[发明专利]高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法。

技术背景

铅酸蓄电池主要应用于电动助力车、电动道路车、混合动力汽车及各种内燃机的起动和无线通信基站等，但是传统的铅酸蓄电池在部分荷电态下负极易硫酸盐化而失效，大大降低了电池的受充能力及循环寿命。

有研究报道，在铅酸蓄电池的负极板中引入碳材料可以提高电池的放电容量、充电接受能力以及负极板的循环寿命。在模拟铅酸蓄电池部分荷电高倍率充放电过程中，将活性炭加入到负极活性物质中可以显著的提高电池的充电接受能力并有效阻碍负极板的硫酸盐化；石墨烯对于铅酸蓄电池部分荷电态高倍率充放电性能的影响则是可以增加负极活性物质整体的导电性，有助于又小溶解性又好的PbSO₄的形成、并抑制PbSO₄晶体的生长，石墨烯中含有的杂质可以抑制析氢反应的进行，进而提高电池的充电效率，石墨烯作为一个电渗泵、在高倍率充放电过程中可以促进硫酸电解液扩散到负极活性物质内部；改性碳、电极炭等均对铅酸蓄电池具有一定的影响。负极活性物质中的碳可以阻碍PbSO₄晶体的生长，使其持续生长成小的微晶并具有高的溶解性，进而可以有效的充电。但是单种碳材料的使用虽然能够明显提高铅酸蓄电池的高倍率部分荷电状态的寿命，但在很多情况下会对电池容量造成较大的影响。

高比表面积活性炭、高纯石墨、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯等炭材料，往往具备较高的比表面积或较好的导电性，能够提高负极活性物质的孔隙率和分散性，促进电解液的渗透，在一定程度上抑制硫酸盐化。同时，炭材料可以在高倍率充放电时产生双电层容量，通过分流作用减少大电流放电制度下对铅负极的损害，提高了负极的高倍率部分荷电性能，延长了电池使用寿命。

但是，炭材料的引入也带来了一些新的问题，如铅、炭的析氢电位不一致引起的充电后期析氢反应的加剧，铅膏中炭所占质量分数较高时铅炭结合力降低，以及部分高比表面积活性炭导电性不好等问题。同时，炭材料本身也存在着某些缺点：高纯石墨、乙炔黑等导电性很好但是比表面积较小，电容贡献较低；活性炭、纳米碳管等比表面积大，电容贡献高，但导电性不佳，加入量过高会影响充放电性能。膨胀石墨与石墨烯兼具导电性和比表面积，但是膨胀石墨粒度太大，与铅膏混合时不易分散且容易团聚，工艺难度增加；石墨烯成本较高，会在一定程度上加大铅炭电池的成本，同时关键的析氢过电位较低的问题没有得到根本的解决。

本发明将纳米级的活性炭颗粒负载到石墨烯上来制备改性碳材料，所得的复合碳材料析氢电位与活性炭或石墨烯相比有明显提高，加入负极中，电池循环寿命得到提升。而且该材料具有可逆氧化还原性能和双电层电容性能，改善了在高倍率脉冲充放电中铅负极的硫酸盐化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法，所述的高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏通过复合得到的高活性碳材料在不影响电池容量的前提下，大大提高了电池寿命，有效的阻碍了PbSO₄晶体的生长。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述负极铅膏由以下原料制备而成：氧化铅500g，硫酸40～43g，硫酸钡3.5～5g，TiO₂3.5～5.5g，木素0.5～1g，腐殖酸0.5～1.5g，短碳纤维0.2～0.8g，高活性碳材料1.5～4.0g，去离子水50～65g；所述的高活性碳材料由活性炭和石墨烯复合而成。

所述的高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述负极铅膏由以下原料制备而成：氧化铅500g，硫酸40g，硫酸钡4g，TiO₂4g，木素0.6g，腐殖酸0.8g，短碳纤维0.5g，高活性碳材料1.5～4.0g，去离子水50～65g。

所述的高活性炭材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述高活性碳材料中活性炭与石墨烯的质量比为4:1～2。

所述的高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述活性炭的粒径为600～800nm，所述石墨烯的层数≤10层。

所述的高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述氧化铅的氧化度为75～78％，氧化铅的平均粒度为4～6μm。

所述的高活性碳材料铅酸蓄电池负极铅膏，所述硫酸的密度为1.4g/cm³。