CN101777650B

CN101777650B - 电池及其负极组合物

Info

Publication number: CN101777650B
Application number: CN2010101049341A
Authority: CN
Inventors: 陈荣华; 王德喜
Original assignee: GUANGZHOU KAIJIE POWER SUPPLY INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU KAIJIE POWER SUPPLY INDUSTRIAL Co Ltd; Guangzhou Kaijie Power Supply Ind Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101777650A

Abstract

本发明公开了一种电池及其负极组合物，该组合物包括如下重量含量的组分：80.8％-82.6％的铅粉、0.13％-0.17％的炭黑、0.06％-0.1％的木素磺酸钠、0.39％-0.43％的腐植酸、0.1％-0.13％的阻氧剂、0.32％-0.5％的硫酸钡、0.03％-0.05％的短纤维、7.1％-8.0％的硫酸、8.9％-9.9％的纯水；本发明的电池耐过充、耐过放能力高，延长了电池的使用寿命，同时保留了电池的容量高、大电流放电性能好、低温特性优等优点。

Description

电池及其负极组合物

技术领域

本发明涉及移动供电技术领域，具体涉及一种电池及其负极组合物。

背景技术

摩托车、汽车、船舶发动机的启动主要采用铅酸蓄电池提供能源，同时，铅酸蓄电池也可以作为其照明灯、喇叭等设施的电源。由于车辆质量参差不齐，用途广泛，特别是作为载客用途的车辆，要求蓄电池有更高的耐过充、耐过放性能。然而，现有的铅酸蓄电池产品，仅是按照国家标准执行，无法满足更高的耐过充、耐过放性能要求，实际使用寿命往往达不到预期的一年要求，只能维持6-8个月。

电池寿命的提前终止，通常认为有以下几种原因：

(1)正极板栅的腐蚀变形：目前的正极板栅使用的合金为铅锑合金、低锑合金或铅钙系列，这三种合金铸成的板栅，在蓄电池的充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；或由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅线性长大变形，最终使极板整体遭到破坏，导致活性物质因与板栅接触不良而脱落或在汇流排处短路。

(2)正极活性物质脱落、软化：随着充放电循环反复进行，正极活性物质(二氧化铅颗粒)之间的组合变得松弛、软化，从而从极板上脱落下来；另外，极板的制造、装配的松紧和充放电等因素，也会对正极活性物质的软化、脱落有影响。

(3)不可逆的硫酸盐化：电池过放电、放电后长期存储或在放电状态下存储时，极板会在硫酸铅的溶解、重结晶作用下生成一种粗大的、难于接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化，严重时导致电极失效，无法充电。

(4)锑在活性物质上的严重积累：随着充放电循环反复进行，正极板上的部分锑被氧化成离子形式，随电解液到达负极活性物质上被还原，由于电解液中氢离子在锑上比在铅上更容易被还原而生成氢气，因此锑积累后，电池充电时大部分电流均用于水分解，电池因不能正常充电而失效。

(5)负极汇流排的腐蚀：一般情况下，汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本充满氧气，隔膜中的电解液也可能沿极耳上升到汇流排，汇流排的合金则会被氧化生成硫酸铅。如果汇流排焊条合金选择不当，有杂质和缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，导致负极板失效。

然而，从常规的技术方面，例如，正负活性物质配比、制造工艺控制、原材料的杂质控制等方面进行了大量的试验，仍不能达到理想的延长寿命的效果。因此，迫切需求一种保留了电池的其他优良特性，例如大电流放电性能好、低温启动能力好，并具有延长使用寿命的电池。

发明内容

有鉴于上述需求，本发明的目的旨在于，提供一种摩托车电池的负极活性物质组合物，其包括如下重量含量的组分：

铅粉	80.8％-82.6％	硫酸钡	0.32％-0.5％
				炭黑	0.13％-0.17％	短纤维	0.03％-0.05％
木素磺酸钠	0.06％-0.1％	硫酸	7.1％-8.0％
				腐植酸	0.39％-0.43％	纯水	8.9％-9.9％
阻氧剂	0.1％-0.13％

