一种耐高温储能电池用负极添加剂的制作方法

allin2026-09-14  3


本发明涉及储能电池的负极添加剂,特别涉及一种耐高温储能电池用负极添加剂。


背景技术:

1、储能电池中的铅酸蓄电池因其技术成熟、成本低廉、安全性高、环境适应性好以及维护简单等特点,在许多领域中仍然是首选的电源解决方案。随着能源技术的快速发展,对铅酸蓄电池的性能也提出更高的要求,主要挑战之一是在-20~50℃的宽温度范围内保持高的放电容量,尤其是在低温的环境下。通常,随着温度降低,铅酸蓄电池内阻增加,其放电性能主要受限于负极。

2、负极的活性物质是细绒状的海绵铅,具有孔隙率高、表面积大的特点,由于物质高表面能有自发减小的趋势,使得海绵铅颗粒在充放电过程中不断聚集长大,最终负极板活性物质表现出“收缩”现象,即孔率不断下降、利用率降低。此外,电池放电性能还受硫酸电解液浓差极化的影响,由于离子扩散速率缓慢,导致在负极表面富集了大量硫酸铅,甚至形成致密的硫酸铅“钝化层”,阻碍了铅与电解液反应,最终负极放电容量急剧下降。

3、现行技术中,通过向负极加入添加剂,例如木质素磺酸钠、硫酸钡和炭黑,俗称“膨胀剂”,可有效抑制活性物质的“收缩”和“钝化”。然而,现行的膨胀剂仍然无法满足铅酸蓄电池在极端温度下的性能要求,特别是电池在高温环境经过充放电后(即电池的化成反应),严重影响低温的放电性能。究其原因是膨胀剂的高温耐受性较差,电池内部温度上升加快分子运动,这种变化破坏了膨胀剂与铅活性物质初始紧密结合的形态。

4、因此,本发明旨在提供一种能够耐高温的且应用于抑制铅酸类储能电池活性物质的“收缩”和“钝化”的负极添加剂。


技术实现思路

1、针对以上铅酸蓄电池在实际应用中的问题和现有技术的局限性,本发明旨在提供一种耐高温储能电池用负极添加剂,用于增强膨胀剂与铅膏的物理或化学吸附作用力,提高铅酸蓄电池的低温性能,同时能够扩大其在宽温区的应用领域。

2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

3、本发明提供了一种耐高温储能电池用负极添加剂,所述添加剂按重量份数计包括如下原料:

4、硫酸钡0.8-1.25份,炭黑0.15-0.35份,木素磺酸钠0.1-0.3份,腐殖酸0.2-0.4份,聚丙烯酸钠0.01-0.05份,嵌段共聚物0.05-0.15份。

5、作为优选,所述添加剂按重量份数计包括如下原料:

6、硫酸钡1份,炭黑0.3份,木素磺酸钠0.2份,腐殖酸0.3份,聚丙烯酸钠0.025份,嵌段共聚物0.08份。

7、其中,作为优选的,所述聚丙烯酸钠的重均分子量mw为1000-8000。

8、作为进一步优选的,所述聚丙烯酸钠的重均分子量mw为3000-6000。

9、作为优选的,所述嵌段共聚物为聚丁烯二羧酸-聚丙烯酸盐二嵌段物(a-b盐二嵌段物)、聚丁烯二羧酸-聚丙烯磺酸盐二嵌段物(a-c盐二嵌段物)、聚丙烯酸-聚丙烯磺酸盐二嵌段物(b-c盐二嵌段物)、聚丁烯二羧酸-聚丙烯磺酸-聚丙烯酸盐三嵌段物(a-b-c盐三嵌段物)中的一种或多种。

10、此外,进一步的,所述嵌段共聚物优选为聚丁烯二羧酸-聚丙烯磺酸盐二嵌段物(a-c盐二嵌段物)、聚丙烯酸-聚丙烯磺酸盐二嵌段物(b-c盐二嵌段物)、聚丁烯二羧酸-聚丙烯酸-聚丙烯磺酸盐三嵌段物(a-b-c盐三嵌段物)中的一种或多种。

11、优选的,所述嵌段共聚物中各均聚物的比例a:b、a:c、b:c或(a+b):c为0.3-0.7:1,各均聚物的重均分子量mw为500-2000,嵌段共聚物的重均分子量为8000-30000。

