[发明专利]一种用于铅炭负极炭基添加剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于铅炭负极炭基添加剂的制备方法，属于属于铅炭电池制作技术领域。经碳材料敏化、活化、化学镀铅制备而成铅炭负极炭基添加剂表面的铅层分布均一致密，能够显著提升碳材料的析氢过电位，抑制铅酸电池负极的析氢反应；提升碳材料与铅的亲和性，构建良好的铅和碳连接结构。负极含有这种铅炭负极炭基添加剂的铅酸电池高倍率部分荷电状态(HRPSoC)模拟测试充放电循环可达10555圈，是对照铅酸电池的11倍。本发明显著抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化并延长铅酸电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于铅炭电池制作技术领域，涉及到一种用于铅炭负极炭基添加剂的制备方法。

背景技术.

铅酸电池在科技进步和社会发展中起到了重要的推动作用。基于混合动力汽车和可再生能源的兴起和使用，铅酸电池面临长时间处于部分荷电状态(PSoC) 下负极硫酸盐化导致的电池失效问题。碳材料的添加能够抑制硫酸盐化，提升负极在PSoC下的充电接受能力，延长电池使用寿命。

碳材料在铅酸电池负极的添加也带来一些问题，如加剧负极的析氢反应，降低电池库伦效率，导致电解质溶液失水甚至电池失效。另外，碳与铅之间的亲和性差，铅碳之间不能很好复合。为此，人们一直在试图制备一种铅碳复合添加剂来解决上述问题。

中国专利201010608794.1和201420178351.7公开了一种电沉积方法制备的铅炭复合材料。中国专利201610268066.8公开了一种通过海藻酸铅的高温碳化制备铅炭复合材料的方法。中国专利201210493085.2通过活性炭湿式球磨、喷雾干燥、煅烧、真空镀铅等步骤，制备了一种铅炭复合材料。中国专利 201610522472.2将生物质碳超声分散于含高析氢过电位金属盐溶液，在 700`1000℃热处理条件下得到一种改性炭材料添加剂。中国专利201410665235.2 公开了一种铅炭复合材料的制备方法，将铅的有机配合物热处理制备铅炭复合材料，并直接用作负极活性物质。中国专利201210553751.7公开了一种铅炭超级电池用复合改性材料的制备方法，通过将炭载体分别加入金属可溶性盐溶液和固铅溶液超声，抽滤并分段加热得到改性材料。以上方法都达到制备铅炭复合材料的目的，但制备工艺复杂，对设备要求较高，有些制备方法铅炭比例不可控。

发明内容

为解决铅炭电池负极板碳材料添加带来的铅炭材料和膏不均匀，析氢反应严重等一系列问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于铅炭负极的炭基添加剂及其制备方法。这种化学镀方法适用于各种基质，所制备的铅炭负极炭基添加剂表面铅负载均匀，铅碳比可控，制备工艺简单，显著提升碳材料析氢过电势，抑制铅炭负极析氢反应，提高碳与铅的亲和性，建立良好的铅炭复合结构。这种铅炭负极炭基添加剂可以有效抑制铅炭电池在部分荷电状态(PSoC)负极的硫酸盐化，提升电池的充电接受能力，延长电池在PSoC下的循环寿命。

本发明提供了一种用于铅炭负极的炭基添加剂，具体制备步骤如下：

(1)碳材料的敏化

取3g碳材料于50～200mL，10wt％的硫酸浸润、洗涤、过滤后用去离子水浸润、洗涤、过滤。将处理后的碳材料加入20～200mL含有5～20wt.％HCl(优选8-10 wt.％)、5～30wt.％氯化亚锡(优选5-15wt.％)的溶液，搅拌0.1～5小时，洗涤过滤得敏化处理的碳材料；

(2)碳材料的活化

将上述步骤(1)得到的敏化处理的碳材料于20～200mL含有5～20wt.％HCl (优选8-10wt.％)，0.01～3wt.％氯化钯(优选0.05-2wt.％)的溶液，搅拌0.1～5 小时，洗涤过滤得活化处理的碳材料；

(3)碳材料的化学镀铅

将上述步骤(2)得到的活化处理的碳材料于含有硫脲和硝酸铅的DMSO反应环境中，20℃～80℃恒温(优选45-80℃)反应1～20小时，过滤、干燥即得到铅炭负极炭基添加剂。