[发明专利]一种包含铅‑石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅

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。

背景技术

石墨烯是一种二维碳材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。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。

铅密度为11.34g/cm³，熔点327.5℃，是铅蓄电池板栅的主要材料。但铅质柔软，延性弱，展性强，单纯金属铅制备板栅时，不易加工，且难以抵抗电池充放电过程导致的板栅膨胀，所以，作为蓄电池板栅材料，需要添加其它金属，制备合金，如铅锑镉合金、铅钙锡铝合金等。铅锑镉合金现已被国家禁止使用，铅钙锡铝合金作为蓄电池板栅材料时，容易造成蓄电池早期容量损失，且该合金的耐腐蚀性也相对较差。铅-石墨烯复合金属，可以保证耐腐蚀性的同时，显著提高铅合金硬度，作为蓄电池板栅合金具有较好的应用前景。

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。

申请号为201210498680.5的专利文献公开了一种铅酸蓄电池板栅，包括边框与连接在边框外围的极耳，所述边框内设有石墨烯栅本体、沉积在石墨烯栅本体上的铅层和沉积在铅层表面的聚苯胺层，所述石墨烯栅本体为由石墨烯纸制成的网格状结构。该发明采用石墨烯纸作为栅体，经过沉积铅层与聚苯胺层，从而制得比表面积大、机械强度高、重量轻且耐腐蚀性能强的铅酸蓄电池板栅。但是该发明仍旧没有实现将石墨烯均匀分散在金属基体中。

常规冶炼方法，难以保证石墨烯均匀分散在铅基体中，无法发挥石墨烯/金属复合材料的优势。复合电镀技术是在电镀基础上发展起来的一种表面处理技术，在电镀液中加入固体微粒如石墨烯粉末等，通过搅拌使固体微粒悬浮于溶液中，实现分散微粒与基体金属的共沉积，可制备功能性镀层。所以，本发明通过复合电镀技术制备铅-石墨烯复合材料，再与铅粉或铅合金混合，可保证石墨烯材料在铅合金中均匀分散，以提高铅合金性能。

发明内容

本发明提供了一种包含铅-石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅，通过添加铅-石墨烯复合材料，保证石墨烯在铅合金中均匀分散，提高了铅蓄电池板栅抗蠕变性、耐腐蚀性等方面的性能。

一种包含铅-石墨烯复合材料的铅蓄电池板栅，其特征在于，以重量百分比计，组成为：锡0.01～1.0％、铅-石墨烯复合材料0.5～10.0％、铅为余量。

更优选的，以重量百分比计，组成为：锡0.01～0.5％、铅-石墨烯复合材料4.0～10.0％、铅为余量。

在铅蓄电池板栅配方中添加锡的作用是提高合金的流动性、延展性。

所述的铅-石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)利用表面活性剂对石墨烯粉末进行改性；

(2)配置含铅离子的弥散电镀液；

(3)向弥散电镀液中加入经过改性的石墨烯粉末，以纯铅板为阳极，以惰性导电基体为阴极，电化学沉积获得沉积物；

(4)将沉积物从惰性导电基体表面刮下，水洗至中性，真空干燥后获得铅-石墨烯复合材料。

复合电镀技术是在电镀基础上发展起来的一种表面处理技术，在含有铅离子的弥散电镀液中加入石墨烯粉末，进行电镀，实现石墨烯粉末与基体金属铅的共沉积，可制备石墨烯均匀分散在铅基体中的复合材料。

表面活性剂具有异极性，可吸附在石墨烯粉末表面，增强石墨烯的亲水性，减小固液间的表面张力，使其均匀地分散在镀液中，而较易进行复合电镀。表面活性剂也具有一定的分散能力，可以减少在石墨烯在复合电镀过程中的团聚现象，使石墨烯表面能够均匀地镀覆上铅。优选的，表面活性剂采用硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的混合物。

优选的，步骤(1)中，所述改性为：将石墨烯粉末按照50～400g/L的比例加入到浓度为0.05～3g/L的表面活性剂溶液中，浸泡10～60min，取出后洗涤至中性，抽滤，烘干。更优选的，浸泡过程采用超声辅助，增加石墨烯粉末在溶液中的分散程度，便于表面活性剂吸附到石墨烯粉末表面。烘干的温度为60～150℃。