[发明专利]一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板

说明书

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板。

背景技术

随着石油短缺问题和城市环境问题的日益突出，大力发展新能源产业和电动汽车产业成为国民经济可持续发展所面临的两大重要问题。二次电源作为能量存储和转换的器件，已成为制约这两大产业发展的关键。铅酸电池经历了150多年的发展，具有原材料来源丰富、安全可靠性好、性价比高、可回收利用等优点，在二次电源领域占据重要地位。随着新型储能和动力市场的不断发展，对铅酸电池的能量密度、功率密度以及循环寿命也提出了更高的要求。特别是在混合动力汽车以及间歇性新能源存储应用中，要求二次电池能够在部分荷电状态下具有良好的充电接受能力和较长的循环寿命。传统铅酸电池在这种工况下，负极表面极易形成粗大的“惰性”硫酸铅晶体，在随后的充电过程中，不能可逆的转化为铅，从而导致电池的充电接受能力下降，恶化电池循环性能。

在铅酸电池的负极铅膏中引入高比表面积和高电容活性的炭材料，可以吸收瞬间大电流，抑制表面硫酸盐化，使电池兼具高容量和高功率的特性。中国专利200910227199.0公开了一种铅炭负极板，包括铅、高比表面炭和其他添加剂，炭添加剂的比表面积在1000-3000m²/g之间。而国内外的研究发现，由于炭和铅在密度上的较大差异，直接在负极铅膏中混入炭材料，存在着炭材料难以均匀分散、铅膏与极板结合力差的问题。如“王富茜等，铅炭电池研发中存在的问题，蓄电池，2011，第2期：60-64”中指出炭材料与铅粉的不均匀混合，将影响负极涂膏的稳固性，降低极板强度。如“赵杰权等，混合动力车用阀控式铅酸蓄电池负极碳添加剂的研究进展，蓄电池，2010年，第5期：195-207”中也提到在负极铅膏中直接加入大量的炭，在循环过程中容易造成铅膏的脱落，降低电池的寿命。因此，需要解决铅炭负极铅膏中炭的分散问题，以真正发挥炭在铅膏中的电容特性，提高电池充电接受能力和部分荷电状态大电流充放电（HRPSoC）的循环寿命，从而适应新兴储能及动力市场的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服超级电池负极板中铅和炭的不均匀混合问题，提供一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板，这种铅炭电池负极板中铅粉与铅石墨烯复合材料能够均匀混合，可同时发挥铅粉的容量特性和石墨烯碳材料的功率特性，提高铅炭电池的充电接受能力和HRPSoC循环寿命。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板，包括集流板栅和铅膏，其特征在于铅膏的固体原料包括0-90%的铅粉、1-90%的铅石墨烯复合材料、0.5-5%的析氢抑制剂、0.1-0.5%的炭黑、0.3-2%的硫酸钡、0-1.2%的木质素磺酸钠、0.5-2%的腐植酸以及0.05-0.1%的短纤维，以上百分比为重量百分比，所述铅石墨烯复合材料为石墨烯与铅颗粒相结合的材料。

进一步的，所述的铅石墨烯复合材料是由铅颗粒电化学沉积在石墨烯薄片的表面而获得的，复合材料中石墨烯的重量百分含量为10%-90%，每个石墨烯片包含1-50个碳原子层，铅颗粒的粒径为100nm-10m。

进一步的，所述的铅石墨烯复合材料的制备方法为：(1)、以纯铅板为阳极，以负载有石墨烯薄膜的铅板为阴极，在石墨烯薄膜上电化学沉积铅颗粒，铅镀液可以是氟硼酸镀液、氟硅酸镀液、酒石酸钾钠镀液和三乙醇胺镀液中的一种或几种，电流密度为0.1-4A/dm²；(2)、对沉积铅颗粒的石墨烯薄膜进行水洗，在40-80°C真空环境下干燥，将薄膜从铅板表面刮下，将其研磨碎，获得所述铅石墨烯复合材料。

进一步的，所述的铅石墨烯复合材料的制备方法在所述步骤(1)前还具有以下步骤：(1-1)、将氧化石墨片超声分散于硝酸镁异丙醇溶液，形成带正电荷的氧化石墨片溶胶，氧化石墨片与硝酸镁的重量比为50:1-200:1；(1-2)、以步骤(1)的氧化石墨片溶胶为电解质，在纯铅板上电泳沉积氧化石墨片薄膜，沉积电压为20-180V，沉积时间为10s-30min；(1-3)、将步骤(1-2)的载有氧化石墨片的铅板在60-90°C饱和水合肼气氛中还原1-4h，获得负载有石墨烯薄膜的铅板。

进一步的，所述的析氢抑制剂为铅、钛、锌、钡、锑、镉、银、汞、铋、铈的氧化物、氢氧化物和硫酸盐中的一种或几种。

进一步的，所述铅膏的固体原料还辅助添加不超过所述的固体原料总重量0.05%的其他添加剂，包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩或聚对氟苯基噻吩中的一种或几种。