[發(fā)明專利]一種鉛炭電池負極用改性活性炭復合材料及其制備方法、鉛炭電池

有效

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• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN111509197B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 朱振濤;趙永彬;鄭申棵;馬立軍
• 申請（專利權）人: 山東歐鉑新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/14;H01M10/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種活性炭復合材料，包括活性炭和復合在所述活性炭上的炭化鎳。本發(fā)明采用復合的方式，將炭化鎳均勻分散在活性炭的表面，炭化鎳的加入提高了碳材料在鉛表面的析氫電位，使得活性炭的抑制析氫的功能得到有效的提高。本發(fā)明對活性炭進行改性提高了活性炭的親水性并負載了抑制析氫反應的炭化鎳，提高了鉛炭電池活性鉛膏的緊密性和充電性能，降低了鉛膏的阻抗，避免充放電過程中活性炭的脫落，同時炭化鎳的加入提高了碳材料在鉛表面的析氫電位，延緩了電池的失效。

技術領域

本發(fā)明屬于鉛炭材料技術領域，涉及一種活性炭復合材料及其制備方法、鉛炭電池，尤其涉及一種鉛炭電池負極用改性活性炭復合材料及其制備方法、鉛炭電池。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步，全球儲能電池市場規(guī)模快速增長。鉛酸電池作為一種傳統(tǒng)的儲能電池已經有160余年，在現(xiàn)今的儲能領域仍占有舉足輕重的地位，因而鉛酸電池也是目前所有儲能電池中技術最成熟的電池，具有價格低廉、安全性高、電池回收率高等優(yōu)點，是儲能電池應用的首選。然而，鉛酸電池由于比能量低(35～40Wh/kg)、體積大、快速充電困難及循環(huán)壽命短(300～800次)等缺點極大地限制了其應用與發(fā)展，特別是在高倍率部分荷電狀態(tài)(HRPSoC)下電池的負極不可逆硫酸鹽化問題，加速了電池的失效。

在鉛酸電池的基礎上，鉛炭電池則是一種新型的超級電池，是將活性炭添加到鉛酸電池的負極活性材料Pb中，從而形成超級電容的特性，能極大的提高鉛炭電池的性能，這樣既發(fā)揮了超級電容瞬間高倍率充放電的優(yōu)點，又發(fā)揮了鉛酸電池比能量的優(yōu)勢，且具有非常好的充放電性能--90分鐘就可充滿電(鉛酸電池若這樣充、放，壽命只有不到30次)。而且由于高比表面積炭材料的加入，消除了電池負極不可逆硫酸鹽化的現(xiàn)象，延長了HRPSoC工作模式下電池的循環(huán)壽命，大大延長了電池的循環(huán)壽命。

但是，活性炭的加入同時也帶了兩個負面影響：一是活性炭的脫落，二是析氫加劇。炭材料是一種低析氫過電位材料，這與鉛酸電池負極的工作電位不相匹配，在電池正常充放電的情況下易產生嚴重的析氫現(xiàn)象，加速電解液失水干涸，導致電池失效，這嚴重影響了鉛炭電池的壽命；另外活性炭與鉛膏的結合性差，充放電過程中易于脫落，限制了鉛炭電池的應用。

目前，基于碳材料表面的析氫過電勢比鉛表面低，所造成析氫加劇的問題，現(xiàn)有技術中多采用添加有機鉍、銦、鎵等進行改善，如常用的析氫抑制劑主要有氧化銦、二氧化錫、氧化銀和鋅的化合物。雖然在炭材料中添加適當的析氫抑制劑理論上能夠解決鉛炭電池的析氫問題，但通過簡單的混合加入到鉛炭電池負極中，還是僅僅能具有一定的抑制析氫效果，沒有達到析氫抑制劑的完全應用，而且這些物質作為添加劑在極板中所允許的含量很低，所以效果不明顯。

因此，如何將更好的解決鉛炭電池的析氫問題和鉛酸電池本體的結合問題，更加發(fā)揮活性炭的性能，一直是業(yè)內諸多一線研發(fā)人員所面臨的關鍵性挑戰(zhàn)之一。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種活性炭復合材料及其制備方法、鉛炭電池，特別是一種鉛炭電池負極用改性活性炭復合材料，本發(fā)明通過將活性炭和炭化鎳進行復合，提高了碳材料在鉛表面的析氫電位，使得復合材料的抑制析氫的功能得到有效的提高，從而解決了活性炭在鉛炭電池中出現(xiàn)的問題。

本發(fā)明提供了一種活性炭復合材料，包括活性炭和復合在所述活性炭上的炭化鎳。

優(yōu)選的，所述活性炭為改性活性炭；

所述活性炭具有多孔的網絡狀結構；

所述炭化鎳復合在所述活性炭表面。

優(yōu)選的，所述改性活性炭的比表面積為1000～2000m²/g；

所述改性活性炭的孔容量為1.5～1.9cm³/g；

所述改性活性炭的D50粒徑為12.3～12.7μm。