CN111326713A - 一种动力电池负极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池制备技术领域,具体公开了一种动力电池负极材料及其制备方法。所述动力电池负极材料,其包含铅粉、稀硫酸、水、木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡。所述的制备方法,包含如下步骤:(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡进行混合得负极包混合物;(2)将负极包混合物进行球磨5~60min得球磨负极包;(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。由本发明所述方法制备得到的动力电池负极材料能够使得原料铅粉和球磨负极包中的成分能够充分分散,进而改善了动力电池低温容量性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料制备技术领域,具体涉及一种动力电池负极材料及其制备方法。
背景技术
动力电池为电动汽车等工具提供动力的电源;铅酸蓄电池为常用的动力电池之一,铅酸蓄电池包含正极、负极、隔膜以及电解液。其中铅酸电池负极是填满海绵状铅的铅板,铅酸电池负极材料一般含有铅粉、木素磺酸钠(分散剂)、硫酸钡(成核剂)、炭黑(导电材料)等组分,传统的铅酸电池负极将这些组分和水、硫酸等一次性加入和膏机(卧式低速搅拌混合机)中和膏后形成负极材料,然后将负极材料涂板成型成负极生极板。
传统的和膏机混合方法的缺陷是各组分混合不均匀,硫酸钡、铅粉等化合物重、木素轻、炭黑更轻,这种混合物方法无法将很抛(堆密度很小)的炭黑混进混合物中,导致团聚和分布不均严重,造成模具成型刮刀一刮就出现黑线,几个微米左右的成核剂硫酸钡也无法被没有分散好的木素分散和分布开去,导致硫酸钡的成核作用不能发挥好、硫酸铅盐化严重。进而导致铅酸电池负极的一致性差,整个铅酸电池产品的循环充放电一致性、低温容量、耐高温性差,最终电池的寿命不长。其中低温容量是对动力电池考察的重要指标;因此,提供一种低温容量性能优异的动力电池负极材料对于提升动力电池的性能具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种动力电池负极材料及其制备方法。由本发明制备得到的电池负极材料其具有优异的低温容量性能。
本发明所要解决的上述技术问题,通过以下技术方案予以实现:
一种动力电池负极材料,其包含铅粉、稀硫酸、水、木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡;其中,以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸8~15%、水10~20%,木素磺酸钠0.1~1%,腐植酸0.1~1%,炭黑0.1~1%,硫酸钡0.5~1.5%。
优选地,以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸8~12%、水10~15%,木素磺酸钠0.1~0.5%,腐植酸0.1~0.5%,炭黑0.1~0.5%,硫酸钡0.5~1.5%。
优选地,所述的稀硫酸为浓度为1.0~2.0g/mL的稀硫酸。
上述动力电池负极材料的制备方法,包含如下步骤:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡进行混合得负极包混合物;
(2)将负极包混合物进行球磨5~60min得球磨负极包;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
本发明在电池负极材料的制备过程中,先将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分先拿出来单独分散好,形成球磨负极包;然后在铅酸电池负极和膏过程中将该负极包与铅粉、稀硫酸和水混合,能够使得原料铅粉和球磨负极包中的成分能够充分分散,进而改善了动力电池低温容量性能。
优选地,步骤(1)中所述的混合是在混合机中进行混合;步骤(2)中所述的球磨在球磨机中进行。
优选地,球磨机中的研磨介质选用密度为2.7~9g/cm3的金属球和/或金属氧化物陶瓷球;所述球磨机中研磨介质的体积填充率为20~60%。
进一步优选地,所述的金属球选自304不锈钢球;所述的金属氧化物陶瓷球选自二氧化锆陶瓷球或三氧化二铝陶瓷球。
优选地,球磨机中研磨介质选用三种尺寸的金属球和/或金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球;直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球;直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球。
进一步优选地,直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球、直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球以及直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球的重量比为1~50:1~50:1~50;
更进一步优选地,直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球、直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球以及直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球的重量比为1~5:1~5:1~5;
最优选地,球磨机中研磨介质选用三种尺寸的金属球和/或金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为2~15mm的304不锈钢球;直径为15~50mm的二氧化锆陶瓷球;直径为50~100mm的三氧化二铝陶瓷球;所述304不锈钢球、二氧化锆陶瓷球以及三氧化二铝陶瓷球的重量比为3~5:1~2:1。
