[發(fā)明專(zhuān)利]一種納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811538256.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109860531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王連邦;張興;馮沖;吳昊;蘇利偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M10/06
• 代理公司: 杭州天正專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用。所述制備方法按照如下步驟進(jìn)行：(1)將碳材料加入氧化劑水溶液中進(jìn)行氧化處理，得到混合液A；(2)將鉛源的水溶液與混合液A混合，攪拌0.5小時(shí)以上，使鉛離子吸附在碳材料的表面，得到混合液B；(3)往混合液B中加入表面活性劑，攪拌0.5小時(shí)以上，然后經(jīng)過(guò)濾、真空干燥得到前驅(qū)體；(4)在保護(hù)氣氛中，對(duì)所得前驅(qū)體進(jìn)行300?700℃焙燒，熱處理后得到納米鉛/碳復(fù)合材料。本發(fā)明提供了所述的納米鉛/碳復(fù)合材料作為超級(jí)鉛炭電池負(fù)極活性材料的應(yīng)用。本發(fā)明納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法操作簡(jiǎn)單，得到的鉛顆粒尺寸極小且均勻地分散在碳材料的表面上，該復(fù)合材料可以更好地抑制析氫反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法和在超級(jí)鉛炭電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鉛酸電池以其價(jià)格低廉、使用安全、使用溫度范圍廣等優(yōu)勢(shì)在中低速電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主要市場(chǎng)。但是傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池使用壽命不長(zhǎng)，其循環(huán)壽命在300—500周不等，但是在負(fù)極中引入碳材料開(kāi)辟的超級(jí)鉛炭電池循環(huán)壽命能夠提高3-6倍不等。超級(jí)鉛炭電池是一種結(jié)合了碳材料的電容特性和鉛酸電池高比能量?jī)?yōu)勢(shì)的新型電池，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明超級(jí)鉛炭電池在低溫(-18℃)放電和大電流放電方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

超級(jí)鉛炭電池解決了傳統(tǒng)鉛酸電池在高倍率部分荷電狀態(tài)下的循環(huán)壽命短的問(wèn)題，但是實(shí)際市場(chǎng)對(duì)超級(jí)鉛炭電池的期望很高，目前其并不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。追究其原因在于：超級(jí)鉛炭電池在循環(huán)過(guò)程中，負(fù)極中的碳容易電解水析出氫氣。由于產(chǎn)生的氫氣過(guò)多，并不能及時(shí)與正極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)形成水，大量從電池內(nèi)部析出，最終導(dǎo)致電解液中水含量減少，酸比重增加，導(dǎo)致電池壽命終止。

為了解決這一問(wèn)題，人們提出將高析氫過(guò)電位的金屬鉛負(fù)載到碳上以抑制析氫反應(yīng)。負(fù)載的方法通常是將鉛鹽和淀粉、玉米面等生物質(zhì)在水中混合，然后再通過(guò)焙燒等操作，最終得到鉛碳復(fù)合材料。此過(guò)程工藝十分復(fù)雜，碳源是生物質(zhì)，經(jīng)焙燒后形成的碳材料中雜質(zhì)含量較多，其中部分雜質(zhì)(氯、鐵等)在超級(jí)鉛炭電池中能夠增加電池的自放電率，所以對(duì)其含量是要求很低的。

因此，有必要開(kāi)發(fā)一種操作上更加簡(jiǎn)單的鉛碳復(fù)合材料的制備方法，并且使鉛/碳復(fù)合材料可以更好地抑制析氫反應(yīng)，進(jìn)而提高超級(jí)鉛炭電池的循環(huán)壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法和作為超級(jí)鉛炭電池負(fù)極活性材料的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行：

(1)將碳材料加入氧化劑水溶液中進(jìn)行氧化處理，以提高碳材料表面的含氧官能團(tuán)數(shù)量，得到混合液A；

(2)將鉛源的水溶液與混合液A混合，攪拌0.5小時(shí)以上(優(yōu)選0.5-1小時(shí))，使鉛離子吸附在碳材料的表面，得到混合液B；

(3)往混合液B中加入表面活性劑，攪拌0.5小時(shí)以上(優(yōu)選0.5-1小時(shí))，然后經(jīng)過(guò)濾、真空干燥得到前驅(qū)體；

(4)在保護(hù)氣氛中，對(duì)所得前驅(qū)體進(jìn)行300-700℃焙燒，熱處理后得到最終產(chǎn)物納米鉛/碳復(fù)合材料。

本發(fā)明所述的納米鉛/碳復(fù)合材料的制備方法，其核心在于先對(duì)碳材料進(jìn)行氧化，氧化的目的在于提高碳材料表面的含氧官能團(tuán)數(shù)量，含氧官能團(tuán)不僅有助于鉛離子的吸附，更加能夠提高碳材料本身的析氫過(guò)電位；然后利用含氧官能團(tuán)對(duì)重金屬鉛離子的強(qiáng)吸附性，使鉛離子均勻地吸附在碳材料的表面，最后通過(guò)在保護(hù)氣中焙燒，由于碳(和氫氣)的還原性，最終得到納米鉛/碳復(fù)合材料。所述納米鉛/碳復(fù)合材料中，納米鉛的顆粒大小為50nm以下，納米鉛顆粒均勻地分散在碳材料的表面上。