[發明專利]一種低析氫碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911360369.2
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN113036129A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 閻景旺;李先鋒;席耀寧;張洪章;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/57;H01M10/06
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張梅娟

本發明公開了一種低析氫碳材料及其制備方法和應用，所述低析氫碳材料包括石墨化有序介孔碳，石墨化有序介孔碳表面負載有納米硫酸鋇和析氫抑制劑。本發明通過在石墨化有序介孔碳表面負載大量納米硫酸鋇和析氫抑制劑，一方面，能夠在電池放電末期提供大量的硫酸鉛結晶位點，提高電池低溫放電容量和充電接受能力；另一方面，能夠提高鉛炭電池負極的析氫過電位，減少負極充電過程中的氫氣析出量。將本發明低析氫碳材料摻入負極制備得到的鉛炭電池，在?40℃～0℃的低溫條件下，依然能能夠保持優異的電池性能，拓展了鉛炭電池的應用領域。

技術領域

本發明屬于低溫儲能電池與啟停電池技術領域，具體涉及一種低析氫碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

在過去的近兩個世紀時間里，鉛酸電池一直占據著低成本大規模儲能電池市場的主導地位，鉛酸電池以其成熟的生產技術、高安全性、生產成本低、高回收率等優點在全球范圍內被廣泛應用。

在鉛酸電池的負極中摻加一定量的碳材料便構成了鉛炭電池，鉛炭電池利用其碳材料的高導電性可以有效的抑制鉛酸電池的硫酸鹽化問題，因而大幅延長鉛酸電池的循環使用壽命，然而碳材料的加入為鉛炭電池帶來了兩個新的突出問題：一是電池負極的析氫問題，二是電池的低溫容量明顯降低的問題。

造成鉛炭電池低溫容量偏低的主要原因是：低溫條件下，電解液硫酸濃度的降低會提高其冰點溫度，進而降低電解質離子的遷移速度，增大電極的濃差極化。負極濃差極化的增大，會使鉛炭電池的端電壓在放電過程中提前達到放電終止電壓，使電池放出的電量有所下降。增大電解液的濃度，雖然可以在一定程度上提高鉛炭電池的低溫放電容量，但會加速電極的硫酸鹽化，顯著降低電池的充放電循環壽命。所以通過簡單提高電解液濃度改善鉛炭電池低溫容量發揮的路線是行不通的。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種適用于內混型鉛炭電池的碳材料，具體提出了一種低析氫碳材料及其制備方法和應用，通過在石墨化有序介孔碳表面負載有納米硫酸鋇和析氫抑制劑，在抑制電池充電過程析氫的同時，能夠在電池放電末期提供大量的硫酸鉛結晶位點，從而提高電池低溫放電容量。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面，提供了一種低析氫碳材料，所述低析氫碳材料包括石墨化有序介孔碳，石墨化有序介孔碳表面負載有納米硫酸鋇和析氫抑制劑。

可選地，納米硫酸鋇的含量為碳材料總質量的0.1％～99％。

可選地，所述納米硫酸鋇的粒徑范圍為0.1～500nm。

析氫抑制劑的用量為析氫抑制劑與石墨化有序介孔碳總質量的0.1％～91％。

具體地，析氫抑制劑的用量獨立選自析氫抑制劑與石墨化有序介孔碳總質量的0.1％、1％、20％、70.3％、74.7％、80.6％、90.8％、91％。

可選地，析氫抑制劑為高析氫過電位元素的單質或化合物；

高析氫過電位元素包括Zn、Bi、Cd、Pb、In、Sn中的至少一種；

化合物包括硝酸鹽、乙酸鹽、醇鹽中的至少一種。

本發明另一方面，提供了一種低析氫碳材料的制備方法，至少包括：

制備石墨化有序介孔碳；

將石墨化有序介孔碳在析氫抑制劑的溶液中浸漬混合，得到抑制析氫碳材料；

將鋇鹽與絡合劑進行絡合反應，得到鋇鹽絡合物；

采用鋇鹽絡合物對所述抑制析氫碳材料進行改性，得到低析氫碳材料。

可選地，鋇鹽的用量占鋇鹽與抑制析氫碳材料總質量的1％～65％；

鋇鹽為水溶性鋇鹽；