專利名稱：蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池和包括引入這種電池的蓄電池組的裝置。
本發(fā)明特別涉及可充電的蓄電池，其通常是眾所周知的，但其主要缺點(diǎn)是需要較長(zhǎng)的充電時(shí)間。本發(fā)明尤其涉及在US4143216中描述的那種電極和蓄電池，其包括由于有一種結(jié)晶活性體電極材料因而可很快充電的鉛酸蓄電池。
本發(fā)明的目的是提供一種用于蓄電池電極的經(jīng)改進(jìn)的活性體和生產(chǎn)這種活性體的方法。
本發(fā)明提供一種用作蓄電池陽(yáng)極活性體的組合物，所說(shuō)的組合物由具有如

圖1所示的X射線衍射圖的結(jié)晶二氧化鉛(PbO2)組成。
該組合物可以包括微量的鎘。
該組合物可以通過(guò)使用鉛鎘電極、稀硫酸電解液和脈沖電流通過(guò)電解形或。
鉛鎘電極可以通過(guò)使用包括甲烷磺酸鉛、甲烷磺酸鎘和甲烷磺酸的電解液和脈沖電流經(jīng)電解沉積形成。
本發(fā)明可以提供一種用于蓄電池陰極的多孔鉛材料，其是通過(guò)使用二氧化鉛組合物經(jīng)在稀硫酸中進(jìn)行電極轉(zhuǎn)變和使用脈沖電流形成的。
本發(fā)明提供用于鉛酸蓄電池電極活性體的各種材料組合物，其通過(guò)使用甲烷磺酸電解質(zhì)系統(tǒng)和脈沖電流由電極沉積而形成。
現(xiàn)在通過(guò)實(shí)施例并參考附圖描述本發(fā)明用于蓄電池電極材料的活性體、使用所說(shuō)的活性體生產(chǎn)這種材料和含有電極的蓄電池的方法，其中圖1表示了陽(yáng)極活性體的X射線衍射圖；圖2是圖1材料的照片；圖3用示意圖表示了用于鉛鎘板的電解沉積的裝置；圖4表示了陰極活性體的照片；圖5用示意圖表示將鉛鎘電解轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫锥趸U；和圖6用示意圖表示了通過(guò)脈沖電流將多孔二氧化鉛電解轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫足U的裝置。
參考附圖，如圖1中所示，用于陽(yáng)極的活性體包含具有如圖所示的X射線衍射圖的結(jié)晶二氧化鉛(PbO2)。通過(guò)使用硫酸電解液和脈沖電流將沉積的鋁鎘層轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸U。原子吸收分析的結(jié)果表明在二氧化鉛層中含有微量(0.06％)的鎘。放大的照片(圖2)說(shuō)明了活性體二氧化鉛材料的多結(jié)晶性質(zhì)。
使用如圖3所示的電解池經(jīng)電解來(lái)生產(chǎn)鉛鎘層。
將容器1充滿電解液。將兩個(gè)陽(yáng)極(正極)2固定在中心處的陰極(負(fù)極)3的對(duì)面。通過(guò)壓縮空氣管4提供適度的空氣攪拌。在帶有內(nèi)置溫度控制器5的加熱板上將電解液加熱到預(yù)定的溫度。用示波器6監(jiān)視脈沖電流。正極和負(fù)極被連接到直流脈沖電流電源7的陽(yáng)極和陰極接線柱上。電流計(jì)8測(cè)量平均電流。
在形成活性體的第一步驟中，正極由鍍鉑鈦網(wǎng)孔組成。負(fù)極由導(dǎo)電材料，如鉛箔、鋁和不銹鋼鋼板組成。容器1含有甲烷磺酸電解液體系。電解液體系由甲烷磺酸鎘(34g/L)、甲烷磺酸鉛(8.5g/L)和甲烷磺酸(165gl/L)組成。還存在由間苯二酚(resorin)和聚乙二醇組成的添加劑。通過(guò)將1800毫升的甲烷磺酸鎘、80毫升的甲烷磺酸鉛、480毫升的磺酸、160毫升的添加劑和2478毫升的去離子水混合制成4升電解液。
