[发明专利]一种石墨烯铅合金、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯合金领域，尤其涉及一种石墨烯铅合金、制备方法及其用途。

背景技术

众所周知，铅酸蓄电池的主流板栅合金分为铅钙系列和铅锑系列。铅钙系列包括常用的铅钙锡铝、不常用的铅钙高锡、铅钙稀土、铅钙铋银等；铅锑系列包含高锑、中锑、低锑多元、铅锑镉等正极板栅合金。钙系和锑系合金各有优点，各有缺点：铅钙合金失水少、内阻小、耐长期浮充等优点，一直被广泛用在备用电源场合；铅锑系列主要用于大电流放电场合和深循环场合。尤其是铅锑镉合金综合性能特别好，具备铅钙合金的大部分优点且完全具备铅锑的全部优点，在国内自从1997年开始到现在，被成功应用在轻型电动车动力电池上，成就了庞大的轻型电动车行业，也成就了电动车电池这个行业的十几年高速发展。

轻型电动车（包括电动自行车、电动摩托车等）在国内的市场拥有量已经超过2亿辆，所选用的电池大多数都是全密闭免维护铅酸蓄电池。

轻型电动车专用铅酸电池内部的重要部件是极板，极板内的板栅合金更重要，决定电池的使用寿命、失水、大电流放电能力等。现有的轻型电动车电池正极板栅采用铅锑镉合金或铅钙高锡合金，负极板栅采用铅钙低锡合金。铅锑镉正极板栅合金制造的电池具有耐深循环充放电能力的特点，被市场广泛接受；铅钙高锡正极板栅普遍存在铸板过程容易形成气孔，板栅抗蠕变、耐腐蚀性能差，电池深放电后容易形成阻挡层等缺点，使用寿命大不如正板栅采用铅锑镉合金的电池。

可是，由于铅锑镉合金中的镉元素对人体的危害很大，2013年国内发生多起镉大米事件，再加上国家环保部和工信部联合发布铅酸蓄电池准入条件中明确规定，到2013年底，铅锑镉合金制造的电池将被禁止生产和使用。这种情况下，大部分厂家不得已选择使用不符合市场要求的铅钙高锡合金为正极的板栅制造电池。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因在“二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。关于石墨烯的应用在各行各业引起更多的关注和研究。

综上所述，开发一种理想的铅酸蓄电池板栅合金迫在眉睫。将石墨烯成功引入铅酸蓄电池板栅合金将可以破解轻型电动车电池面临的窘境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种理想的铅酸蓄电池板栅合金。

为实现上述目的，本发明提供一种石墨烯铅合金，其特征在于，其组分及其重量百分含量为：石墨烯0.0015%-0.1%和铅96.96%；及其锡，铝，锶，铜中的任何一种，任何两种，任何三种或任何四种。

所述锡的重量百分含量为0.1-1.6%，铝的重量百分含量为0.015-0.05%，锶的重量百分含量为0.05-1.2%，铜的重量百分含量为0.05-0.09%。

所述石墨烯铅合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

将天然石墨，分散在水中，在氧化剂下加热温度30-99℃，加热时间1-48小时，得到氧化石墨烯；用超声波分散后洗涤，再加入氧化锡和或氧化锶和或氧化铜和或氧化铝）；再加入还原剂反应1-48小时；还原后洗涤脱水缺氧烘干后在密闭的容器中加入氩气或其他保护气体，保护气体的压力1-5个标准大气压，加热一段时间，冷却后取出石墨烯合金；将得到的石墨烯合金作为母合金加入到熔融的铅液中，得到石墨烯铅合金；

或者用机械剥离法制取少层石墨烯，将石墨烯和氧化铜和或氧化锶和或氧化锡混合，然后加入配方需要的铝粉，真空环境或者惰性气体保护环境下，用真空电炉点燃后铝还原氧化铜或氧化锶和或氧化锡，获得石墨烯与铜和或锶和或锡的合金；也即石墨烯合金；将得到的石墨烯合金作为母合金加入到熔融的铅液中，得到石墨烯铅合金。

所述天然石墨是天然鳞片石墨。

所述氧化剂是硫酸、高锰酸钾、硝酸等。

所述还原剂为二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠、水合肼或液肼等。

所述加入氧化锡和或氧化锶和或氧化铜和或氧化铝的总当量超过氧化石墨烯的当量。

所述加入保护气体的压力1-5个标准大气压。