发明人进一步研究发现,在制备过程中球磨步骤至关重要,即使本领域技术人员能够想到将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分先拿出来单独分散好,形成球磨负极包;但如果仅仅将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分经普通混合机、高速混合机、卧式犁刀混合机等混合,负极包内的组分依然混合得不好,因为炭黑太轻、与木素磺酸钠、硫酸钡的堆密度差别太大,经这些混合机混合后,负极包内的组分依然分层、结块、碳黑无法分布和分散进其它两个组分中。为了确保负极包内的组分能够充分分散,发明人经大量的研究发现,将负极包内的木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分必须先经卧式犁刀混合机然后再经球磨机球磨,才能得到分散性能优异的球磨负极包。
退一步,如果本领域技术人员能够想到用卧式犁刀混合机来混合木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分,但没有经后续球磨机球磨分散,那么所得到的组合物均匀一致性依然不够好,也会导致硫酸钡的成核作用不能发挥好、硫酸铅盐化严重,导致动力电池的一致性差、继而导致整个铅酸电池产品的循环充放电一致性、低温电容性差,最终电池的寿命不长。
发明人研究表明:球磨机内壁材质、磨球材质、磨球尺寸、大小磨球级配、磨球填充率等球磨条件,对能否得到分散性能优异的球磨负极包具有十分关键的作用;在本发明所述的球磨条件下能够使得球磨负极包成分不结块、比重均一,在研磨过程中不粘壁、物料流动性好。如上述球磨条件选择不当,容易造成球磨负极包中的成分容易结块、比重不均一,在球磨过程中物流容易粘壁,且物料的流动性也变差,从而造成物料球磨阶段到包装阶段需要做大量清理工作、耗时费力效率低,从而无法连续化生产,增加了工业化生产中的操作难度。
本发明还提供一种动力电池负极极板,其将上述动力电池负极材料进行涂板即得所述的动力电池负极极板。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明,但本发明的保护范围不仅限于具体实施例。
实施例1动力电池负极材料的制备
原料配比:以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸(1.40g/mL)10%、水12%,木素磺酸钠0.3%,腐植酸0.3%,炭黑0.3%,硫酸钡0.9%;
制备方法:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡在卧式犁刀混合机中进行混合30min得负极包混合物;
(2)将负极包混合物在球磨机中进行球磨30min得球磨负极包;所述的球磨机的内壁材质为304不锈钢材质;球磨机中研磨介质的体积填充率为45%;球磨机中的研磨介质选用三种尺寸的金属球和金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为10mm的304不锈钢球;直径为25mm的二氧化锆陶瓷球;直径为75mm的三氧化二铝陶瓷球;所述不锈钢球、二氧化锆陶瓷球以及三氧化二铝陶瓷球的重量比为4:2:1;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
实施例2动力电池负极材料的制备
原料配比:以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸(1.40g/mL)12%、水10%,木素磺酸钠0.5%,腐植酸0.5%,炭黑0.5%,硫酸钡1.5%;
制备方法:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡在卧式犁刀混合机中进行混合60min得负极包混合物;
(2)将负极包混合物在球磨机中进行球磨60min得球磨负极包;所述的球磨机的内壁材质为304不锈钢材质;球磨机中研磨介质的体积填充率为30%;球磨机中的研磨介质选用三种尺寸的金属球和金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为2mm的304不锈钢球;直径为15mm的二氧化锆陶瓷球;直径为50mm的三氧化二铝陶瓷球;所述不锈钢球、二氧化锆陶瓷球以及三氧化二铝陶瓷球的重量比为10:5:3;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
实施例3动力电池负极材料的制备
原料配比:以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸(1.40g/mL)8%、水15%,木素磺酸钠0.1%,腐植酸0.1%,炭黑0.1%,硫酸钡0.5%;
制备方法:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡在卧式犁刀混合机中进行混合30min得负极包混合物;
(2)将负极包混合物在球磨机中进行球磨60min得球磨负极包;所述的球磨机的内壁材质为304不锈钢材质;球磨机中研磨介质的体积填充率为60%;球磨机中的研磨介质选用三种尺寸的金属球和金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为5mm的304不锈钢球;直径为50mm的二氧化锆陶瓷球;直径为100mm的三氧化二铝陶瓷球;所述不锈钢球、二氧化锆陶瓷球以及三氧化二铝陶瓷球的重量比为20:10:1;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
对比例1动力电池负极材料的制备
原料配比:以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸(1.40g/mL)10%、水12%,木素磺酸钠0.3%,腐植酸0.3%,炭黑0.3%,硫酸钡0.9%;
制备方法:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡在卧式犁刀混合机中进行混合30min得负极包混合物;
(2)将负极包混合物在高速混合机中进行混合60min得负极包;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
对比例2动力电池负极材料的制备
原料配比:以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸(1.40g/mL)10%、水12%,木素磺酸钠0.3%,腐植酸0.3%,炭黑0.3%,硫酸钡0.9%;
制备方法:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡在卧式犁刀混合机中进行混合30min得负极包混合物;