在本发明的优选实施方式中，所述炭黑为乙炔黑。优选地，所述铅粉的密度为1.3-1.5g/cm³，氧化度为72％-78％。优选地，所述硬脂酸为粉状；所述硫酸钡为沉淀级硫酸钡。优选地，所述硫酸为用分析纯浓硫酸以及纯水稀释而成，其在25℃温度下的密度为1.400±0.005g/ml。在优选的实施例中，所述短纤维为4-6mm的聚脂。所述纯水的电阻率优选大于或等于80万·欧·cm。

在本发明的研发过程中，发明人通过对负极活性物质组合物的组分进行调整，使得与现有技术相比，炭黑(乙炔黑)和硬脂酸的用量相对减少，且木素磺酸钠与高纯腐植酸的比率减小，从而抑制了电池的过度失水和负极活性物质的软化，提高了电池的耐过充、耐过放能力，延长了电池的使用寿命，同时保留了电池的容量高、大电流放电性能好、低温特性优等优点。

具体实施方式

以下通过优选实施方式来进一步详细描述本发明。

在容器中，按下表1将各组分通过常规生产方法配制在一起，形成铅膏，铅膏视密度4.34±0.05g/cm³。该铅膏非常有利于填涂一些薄型极板，正好适应了摩托车用电池的极板的要求。

表1摩托车用铅酸蓄电池负极活性物质组合物配方

组分名称	含量(kg)
		铅粉(密度＝1.4g/cm³、氧化度＝75％)	500
乙炔黑	1.00
		木素磺酸钠	0.40
高纯腐植酸	2.60
		粉状硬脂酸	0.60
沉淀级硫酸钡	2.50
		短纤维	0.25

硫酸(分析纯25℃时d＝1.400±0.005g/ml)	44.8
		纯水(电阻率≥80万·欧·cm)	58

与现有技术相比，炭黑(乙炔黑)用量在以前用量的基础上减少0.25kg，既保证了负极的充电接收能力，又能有效地抑制水的分解。而且，通过调整木素磺酸钠与高纯腐植酸(两者均为有机膨胀剂)的用量配比(降低木素磺酸钠的用量并提高高纯度腐植酸的用量)，有效地解决了负极板的软化的问题。同时，将硬脂酸(阻氧剂)的用量降低0.2kg，用量降低后的效果表明，负极板的吸酸速度提高，同时也保证了负极板的抗氧化贮存性能，这样的结果满足了电池装配厂的极板贮存性能需求，又适应了快速加酸的工艺要求。即，通过使用本发明的负极组合物配方，有效地降低了电池的失水率，遏制了负极板软化现象，提高了电池的耐过充、耐过放性能，延长了电池的使用寿命，同时保留了原有电池的容量高、大电流放电性能好、低温启动能力好等优点。

本发明的另一方面提供含有所述负极活性物质组合物的电池，其包括正极、涂布有所述负极活性物质组合物的负极和电解质等等。这种的电池可通过本领域的技术人员，依据已知的方法来制造，在此不再赘述。

