[发明专利]一种铅酸蓄电池负极添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池负极添加剂及其制备方法，具体讲涉及一种铅酸蓄电池复合负极添加剂及制备方法。

背景技术

随着诸如纯电动车和混合电动车HEV等电动汽车的迅速发展，铅蓄电池因其原料资源丰富、价格低廉、工艺成熟和安全性好等特点，在电动车上有着较好的应用前景，但由于铅蓄电池的比功率较低以及大功率放电的使用寿命短等缺点，制约了其发展。而导致上述问题主要原因是负极所致，因高密度电流放电情况下，负极产生的大量铅离子进入电解液，与之相对应的情况是电解液中硫酸根离子扩散受限，致使铅离子过饱和，从而在负极表面形成一层致密的硫酸铅沉淀层，造成负极表面钝化。由于硫酸铅导电性差，溶解度小，所以会造成负极内部铅的反应活性降低，增加反应过电位，致使充电时析氢较为严重，充电效率下降，并形成恶性循环。若继续大功率充放电，以上情况会进一步恶化，硫酸铅沉淀颗粒增大，这样的增大过程又不可逆，最终导致负极丧失反应活性，电池失效。

将活性炭直接加入铅蓄电池负极板中提升电池脉冲功率的现有技术中有如200810136333.1、200880009193.X和200910098917.9号中国专利均有将活性炭直接加入铅蓄电池电极板提高器件性能的记载。然而，活性炭、碳纳米管及石墨烯作为添加剂电池的成本显著提高，且碳质材料会加速电池的析氢作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效提高铅蓄电池的能量密度、功率密度和循环使用寿命的铅酸蓄电池负极板添加剂及其制备方法。

本发明的具体方案为：一种铅酸蓄电池负极板添加剂，所述添加剂为层状碳/氧化铅复合材料，所述层状碳的层数为1-50层，氧化铅颗粒均匀的附着在层状碳上，所述氧化铅的颗粒尺寸为5-200nm，所述层状碳与氧化铅的质量比在1∶1-200，其中，所述添加剂的添加量为铅蓄电池负极铅粉质量的0.05-0.5％。

本发明所述的铅蓄电池负极板添加剂的制备方法，具体步骤包括：

(1)气相沉积制备层状碳：将催化剂基底材料放入反应器中，于700-1200℃下，向所述反应器内通入碳源反应0.5-2.0小时，于基底表面沉积层状碳层。

(2)层状碳与氧化铅的复合：将步骤(1)所得的层状碳与基底材料一起加入浓度为0.05～0.20mol/L的硝酸铅溶液，溶液中硝酸铅质量为催化剂基底材料质量的2-5倍，常温、搅拌下反应0.5-2.0小时、抽滤的产物在300～450℃下热处理0.5-2.0小时，即得到铅蓄电池负极板添加剂。

优选的，本发明所述的催化剂基底为碳酸钾、碳酸钠中的任意一种或两种的混合物，所用的基底材料为粉末状。

另一优选的，本发明所述碳源为甲烷、一氧化碳、乙炔中的一种或其任意组合。

再一优选的，所述碳源的流量为5-200sccm；更优选为20-100sccm。

再一优选的，所述气相沉积反应的反应时间为30-120分钟；更优选为30-60分钟。

再一优选的，所述的层状碳，长和宽为0.5-200μm。

采用上述技术方案，本发明的技术效果有：

该添加剂的层状碳提供了较大的比表面积从而有利于氧化铅颗粒的均匀分散并提供了电子传输的快速通道，提高了负极的电子导电性。氧化铅颗粒均匀的分布在层状碳上，抑制了层状碳的析氢，也使复合材料与铅膏的结合能力强。层状碳和氧化铅复合材料添加剂具有较大的压实密度，易于与铅膏均匀混合；高导电性的层状碳及纳米氧化铅颗粒均匀的分布的优异的结构的结合，将对负极放电时产生的硫酸盐化起到抑制作用。在制备过程中选择0.05～0.20mol/L的硝酸铅溶液，太浓会导致氧化铅无法均匀的沉淀在层状碳上，太稀会使氧化铅的沉积量过低无法得到良好的效果。复合材料的制备过程价格低、操作简便，易工业化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1

将盛有10g碳酸钾的坩埚放入马弗炉中，马弗炉升温至700℃，然后向炉中通入50sccm的乙炔和甲烷质量比1∶1的混合气体，反应60分钟后将粉状产物加入到500mL、0.2mol/L硝酸铅溶液中反应0.8小时，洗涤、干燥后400℃下热处理1小时得到铅蓄电池负极板添加剂。经检测所得添加剂中炭与氧化铅的质量比为1∶200，用扫描电镜测得层状炭长宽分别是2.50μm和1.50μm，平均层数为10层，氧化铅微粒平均尺寸为100nm，在层状炭表面均匀分布。