(2)将负极包混合物在球磨机中进行球磨30min得球磨负极包;所述的球磨机的内壁材质为304不锈钢材质;球磨机中研磨介质的体积填充率为45%;球磨机中的研磨介质选用二种尺寸的金属球和金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为10mm的304不锈钢球;直径为25mm的304不锈钢球;所述10mm的304不锈钢球和25mm的304不锈钢球的重量比为2:1;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
实验例
将实施例1~3以及对比例1和2制备得到的动力电池负极材料分别进行涂板制成动力电池负极极板;然后组装成12V20Ah的电动自行车动力电池,按照标准GB22199-2008测试电动自行车动力电池的-15℃低温容量(以放电时间/min来评价)以及循环50次后-15℃低温容量(以放电时间/min来评价),测试结果见表1。
表1.动力电池低温容量测试结果
动力电池负极材料 | -15℃低温容量 | 循环50次后-15℃低温容量 |
实施例1负极材料 | 124min | 89min |
实施例2负极材料 | 119min | 82min |
实施例3负极材料 | 112min | 78min |
对比例1负极材料 | 86min | 50min |
对比例2负极材料 | 95min | 54min |
由实施例1~3制备得到的动力电池负极材料的低温容量测试结果可以看出,其-15℃低温容量以及循环50次后-15℃低温容量均具有优异的性能。这说明,本发明在电池负极材料的制备过程中,先将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分先拿出来单独分散好,形成球磨负极包;然后在铅酸电池负极和膏过程中将该负极包与铅粉、稀硫酸和水混合,能够使得原料铅粉和球磨负极包中的成分能够充分分散,能够大幅改善动力电池低温容量性能。
由对比例1制备得到的动力电池负极材料的低温容量测试结果可以看出,其-15℃低温容量以及循环50次后-15℃低温容量性能远远低于实施例1,这说明在电池负极材料的制备过程中,将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡等组分按照常规方法混合,并不能得到具有优异低温容量性能的动力电池负极材料。
由对比例2制备得到的动力电池负极材料的低温容量测试结果可以看出,其-15℃低温容量以及循环50次后-15℃低温容量性能同样远远低于实施例1,这说明在电池负极材料的制备过程中,球磨步骤十分关键,只有在本发明所述的球磨条件下才能得到具有优异低温容量性能的动力电池负极材料。
Claims (10)
1.一种动力电池负极材料,其特征在于,包含铅粉、稀硫酸、水、木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡;其中,以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸8~15%、水10~20%,木素磺酸钠0.1~1%,腐植酸0.1~1%,炭黑0.1~1%,硫酸钡0.5~1.5%。
2.根据权利要求1所述的动力电池负极材料,其特征在于,以铅粉的重量为计量基准,各成分的重量用量分别为:稀硫酸8~12%、水10~15%,木素磺酸钠0.1~0.5%,腐植酸0.1~0.5%,炭黑0.1~0.5%,硫酸钡0.5~1.5%。
3.根据权利要求1所述的动力电池负极材料,其特征在于,所述的稀硫酸为浓度为1.0~2.0g/mL的稀硫酸。
4.权利要求1~4任一项所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,包含如下步骤:
(1)将木素磺酸钠、腐植酸、炭黑以及硫酸钡进行混合得负极包混合物;
(2)将负极包混合物进行球磨5~60min得球磨负极包;
(3)将球磨负极包与铅粉、稀硫酸和水混合后加入和膏机中和膏后即得动力电池负极材料。
5.根据权利要求4所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的混合是在混合机中进行混合;步骤(2)中所述的球磨在球磨机中进行。
6.根据权利要求5所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,球磨机中的研磨介质选用密度为2.7~9g/cm3的金属球和/或金属氧化物陶瓷球;所述球磨机中研磨介质的体积填充率为20~60%。
7.根据权利要求6所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述的金属球选自304不锈钢球;所述的金属氧化物陶瓷球选自二氧化锆陶瓷球或三氧化二铝陶瓷球。
8.根据权利要求7所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,球磨机中研磨介质选用三种尺寸的金属球和/或金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球;直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球;直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球。
9.根据权利要求8所述的动力电池负极材料的制备方法,其特征在于,直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球、直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球以及直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球的重量比为1~50:1~50:1~50;
优选地,直径为2~15mm的金属球或金属氧化物陶瓷球、直径为15~50mm的金属球或金属氧化物陶瓷球以及直径为50~100mm的金属球或金属氧化物陶瓷球的重量比为1~5:1~5:1~5;
最优选地,球磨机中研磨介质选用三种尺寸的金属球和/或金属氧化物陶瓷球进行级配;分别为直径为2~15mm的304不锈钢球;直径为15~50mm的二氧化锆陶瓷球;直径为50~100mm的三氧化二铝陶瓷球;所述304不锈钢球、二氧化锆陶瓷球以及三氧化二铝陶瓷球的重量比为3~5:1~2:1。
10.一种动力电池负极极板,其特征在于,将权利要求1或2所述的动力电池负极材料进行涂板即得所述的动力电池负极极板。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200623 |