[發明專利]石墨烯復合電極材料與制備方法、鉛碳電池負極鉛膏與制備方法及鉛碳電池

在審

• 申請號: 201210358476.3
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN103682357A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵;吳鳳
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及蓄電池技術領域，特別是涉及一種石墨烯復合電極材料與制備方法、鉛碳電池負極鉛膏與制備方法及鉛碳電池。

背景技術

鉛酸電池的發展已經有了一百多年的歷史，而其改進產品閥控式鉛酸電池(VRLA)也有了幾十年的歷史。它應用領域十分廣泛，目前主要包括汽車打火裝置，小型家用儲能裝置以及電廠使用的大型儲能設備等。鉛酸電池尤其是閥控式鉛酸電池的廣泛應用，主要歸功于成本低、壽命長、安全性能好，而且廢舊電池的回收利用率高達95%以上等特點。隨著研究的不斷深入，鉛酸電池將會向著更大的容量以及更好的倍率性能方向發展，使它在更多的領域得到更廣泛的使用。

由于電動力車的發展，電池的要求不僅需要能提供長時間的能量供應，更需要電池在高倍率下工作，但是長時間的大電流放電，會使鉛酸電池發生硫酸鹽化，從而影響它的使用壽命。特別是鉛酸電池的負極大倍率放電循環性能差，壽命短，不能達到現有電動力車和儲能后備電源的要求。

目前，將碳材料插入鉛負極中以制備鉛碳電池成為當研究的熱點。碳材料能夠提高鉛活性物質的分散性，提高鉛性活性物質利用率，有利于提高鉛碳電池的循環性能。

然而，現有的鉛碳電池，由于負極在大功率條件下硫酸鹽化嚴重，導致負極的循環壽命較短，從而使得鉛碳電池的循環性能較差，難以滿足電動力車和儲能后備電源的要求。

發明內容

基于此，有必要提供一種能提高鉛碳電池的循環性能的石墨烯復合電極材料及其制備方法。

進一步，提供一種鉛碳電池負極鉛膏及其制備方法、鉛碳電池。

一種石墨烯復合電極材料，包括氮摻雜石墨烯及吸附于所述氮摻雜石墨烯片層間的硫酸鉛，所述氮摻雜石墨烯與硫酸鉛的質量比為1:10~20。

一種石墨烯復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

制備氮摻雜石墨烯；

按1g:53mL~107mL的比例將所述氮摻雜石墨烯浸漬于濃度為0.2g/mL的醋酸鉛溶液中，超聲處理0.5小時~1小時，得到分散液；

按體積比為100mL:5.4mL~8.1mL向所述分散液中加入濃度為1.2g/mL硫酸溶液，攪拌反應0.5小時~1小時；及

過濾、干燥后得到石墨烯復合電極材料，所述石墨烯復合電極材料包括氮摻雜石墨烯及吸附于所述氮摻雜石墨烯片層間的硫酸鉛，所述氮摻雜石墨烯與硫酸鉛的質量比為1:10~20。

在其中一個實施例中，所述氮摻雜石墨烯的制備方法為：

將氧化石墨或者石墨烯置于氨氣氛圍中，以5~15℃/min的升溫速度升溫至500℃~700℃，反應0.5~1小時，冷卻后得到氮摻雜石墨烯。

在其中一個實施例中，所述氮摻雜石墨烯的制備方法為：

將氧化石墨或石墨烯與尿素、碳酸銨、碳酸氫銨、乙酸銨或三聚氰胺混合得到混合物，將所述混合物在惰性氣體保護的條件下以5~15℃/min的升溫速度升溫至500℃~700℃，反應0.5~1小時，冷卻后得到氮摻雜石墨烯。

在其中一個實施例中，所述干燥的步驟為將過濾得到的濾渣于60℃~100℃下真空干燥2小時~5小時。

一種鉛碳電池負極鉛膏，包括按質量份計的以下組分：

鉛粉100份、硫酸4~100份、粘結劑0.1~8份、硫酸鋇0.1~2份、析氫抑制劑0.01~2份、腐植酸1~4份、紅丹5~15份、水12~21份、短纖維0.1~0.2份及石墨烯復合電極材料1~10份；

其中，所述石墨烯復合電極包括氮摻雜石墨烯及吸附于所述氮摻雜石墨烯片層間的硫酸鉛，所述氮摻雜石墨烯與硫酸鉛的質量比為1:10~20。

在其中一個實施例中，所述粘結劑為聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉或丁苯橡膠；

所述析氫抑制劑為氧化銦、氧化鉍、硬脂酸、硬脂酸鋇、金屬鉍或金屬釤；

所述短纖維選自尼龍、腈綸或滌綸。

在其中一個實施例中，所述鉛碳電池負極鉛膏的視密度為3.5g/mL~4.5g/mL。

一種鉛碳電池負極鉛膏的制備方法，包括如下步驟：

按質量份計，將鉛粉100份、硫酸鋇0.1~2份、析氫抑制劑0.01~2份、石墨烯復合電極材料1~10份、腐植酸1~4份、紅丹5~15份、短纖維0.1~0.2份混合得到混合物，攪拌10分鐘~20分鐘；

按質量份計，將水12~21份倒入所述混合物中得到漿料，攪拌10分鐘~20分鐘；

按質量份計，在攪拌下，將硫酸4~100份加入所述漿料中，攪拌10分鐘~20分鐘；及