專利名稱：鉛炭復(fù)合材料的制備及利用該材料制作鉛炭電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭材料表面鍍鉛處理的工藝方法，尤其涉及一種鉛炭復(fù)合材料的制備以及利用該鉛炭復(fù)合材料制作鉛炭電池的方法。
背景技術(shù)：
Ultra battery出現(xiàn)后，超級(jí)電容器部分和傳統(tǒng)鉛酸蓄電池負(fù)極板如何復(fù)合成為業(yè)界研究的一個(gè)焦點(diǎn)。超級(jí)電容器活性炭一般振實(shí)密度在O. 25、. 40g/cm3之間，中粒徑在5Mm左右；鉛酸蓄電池常用鉛粉振實(shí)密度在4. 5 5. Og/cm3之間，中粒徑在5 10Mm之間。在相似的粒徑情況下，差異10倍以上的振實(shí)密度，使得這兩種材料很難干混均勻。同時(shí)，鉛酸蓄電池極板在固化時(shí)形成的腐蝕層，可以使鉛膏之間以及鉛膏與板柵之間形成牢固的網(wǎng)絡(luò)，互相之間粘接效果良好。但是炭粉和鉛膏、板柵之間，是不會(huì)形成腐蝕層的，沒任何粘接效果。這就造成，即使混合均勻的鉛粉和炭粉，在經(jīng)過和膏、涂板的固化后，炭粉只是機(jī)械的包裹在鉛粉之間。隨著充放電過程中，鉛與硫酸鉛轉(zhuǎn)化時(shí)，體積的巨大變化產(chǎn)生的應(yīng)力，必然導(dǎo)致鉛粉失去炭粉的包裹而游離到電解液中，甚至隔板空隙中，造成電池短路。同時(shí)在2%以上炭粉添加量的鉛粉和炭粉混合物中，炭粉所占比例較大，造成鉛粉顆粒之間接觸點(diǎn)減少，鉛粉與鉛粉之間的腐蝕粘接效果下降，極板的強(qiáng)度較常規(guī)極板差很大，極板在循環(huán)過程中很容易喪失導(dǎo)電能力，而造成電池壽命迅速降低。為了解決上述難題，一些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了各種努力嘗試。中國(guó)專利CN102074702指出，通過電沉積的方法，將鉛沉積到活性炭顆粒內(nèi)部和活性炭顆粒之間空隙以制備鉛炭復(fù)合材料。但該方法需要將電鍍鉛的活性炭涂層從母板上刮下，然后再應(yīng)用到鉛炭電池中。這種方法只能在炭涂層的一面鍍鉛，且鉛層不能完全覆蓋炭顆粒表面。且再經(jīng)過機(jī)械粉碎處理后，炭顆粒表面的鉛會(huì)進(jìn)一步被破壞損傷。有的還在炭粉中加入粘接劑，如PVDF (聚偏四氟乙烯)，SBR (丁苯橡膠)等。添加量一般占炭粉混合物的5 15%。但是這些高分子聚合物粘接劑本身是不導(dǎo)電的，添加到炭粉中起到的是負(fù)面作用，占據(jù)一定的空間、阻礙顆粒之間接觸導(dǎo)電。粘接劑價(jià)格較高，不利于大面積推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決以上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種鉛炭復(fù)合材料的制備及利用該材料制作鉛炭電池的方法。本發(fā)明體提出的一種鉛炭復(fù)合材料的制備方法，步驟如下
步驟I:活性炭團(tuán)聚體的制備
按比例秤取活性炭、碳源，將活性炭物料與碳源放進(jìn)球磨機(jī)中進(jìn)行濕式球磨；球磨一定時(shí)間后，取出漿料，經(jīng)噴霧干燥造粒，使得顆粒的中粒徑在IOOMffl以上，獲得表面覆蓋了有機(jī)碳源的活性炭團(tuán)聚體；
步驟2 :活性炭團(tuán)聚體表面改性處理
將所述的活性炭團(tuán)聚體置于窯爐中燒結(jié)，使得活性炭團(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳;
步驟3:活性炭團(tuán)聚體的鍍鉛
將表面熱解處理后的活性炭團(tuán)聚體，進(jìn)行真空鍍鉛，通過控制真空鍍鉛的控制，使得活性炭團(tuán)聚體表面的鍍鉛量為3(Γ80%，制得鉛炭復(fù)合材料。 本發(fā)明提出的采用所述鉛炭復(fù)合材料制作電池的方法，步驟如下
步驟I:制作鉛膏
按比例秤取鉛粉、短纖維、硫酸鋇、導(dǎo)電炭黑和鉛炭復(fù)合材料，將所述各物料通過機(jī)械進(jìn)行干混，再按照蓄電池的常規(guī)工藝進(jìn)行和膏處理，制得鉛炭復(fù)合材料的鉛膏；
其中，所述各物料組份按下列重量百分比配制
鉛粉:64 98. 59%、短纖維0. I I. 6%、硫酸鋇0. I I. 6%、導(dǎo)電炭黑0. 01 O. 7%和鉛炭復(fù)合材料1. 2 32. 1% ；
步驟2 :制作含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板
按照蓄電池常規(guī)涂膏和固化工藝，將所述含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏涂覆和固化，制得含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板；
步驟3 :制作含鉛炭復(fù)合材料的電池
