表面积，为活性物质提供额外的多孔性，从而改善电池的容量及低温性能，另外，一维纳米碳材料可以在铅膏中形成稳定的导电网状结构，从而大大提高电池的充电速度及放点速度，降低充放电之间的反应速率差别降低，电池的充电接受能力得到改善，稳定的导电网状结构能使通过活性物质的电流分布均匀，不会产生较大颗粒的PbSO4，从而抑制硫酸盐化作用；分散剂以进一步提高一维纳米碳材料的分散性能，且对电池性能无影响。
作为优选，所述一维纳米碳材料为碳纳米管或纤维直径小于100nm的碳纳米纤维。
作为优选，所述预处理的一维纳米碳材料通过以下方法制得：将一维纳米碳材料浸没于70%硝酸和/或95~98%硫酸中，于20~90℃条件下超声处理1~72h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠或氢氧化铵溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的一维纳米碳材料。将一维纳米碳材料进行预处理，能提高一维纳米碳材料在水中的分散性，且得到的铅酸蓄电池铅膏添加剂稳定性好，从而解决了一维纳米碳材料在水中易团聚不易分散的问题。
作为优选，所述一维纳米碳材料为碳纳米管或纤维直径小于100nm的碳纳米纤维。
作为优选，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸。本发明中以十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸作为分散剂，除了能使预处理后的一维纳米碳材料均匀分散，还能提高电池活性物质的析氢析氧过电位，进而抑制充放电水分的损失，减少因水分干涸而引起的电池失效。
一种铅酸蓄电池铅膏添加剂的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：
（1）制备预处理的一维纳米碳材料：将一维纳米碳材料浸没于70%硝酸或95~98%硫酸中，于20~90℃条件下超声处理1~72h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠或氢氧化铵溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的一维纳米碳材料，待用。
（2）混合：按上述质量百分含量配比称取各组分后，将分散剂加入去离子水中搅拌均匀后，加入预处理的一维纳米碳材料，超声分散后即得铅酸蓄电池铅膏添加剂。
一种如权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏添加剂的应用，具体应用方法为：在制备铅酸蓄电池铅膏时，在铅膏中加入为铅粉质量5~20%的铅酸蓄电池铅膏添加剂。铅膏为负极铅膏或正极铅膏
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂能同时有效抑制硫酸盐化和析氢现象，提高电池充电接受能力和使用寿命；
（2）本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其由以下质量百分含量的组分组成：2%预处理的单壁碳纳米管，1%分散剂，余量为去离子水，分散剂为聚丙烯酸。
该铅酸蓄电池铅膏添加剂通过以下方法制得：
（1）制备预处理的单壁碳纳米管：将单壁碳纳米管浸没于95%硫酸中，于40℃条件下超声处理5h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化铵溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的单壁碳纳米管，待用。
（2）混合：按上述质量百分含量配比称取各组分后，将分散剂加入去离子水中搅拌均匀后，加入预处理的单壁碳纳米管，超声分散后即得铅酸蓄电池铅膏添加剂。
分别取A、B、C、D四组（每组四只）规格均为6-DZM-12（48V-12Ah）且制作工艺完全相同试验电池，其中A组电池的正极铅膏中添加有本实施例制得的铅膏添加剂，B组电池的负极铅膏中添加有本实施例制得的铅膏添加剂，C组电池的正、负极铅膏中均添加有本实施例制得的铅膏添加剂，D组电池的正、负极铅膏中均未添加本发明铅膏添加剂，用作对比电池。
按照国家标准对四组电池进行测试，测试结果显示，A、B、C组电池的容量、低温容量、充电接受能力均优于对比电池D，尤其以C组电池的综合性能最优，相比于D组电池，C组电池容量提高了8%以上，低温容量提高了11%以上，充电接受能力提高了45%以上，循环寿命在150次时，C组电池放电容量保持在13.5Ah，而对比电池放电容量为12.2Ah，在循环寿命上有很大的改善，而且所有添加本发明铅膏添加剂的电池，在循环过程中，失水情况与对比电池相当，均未出现严重失水现象。
由测试结果可知，本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂能有效改善同时有效抑制硫酸盐化和析氢现象，提高电池充放电速度和使用寿命。
实施例2
一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其由以下质量百分含量的组分组成：0.5%预处理的多壁碳纳米管，0.5%分散剂，余量为去离子水，分散剂为聚乙烯基吡咯烷酮。
该铅酸蓄电池铅膏添加剂通过以下方法制得：
（1）制备预处理的多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管浸没于95%硫酸中，于90℃条件下超声处理1h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的多壁碳纳米管，待用。
（2）混合：按上述质量百分含量配比称取各组分后，将分散剂加入去离子水中搅拌均匀后，加入预处理的多壁碳纳米管，超声分散后即得铅酸蓄电池铅膏添加剂。
实施例3
一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其由以下质量百分含量的组分组成：5%预处理的纤维直径小于100nm的碳纳米纤维，6%分散剂，余量为去离子水，分散剂为十二烷基硫酸钠。
该铅酸蓄电池铅膏添加剂通过以下方法制得：
（1）制备预处理的纤维直径小于100nm的碳纳米纤维：将纤维直径小于100nm的碳纳米纤维浸没于70%硝酸中，于20℃条件下超声处理72h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的纤维直径小于100nm的碳纳米纤维，待用。
（2）混合：按上述质量百分含量配比称取各组分后，将分散剂加入去离子水中搅拌均匀后，加入预处理的纤维直径小于100nm的碳纳米纤维，超声分散后即得铅酸蓄电池铅膏添加剂。
本发明的铅酸蓄电池铅膏添加剂的应用方法为：在和膏过程中，在铅膏中加入为铅粉质量5~20%的本发明铅酸蓄电池铅膏添加剂即可。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其特征在于，所述铅酸蓄电池铅膏添加剂由以下质量百分含量的组分组成：0.5~5%预处理的一维纳米碳材料，0.5~6%分散剂，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其特征在于，所述预处理的一维纳米碳材料通过以下方法制得：将一维纳米碳材料浸没于70%硝酸和/或95~98%硫酸中，于20~90℃条件下超声处理1~72h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠或氢氧化铵溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的一维纳米碳材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其特征在于，所述一维纳米碳材料为碳纳米管或纤维直径小于100nm的碳纳米纤维。
4.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池铅膏添加剂，其特征在于，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸。
5.一种如权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：
（1）制备预处理的一维纳米碳材料：将一维纳米碳材料浸没于70%硝酸或95~98%硫酸中，于20~90℃条件下超声处理1~72h，过滤后用相继用去离子水、氢氧化钠或氢氧化铵溶液、去离子水洗涤至pH呈中性，即得预处理的一维纳米碳材料，待用；
（2）混合：按上述质量百分含量配比称取各组分后，将分散剂加入去离子水中搅拌均匀后，加入预处理的一维纳米碳材料，超声分散后即得铅酸蓄电池铅膏添加剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述一维纳米碳材料为碳纳米管或纤维直径小于100nm的碳纳米纤维。
7.一种如权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏添加剂的应用，其特征在于，具体应用方法为：在制备铅酸蓄电池铅膏时，在铅膏中加入为铅粉质量5~20%的铅酸蓄电池铅膏添加剂。
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