[發明專利]一種低溫鉛炭電池用碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911360374.3
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN113036130A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 席耀寧;閻景旺;李先鋒;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;H01M4/20;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

本發明公開了一種碳材料及其制備方法和應用，所述碳材料包括碳基材料，碳基材料表面負載納米硫酸鋇。本發明碳材料表面負載納米硫酸鋇，通過將其用于鉛炭電池負極，能夠在電池放電末期提供大量的硫酸鉛結晶位點，從而提高電池在低溫下的放電容量，同時還能提高鉛炭電池在低溫下的充電接受能力。本發明提出的碳材料的制備方法，適用于多種多孔碳基材料，包括活性炭、石墨烯、碳納米管、有序介孔炭材料等。采用本發明碳材料制備的鉛炭電池，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

本發明屬于電池儲能技術領域，具體涉及一種碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

鉛炭電池是一種以碳材料為負極添加劑的新型鉛酸電池，其特點是循環壽命長、安全性高、生產技術成熟以及成本低。鉛炭電池通過向負極中摻加碳材料在一定程度上減輕了傳統鉛酸電池的硫酸鹽化問題，進而顯著提高電池的循環壽命。

但是碳材料的摻加也導致鉛炭電池的低溫容量明顯低于相同條件下的鉛酸電池。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碳電池的碳材料，具體提出了一種碳材料及其制備方法和應用，通過在碳材料表面負載大量納米硫酸鋇晶核，使得電池負極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，提供了一種碳材料，所述碳材料包括碳基材料，碳基材料表面負載納米硫酸鋇。

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。

可選地，所述碳材料是低溫鉛炭電池用碳材料。

本發明另一方面，提供了一種碳材料的制備方法，至少包括：

將鋇鹽與絡合劑絡合反應得到鋇鹽絡合物；

采用鋇鹽絡合物對碳基材料進行改性，獲得富含納米硫酸鋇的改性碳材料。

可選地，鋇鹽的用量占鋇鹽與碳基材料總質量的1％～65％；

鋇鹽為水溶性鋇鹽；

絡合劑為氨基多羧酸類螯合劑。

具體地，鋇鹽的用量獨立選自鋇鹽與碳基材料總質量的1％、30.9％、47.2％、57.3％、64.2％、65％。

鋇鹽可以選自除硫酸鋇、碳酸鋇以外的鋇鹽，如硝酸鋇、氯化鋇等，本發明優選地，采用硝酸鋇。

絡合劑可以選自乙二胺四乙酸(EDTA)、亞氨基二琥珀酸四鈉(IDS)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、氨基三乙酸(NTA)中的任意一種。

可選地，采用鋇鹽絡合物對碳基材料進行改性，至少包括：

將碳基材料加入鋇鹽絡合物中浸漬，得到富含鋇鹽絡合物的改性碳材料；

對富含鋇鹽絡合物的改性碳材料進行燒結，得到富含鋇的氧化物的改性碳材料；

將富含鋇的氧化物的改性碳材料與硫酸溶液反應，得到富含納米硫酸鋇的改性碳材料。