[发明专利]一种多孔炭负载超小PbSO4

说明书

本发明提出了一种多孔炭负载超小PbSO₄纳米粒子复合材、料制备方法及其应用。在这种结构中,超小粒子PbSO₄直接锚定在多孔炭上，从而使得在正极放电时作为沉积位点得以有效沉积PbSO₄。制备的主要过程为：首先将多孔炭进行羧基化处理，然后溶于一定浓度的硝酸铅水溶液中，经一定温度下的搅拌，用水过滤，然后再用硫酸过滤，即可得到多孔炭负载的超小PbSO₄粒子。本发明所提出的制备工艺简单，在进行大规模生产并用于商业化电池推广等方面具有非常大的潜力。将本发明所得到的材料用作铅炭电池正极添加剂，可以明显的提升电池的循环性能。

技术领域

本发明提出了一种多孔炭负载超小PbSO₄纳米粒子、制备方法及其应用，属于无机材料制备技术领域。

技术背景

自铅酸电池发明和应用以来，凭借其超高的性价比、物料的可循环利用以及优异的性能等，在电化学能源存储领域中占据十分重要的地位。然而，随着目前社会和科技的发展，电化学能源客户端应用场景发生了巨大的转变，如风光储能、启停等新领域的出现，给铅酸电池带来新的机遇和挑战。为了适应这个机遇，铅酸电池得到了进一步的发展，因此铅炭电池诞生。目前铅炭电池主要是指将传统铅酸电池的负极中加入合适的碳材料或者完全将铅负极置换为炭电极等，再与传统正极结合。铅炭电池有效改善了传统铅酸电池负极快速硫酸盐化现象，使得铅炭电池的循环寿命提高，进一步适应风光储能、启停等新应用场景。

然而，在铅炭电池正极的研究中，铅炭电池的正极较短的循环寿命等仍旧制约着铅炭电池的发展。比如电动车用铅炭电池的深充深放过程中，铅炭电池正极受极板随着循环的进行逐渐软化、脱落，使得电池的寿命受到极大的限制。

随着循环的进行，正极的活性物质从细密的多孔结构逐渐转变为独立的大颗粒活性物质。更大颗粒的存在逐渐与正极极板脱离，从而造成正极软化、脱落。因此，在循环中抑制正极活性物质的团聚并使其保持一定的细密网络结构，将会对正极活性物质的失效产生巨大的缓解作用。因此合理诱导硫酸铅的沉积并缓解其大颗粒化团聚将是一个非常合理的提高正极循环寿命的策略。众所周知，铅炭电池的循环就是一个电沉积的过程。在放电过程中硫酸铅的沉积一般遵循电子转移-化学沉淀过程。而沉淀一般更容易发生在晶种上，因此可以通过超小硫酸铅粒子进行诱导硫酸铅的沉淀，最终可以控制PbSO₄沉积后的形貌依然是小粒径。不仅如此，超小粒子的PbSO₄具有非常大的表面能，因此对于沉积PbSO4更加有利。而大尺寸的多孔炭作为沉积后PbSO4网络的核心，从而构建出放电产物的连续网状结构。本发明提出了一种以多孔炭为基质制备超小粒子PbSO₄的简单制备方法。在这种结构中,超小粒子PbSO₄直接锚定在多孔炭上，从而使得在正极放电时作为沉积位点得以有效沉积PbSO₄。制备的主要过程为：首先将多孔炭进行羧基化处理，然后溶于一定浓度的硝酸铅水溶液中，经一定温度下的搅拌，用水过滤，然后再用硫酸过滤，即可得到多孔炭负载的超小PbSO₄粒子。本发明所提出的制备工艺简单，在进行大规模生产并用于商业化电池推广等方面具有非常大的潜力。将本发明所得到的材料用作铅炭电池正极添加剂，可以明显的提升电池的循环性能。

发明内容：

针对目前铅炭电池正极存在的问题，本发明提出了一种可以简单制备的多孔炭负载超小PbSO₄纳米粒子复合材料的方法，并将其作为铅炭电池正极添加剂。在放电过程中，该材料可以使得PbSO4有效沉积在超小PbSO₄纳米粒子上，因此，细密的PbSO4网络结构继续形成，缓解了正极活性物质的大颗粒化也即是软化、脱落。

本发明的技术方案如下：

一种多孔炭负载超小PbSO₄纳米粒子复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：