[發(fā)明專(zhuān)利]一種多孔炭負(fù)載超小PbSO4

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010271981.9
• 申請(qǐng)日: 2020-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112133914A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林海波;時(shí)軍;林楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林省凱禹電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/14;H01M10/0525;H01M10/054;C01B32/05;C01G21/20;B01J27/053;B01J37/10;B82Y30/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 朱世林;牟風(fēng)平

本發(fā)明提出了一種多孔炭負(fù)載超小PbSO₄納米粒子復(fù)合材、料制備方法及其應(yīng)用。在這種結(jié)構(gòu)中,超小粒子PbSO₄直接錨定在多孔炭上，從而使得在正極放電時(shí)作為沉積位點(diǎn)得以有效沉積PbSO₄。制備的主要過(guò)程為：首先將多孔炭進(jìn)行羧基化處理，然后溶于一定濃度的硝酸鉛水溶液中，經(jīng)一定溫度下的攪拌，用水過(guò)濾，然后再用硫酸過(guò)濾，即可得到多孔炭負(fù)載的超小PbSO₄粒子。本發(fā)明所提出的制備工藝簡(jiǎn)單，在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)并用于商業(yè)化電池推廣等方面具有非常大的潛力。將本發(fā)明所得到的材料用作鉛炭電池正極添加劑，可以明顯的提升電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種多孔炭負(fù)載超小PbSO₄納米粒子、制備方法及其應(yīng)用，屬于無(wú)機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

自鉛酸電池發(fā)明和應(yīng)用以來(lái)，憑借其超高的性?xún)r(jià)比、物料的可循環(huán)利用以及優(yōu)異的性能等，在電化學(xué)能源存儲(chǔ)領(lǐng)域中占據(jù)十分重要的地位。然而，隨著目前社會(huì)和科技的發(fā)展，電化學(xué)能源客戶(hù)端應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，如風(fēng)光儲(chǔ)能、啟停等新領(lǐng)域的出現(xiàn)，給鉛酸電池帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)這個(gè)機(jī)遇，鉛酸電池得到了進(jìn)一步的發(fā)展，因此鉛炭電池誕生。目前鉛炭電池主要是指將傳統(tǒng)鉛酸電池的負(fù)極中加入合適的碳材料或者完全將鉛負(fù)極置換為炭電極等，再與傳統(tǒng)正極結(jié)合。鉛炭電池有效改善了傳統(tǒng)鉛酸電池負(fù)極快速硫酸鹽化現(xiàn)象，使得鉛炭電池的循環(huán)壽命提高，進(jìn)一步適應(yīng)風(fēng)光儲(chǔ)能、啟停等新應(yīng)用場(chǎng)景。

然而，在鉛炭電池正極的研究中，鉛炭電池的正極較短的循環(huán)壽命等仍舊制約著鉛炭電池的發(fā)展。比如電動(dòng)車(chē)用鉛炭電池的深充深放過(guò)程中，鉛炭電池正極受極板隨著循環(huán)的進(jìn)行逐漸軟化、脫落，使得電池的壽命受到極大的限制。

隨著循環(huán)的進(jìn)行，正極的活性物質(zhì)從細(xì)密的多孔結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立的大顆粒活性物質(zhì)。更大顆粒的存在逐漸與正極極板脫離，從而造成正極軟化、脫落。因此，在循環(huán)中抑制正極活性物質(zhì)的團(tuán)聚并使其保持一定的細(xì)密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將會(huì)對(duì)正極活性物質(zhì)的失效產(chǎn)生巨大的緩解作用。因此合理誘導(dǎo)硫酸鉛的沉積并緩解其大顆粒化團(tuán)聚將是一個(gè)非常合理的提高正極循環(huán)壽命的策略。眾所周知，鉛炭電池的循環(huán)就是一個(gè)電沉積的過(guò)程。在放電過(guò)程中硫酸鉛的沉積一般遵循電子轉(zhuǎn)移-化學(xué)沉淀過(guò)程。而沉淀一般更容易發(fā)生在晶種上，因此可以通過(guò)超小硫酸鉛粒子進(jìn)行誘導(dǎo)硫酸鉛的沉淀，最終可以控制PbSO₄沉積后的形貌依然是小粒徑。不僅如此，超小粒子的PbSO₄具有非常大的表面能，因此對(duì)于沉積PbSO4更加有利。而大尺寸的多孔炭作為沉積后PbSO4網(wǎng)絡(luò)的核心，從而構(gòu)建出放電產(chǎn)物的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出了一種以多孔炭為基質(zhì)制備超小粒子PbSO₄的簡(jiǎn)單制備方法。在這種結(jié)構(gòu)中,超小粒子PbSO₄直接錨定在多孔炭上，從而使得在正極放電時(shí)作為沉積位點(diǎn)得以有效沉積PbSO₄。制備的主要過(guò)程為：首先將多孔炭進(jìn)行羧基化處理，然后溶于一定濃度的硝酸鉛水溶液中，經(jīng)一定溫度下的攪拌，用水過(guò)濾，然后再用硫酸過(guò)濾，即可得到多孔炭負(fù)載的超小PbSO₄粒子。本發(fā)明所提出的制備工藝簡(jiǎn)單，在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)并用于商業(yè)化電池推廣等方面具有非常大的潛力。將本發(fā)明所得到的材料用作鉛炭電池正極添加劑，可以明顯的提升電池的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容：

針對(duì)目前鉛炭電池正極存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種可以簡(jiǎn)單制備的多孔炭負(fù)載超小PbSO₄納米粒子復(fù)合材料的方法，并將其作為鉛炭電池正極添加劑。在放電過(guò)程中，該材料可以使得PbSO4有效沉積在超小PbSO₄納米粒子上，因此，細(xì)密的PbSO4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)繼續(xù)形成，緩解了正極活性物質(zhì)的大顆粒化也即是軟化、脫落。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多孔炭負(fù)載超小PbSO₄納米粒子復(fù)合材料制備方法，其特征在于，包括如下步驟：