[发明专利]含石墨烯的正极板栅合金及制备方法与应用

说明书

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，公开了一种含石墨烯的正极板栅合金的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将铅和锡进行第一熔化，得到第一合金液体；(2)在所述第一合金液体中加入熔盐，升温后加入含碳剂进行反应，之后可选地加入钙进行第二熔化，得到第二合金液体与所述熔盐的混合物；(3)将所述混合物进行分离，其中，所述第二合金液体进行铸锭，得到含石墨烯的正极板栅合金；所述熔盐返回步骤(2)中循环使用。本发明提供的制备方法能够使石墨烯均匀分散在合金内，用所制得的合金材料制备正极板栅，能够提高铅酸蓄电池的循环使用寿命、大电流功率性能及过放电恢复能力。

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种含石墨烯的正极板栅合金及制备方法与应用。

背景技术

在铅酸蓄电池中，正极板栅在长时间使用过程中易形成导电性差的化合物，影响正极板栅界面的导电性能，使得正极板栅与活性物质的结合能力变差，进而导致电池的循环性能衰减，充电恢复能力降低。

为解决上述问题，通常采用的方法是在正极板栅合金中加入导电性较好的金属元素，例如Ag或Sn，但这些金属价格较高，大量使用会带来较大生产成本负担。另外的方法就是在正极板栅合金中加入石墨烯，形成石墨烯/金属复合材料，石墨烯的作用包括：(1)提高正极板栅合金的导电性能；(2)降低板栅的重量，提高能量密度；(3)提升腐蚀层的导电性能，避免栅膏分离；(4)避免腐蚀界面生成导电性差的氧化铅，提高充电恢复能力。但是在将石墨烯掺入铅合金基体的过程中，由于碳与铅的密度相差较大，如何实现将石墨烯均匀分散在合金中是获得性能优良的正极板栅合金的关键。

CN105977496B公开了一种包含铅锡-稀土-石墨烯的铅蓄电池板栅合金的制备方法，该方法包括：(1)制备铅-石墨烯复合材料：向含铅离子的弥散电镀液中加入改性石墨烯粉末，以惰性导电基体为阳极，以纯铅板为阴极，电化学沉积获得沉积有铅-石墨烯复合材料的纯铅板；(2)制备板栅母合金；(3)制备板栅合金：a、将占铅总质量70-80％的铅锭加入中频炉中，加热熔化；b、向熔体中加入步骤(2)中制备的板栅母合金锭，继续加热使其熔化并搅拌均匀；c、停止加热，待合金液温度降至350-400℃，加入步骤(1)中制备的沉积有铅-石墨烯复合材料的纯铅板，熔化、搅拌均匀；d、加入剩余铅锭，熔化、搅拌，清渣后浇铸合金锭。该方法采用复合电镀技术将石墨烯粉末与金属铅进行共沉积，制备出石墨烯均匀分散在铅基体中的合金材料，但该方法需在先前步骤中制备铅-石墨烯复合材料和板栅母合金，这需要增加专门的电镀设备和工序以及表面活性剂的使用，并使得整体工艺冗长，延长制备周期。

CN104993154B公开了一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金，按重量百分比计算，其包含0.015-0.15％的石墨烯，1.0-1.5％的锡，0.02-0.04％的铝，0.05-0.1％的钙和98.21-98.915％的铅；其由以下制作方法制成，(1)将所述量的2/3的铅置入熔铅锅中，加热到680℃至铅完全熔化；(2)然后开启离心搅拌机，将所述量的石墨烯在中速搅拌的情况下缓慢连续添加或分批次间断添加加入到铅液中；(3)20分钟后，先后加入所述量的纯锡条和纯铝条，离心搅拌机继续搅拌混合半小时以上；(4)关闭离心搅拌机，加入所述量的用铅皮包封好的钙，将铅皮包封好的钙用底部有漏孔的钟罩压入铅液底部，当铅液不再冒泡时，开动离心搅拌机慢速搅拌混合；(5)半小时后，关闭离心搅拌机，把剩余量的铅加入熔铅锅中，待铅完全熔解，开启离心搅拌机，继续慢速搅拌，一小时后铸锭。该方法在调配铅钙合金的过程中加入石墨烯成品，加以机械搅拌，实现石墨烯分散在铅钙合金内，制备周期短。但由于使用简单的机械搅拌方法，在实际生产中石墨烯在合金中的分散效果难以保证，且易产生有效元素烧损等问题。

综上，仍需要研究和开发新的正极板栅合金的制备方法，以保证石墨烯在合金中均匀分散的效果，同时能够避免合金组分偏析、有效元素烧损的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在石墨烯难以均匀分散在合金铅液中进而导致所制备的合金不均匀的问题，以及在制备过程中易造成合金组分偏析、有效元素烧损的问题，提供了一种含石墨烯的正极板栅合金及制备方法与应用。