[发明专利]铅碳电池负极及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种铅碳电池负极及其制备方法。本发明还涉及该铅碳电池负极作为电极材料应用在电容器或电化学电池中。

背景技术

铅酸电池的发展已经有一百多年的历史，而其改进产品阀控式铅酸电池(VRLA)也有几十年的历史。它的应用领域十分广泛，目前主要包括汽车打火装置，小型家用储能装置以及电厂使用的大型储能设备等。铅酸电池尤其是阀控式铅酸电池的广泛应用，主要归功于其具有成本低、寿命长、安全性能好，废旧电池的回收利用率高达95%以上等特点。随着研究的不断深入，铅酸电池将会向着更大的容量以及更好的倍率性能方向发展，使它在更多的领域得到更广泛的使用。由于电动车的发展，电池的要求不仅需要能提供长时间的能量供应，更需要电池在高倍率下工作，但是长时间的大电流放电，会使铅酸电池发生硫酸盐化，从而影响它的使用寿命。因此需要对铅酸电池的倍率性质进行改性，使它可以在使用过程当中应对各种复杂情况的发生。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中，针对铅酸电池的在极大倍率充放电循环中存在的寿命过短的问题，提供了一种铅碳电池负极及其制备方法与应用。本发明的碳电池负极，将石墨烯材料引进到负极中，代替了现有铅碳电池中的活性炭和导电剂，在大电流充放电情况下能有效的分担铅负极上的部分电流，延长蓄电池在部分荷电态工作条件下的使用寿命。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种铅碳电池负极，由以下重量份数的原料制成：铅粉100，硫酸4~100，粘结剂0.1~8，硫酸钡0.1~2，析氢抑制剂0.01~2，石墨烯1~10，腐植酸1~4，红丹5~15，水12~21，短纤维0.1~0.2。

所述硫酸溶液的密度为1.1~1.4g/cm³。

所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或多种。

所述析氢抑制剂为氧化铟、氧化铋、硬脂酸、硬脂酸钡、金属铋、金属钐中的一种或多种。

所述石墨烯比表面积为900~3000m²/g，电导率为10~1000S/m。

所述短纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的一种或多种。

本发明还涉及制备上述铅碳电池负极的方法，包括如下步骤：(a) 按所述各原料的重量份数，将所述铅粉、所述硫酸钡、所述析氢抑制剂、所述石墨烯、所述腐植酸、所述红丹和所述短纤维称重后倒入到容器中，搅拌10~20分钟使各组分混合充分。

(b) 按照所述的各原料的重量份数，将水快速加入到所述容器中，然后搅拌10~20分钟。

(c) 按照所述的各原料的重量份数，将所述硫酸缓慢的加入到所述容器内，添加所述硫酸的过程为10~20分钟，并保持不断的搅拌，同时控制温度不超过70℃，之后继续搅拌10~20分钟。

(d) 按照所述的各原料的重量份数，向所述容器内加入所述粘结剂，然后搅拌5~20分钟，得到视密度在3.5~4.5g/ml之间的铅膏。

(e) 将所述铅膏涂到负极栅板上，经过固化后制得到铅碳电池负极板。

本发明还提出上述铅碳电池负极可作为电极材料应用在电容器或电化学电池中。

与现有技术相比，采用本发明的制备方法所制备的铅碳电池负极，将石墨烯材料引进到负极材料中，代替现有铅碳电池中的活性炭和导电剂，在大电流充放电情况下能有效的分担铅负极上的电流。由本发明铅碳电池负极制成的电池，比功率比普通铅酸电池高50%，在大电流脉冲充放电循环中，寿命比普通的铅酸电池提高了10倍，也极大的减缓了蓄电池的硫酸盐化，延长了蓄电池在部分荷电态工作条件下的使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的铅碳电池负极的由以下重量份数的原料制成：铅粉100，硫酸4~100，粘结剂0.1~8，硫酸钡0.1~2，析氢抑制剂0.01~2，石墨烯1~10，腐植酸1~4，红丹5~15，水12~21，短纤维0.1~0.2。

其中，硫酸溶液的密度为1.1~1.4g/cm³；粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或多种；析氢抑制剂为氧化铟、氧化铋、硬脂酸、硬脂酸钡、金属铋、金属钐中的一种或多种；石墨烯的比表面积为900~3000m²/g，电导率为10~1000S/m；短纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的一种或多种。