[發明專利]碳材料包覆鉛粉復合材料及其應用

有效

• 申請號: 201310205331.4
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103296275A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 鄭華均;陳城勇;邸婧
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01M4/57
• 分類號: H01M4/57;H01M4/62;H01G11/46;H01G11/30
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

技術領域

本發明涉及一種碳材料包覆鉛粉復合材料及其作為鉛碳超級電池的負極材料的應用。

背景技術

鉛酸蓄電池在一百多年的歷史發展歷程中，在許多應用方面都作出了極大的貢獻，尤其近幾年環境污染和能源危機對傳統能源提出新的要求，鉛酸電池由于相對清潔、環境污染少的原因，在各個方面得到了很大應用。但其功率密度不高，循環壽命不長的缺點限制了其發展。特別是由于電池在部分荷電狀態下高倍率放電時，硫酸鉛在負極上不斷累積導致負極硫酸鹽化，從而導致鉛酸蓄電池循環壽命遠低于其潛在的壽命。所以要對鉛酸電池進行改性，提高其功率密度、充放電性能以及循環性能。

超級電容器是一種新型的儲能裝置，具有高功率密度、快速充放電、循環壽命長等特點，但是其能量密度相對電池來說較低，所以將鉛酸電池與超級電容器并聯起來使用，兩者取長補短，彌補各自的缺點，發揮彼此的優點。

超級電池是一種將超級電容器與鉛酸電池結合的新型電池，它是將超級電容器和鉛酸電池的極板直接并聯，這樣能夠將雙電層的電容器的優點融合到鉛酸電池中。專利CN?101123139A公開了一種超級電池的制備方法，在化成時將膠狀納米碳電滲至極板表面，形成碳包鉛的結構，但這可能會影響化成的效果，而且極板表面在進行充電時，會引起大量的析氫，使碳很難與鉛進行緊密的結合。專利CN?102324524A中公開了在極板中，將具有電容性能的碳取代負極板下部鉛膏，使一塊極板分成上下兩部分，上部分涂的是鉛膏，而下部分則是碳膏，雖然碳可以分一部分的電流，但單單的碳與板柵的結合是不如鉛與板柵的結合，在大電流充電時，碳表面會引起大量析氫，引起碳的脫落。

鉛碳電池是將碳材料加入到鉛粉中，通過機械攪拌的方法使其均勻混合，一方面可以提高鉛粉的分散性，同時在充放電的過程中碳材料對極板起到了一種緩沖電流的作用，另外在循環使用中，可以起到抑制硫酸鹽化的作用。專利CN?101969149A公開了將一些碳材料加入到鉛粉中混合的方法，并加入了一些氧化銦等析氫抑制劑，起到了抑制析氫的作用，但是由于碳材料與鉛的密度相差很大，引起兩者結合力不好，而且碳材料的加入也不能保證均勻地混合于鉛粉中。專利CN?102074744A公開了在碳材料中先電沉積上一定量的鉛，制備出一種鉛碳復合材料，再將復合材料加入到鉛粉中混合的方法，這樣雖然能夠提高碳材料和鉛粉的結合力，但是極板的機械強度還是遠遠不夠，兩者混合的均勻性也欠佳。

由此可見，針對鉛酸電池電極的改進方法主要有兩種思路，一種是將碳材料涂覆在負極的表面，形成內并的超級電池，另一種是將碳材料加入到鉛粉中，制成鉛碳電極，針對兩者的缺點和優點，本發明采用碳材料包覆鉛粉的方法，既使得碳材料均勻地包覆在極板表面且均勻地分散其中，也阻止了大顆粒硫酸鉛的積累，形成了“雙性”負極，不僅改善了鉛粉的分散性，提高了利用率，還提高了鉛粉與碳材料的結合力和極板的機械強度。同時采用碳材料進行包覆的同時加入了析氫抑制劑，抑制了碳材料的析氫。制作的鉛碳超級電池，不僅具有碳材料的高功率性能，也有鉛粉高容量的特性，延長了充放電循環壽命。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種碳材料包覆鉛粉復合材料及其作為鉛碳超級電池的負極材料的應用，采用所述的碳材料包覆鉛粉復合材料制成的極板機械強度好，同時可以有效保證碳材料與鉛粉混合的均勻性，以該復合材料作為負極材料制成的電池在充放電性能、功率密度、比容量和循環壽命上都有一定的提高。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種碳材料包覆鉛粉復合材料，其通過如下方法制備：在反應容器中加入碳材料、增稠劑、析氫抑制劑、酒精和去離子水，混合均勻后加入鉛粉，經過超聲分散后加熱除去水分和酒精，使鉛粉均勻地包覆上碳材料，然后采用管式爐在惰性保護氣體的保護下進行燒結碳化，研磨過篩，得到碳材料包覆鉛粉的復合材料；所述碳材料、增稠劑、析氫抑制劑、酒精、去離子水和鉛粉的投料質量比為0.5～10：0.1～5：0.01～1：20～100：20～100：20～100。

進一步，所述的碳材料為石墨、活性炭、碳水化合物、乙炔黑、介孔碳、石墨烯和碳納米管中的一種或者幾種的組合。

進一步，所述的增稠劑為碳水化合物、纖維素類、聚丙烯酸酯、明膠和聚乙烯醇中的一種或者幾種的組合。

進一步，所述的析氫抑制劑為氧化銦、氧化鉍、氧化鋅、氧化鈣、氧化鎵、氧化鉛中的一種或者幾種。

進一步，所述的鉛粉為常規的工業級產品，粒徑在0.5～20μm，鉛粉氧化度：70～80%。