[發明專利]一種包含鉛?石墨烯復合材料的鉛蓄電池板柵

有效

• 申請號: 201510545826.0
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105140524B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 陳飛;張慧;郭志剛;何英;班濤偉
• 申請（專利權）人: 天能電池集團有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/68
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 沈自軍

技術領域

本發明涉及鉛蓄電池技術領域，尤其涉及一種包含鉛-石墨烯復合材料的鉛蓄電池板柵。

背景技術

石墨烯是一種二維碳材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料。由于高導電性、高強度、超輕薄等特性，在新能源電池領域備受青睞。

石墨烯/金屬復合材料結合了金屬優異的導電性、導熱性、延展性和石墨烯的高強度和低密度等性能，其應用范圍越來越廣泛，是復合材料領域研究的熱點。

鉛密度為11.34g/cm³，熔點327.5℃，是鉛蓄電池板柵的主要材料。但鉛質柔軟，延性弱，展性強，單純金屬鉛制備板柵時，不易加工，且難以抵抗電池充放電過程導致的板柵膨脹，所以，作為蓄電池板柵材料，需要添加其它金屬，制備合金，如鉛銻鎘合金、鉛鈣錫鋁合金等。鉛銻鎘合金現已被國家禁止使用，鉛鈣錫鋁合金作為蓄電池板柵材料時，容易造成蓄電池早期容量損失，且該合金的耐腐蝕性也相對較差。鉛-石墨烯復合金屬，可以保證耐腐蝕性的同時，顯著提高鉛合金硬度，作為蓄電池板柵合金具有較好的應用前景。

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，同時不破壞石墨烯納米片的微觀組織結構特征，這依然是一個很大的挑戰。

申請號為201210498680.5的專利文獻公開了一種鉛酸蓄電池板柵，包括邊框與連接在邊框外圍的極耳，所述邊框內設有石墨烯柵本體、沉積在石墨烯柵本體上的鉛層和沉積在鉛層表面的聚苯胺層，所述石墨烯柵本體為由石墨烯紙制成的網格狀結構。該發明采用石墨烯紙作為柵體，經過沉積鉛層與聚苯胺層，從而制得比表面積大、機械強度高、重量輕且耐腐蝕性能強的鉛酸蓄電池板柵。但是該發明仍舊沒有實現將石墨烯均勻分散在金屬基體中。

常規冶煉方法，難以保證石墨烯均勻分散在鉛基體中，無法發揮石墨烯/金屬復合材料的優勢。復合電鍍技術是在電鍍基礎上發展起來的一種表面處理技術，在電鍍液中加入固體微粒如石墨烯粉末等，通過攪拌使固體微粒懸浮于溶液中，實現分散微粒與基體金屬的共沉積，可制備功能性鍍層。所以，本發明通過復合電鍍技術制備鉛-石墨烯復合材料，再與鉛粉或鉛合金混合，可保證石墨烯材料在鉛合金中均勻分散，以提高鉛合金性能。

發明內容

本發明提供了一種包含鉛-石墨烯復合材料的鉛蓄電池板柵，通過添加鉛-石墨烯復合材料，保證石墨烯在鉛合金中均勻分散，提高了鉛蓄電池板柵抗蠕變性、耐腐蝕性等方面的性能。

一種包含鉛-石墨烯復合材料的鉛蓄電池板柵，其特征在于，以重量百分比計，組成為：錫0.01～1.0％、鉛-石墨烯復合材料0.5～10.0％、鉛為余量。

更優選的，以重量百分比計，組成為：錫0.01～0.5％、鉛-石墨烯復合材料4.0～10.0％、鉛為余量。

在鉛蓄電池板柵配方中添加錫的作用是提高合金的流動性、延展性。

所述的鉛-石墨烯復合材料的制備方法包括以下步驟：

(1)利用表面活性劑對石墨烯粉末進行改性；

(2)配置含鉛離子的彌散電鍍液；

(3)向彌散電鍍液中加入經過改性的石墨烯粉末，以純鉛板為陽極，以惰性導電基體為陰極，電化學沉積獲得沉積物；

(4)將沉積物從惰性導電基體表面刮下，水洗至中性，真空干燥后獲得鉛-石墨烯復合材料。

復合電鍍技術是在電鍍基礎上發展起來的一種表面處理技術，在含有鉛離子的彌散電鍍液中加入石墨烯粉末，進行電鍍，實現石墨烯粉末與基體金屬鉛的共沉積，可制備石墨烯均勻分散在鉛基體中的復合材料。

表面活性劑具有異極性，可吸附在石墨烯粉末表面，增強石墨烯的親水性，減小固液間的表面張力，使其均勻地分散在鍍液中，而較易進行復合電鍍。表面活性劑也具有一定的分散能力，可以減少在石墨烯在復合電鍍過程中的團聚現象，使石墨烯表面能夠均勻地鍍覆上鉛。優選的，表面活性劑采用硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨中的一種或幾種的混合物。

優選的，步驟(1)中，所述改性為：將石墨烯粉末按照50～400g/L的比例加入到濃度為0.05～3g/L的表面活性劑溶液中，浸泡10～60min，取出后洗滌至中性，抽濾，烘干。更優選的，浸泡過程采用超聲輔助，增加石墨烯粉末在溶液中的分散程度，便于表面活性劑吸附到石墨烯粉末表面。烘干的溫度為60～150℃。