[发明专利]一种铅炭复合材料

说明书

技术领域

本发明属于活性炭杂化材料领域，具体涉及一种铅炭复合材料。

背景技术

铅酸蓄电池在一百多年的历史发展进程中，对工业的发展和人类的进步起到了积极地推动作用。到今天，铅酸蓄电池的应用更加广泛，特别是近年来随着环境污染和能源危机的加剧，对电池提出了更高的要求，研制长寿命、大容量、性能稳定、使用方便的超级铅酸蓄电池一直是电池研究和制造领域的前沿课题。另外，铅酸蓄电池因其价格便宜，原料易得，性能可靠的优点，一直在二次电池工业中占据着重要地位。但是，近些年来，随着镍氢电池、锂离子电池等新型电池的出现，进一步提高铅酸蓄电池的比能量，延长其使用寿命，使其今后仍能电池市场中占有一席之地的唯一途径。

一直以来，人们对提高蓄电池活性物质的利用率进行了多方面的研究。通过向极板内添加导电物质是有效提高活性物质利用率，可以避免出现不良影响的一种好的手段。活性物质的物理结构对电池容量等有重要的影响，一般在制造过程中会掺入各种添加剂，如羧甲基纤维素、二氧化硅、硅胶、空心玻璃珠等，但最常用的是各向异性石墨。

通常提高铅酸蓄电池的活性物质的利用率，往往会带来蓄电池寿命降低的负面影响。因为为了提高活性物质的利用率，需要减少活性物质用量或增加电解质的体积或浓度，对于一个体积和重量一定的铅酸蓄电池而言，这必然大大加大了活性物质发生软化和脱落的可能性，同时，高浓度硫酸还会加速负极板发生硫酸盐化，这些都会使铅酸蓄电池的寿命缩短。

炭材料具有重量轻、良好的导电性能、强耐腐蚀性和力学性能等优异特点，成为极板导电添加剂的首选材料，添加到铅酸蓄电池极板中，可提高活性物质的利用率，部分抑制硫酸盐化和防止活性物质脱落现象的发生。特别是近些年提出的超级电池概念，将超级电容器的性能与铅酸蓄电池的电池性能进行内集成，赋予铅酸蓄电池更长的使用寿命、更高的比功率等优异性能，已成为铅酸蓄电池的未来发展趋势。但是，利用高比表面积的活性炭通过简单的物理混合的方式与铅酸蓄电池的负极活性物质混合制备负极，所得到的所谓超级电池其实难以发挥超级作用。这一方面是由于炭材料比表面积大、密度小，很难与比重很大的负极活性物质均匀混合，炭材料在铅酸蓄电池的负极铅膏中难以实现均匀分散。另一方面，具有高比表面积的活性炭材料与制作负极铅膏所用铅粉表面之间存在着显著的表面性能差异，混合后的界面结合能力很差，在充放电循环过程中，活性炭很容易析出，造成负极活性物质过早脱离，寿命显著减小。

发明内容

本发明旨在改善超级铅酸蓄电池负极用炭材料与负极活性物质之间的相容性，改善铅与炭之间的界面结合及炭在活性物质中的分散，改善超级电池的负极寿命，实现超级电容性能与电池性能的有机结合，从而提出一种铅炭复合材料。

本发明的技术方案如下：

一种铅炭复合材料，其特征是将铅电沉积在活性炭孔隙内，其制备方法包括如下步骤：

（1）将活性炭、炭黑、胶黏剂以及溶剂混合均匀，得到混合料；活性炭：炭黑：胶黏剂：溶剂的质量比为（30~80）：（3~10）：（3~10）：（13~30）；

（2）将混合料均匀涂覆到导电母板上，放于真空干燥箱中，在50~60℃条件下干燥2~8小时，得到活性炭板；

（3）将活性炭板作为负极浸没到电镀液中，浸润10~30分钟，然后以铅板为正极，进行电沉积；所述电镀液为醋酸铅溶液、硝酸铅溶液或氟硼酸铅溶液中的一种或两种以上的混合物；

（4）将电沉积后的活性炭板取出，放于真空干燥箱中，在55~80℃条件下干燥4~8小时，将干燥产物从导电母板上刮下，即得到铅炭复合材料。

进一步的，步骤（3）中电沉积的时间为10~500秒。

进一步的，电沉积时电流密度为10~500 mA/cm²。

进一步的，电镀液的浓度为0.05~2mol/L。

进一步的，活性炭是两种及两种以上不同比表面积活性炭的混合，比表面积大于或等于800 m²/g且不大于3000m²/g的活性炭所占比例为20~80重量%，比表面积大于或等于50m²/g且小于800 m²/g的活性炭所占比例为20~80 重量%。

进一步的，胶黏剂是PVDF、PTFE、氯化橡胶或氯丁橡胶中的一种或两种以上的混合物。

   进一步的，溶剂是甲苯、氮甲基吡咯烷酮或N,N二甲基甲酰胺。

进一步的，导电母板是铅板、钛板或铂板。

进一步的，铅炭复合材料中铅所占比例为5~65重量%。