[發(fā)明專利]石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料及其制備方法、鉛碳電池負(fù)極鉛膏及其制備方法與鉛碳電池負(fù)極板

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210453526.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN103811763A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;王要兵;鐘玲瓏;吳鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/38;H01M4/14
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯材料合成領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料及其制備方法、鉛碳電池負(fù)極鉛膏及其制備方法與鉛碳電池負(fù)極板。?

背景技術(shù)

鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。自1859年法國(guó)人普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池以來，鉛酸電池已經(jīng)歷了150多年的發(fā)展歷程，鉛酸電池成本低、壽命長(zhǎng)、安全性能好，而且廢舊電池的回收利用率高達(dá)95%以上，因而一直是電池領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品。?

隨著電動(dòng)汽車，電動(dòng)自行車的飛速發(fā)展，逐漸出了一種基于鉛碳技術(shù)的新型蓄電池，即鉛碳電池。鉛碳電池是將高比表面積的碳材料（如活性碳、活性碳纖維、碳?xì)饽z或碳納米管等）摻入鉛碳電池負(fù)極板的鉛膏中，發(fā)揮高比表面積碳材料的高導(dǎo)電性和對(duì)鉛膏中活性物質(zhì)的分散性，提高鉛膏中活性物質(zhì)的利用率的一類新型鉛酸電池。將碳材料加入到負(fù)極鉛膏中，發(fā)揮了碳材料超級(jí)電容的性能，在高倍率充/放電期間起到緩沖器的作用，有效地保護(hù)負(fù)極板，抑制“硫酸鹽化”現(xiàn)象，大大提高了鉛碳電池的循環(huán)壽命。然而實(shí)驗(yàn)研究表明，碳材料的加入會(huì)使負(fù)極板析氫嚴(yán)重，不僅降低了電流效率，也會(huì)造成電池失水，對(duì)電池的循環(huán)壽命產(chǎn)生不利影響（王富茜等．鉛炭電池研發(fā)中存在的問題，蓄電池，2011，49（2）：60-64）。因此當(dāng)前形勢(shì)下非常有必要對(duì)鉛酸電池的負(fù)極鉛膏進(jìn)行改性。?

石墨烯是一種碳原子之間呈六角環(huán)形排列的二維片狀體，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)，并且其理論比表面積高達(dá)2630m²/g，因而被認(rèn)為是最理想的鉛碳電池負(fù)極緩沖材料。然而石墨烯作為一種高比表面積的碳材料，?其單獨(dú)用作鉛碳電池負(fù)極緩沖材料時(shí)也存在鉛碳電池負(fù)極板析氫嚴(yán)重的問題。因此近年來有研究將石墨烯與其他材料復(fù)合，以克服以上不足。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于對(duì)石墨烯及鉛碳電池負(fù)極鉛膏進(jìn)行改性，提供一種石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料及其制備方法，同時(shí)提供包含該復(fù)合材料的鉛碳電池負(fù)極鉛膏、鉛碳電池負(fù)極板及鉛碳電池。?

本發(fā)明通過將氧化鉍負(fù)載到石墨烯的片層上，抑制了石墨烯表面上氫氣的產(chǎn)生，從而抑制了鉛碳電池負(fù)極板上的析氫現(xiàn)象，有效防止了鉛碳電池電流效率的降低與電池失水現(xiàn)象的發(fā)生，保證了鉛碳電池的壽命。?

第一方面，本發(fā)明提供了一種石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料，包括石墨烯及負(fù)載在石墨烯片層上的氧化鉍，所述氧化鉍與石墨烯的質(zhì)量比為0.005～0.25：1。?

優(yōu)選地，所述氧化鉍與石墨烯的質(zhì)量比為0.05～0.25：1。?

本發(fā)明所述石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料，可替代普通鉛碳電池負(fù)極板中的活性炭、導(dǎo)電劑和析氫抑制劑，由于氧化鉍直接負(fù)載到石墨烯片層上，可以更好地發(fā)揮氧化鉍的吸氫作用，有效抑制石墨烯表面上氫氣的產(chǎn)生，抑制了鉛碳電池負(fù)極板上的析氫現(xiàn)象。?

第二方面，本發(fā)明提供了一種石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：?

（1）將石墨烯加入水中，超聲0.5～1小時(shí)，形成濃度為1～10mg/mL的石墨烯懸浮液；?

（2）將氧化鉍按氧化鉍與石墨烯的質(zhì)量比為0.005～0.25：1的比例加入到所述石墨烯懸浮液中，劇烈攪拌0.5～2小時(shí)，攪拌完全后于20～50℃下靜置12～24小時(shí)；?

（3）過濾，濾取濾渣并干燥，得到石墨烯-氧化鉍復(fù)合材料。?

優(yōu)選地，所述氧化鉍按氧化鉍與石墨烯的質(zhì)量比為0.05～0.25：1的比例加入。?

優(yōu)選地，所述劇烈攪拌為機(jī)械攪拌，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為200~800r/min。?

優(yōu)選地，所述干燥為真空干燥，干燥溫度為60～80℃，干燥時(shí)間為1～2小時(shí)。?

本發(fā)明制備方法先將石墨烯進(jìn)行超聲分散，防止其團(tuán)聚的同時(shí)使其均勻地分散在水中，加入氧化鉍并劇烈攪拌后，氧化鉍與石墨烯充分結(jié)合，經(jīng)過靜置后，氧化鉍充分進(jìn)入到石墨烯片層中，更好地發(fā)揮其吸氫作用；制備方法簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，易于操作，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。?

第三方面，本發(fā)明提供了一種鉛碳電池負(fù)極鉛膏，所述鉛碳電池負(fù)極鉛膏的原料包括：鉛粉100份、硫酸4~100份、粘結(jié)劑0.1~8份、硫酸鋇0.1~2份、氧化鉍-石墨烯復(fù)合材料1~10份、腐植酸1~4份、紅丹5~15份、水12~21份、短纖維0.1~0.2份，所述氧化鉍-石墨烯復(fù)合材料包括石墨烯及負(fù)載在石墨烯片層上的氧化鉍，所述氧化鉍與石墨烯的質(zhì)量比為0.005～0.25：1。?

優(yōu)選地，所述硫酸的密度為1.1~1.4g/cm³。?