最佳的工藝參數(shù)是(i)脈沖電流0.25ms開(kāi)/0.75ms關(guān)(ii)電流密度6A/dm2(iii)溫度55-60℃(iv)適度的空氣攪拌甲烷磺酸基方法能夠電解沉積含0-100％鎘的鉛-鎘。在此實(shí)施方案中使用由50％鎘組成的電解沉積的或電鑄的鉛鎘板以便接著將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵氐亩嗫譖bO2和Pb電極。
為了生產(chǎn)結(jié)晶二氧化鉛層，在圖5的電解池中使用鋁鎘沉淀物作為正極和純鋁板作為負(fù)極進(jìn)行第二步驟。電解液為磺酸溶液(比重為1.10)。脈沖電流同前。
使用在第二步驟中形成的電極材料作為在圖6電解池中的陰極和陽(yáng)極來(lái)生產(chǎn)用于陰極的活性體。電解液是稀硫酸溶液(比重為1.10)，所用脈沖電流同前但電流密度減小為2.8A/dm2。通過(guò)電解來(lái)還原陰極上的二氧化鉛從而形成多孔的鉛。使用多孔的鉛從而形成蓄電池的負(fù)極。圖4表示了由此方法形成的多孔鉛的照片。
本發(fā)明的蓄電池包括垂直放置在含有磺酸溶液(比重1.28)容器中的陽(yáng)極(多孔的二氧化鉛)和陰極(多孔鉛)。蓄電池可以由許多以眾所周知的鉛酸蓄電池的其它方式散布的正極和負(fù)極組成。在間距大約為1厘米的電極之間可以使用工業(yè)聚丙烯分隔板。
在20℃下在恒定電流為80mA到終端放電電壓為1.82V的條件下測(cè)量所述的電池組的電容量。9.5小時(shí)后電池組電壓從2.15降低到1.82V，電流仍然保持80mA。所以計(jì)算的電容量為760mAh。然而，在超過(guò)2伏的電壓下電池組放電最多9.5小時(shí)。
電池組電容量也可以用陽(yáng)極活性材料的重量測(cè)量和確定為845mAh。所得到的利用率為89％。
使用平均電流密度為3.8A/dm2的電池脈沖電流充電。在少于15分鐘的時(shí)間內(nèi)完全完成充電。在20℃下以600mA恒定電流自動(dòng)放電和充電循環(huán)測(cè)定電池的壽命。發(fā)現(xiàn)電池壽命超過(guò)1500次循環(huán)。
發(fā)現(xiàn)該電池能夠放電到0.08伏和令人滿意地充電。
注意甲烷磺酸電解液體系是相對(duì)安全和不污染環(huán)境，特別是與US4143216中描述的電解液體系比較。例如甲烷磺酸容易分解成無(wú)害的組份。
很顯然，電鑄活性體不需要基質(zhì)，所以本發(fā)明的實(shí)施方案可以有效地減小總的固有重量。
權(quán)利要求
1.一種用作蓄電池正極活性體的材料組合物，所說(shuō)的組合物由具有基本上如圖1所示的X射線衍射圖的結(jié)晶二氧化鉛(PbO2)組成。
2.權(quán)利要求1的材料組合物，包括微量的鎘。
3.權(quán)利要求1或2的材料組合物，它是通過(guò)使用鉛鎘電極、稀硫酸電解液和脈沖電流經(jīng)電解形成的。
4.權(quán)利要求3的材料組合物，其中通過(guò)使用由甲烷磺酸鉛、甲烷磺酸隔和甲烷磺酸組成的電解液和脈沖電流經(jīng)電解沉積形成鉛鎘合金。
5.一種用于蓄電池負(fù)極的多孔鋁材料，它使用權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)的組合物，并通過(guò)使用稀硫酸和脈沖電流經(jīng)電解轉(zhuǎn)變活性體而形成。
全文摘要
用作鉛酸蓄電池正極活性體的材料組合物,它具有基本上如圖所示的X射線衍射圖。該材料是通過(guò)使用甲烷磺酸電解液體系和脈沖電流由鉛鎘沉積形成的。
文檔編號(hào)C01G21/08GK1264929SQ99107379
公開(kāi)日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1999年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月25日
發(fā)明者梁天培, 黃河清, 苗華升 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)