[发明专利]一种包含铅‑石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铅蓄电池技术领域，尤其涉及一种包含铅-石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅的制备方法。

背景技术

目前在铅蓄电池生产领域，含镉合金被禁止使用后，电池生产厂家均采用铅钙锡铝合金作为正极板栅材料。申请号为201010241765.6的专利文献公开了一种铅钙锡铝合金的配制工艺，技术要点在于：1、将合金配方中所需重量的铅分两次加入，充分利用后加入的铅对熔液进行降温，减少了降温等待时间，减少了燃料用量；2、改变传统生产工艺中分别添加铝锭和钙屑的做法，采用直接添加钙铝中间合金的做法，减少了添加频次，且搅拌装置直接将合金块搅入熔铅锅，减少了钙的氧化和烧损；3、采用具有半球形内腔的熔铅锅，且在锅内设置桨叶搅拌装置，缩短搅拌时间且搅拌均匀。然而测试发现，使用铅钙锡铝合金电池的循环寿命比使用铅锑镉合金电池平均降低了近30％。经研究发现，常规的铅钙锡铝合金耐腐性不佳，这是电池寿命提前结束的主要因素。

石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。于2004年问世，其发现者英国曼彻斯特大学安德烈-海姆教授于2010年获得诺贝尔物理学奖。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，在新能源电池领域备受青睐。

石墨烯/金属复合材料结合了金属优异的导电性、导热性、延展性和石墨烯的高强度和低密度等性能，其应用范围越来越广泛，是复合材料领域研究的热点。申请号201410759833.6的专利文献公开了一种石墨烯铅复合材料，其特征在于固定于铅基体的石墨烯材料片为载体，金属铅沉积于石墨烯表面。该石墨烯铅既具有石墨烯材料的优异导电、导热性、巨大比表面积，同时具有铅电极特征氧化还原反应和较高的析氢过电位的特性。

结合石墨烯/金属复合材料的优良性能，将其应用到铅钙锡铝合的生产当中，可有效提高合金的耐腐蚀性能。但由于石墨烯和金属密度差异较大，将石墨烯纳米片均匀分散到金属基体中，使石墨烯纳米片与金属基体形成良好的接触界面，同时不破坏石墨烯纳米片的微观组织结构特征，这依然是一个很大的挑战。

发明内容

本发明提供一种包含铅-石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅的制备方法，利用铅-石墨烯复合材料作为添加剂，使得石墨烯均匀分散在铅合金中。克服了现有技术中由于石墨烯密度低，无法均匀地分布在铅合金内部的问题。

一种铅蓄电池板栅的制备方法，包括以下步骤：

(1)依据板栅合金配方，称取各原材料；

(2)将铅锭、锡锭制成小块；

(3)将铅块、锡块、钙屑、碎铝片和铅-石墨烯复合材料混合进行球磨，获得粉体；

(4)将粉体装入包套中，热挤压制成铅带；

(5)对铅带进行后处理，完成后冲压制成板栅；

所述的板栅合金配方为：以重量百分比计，组成为钙0～0.10％、锡0.0～1.0％、铝0～0.1％、铅-石墨烯复合材料0.1～10.0％、铅为余量；

作为优选，步骤(2)中，所述小块的体积为1～10cm³。便于下一步的球磨。

作为优选，步骤(3)中，所述粉体D₉₀粒度为小于40μm。更利于各组分的充分均匀混合。

作为优选，步骤(4)中，所述包套为圆柱形或方形铅或铅钙锡铝合金包套。粉体装入包套后，抽真空至真空压强为1×10^-2Pa以下，加热至180～260℃，保温0.5～3h，冷却至室温后焊接封口。

作为优选，步骤(4)中，所述热挤压的条件：挤压比5～15：1，挤压速率1～10mm/s，挤压力100～500kN。

作为优选，在热挤压之前进行热等静压处理。热等静压条件为240～320℃，50～150MPa下0.5～2h。

步骤(5)中所述后处理为对挤压成型的铅带进行固溶处理，再进行时效处理。作为优选，固溶处理为280～340℃处理10～60min。时效处理为2～5天的自然时效或60～100℃下5～10h的高温时效。

所述的铅-石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

(a)利用表面活性剂对石墨烯粉末进行改性；

(b)配置含铅离子的弥散电镀液；