天能集团俞石洪、宋文龙、金永根等申请的高比电容铅蓄电池正极铅膏专利(天能高管)

俞石洪、宋文龙、金永根、周予恺、张峰博

随着新能源技术的迅猛发展，以及各行业对电池性能要求的日益严苛，传统铅蓄电池面临着严峻的挑战。其中， 比电容作为衡量电池性能的关键指标之一，直接影响着电池的充放电效率和能量存储能力。高比电容意味着电池能够在单位质量或体积下存储更多的电荷，从而使电池在充放电过程中能够更快速地实现电能与化学能的转换，提高设备的运行效率和续航能力。

传统铅蓄电池正极铅膏主要采用铅粉与硫酸反应形成，尽管该工艺成熟，但存在着其导电性不足、电池能量密度低、循环寿命有限、比电容较低、高倍率放电差等问题。虽然现有技术中有不少关于通过添加剂改善铅蓄电池铅膏导电性和循环稳定性的研究，但铅蓄电池的能量存储性能和循环寿命仍有提升空间。

基于此，天能电池集团股份有限公司俞石洪、宋文龙、金永根等提出了一种高比电容铅蓄电池正极铅膏的制备方法。国家知识产权局2025年6月6日公开其发明专利申请，公布号CN 120109165 A，申请号为202510602022.3。

该发明专利申请中的核心技术是通过优化正极铅膏配方，提高铅膏的导电性和比电容，延长电池的循环寿命。

其正极铅膏的组分（质量份）如下：

铅粉980‑1040份、稀硫酸85‑100份，去离子水105‑120份，复合电极材料1.5‑3份、锑化合物（三氧化二锑/五氧化二锑/锑酸钠）0.8‑1.4份、金属硫酸盐（硫酸亚锡/硫酸锌/硫酸镁）0.6‑1.2份，铅氧化物（四氧化三铅/氧化铅）38‑44份，聚酯纤维0.7‑1.0份。

其中，复合电极材料制备方法包括以下步骤：

（1）将12‑20份（以下均为质量份）碳纳米管酸洗去除表面杂质，然后洗涤至中性，并干燥；

（2）将所得碳纳米管放入反应容器中，加入100‑150份浓度为0.1‑0.2M的Mn(NO3)2水溶液， 搅拌混合； 再滴加100‑120份、浓度为0.06‑0.1M的KMnO4水溶液，边滴加边搅拌（65‑80 ℃），反应获得产物；

（3）所得产物洗涤至中性，然后130‑160 ℃下加热6‑10小时，所得产物冷却至室温后，洗涤去除表面残余物，干燥后得到所述复合电极材料。

其中的聚酯纤维为喹啉改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维，其制备方法：将105‑130份（以下均为质量份）聚对苯二甲酸乙二酯纤维置于1200‑2000份的二氯乙烷中，搅拌均匀后加入0.2‑0.66份的氯化锌催化剂；加入3.5‑6份的2,3‑喹啉二羧酸酐，进行酰基化反应（65 ℃、6小时）得到喹啉改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维。

采用上述制备方法，以不同工艺参数制备复合电极材料、喹啉改性聚酯纤维，以及铅蓄电池正极铅膏，进而制备高比电容铅蓄电池正极板（实施例1~4）。

对比例1在铅膏制备过程中的复合电极材料使用等量的碳纳米管替代，对比例2在铅膏制备过程中的喹啉改性聚酯纤维使用等量的聚酯纤维替代，其它均与实施例1相同。

测试结果表明（表1），实施例1‑4提供的高比电容铅蓄电池正极铅膏，基于二氧化锰/三维碳基复合材料和喹啉改性聚酯纤维，显著提升了铅蓄电池的能量存储性能和循环寿命。

表1. 测试结果

通过在添加剂聚酯纤维中引入喹啉结构，赋予聚酯纤维抗氧化、抗紫外线等优良性能，提高稳定性与耐久性。并且改变了聚酯纤维表面极性和化学性质，增强了与铅膏成分的相容性，利于分散。

酰基化反应机理：氯化锌催化剂与2,3‑喹啉二羧酸酐的羰基氧配位，增强羰基碳正电性；活化的2,3‑喹啉二羧酸酐的羰基碳进攻聚对苯二甲酸乙二酯纤维苯环，发生亲电取代，氢以质子离去，形成喹啉改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）比电容提高：改善正极铅膏的微观结构与导电性，形成导电网络，增加电极‑电解液接触面积，提升比电容。

（2）充放电性能改善：本发明的正极铅膏使电池充放电效率更高、电压输出更平稳。

（3）电极稳定性增强：聚酯纤维抗氧化、耐久性好， 维持正极铅膏结构完整，减少电极膨胀、脱落，延长电池寿命。

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