12、进一步,更为优选的,所述嵌段共聚物中各均聚物的比例a:b、a:c、b:c或(a+b):c为0.5:1,各均聚物的重均分子量mw为600-1200,嵌段共聚物的mw为10000-20000。

13、其中,作为优选的,所述嵌段共聚物为钠盐、钾盐、钙盐或钡盐嵌段共聚物中的一种或多种,更优选的为钠盐、钾盐嵌段共聚物中的一种或两种。

14、作为优选地,所述嵌段共聚物是聚丁烯二羧酸-聚丙烯磺酸钠盐二嵌段物,聚丁烯二羧酸钠:聚丙烯磺酸钠的比例为0.5:1,聚丁烯二羧酸钠的mw为600-1000,聚丙烯磺酸钠的mw为800-1200,聚丁烯二羧酸-聚丙烯磺酸钠盐二嵌段物的mw为12000-16000。

15、本发明的有益效果在于:

16、(1)本发明通过针对铅酸蓄电池在极端高温或低温环境运行后低温容量急剧下降的问题以及现有膨胀剂的高温耐受性差的缺点,本发明以硫酸钡、炭黑、木素磺酸钠、腐殖酸、聚丙烯酸钠和聚丙烯磺酸钠的嵌段共聚物等组成一种铅酸蓄电池负极的复合添加剂,本发明所采用的复合添加剂是在现行的添加剂体系下,搭配具有高亲水性聚丙烯酸钠,在铅表面形成凝胶区,在高温和严寒气候均具备高的“保液”能力,提高离子扩散速率,均衡局部电解液密度的变化,同时能提供捕获金属离子的作用;

17、(2)本发明通过引入的嵌段共聚物是具有含大量亲水性羧基的水溶胀型聚合物,并且可选择性地嵌入磺酸根链段,形成交联网络的柔性结构,赋予其高的热稳定性、吸水性和较强的金属离子络合能力,聚丙烯酸钠以及聚丙烯磺酸钠的嵌段共聚物不仅增强了添加剂的表面活性,而且其网络结构与硫酸钡、炭黑、木素磺酸钠和腐殖酸通过物理的结构交织、缠绕或静电作用“绑定”一起,形成均匀分散且稳定的有机/无机膨胀剂的离子扩散凝胶层,以避免铅与电解液直接接触,大大减缓了硫酸铅层的生长,最终达成提高电池高温耐受性和低温性能的作用。

18、综上所述,本发明的负极添加剂可以使得铅酸类储能电池具备更优异的低温性能和更强的高温耐受性,尤其适用于铅酸类储能电池负极添加剂技术领域。



技术特征:

1.一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于,所述添加剂按重量份数计包括如下原料:

2.根据权利要求1所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于,所述添加剂按重量份数计包括如下原料:

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

4.根据权利要求3所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

5.根据权利要求1或2所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

6.根据权利要求5所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

7.根据权利要求6所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

8.根据权利要求7所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

9.根据权利要求6所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:

10.根据权利要求9所述的一种耐高温储能电池用负极添加剂,其特征在于:


技术总结
本发明涉及储能电池的负极添加剂技术领域,特别涉及一种耐高温储能电池用负极添加剂,添加剂按重量份数计包括如下原料:硫酸钡0.8‑1.25份,炭黑0.15‑0.35份,木素磺酸钠0.1‑0.3份,腐殖酸0.2‑0.4份,聚丙烯酸钠0.01‑0.05份,嵌段共聚物0.05‑0.15份,本发明以硫酸钡、炭黑、木素磺酸钠、腐殖酸、聚丙烯酸钠和聚丙烯磺酸钠的嵌段共聚物等组成一种铅酸蓄电池负极的复合添加剂,本发明所采用的复合添加剂是在现行的添加剂体系下,搭配具有高亲水性聚丙烯酸钠,在铅表面形成凝胶区,在高温和严寒气候均具备高的“保液”能力,提高离子扩散速率,均衡局部电解液密度的变化,同时能提供捕获金属离子的作用。

技术研发人员:潘东,禹天星,凌景洲,张聪聪,胥亚琴
受保护的技术使用者:浙江埃登达新能源材料有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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