[發(fā)明專利]一種載鉛炭氣凝膠及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110006442.3
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN102097620A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石光;張龔敏;陳紅雨
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/20
• 分類號(hào): H01M4/20;H01M4/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明;廖繼海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及有機(jī)氣凝膠，特別是一種載鉛炭氣凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

人類進(jìn)入2l世紀(jì)后，面臨環(huán)境與資源兩大挑戰(zhàn)，自然資源日趨枯竭，碳氧化物排量與日俱增，特別是交通運(yùn)輸?shù)奈矚馀欧艑?duì)溫室效應(yīng)造成了不可低估的影響。人類直面保護(hù)環(huán)境與合理利用資源兩大亟待解決的問題。向電動(dòng)車時(shí)代靠攏，發(fā)展“綠色交通”，尾氣零排放、無污染、無噪音的電動(dòng)車輛有著廣闊發(fā)展前景。電動(dòng)車輛的核心是作為動(dòng)力的電源，鉛酸蓄電池由于技術(shù)成熟，價(jià)格較低而易于普及，被廣泛用來作為電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車的動(dòng)力來源。超級(jí)蓄電池作為車輛的動(dòng)力電源是當(dāng)前技術(shù)層面上的突破，所謂“超級(jí)電池”，是將超級(jí)電容器與鉛酸電池的并聯(lián)使用(“外并”)，進(jìn)化為“內(nèi)并”就是將雙電層電容器的高比功率、長壽命的優(yōu)勢融合到鉛酸電池中，在保持“外并”提高功率、延長電池壽命優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又能簡化電路，提高比能量，并降低總費(fèi)用。超級(jí)蓄電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比：功率可提高20～50％，壽命至少可延長2～3倍，此外超級(jí)蓄電池可以變更組合，適應(yīng)各種用途，除了電動(dòng)車輛的動(dòng)力之外，還可適用于固定型電池、UPS、邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏系統(tǒng)等。因此，在巨大的產(chǎn)業(yè)與商業(yè)利益的驅(qū)動(dòng)下，“超級(jí)電池”得到越來越多研究工作者的極大關(guān)注。美國，德國日本等發(fā)達(dá)國家均有長期從事該領(lǐng)域的研究小組。2009年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布，撥款24億美元支持美國48個(gè)項(xiàng)目發(fā)展“下一代電池和電動(dòng)車”生產(chǎn)，其中3250萬美元用于生產(chǎn)“超級(jí)電池”。不難看出，美國政府認(rèn)為“超級(jí)電池”將會(huì)在下一代電動(dòng)車上得到應(yīng)用。

值得注意的是，“超級(jí)電池”的性能突破是依靠將高比表面炭材料或炭電極用到鉛酸電池中，即“鉛炭復(fù)合”，發(fā)揮高比表面炭材料的高導(dǎo)電性和對(duì)鉛基活性物質(zhì)的分散性，提高鉛活性物質(zhì)的利用率，并能抑制硫酸鉛結(jié)晶的長大和失活。高比表面炭材料在高功率充放電和脈沖放電時(shí)可提供雙電層電容，減弱大電流對(duì)負(fù)極的損害，它還使鉛負(fù)極內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，這有利于高功率充放電下電解液離子的快速遷移。當(dāng)前“鉛炭復(fù)合”的技術(shù)手段通常采取鉛粉，炭及添加劑攪拌混合等物理手段，如中國專利200910227199.0中公布了一種鉛炭電池，既是于負(fù)極中直接添加了高比表面積的炭來提高電池性能的。但國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)在負(fù)極鉛膏中直接加入大量炭在循環(huán)過程中容易造成鉛膏的脫落，降低電池的壽命。一種在硫酸電解液中具有高比電容性質(zhì)及穩(wěn)定的電化學(xué)性能的鉛炭復(fù)合材料作為超級(jí)電池的負(fù)極材料是實(shí)現(xiàn)超級(jí)電池功能的關(guān)鍵技術(shù)之所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種原位生成的載鉛炭氣凝膠，其具有比電容理想、電化學(xué)性能穩(wěn)定的特性，符合超級(jí)電池負(fù)極材料的基本要求。

本發(fā)明還提供上述載鉛炭氣凝膠的制備方法。

一種載鉛炭氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

（1）將有機(jī)鉛鹽溶解于有機(jī)溶劑中，間苯二酚及糠醛為反應(yīng)單體,?加入交聯(lián)劑，攪拌均勻后于50～80℃下密閉反應(yīng)4～10天；

（2）然后在50～70℃下常壓干燥7～12小時(shí)，得到載鉛有機(jī)氣凝膠；

（3）將載鉛有機(jī)氣凝膠置于管式爐中在惰性氣氛中高溫炭化得到載鉛炭氣凝膠；

以下份數(shù)為摩爾份，各原料配比為：

間苯二酚?100份；

糠醛125～330份；

有機(jī)鉛鹽?0.2～1份；

交聯(lián)劑?1.5～10份；

間苯二酚與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為0.05～0.2g/ml。

進(jìn)一步的，有機(jī)鉛鹽為醋酸鉛、四乙基鉛或者四甲基鉛。

進(jìn)一步的，有機(jī)溶劑為異丙醇、甲醇或者乙醇。

進(jìn)一步的，所述的交聯(lián)劑為六亞甲基四胺、三亞乙基四胺、二乙胺基丙胺以及三聚氰胺中的一種或兩種以上的混合物。

進(jìn)一步的，所述的高溫炭化的條件為以3～8℃/分鐘的速度從室溫升到800～1000℃并恒溫保持1～6小時(shí)后，自然冷卻至室溫得到載鉛炭氣凝膠。

上述制備方法制備的載鉛炭氣凝膠，在密度為1.28g/ml的硫酸電解液中，其比電容為78～120?F/g。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：