[發明專利]一種氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO2

有效

• 申請號: 202011177356.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112436112B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 劉崢;艾慧婷;孫丹;馮煒怡;梁秋群
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料，其特征在于以氮摻雜羅漢果殘渣基碳材料為載體。同時發明還公開了該氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料的制備方法。該氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料具有良好的電化學性能和析氫抑制性能雙重功能，即能解決鉛碳電池在高倍率荷電工作狀態下運行產生不可逆硫酸鹽化的現象，又能解決鉛碳電池因添加碳材料而產生的析氫現象。

技術領域

本發明屬于鉛碳電池負極材料制備技術領域，主要涉及一種氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料及制備和應用。

背景技術

鉛碳電池既保留了鉛酸蓄電池安全可靠、回收率高、價格低的優點，又具有鉛酸蓄電池和超級電容器的雙重功能，在HRPSoC狀態下具有極好的循環使用壽命和較高的功率密度，在負極板中加入多孔碳材料，碳添加劑對鉛碳電池起到緩沖電流、提供導電網絡的作用，從而改善電池的電化學行為，延長負極板在高倍率部分荷電狀態下的循環壽命。

市面上的碳材料層出不窮，添加在鉛碳電池負極中的碳材料主要有：活性炭、炭黑、碳納米管、乙炔黑、石墨烯、生物質碳等，添加的這些碳材料在不同程度上均對減緩鉛碳電池在高倍率荷電工作狀態下運行產生不可逆硫酸鹽化的現象有一定的幫助，但其中有些碳材料價格比較昂貴，如：石墨烯、碳納米管等，而像乙炔黑這樣的碳材料，其顆粒細小，在電池中容易團聚，不利于活性物質鉛的分散，從而降低鉛的利用率，從而影響鉛碳電池的電化學性能。在諸多的碳材料中，生物質碳則是最廉價易得的，自然界中的生物質，包括許多不被處理的農業廢棄物，都是非常寶貴的碳資源，以生物質為碳源，人們可以根據需要，通過人工耦合技術，將生物質碳與其他化學組分復合，對生物質碳進行改性和調控其結構已成為研究熱點之一。

然而鉛碳電池的發展也存在著一些問題，例如，在大多數情況下，人們僅僅是簡單地將碳材料和負極材料中的活性物質、析氫抑制劑、粘結劑等物質混合，在一定量的水和硫酸溶液中進行機械攪拌，而后獲得鉛膏，將其涂覆于鉛鈣合金板柵上，再經淋酸、固化、干燥、化成等工序得到負極板。但由于碳添加劑的密度小，與負極材料添加劑的密度有一定的差異，尤其是和鉛粉的密度相差很大，因此簡單的機械混合，使得鉛膏中碳材料與負極活性物質之間存在界面不相容性，這會增加界面歐姆電阻，導致電池在HRPSoC狀態下長時間運行時發生中斷的可能，最終影響負極活性物質的導電性。除此之外，碳添加劑也出現了嚴重的問題，碳材料有較低的析氫過電勢，在電池進行充電的后期，負極容易析出氫氣，加速電解液枯涸，此外，產生的氫氣泡使碳顆粒與鉛分離，從而破壞了負極板結構的穩定性，最終也會縮短電池的循環壽命。因此，針對如何減緩鉛碳電池不可逆硫酸鹽化和負極析氫的研究仍然具有十分重要的意義。

近幾年來，SnO₂因其在豐度、環境友好性、高理論容量和安全性等方面具有獨特優勢，由此被視為有前景的電極材料，尤其是被用作鋰離子電池的陽極材料，除此之外，SnO₂在鉛碳電池中的應用也有少數報道，Sn與Pb為同一主族元素，兩種元素的化學性質相近，SnO₂除了有能夠抑制氫氣析出的作用外，還與鉛碳電池中負極活性物質之一的PbO類似，應用到鉛碳電池負極時，可以發揮活性物質的作用。

基于自然界生物質原料豐富、廉價易得，包括農業廢棄物的利用價值尚低的現狀，本著充分利用可再生生物質資源的理念，本申請以羅漢果殘渣作為碳源，利用水熱-摻雜法制備氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料，并應用于鉛碳電池負極材料中。

發明內容

本發明的目的：制備一種即能解決鉛碳電池在高倍率荷電工作狀態下運行產生不可逆硫酸鹽化的現象，又能解決鉛碳電池因添加碳材料而產生的析氫現象的復合材料------氮摻雜羅漢果殘渣基C/SnO₂復合材料。