將獲得含有鉛炭復(fù)合材料的負(fù)極極板與蓄電池的正極板、隔板和電解液按照蓄電池工藝進(jìn)行裝配、化成，制得具備鉛碳電池特性的蓄電池。本發(fā)明這種表面鍍鉛的活性炭團(tuán)聚體，其振實(shí)密度得到一定提高，可以達(dá)到O. 5g/cm3以上，更易于鉛粉混合均勻。最重要的是在不添加粘接劑的情況下，炭顆粒表面的鉛與鉛膏、板柵之間可以形成腐蝕層，大幅提高了炭粉與鉛膏、板柵之間的粘接力。活性炭團(tuán)聚體與鉛膏、板柵之間緊密接觸，不存在不導(dǎo)電的高分子聚合物粘接劑，顆粒間的導(dǎo)電能力獲得比較大的提高。現(xiàn)有電容活性的活性炭顆粒，本身沒有導(dǎo)電能力，通常必須混入一定量的導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，才能發(fā)揮其電容作用。使用本發(fā)明表面鍍鉛的活性炭團(tuán)聚體，可以降低導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨的用量。因?yàn)殂U本身是電的良導(dǎo)體，而互相接觸的活性炭團(tuán)聚體表面的鍍鉛層可以提供良好的導(dǎo)電渠道。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例來詳細(xì)的說明本發(fā)明
本發(fā)明提供的鉛炭復(fù)合材料的制備方法，步驟如下
步驟I:活性炭團(tuán)聚體的制備
按比例秤取活性炭或者活性炭與添加成分混合物等物料、碳源，將活性炭等物料與碳源放進(jìn)球磨機(jī)中進(jìn)行濕式球磨。其中，碳源可以是蔗糖、樹脂等。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為10(Γ1000轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選50(Γ800轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)球磨量的不同，確定球磨一定時(shí)間后，取出漿料，通過噴霧塔進(jìn)行干燥造粒，使得顆粒的中粒徑在IOOMffl以上，獲得表面覆蓋了有機(jī)碳源的活性炭團(tuán)聚體。其中活性炭等物料占總重量的百分比為9(Γ99 %，碳源占總重量的百分比為f 10%。本實(shí)施例可以選取，如活性炭90%、碳源10 % ;或活性炭99%、碳源1%;或活性炭95%、碳源5 %。步驟2 :活性炭團(tuán)聚體表面改性處理將表面覆蓋了有機(jī)碳源的活性炭團(tuán)聚體置于窯爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為40(Γ1000攝氏度，優(yōu)選60(Γ800攝氏度。根據(jù)燒結(jié)量確定燒結(jié)時(shí)間，使得活性炭團(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳。熱解碳形成的包覆可以增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而具有良好導(dǎo)電能力的熱解碳也能改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力。步驟3 :活性炭團(tuán)聚體的鍍鉛
將表面熱解處理后的活性炭團(tuán)聚體，進(jìn)行真空鍍鉛。因?yàn)榛钚蕴繄F(tuán)聚體是具有較大比表面積的粉料堆積體，進(jìn)行真空鍍時(shí)，粉料堆只有表面炭材料吸附鍍鉛。為使活性炭團(tuán)聚體都能鍍鉛，可以在鍍鉛過程中，通過氣流、或者機(jī)械方式對(duì)活性炭團(tuán)聚體粉料進(jìn)行攪拌，使活性炭團(tuán)聚體粉料表面都能在鍍鉛過程中暴露在鉛蒸汽中。通過控制真空鍍鉛的時(shí)間控制，使得活性炭團(tuán)聚體表面的鍍鉛量為3(Γ80%，制得鉛炭復(fù)合材料。真空鍍鉛的控制時(shí)間為ο. Γι小時(shí)。本發(fā)明提供的采用鉛炭復(fù)合材料制作電池的方法，步驟如下
步驟I:制作鉛膏
按比例秤取鉛粉、短纖維、硫酸鋇、導(dǎo)電炭黑和鉛炭復(fù)合材料，將所述各物料通過機(jī)械進(jìn)行干混，再按照蓄電池的常規(guī)工藝進(jìn)行和膏處理，制得鉛炭復(fù)合材料的鉛膏。其中，所述各物料組份按下列重量百分比配制
鉛粉:64 98. 59%、短纖維0. I I. 6%、硫酸鋇0. I I. 6%、導(dǎo)電炭黑0. 01 O. 7%和鉛炭復(fù)合材料1. 2 32. 1%。本實(shí)施例各物料可以選取
(1)、鉛粉81.3%、短纖維0. 85%、硫酸鋇0. 85%、導(dǎo)電炭黑0. 35%和鉛炭復(fù)合材料16. 65% ；
或
(2)、鉛粉64%、短纖維1.6%、硫酸鋇1. 6%、導(dǎo)電炭黑0. 7%和鉛炭復(fù)合材料32. 1% ；或
(3)、鉛粉98.59%、短纖維0. 1%、硫酸鋇0. 1%、導(dǎo)電炭黑0. 01%和鉛炭復(fù)合材料I. 2%。步驟2 :制作含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板
