[發(fā)明專利]一種包含鉛?石墨烯復(fù)合材料的鉛蓄電池板柵的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510540583.1
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN105206844B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳飛;張慧;郭志剛;何英;班濤偉
• 申請（專利權(quán)）人: 天能電池集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/82
• 分類號(hào): H01M4/82
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 沈自軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉛蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種包含鉛-石墨烯復(fù)合材料的鉛蓄電池板柵的制備方法。

背景技術(shù)

目前在鉛蓄電池生產(chǎn)領(lǐng)域，含鎘合金被禁止使用后，電池生產(chǎn)廠家均采用鉛鈣錫鋁合金作為正極板柵材料。申請?zhí)枮?01010241765.6的專利文獻(xiàn)公開了一種鉛鈣錫鋁合金的配制工藝，技術(shù)要點(diǎn)在于：1、將合金配方中所需重量的鉛分兩次加入，充分利用后加入的鉛對(duì)熔液進(jìn)行降溫，減少了降溫等待時(shí)間，減少了燃料用量；2、改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中分別添加鋁錠和鈣屑的做法，采用直接添加鈣鋁中間合金的做法，減少了添加頻次，且攪拌裝置直接將合金塊攪入熔鉛鍋，減少了鈣的氧化和燒損；3、采用具有半球形內(nèi)腔的熔鉛鍋，且在鍋內(nèi)設(shè)置槳葉攪拌裝置，縮短攪拌時(shí)間且攪拌均勻。然而測試發(fā)現(xiàn)，使用鉛鈣錫鋁合金電池的循環(huán)壽命比使用鉛銻鎘合金電池平均降低了近30％。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的鉛鈣錫鋁合金耐腐性不佳，這是電池壽命提前結(jié)束的主要因素。

石墨烯是一種二維碳材料，是單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯的統(tǒng)稱。于2004年問世，其發(fā)現(xiàn)者英國曼徹斯特大學(xué)安德烈-海姆教授于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約1Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，在新能源電池領(lǐng)域備受青睞。

石墨烯/金屬復(fù)合材料結(jié)合了金屬優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和石墨烯的高強(qiáng)度和低密度等性能，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，是復(fù)合材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。申請?zhí)?01410759833.6的專利文獻(xiàn)公開了一種石墨烯鉛復(fù)合材料，其特征在于固定于鉛基體的石墨烯材料片為載體，金屬鉛沉積于石墨烯表面。該石墨烯鉛既具有石墨烯材料的優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、巨大比表面積，同時(shí)具有鉛電極特征氧化還原反應(yīng)和較高的析氫過電位的特性。

結(jié)合石墨烯/金屬復(fù)合材料的優(yōu)良性能，將其應(yīng)用到鉛鈣錫鋁合的生產(chǎn)當(dāng)中，可有效提高合金的耐腐蝕性能。但由于石墨烯和金屬密度差異較大，將石墨烯納米片均勻分散到金屬基體中，使石墨烯納米片與金屬基體形成良好的接觸界面，同時(shí)不破壞石墨烯納米片的微觀組織結(jié)構(gòu)特征，這依然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種包含鉛-石墨烯復(fù)合材料的鉛蓄電池板柵的制備方法，利用鉛-石墨烯復(fù)合材料作為添加劑，使得石墨烯均勻分散在鉛合金中?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中由于石墨烯密度低，無法均勻地分布在鉛合金內(nèi)部的問題。

一種鉛蓄電池板柵的制備方法，包括以下步驟：

(1)依據(jù)板柵合金配方，稱取各原材料；

(2)將鉛錠、錫錠制成小塊；

(3)將鉛塊、錫塊、鈣屑、碎鋁片和鉛-石墨烯復(fù)合材料混合進(jìn)行球磨，獲得粉體；

(4)將粉體裝入包套中，熱擠壓制成鉛帶；

(5)對(duì)鉛帶進(jìn)行后處理，完成后沖壓制成板柵；

所述的板柵合金配方為：以重量百分比計(jì)，組成為鈣0～0.10％、錫0.0～1.0％、鋁0～0.1％、鉛-石墨烯復(fù)合材料0.1～10.0％、鉛為余量；

作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述小塊的體積為1～10cm³。便于下一步的球磨。

作為優(yōu)選，步驟(3)中，所述粉體D₉₀粒度為小于40μm。更利于各組分的充分均勻混合。

作為優(yōu)選，步驟(4)中，所述包套為圓柱形或方形鉛或鉛鈣錫鋁合金包套。粉體裝入包套后，抽真空至真空壓強(qiáng)為1×10^-2Pa以下，加熱至180～260℃，保溫0.5～3h，冷卻至室溫后焊接封口。

作為優(yōu)選，步驟(4)中，所述熱擠壓的條件：擠壓比5～15：1，擠壓速率1～10mm/s，擠壓力100～500kN。

作為優(yōu)選，在熱擠壓之前進(jìn)行熱等靜壓處理。熱等靜壓條件為240～320℃，50～150MPa下0.5～2h。

步驟(5)中所述后處理為對(duì)擠壓成型的鉛帶進(jìn)行固溶處理，再進(jìn)行時(shí)效處理。作為優(yōu)選，固溶處理為280～340℃處理10～60min。時(shí)效處理為2～5天的自然時(shí)效或60～100℃下5～10h的高溫時(shí)效。

所述的鉛-石墨烯復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

(a)利用表面活性劑對(duì)石墨烯粉末進(jìn)行改性；

(b)配置含鉛離子的彌散電鍍液；