[發(fā)明專利]一種石墨烯改性鉛棉材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711471190.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN108183221A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國(guó)璋;季紹飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海鈦潤(rùn)電子技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/56;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/06;B82Y30/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種電池用石墨烯改性鉛棉材料及其制備方法，該復(fù)合材料包含以下重量份的組分：鉛金屬90～99wt％；石墨烯負(fù)載納米銀1～10％。制備方法包括：(1)通過液相剝離法制備石墨烯分散液；(2)將硝酸銀加入石墨烯分散液中，通過二甲基甲酰胺的還原形成石墨烯負(fù)載納米銀；(3)將石墨烯負(fù)載納米銀粉末和鉛粉在高速攪拌機(jī)中共混均勻制得共混粉體；(4)將共混粉體熔融擠出制得電池用石墨烯改性鉛棉材料。該材料中石墨烯負(fù)載納米銀顆粒在鉛金屬間形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使電池能以極大的電流充放電且循環(huán)壽命長(zhǎng)。同時(shí)使電池重量減輕，性能更可靠、更均衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池用石墨烯改性鉛棉材料及其制備方法，屬于先進(jìn)功能性復(fù)合材料設(shè)計(jì)及制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鉛布電池具有優(yōu)良的大電流充放電性能和較高的比能量，是一種發(fā)展前景很好的鉛酸蓄電池。鉛布電池與其它鉛酸蓄電池的主要區(qū)別在于其板柵材料和基于這種板柵而帶來的結(jié)構(gòu)上的變化，它既不是傳統(tǒng)鑄造板柵，也不是拉網(wǎng)板柵，而是由纖維復(fù)合鉛絲織成的鉛網(wǎng)。鉛布電池一般分為水平鉛布電池和卷繞鉛布電池。水平鉛布電池由美國(guó)的Electrosource公司發(fā)明，并在電動(dòng)車上取得極大成功，在3小時(shí)率放電時(shí)，電池的質(zhì)量比能量可達(dá)40～45Wh/Kg。1996年，水平鉛布電池獲得美國(guó)杰出工業(yè)成就獎(jiǎng)，引起電池界的廣泛關(guān)注。但隨著技術(shù)的發(fā)展，鉛布電池性能開始逐漸滿足不了目前新能源電池的需求，國(guó)內(nèi)一些鉛酸蓄電池企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)先后進(jìn)行了大量技術(shù)開發(fā)，仍然無(wú)法突破技術(shù)瓶頸。

石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/(V·s)，超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦(InSb)的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達(dá)250000cm²/(V·s)。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50～500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm²/(V·s)左右。另外，石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)可以通過電場(chǎng)作用改變化學(xué)勢(shì)而被觀察到，而Novoselov等在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。石墨烯中的載流子遵循一種特殊的量子隧道效應(yīng)，在碰到雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生背散射，這是石墨烯局域超強(qiáng)導(dǎo)電性以及很高的載流子遷移率的原因。

以石墨烯作為功能粒子填充于金屬材料中，可有效提高金屬材料的導(dǎo)電能力。同時(shí)，由于石墨烯材料的納米增強(qiáng)效應(yīng)，復(fù)合材料的力學(xué)性能亦可獲得明顯提升，從而應(yīng)用在新的技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種電池用石墨烯改性鉛棉材料及其制備方法。該鉛棉材料作為電池材料使用時(shí)電流分布非常均勻，可極大地降低電池內(nèi)阻，使電池能以極大的電流充放電，且有效增加電池循環(huán)壽命。同時(shí)，使電池重量減輕，性能更可靠、更均衡。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種電池用石墨烯改性鉛棉材料，各組分及其重量百分比含量為：

鉛金屬，90～99wt％；

石墨烯負(fù)載納米銀，1～10wt％。

以上各組成的質(zhì)量百分比含量之和為100wt％。

上述的石墨烯改性鉛棉材料的制備方法，其步驟為：

(1)通過液相剝離法制備石墨烯分散液。將2g粒徑為2～20μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺中，超聲分散2小時(shí)；然后以800～2000rpm轉(zhuǎn)速下離心50～80分鐘，離心分散后得到的上清液為石墨烯分散液；

(2)將硝酸銀加入石墨烯分散液中，通過二甲基甲酰胺的還原形成石墨烯負(fù)載納米銀。在輕柔攪拌下，將1.2g的硝酸銀水溶液滴入到溫度為50～60℃的步驟(1)制得的石墨烯分散液中，攪拌3小時(shí)，再靜置8小時(shí)，再用聚四氟乙烯膜過濾，用乙醇和丙酮洗滌，得到石墨烯負(fù)載納米銀粉末。