按照蓄電池常規(guī)涂膏和固化工藝，將含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏涂覆和固化，制得含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板。由于活性炭團(tuán)聚體表面有鍍鉛層，在和膏和固化時(shí)，活性炭團(tuán)聚體表面鍍鉛層與鉛粉、板柵共同參與界面腐蝕反應(yīng)，將活性炭團(tuán)聚體、鉛膏和板柵牢固粘接在一起。步驟3 :制作含鉛炭復(fù)合材料的電池
將獲得含有鉛炭復(fù)合材料的負(fù)極極板與蓄電池的正極板、隔板和電解液按照蓄電池工藝進(jìn)行裝配、化成，制得具備鉛碳電池特性的蓄電池。以上所述僅為本發(fā)明技術(shù)方案的較佳實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉛炭復(fù)合材料的制備方法，包括步驟如下步驟I:活性炭團(tuán)聚體的制備按比例秤取活性炭、碳源，將活性炭物料與碳源放進(jìn)球磨機(jī)中進(jìn)行濕式球磨；球磨一定時(shí)間后，取出漿料，經(jīng)噴霧干燥造粒，使得顆粒的中粒徑在IOOMffl以上，獲得表面覆蓋了有機(jī)碳源的活性炭團(tuán)聚體；步驟2 :活性炭團(tuán)聚體表面改性處理將所述的活性炭團(tuán)聚體置于窯爐中燒結(jié)，使得活性炭團(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳;步驟3:活性炭團(tuán)聚體的鍍鉛將表面熱解處理后的活性炭團(tuán)聚體，進(jìn)行真空鍍鉛，通過控制真空鍍鉛的控制，使得活性炭團(tuán)聚體表面的鍍鉛量為3(Γ80%，制得鉛炭復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的活性炭占總重量的百分比為90 99 %，碳源占總重量的百分比為Γ10 %。
3.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為10(Γ1000轉(zhuǎn)/分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)溫度為40(Γ1000攝氏度。
5.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述真空鍍鉛的控制時(shí)間為O.Γ1小時(shí)。
6.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述真空鍍鉛過程中，通過氣流、或者機(jī)械方式對(duì)活性炭團(tuán)聚體進(jìn)行攪拌，使得活性炭團(tuán)聚體表面暴露在鉛蒸汽中。
7.一種采用權(quán)利要求I所述鉛炭復(fù)合材料制作電池的方法，包括步驟如下步驟I :制作鉛膏按比例秤取鉛粉、短纖維、硫酸鋇、導(dǎo)電炭黑和鉛炭復(fù)合材料，將所述各物料通過機(jī)械進(jìn)行干混，再按照蓄電池的常規(guī)工藝進(jìn)行和膏處理，制得鉛炭復(fù)合材料的鉛膏；其中，所述各物料組份按下列重量百分比配制鉛粉:64 98. 59%、短纖維0. I I. 6%、硫酸鋇0. I I. 6%、導(dǎo)電炭黑0. 01 O. 7%和鉛炭復(fù)合材料1. 2 32. 1%% ；步驟2 :制作含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板按照蓄電池常規(guī)涂膏和固化工藝，將所述含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏涂覆和固化，制得含鉛炭復(fù)合材料的鉛膏的負(fù)極極板；步驟3 :制作含鉛炭復(fù)合材料的電池將獲得含有鉛炭復(fù)合材料的負(fù)極極板與蓄電池的正極板、隔板和電解液按照蓄電池工藝進(jìn)行裝配、化成，制得具備鉛碳電池特性的蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉛炭復(fù)合材料的制備方法，步驟為1、活性炭團(tuán)聚體的制備—按比例秤取活性炭、碳源，進(jìn)行濕式球磨，后經(jīng)噴霧干燥造粒，顆粒的中粒徑在100μm以上；2、活性炭團(tuán)聚體表面改性處理—將活性炭團(tuán)聚體進(jìn)行燒結(jié)，使其表面形成一層熱解碳；3、活性炭團(tuán)聚體的鍍鉛—將表面熱解處理后的活性炭團(tuán)聚體，進(jìn)行真空鍍鉛，使得活性炭團(tuán)聚體表面的鍍鉛量為30~80%，制得鉛炭復(fù)合材料。還公開了采用鉛炭復(fù)合材料制作電池的方法。采用鉛炭復(fù)合材料制作電池，易于鉛粉混合均勻，以便提高炭粉與鉛膏、板柵之間的粘接力。從而提高物料間的導(dǎo)電能力。
文檔編號(hào)H01M4/16GK102945951SQ20121049308
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者彭斌, 胡金豐, 張華農(nóng), 衣守忠 申請(qǐng)人:深圳市雄韜電源科技股份有限公司