[发明专利]一种铅炭超级电池用复合改性材料的制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种铅炭超级电池负极的制备方法，特别涉及一种低温制备铅炭超级电池用复合改性材料的方法。

（二）背景技术

近些年，动力电池领域出现了一种新型电池——铅炭超级电池，它是传统的铅酸蓄电池与超级电容器的结合，兼具铅酸蓄电池成本低廉、安全性强、稳定性好的特点，以及超级电容器比功率大、循环寿命长、安全环保的优点。铅炭超级电池是铅酸蓄电池的一种优化设计，也是铅-炭非对 称超级电容器的升级。铅炭超级电池以其独特的优点，在动力电源领域有着广泛的应用空间，尤其是用于混合式电动汽车。自从CSIRO等提出并制备铅炭超级电池以来，世界范围内都在积极的进行该领域的研究。近些年，中国也有很多学者进行该方面的研究。

铅炭超级电池正极采用铅酸蓄电池正极板，负极有不同的制备方式，其中主要有铅板炭板独立并联型、铅炭分区域涂覆型、铅炭复叠型以及铅炭内混型。考虑到采用铅酸蓄电池成熟的生产工艺，铅炭内混型超级电池引起了广泛的关注和研究。对于铅炭内混型超级电池，炭材料以添加剂的形式、10倍以上普通添加剂的含量加入铅膏中。所以，该研究的关键在于适于铅炭超级电池的多孔炭材料的制备。

南京双登科技发展研究院有限公司在专利CN 101764263 A中提出了一种含有活性炭负极的铅碳超级电池及其制备的方法，电池深循环寿命达到了1800次以上。华南师范大学的陈红雨等人在专利CN 102072744 A中提出了一种含有铅炭复合材料的铅炭超级蓄电池的制备方法，铅炭复合材料由电沉积法制备。哈尔滨工业大学王殿龙等人在专利CN 102306784 A中提出了一种具有高析氢过电位的改性活性炭的制备方法，是将析氢抑制剂In₂O₃、Ga₂O₃等加入到活性炭中；并在专利CN 102201575 A中提出了一种硫酸铅-石墨烯复合电极材料及其铅酸电池负极的制备方法。

本发明提出一种低温制备铅炭超级电池用高效复合改性材料的方法。采用炭材料或复合炭材料，其中复合炭材料是由普通商品活性炭和乙炔黑通过共同二次活化得到，通过铅、铋、锡、铟等离子的吸附，相应氧化物的生长，杂质的去除等步骤得到复合改性材料，在保证高比电容的基础上，提高了析氢过电位、导电性以及与铅膏的结合力，从而解决了普通炭材料用于铅膏中引起的化成时负极板起泡、活性物质松散脱落、电池负极过早析氢等问题。采用本发明制备的复合改性材料的铅炭超级电池，充放电性能良好，高倍率部分荷电循环可达八万次以上。

（三）发明内容

本发明目的是提供一种低温制备高性能铅炭超级电池用复合改性炭材料的方法，炭材料或复合炭材料经过吸附浸铅和固铅过程，得到复合有Pb(OH)₂或PbCO₃的改性炭材料，并低温分解（反应）得到铅炭超级电池用PbO负载型高效复合改性材料。本发明制备工艺低温环保，复合改性材料铅炭结合力强、导电性好、电化学性能优良。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种低温制备铅炭超级电池用复合改性材料的方法，所述方法为：（1）将炭载体加入到浓度为50~500g/L（优选100~300 g/L）的可溶性铅盐水溶液中均匀混合，所述可溶性铅盐水溶液中铅盐与炭载体的质量比为0.5~5：1（优选1~2.5：1），再加入金属可溶性盐，然后在25~40kHz条件下超声波分散1~2h后，在15~60℃、100~1200r/min条件下搅拌6~24h（优选25~30℃、500~800 r/min条件下搅拌12~24h），抽滤，得到滤饼a；所述炭载体为炭材料或复合炭材料，所述炭材料为活性炭、膨胀石墨或纳米炭纤维中的一种或两种以上任意比例的混合，所述复合炭材料为活性炭与乙炔黑以质量比1∶0.05~0.2（优选1:0.1）混合后在磷酸作用下共同二次活化复合而成；所述金属可溶性盐中的金属为铋、铟或锡中的一种或两种以上任意比例的混合；（2）将步骤（1）获得的滤饼a加入到固铅溶液中，在15~60℃、100~1200r/min条件下搅拌1~5h（优选在25~30℃、150~300r/min条件下搅拌3~5h），抽滤，得到滤饼b，将滤饼b用去离子水清洗至pH值为中性后，在50~120℃下恒温干燥1~5h（优选80~120℃干燥3~5h），然后再在150~300℃下恒温放置1~5h（优选200~300℃恒温放置3~5h），冷却至室温后即得到所述的铅炭超级电池用复合改性材料；所述固铅溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸钾水溶液、氨水、碳酸铵水溶液中的一种。