为进一步证实本发明的效果，以下通过实验来进一步阐释本发明的优点。

将按上述配方配制出的铅膏填涂极板，并制造出MF12V7-1A(12V7Ah)电池。对该电池进行以下测试与比较，其中测试步骤及结果如下所示。

对照电池的来源和型号：负极板采用常规配方和膏、填涂出的极板，其他制造技术和电池型号均同实验电池。

实验一、实验电池与对照电池的失水率比较

实验步骤：1.充足电的电池用7A电流恒流放电至3V；

2.静置10分钟；

3.恒流1.4A充电5小时，然后再恒流0.7A充电5小时；

4.静置30分钟；

5.重复循环上述1-4步10次。

实验结果：

组别	循环次数	实验电池失水量	对照电池失水量
				A	10	14g	69g
B	10	14.5g	72g
				C	10	14.5g	68g

由上表可看出，通过过充、过放循环试验后，采用本发明配方的电池失水率大幅度下降，由以前的失水70g下降到本次的只失水15g。

实验二、常温5C大电流放电时间测试以及-10℃的低温8C大电流放电

A实验步骤：室温状态下，充足电的电池用35A电流恒流放电至6V，记录放电时间。

A实验结果：

组别	5C实验电池放电时间	5C对照电池放电时间
			A	5分15秒	5分15秒
B	5分	5分20秒
			C	5分10秒	5分10秒

B实验步骤：充足电的电池在-10℃的低温环境中放置15-24小时，然后取出在1分钟内用56A电流恒流放电至6V，记录放电时间。

B实验结果：

组别	低温8C实验电池放电时间	低温8C对照电池放电时间
			A	1分42秒	1分45秒
B	1分35秒	1分42秒
			C	1分39秒	1分40秒

综合实验二之A、B实验结果表明，常温5C大电流放电以及-10℃的低温8C大电流放电时间，亦达到了预期的目标，分别为5分钟和1分钟40秒。

实验三、负极板软化变化测试

实验步骤：按实验一的实验方法进行20次过充、过放电的循环后，进行35A放电，记录放电时间。然后解剖电池观察。

实验结果：

项目	实验电池	对照电池
			35A放电时间	4分20秒	3分45秒
解剖结果	紧贴负极的隔板表面干净，负极表面无软化。	紧贴负极的隔板表面有一层铅粉，负极表面有轻微软化。

由实验三的结果表明，电池经过某一特定的过充过放循环试验20次后，35A大电流放电，实验电池的放电时间要比对照电池的放电时间多35秒；解剖电池观察，改进后(使用本发明配方)的电池负极板表面无软化迹象，但改进前的负极板表面有轻微软化。这项结果表明实验电池的放电时间要比对照电池的放电时间多35秒，实验电池的耐过充、过放性能要比对照电池的耐过充、过放性能好。

实验四、使用寿命比较

实验步骤：将上述实验一、实验二完成后的电池进行下述实验：

1.10次连续大电流充放电循环(35A放电至6V，静置20分钟后用恒流1.4A充2小时，然后用恒压16V，限流0.7A充电4小时，最后静置20分钟后转35A循环放电。)

2.电池充足电后，在0℃的环境中放置15-20小时后，装车连续启动至不能启动。启动次数超过30次则继续转入下一步，启动次数不超过30次则寿命实验结束。

4.常温56A放电检测，放电时间超过45秒，则继续转入下一步；放电时间低于45秒则寿命实验结束。

5.电池充足电后，按照实验一的方法进行连续10次的过充、过放电实验。

6.常温56A放电检测，放电时间超过45秒，则继续转入第一步循环；放电时间低于45秒则寿命实验结束。

上述1-6为1个循环单元。

实验结果：

组别	实验电池寿命循环	对照电池寿命循环
			A	6个10次大电流循环，5个10次过充、过放电循环，5次装车连续启动。共计5个循环单元。	3个10次大电流循环，3个10次过充、过放电循环，3次装车连续启动。共计3个循环单元。
	5个10次大电流

B

循环，5个10次过充、过放电循环，5次装车连续启动。共计5个循环单元。

/

寿命测试对比结果表明：两组电池(改进前和改进后)用相同方法进行横向对比试验，改进后的电池的寿命循环次数比改进前提高75％。

根据行业内基本常识，可以知道，本发明的负极组合物可以适用于摩托车、汽车、船舶等启动型用途的铅酸蓄电池。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电池的负极组合物，该负极组合物用于铅酸蓄电池，其特征在于，该组合物包括如下重量含量的组分：

其中，所述短纤维为4-6mm的聚脂。

2.如权利要求1所述的负极组合物，其特征在于，所述炭黑为乙炔黑。

3.如权利要求1所述的负极组合物，其特征在于，所述铅粉的密度为1.3-1.5g/cm³，氧化度为72％-78％。

4.如权利要求1所述的负极组合物，其特征在于，所述硫酸钡为沉淀级硫酸钡。

5.如权利要求1所述的负极组合物，其特征在于，所述硫酸为用分析纯浓硫酸以及纯水稀释而成，其在25℃温度下的密度为1.400±0.005g/ml。

6.如权利要求1所述的负极组合物，其特征在于，所述纯水的电阻率≥80万·欧·cm。

7.一种包含权利要求1所述的负极组合物的电池，其包括：

正极；

涂布有所述负极组合物的负极；和

电解质。