[发明专利]铅碳电池正极铅膏及其制备方法、铅碳电池正极板与铅碳电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电源领域，尤其涉及一种铅碳电池正极铅膏及其制备方法、铅碳电池正极板与铅碳电池。

背景技术

铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。自1859年法国人普兰特发明铅酸蓄电池以来，铅酸电池已经历了150多年的发展历程，铅酸电池成本低、寿命长、安全性能好，而且废旧电池的回收利用率高达95%以上，因而一直是电池领域应用最为广泛的产品。

随着电动汽车，电动自行车的飞速发展，逐渐出了一种基于铅碳技术的新型蓄电池，即铅碳电池，这种电池在铅酸蓄电池负极的铅膏中添加活性炭作为缓冲材料，炭材料是静电荷储留释放的优质材质，能在瞬间聚集和存储大量电荷，因而这类电池具有更高的功率密度，能在更短时间内完成充电，并且能在高倍率下工作，更好地适应了电动车辆的发展要求。然而现有铅碳电池一般是以二氧化铅（PbO₂）作为正极板，它是将铅粉、水、硫酸、石墨、磷酸、晴纶或丙纶、硫酸镁等原料混合后形成正极铅膏涂覆在正极板栅上，烘干后而制成的，不仅充放电速度慢，而且在铅碳电池放电过程中，正极板上的二氧化铅与电解液硫酸反应，生成颗粒大、难溶解、导电性差的硫酸铅，导致电池储能降低，电池不断缩短。因此非常有必要对铅碳电池正极板进行改性与优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有铅酸电池充电速度慢、循环寿命短的问题，提供一种铅碳电池正极铅膏及其制备方法，同时提供由包含该铅碳电池正极铅膏的铅碳电池正极板及铅碳电池。

本发明通过在铅碳电池正极铅膏中添加石墨烯与粒径5～10μm的四碱式硫酸铅，充分利用石墨烯高比表面积与高导电性的特征，提高铅碳电池的充放电速率，同时发挥粒径5～10μm的四碱式硫酸铅的引晶作用，引导铅碳电池放电时生成易转化为α-PbO₂的四碱式硫酸铅，提高电池的循环寿命，以实现本发明目的。

第一方面，本发明提供了一种铅碳电池正极铅膏，所述铅碳电池正极铅膏的原料包括：铅粉85~90份、硫酸7.24～10.6份、石墨烯4~10份、四碱式硫酸铅1~3份、硫酸亚钴0.1~1份、硫酸镁0.3~2份、涤纶纤维0.07~0.09份，所述四碱式硫酸铅的粒径为5～10μm。

优选地，所述硫酸的密度为1.1~1.4g/cm³。

其中，所述石墨烯为具有高比表面积和高电导率的石墨烯。优选地，所述石墨烯的比表面积为900~3000m²/g，电导率为10~1000S/m。石墨烯的比表面积高、电导率高，有利于增加铅酸电池正极板的比功率与导电性，提高铅酸电池的充放电速度。

更优选地，所述石墨烯的比表面积为2000～3000m²/g，电导率为900~1000S/m。

在本发明实施例中，首先，所述铅碳电池正极铅膏中含有石墨烯，一方面，石墨烯具有优异的导电性和导热性，能够在正极中建立很好的导电网络，极大地提高了活性材料的电子导电性，提高了铅碳电池的充放电速率；另一方面，石墨烯具有高比表面积，可以作为铅碳电池在高倍率充放电时的缓冲材料，有效地保护了铅碳电池正极板，抑制“硫酸盐化”现象，大大提高了铅碳电池的循环寿命；其次，铅碳电池正极铅膏中含有粒径为5～10μm的四碱式硫酸铅，这是一种优良的晶种，可以在铅碳电池放电过程中，引导生成易转化为α-PbO₂的四碱式硫酸铅，从而大大提高了铅碳电池的循环寿命。

第二方面，本发明提供了一种铅碳电池正极铅膏的制备方法，包括如下步骤：

取铅粉85~90份、石墨烯4~10份、四碱式硫酸铅1~3份、硫酸亚钴0.1~1份、硫酸镁0.3~2份、涤纶纤维0.07~0.09份，倒入到容器中，搅拌均匀得到混合物；所述四碱式硫酸铅的粒径为5～10μm；

在所述混合物中加入所述混合物总质量10～15%的水，搅拌均匀后再在搅拌条件下缓慢加入所述混合物总质量8～10%的硫酸，搅拌10～20分钟后冷却至20～45℃，得到铅碳电池正极铅膏。

其中，所述石墨烯为具有高比表面积和高电导率的石墨烯。优选地，所述石墨烯的比表面积为900~3000m²/g，电导率为10~1000S/m。石墨烯的比表面积高、电导率高，有利于增加铅碳电池正极板的比功率与导电性，提高铅酸电池的充放电速度。

更优选地，所述石墨烯的比表面积为2000～3000m²/g，电导率为900~1000S/m。