[發(fā)明專利]金屬鉛復(fù)合材料及其用途、鉛酸電池電極板柵及其制備方法、電極、電池、電動車

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210647272.5
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN114976036B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊樹斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/68;H01M4/73;H01M4/14;H01M4/84;H01M10/06;B60L50/60
• 代理公司: 北京譜帆知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11944
• 代理人: 張慧娟;王芊雨

本發(fā)明公開了一種金屬鉛復(fù)合材料及其用途、鉛酸電池電極板柵及其制備方法、電極、電池、電動車，其中，該金屬鉛復(fù)合材料包括金屬鉛或金屬鉛合金，和，添加劑，所述添加劑包括：MXene材料、MXene?MAX異質(zhì)結(jié)材料、MAX相材料具有高導(dǎo)電性，在均勻分散于熔融金屬鉛液中，通過冷卻固化后進(jìn)而得到一種新型的高導(dǎo)電金屬鉛復(fù)合材料；該金屬鉛復(fù)合材料在酸性環(huán)境下具有優(yōu)異的抗腐蝕性、穩(wěn)定性和導(dǎo)電性；同時(shí)，還能夠提高該金屬鉛復(fù)合材料的力學(xué)性能，特別適合用于鉛酸電池的電極板柵；本發(fā)明的金屬鉛復(fù)合材料與金屬鉛或其合金相比，具有更小的密度，作為鉛酸電池的電極板柵能夠有效降低電池的重量，進(jìn)而提高鉛酸電池的能量密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是屬于鉛酸電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種金屬鉛復(fù)合材料及其用途、鉛酸電池電極板柵及其制備方法、電極、電池、電動車。

背景技術(shù)

在目前的電池市場中，鉛酸電池?fù)碛懈咝詢r(jià)比、高回收率、適用溫度范圍較廣并且比鋰電池更加安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，仍然是電池市場中份額最大、適用范圍最廣的二次電池，特別是在大型儲能等領(lǐng)域。鉛酸電池是我國產(chǎn)量最大的一種蓄電池，并且我國的鉛酸電池產(chǎn)量排名世界第一。

目前商業(yè)鉛酸電池的主要缺點(diǎn)是能量密度低且循環(huán)壽命短，主要原因之一就在于鉛酸電池的電極板柵本身主要材料是純鉛或者鉛錫鈣合金等，質(zhì)量密度較大(10g/cm³)，導(dǎo)致鉛酸電池的整體質(zhì)量較高，能量密度一般不超過50Wh/kg。第二方面，板柵作為與活性物質(zhì)直接接觸的集流體，一般需要較高的導(dǎo)電性能來保證電池的穩(wěn)定充放電循環(huán)。然而，作為鉛酸電池的集流體，因?yàn)殂U酸電池所使用的電解液為硫酸溶液，所以極板也需要擁有對硫酸溶液的強(qiáng)抗腐蝕性。而且，當(dāng)鉛基板柵在鉛酸電池的循環(huán)中，如果放電之后沒有及時(shí)充電而是長時(shí)間放置，或是在充電的時(shí)候過度充電，會導(dǎo)致鉛極板與電解液發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致極板與活性物質(zhì)的接觸面積變小，界面接觸變差導(dǎo)致電池的充放電循環(huán)失效。尤其是正極板柵的腐蝕現(xiàn)象更加顯著，因?yàn)槠湓诟唠娢?約2.0V)下運(yùn)行，并與具有強(qiáng)氧化生成物PbO₂接觸，易導(dǎo)致板柵易氧化腐蝕、斷裂、崩塌，導(dǎo)致鉛酸電池失效。若在極板中添加導(dǎo)電較好的金屬會面臨化學(xué)活性較高，容易與酸性電解液發(fā)生反應(yīng)的問題；若加入抗氧化性的氧化物等無機(jī)材料又導(dǎo)致板柵導(dǎo)電性變差。而且，在制備鉛基復(fù)合材料時(shí)，熔融鉛具有高表面能，與其他元素或者材料不相親，導(dǎo)致板柵中材料分布不均勻，導(dǎo)致板柵的機(jī)械性能差，影響著鉛酸電池在承受撞擊等意外后的正常使用。可見，開發(fā)新型輕質(zhì)、耐腐蝕、高導(dǎo)電、高強(qiáng)度板柵是高性能鉛酸電池發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在金屬鉛或金屬鉛合金中加入一種新型的添加劑得到一種新型的金屬鉛復(fù)合材料，將該金屬鉛復(fù)合材料用于鉛酸電池的電極板柵，以解決或部分解決現(xiàn)有添加劑與鉛難以相親，同時(shí)又會降低板柵的導(dǎo)電性的技術(shù)問題。

本發(fā)明的第一方面，提供一種金屬鉛復(fù)合材料，包括：金屬鉛或金屬鉛合金；和，添加劑；該添加劑包括：MXene材料、MXene-MAX異質(zhì)結(jié)材料、MAX相材料中的至少一種。

在一些實(shí)施方式中，上述MXene材料的化學(xué)式表示為M_n+1X_nT_x，其中M選自過渡金屬元素中的一種或多種，X選自于碳、氮或硼元素中一種或多種，T_x代表官能團(tuán)，包括-F、-Cl、Br、I、-O、-S、-OH、-NH₄中一種或多種，1≤n≤4。

在一些實(shí)施方式中，上述MXene材料的化學(xué)式中，M選自Ti、V、Mo、Nb、Ta、W、Cr中的至少一種。

在一些實(shí)施方式中，上述MAX相材料的化學(xué)式表示為M_n+1AX_n，其中，M選自過渡金屬元素中的一種或多種；A選自第三主族和/或第四主族的元素；X選自于碳、氮或硼元素中一種或多種；1≤n≤4。

在一些實(shí)施例中，上述MAX相材料的化學(xué)式中，所述M選自Ti、V、Mo、Nb、Ta、W、Cr中的至少一種；