[发明专利]一种原位合成铅碳电池负极复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位合成铅碳电池负极复合材料的方法。

背景技术

近年来，我国汽车产业的迅速发展，截止2014年未，我国汽车保有量超1.54亿辆，是2004年的5.7倍，位居世界第二。由于使用不可再生的天然化石能源作为动力源，汽车尾气已经成为导致城市雾霾和空气污染的主要原因之一。因此节能和减排是未来汽车技术发展的优先方向，大力发展新能源汽车如电动汽车成为解决这两个技术难点的最佳途径。电动汽车中最有发展前景的应属混合动力电动车(HEV)，它以内燃机及蓄电池共同驱动，既具有动力汽车污染小，又有内燃机车动力性好的特点。2010年我国财政部、国家发改委、工业和信息化部联合下发了《关于印发“节能产品惠民工程”节能汽车推广实施细则的通知》，同时工信部还制订了《节能与新能源汽车发展规划(2011年至2020年)，到2020年，我国以混合动力汽车为代表的节能汽车销量将达到世界第一，年产销量达到1500万辆左右，其电源就是铅酸蓄电池。电动汽车和混合动力汽车的生产与动力电源息息相关。动力电池要求高能量、高功率、自放电少、使用寿命长等特征。常用的动力电源主要是化学电源，如燃料电池、锂离子电池、锌银电池、镉镍电池、镍氢电池、铅酸蓄电池等。铅酸蓄电池因技术成熟、容易组装、性价比高等特点而被广泛应用于工业化大生产。同时废旧铅酸蓄电池回收率高、资源再生利用率高、大大减少了铅污染问题。而其它电池存在一些难以解决的问题，如燃料电池成本极高，目前还难以推广应用。又如锂离子电池，锂在地壳中存在的丰度较低，又没有开发出有效的回收锂的技术，因此至少在目前锂离子电池还不能成为动力电池的生力军。铅酸蓄电池具有的特点使之在动力电池中占有很大的比重。日本丰田公司生产的“Prius”混合电动车在全球销量达到三百万辆。但铅酸蓄电池由于比能量较低(约为30～40Wh/kg)、体积大、循环寿命不理想，快速充电困难，特别是混合动力汽车需要电池在部分荷电状态下的高倍率充放电(HRPSoC)模式下工作，铅酸蓄电池负极不可逆硫酸盐化现象极为严重。这与负极充电时PbSO₄不能很好的被还原成海绵状的Pb，渐渐积累成大颗粒PbSO₄覆盖在负极表面，造成负极极板有效面积减小，会导致电阻增大，影响电池充电效率有关。上述缺陷极大的限制了铅酸蓄电池推广应用。如何在不影响铅酸蓄电池现有优点前提下，改善电池结构，改进电池的制备工艺，成为铅酸蓄电池发展新方向。铅碳电池作为铅酸蓄电池基础上发展起来的一种新型电池，引起了人们广泛关注。

铅炭电极是把炭材料(如石墨、炭黑、碳纳米管或活性炭等)与铅负极进行混合，充分发挥炭材料高导电性、高比表面和对负极活性物质的分散等特性，以提高活性物质的利用率，与此同时它还可以抑制硫酸铅晶体的生长以避免负极活性物质的失活。铅碳电池是在铅酸电池基础上发展而来的超级电池，碳作为铅酸电池负极添加剂也有几十年的历史，但是使用的量都不大，多以炭黑为主，而在铅碳电池中，碳的作用将大大提高。目前铅碳电池负极材料存在下列问题，仍然困扰着铅碳电池的发展。如在大多数情况下，人们是将碳材料与负极材料中的主要活性物质如氧化铅粉、析氢抑制剂、粘结剂等添加剂在一定量溶剂(水和硫酸)中进行机械混合，获得铅膏，然后涂覆在铅合金板栅上，经固化、干燥、化成得到负极板。但这样一种制备过程，铅膏混合物体系中活性物质和碳材料之间界面存在着不相容性，这种不相容性会增加界面欧姆电阻，从而导致在(HRPSoC)工况条件下长时间运行时，电池工作有可能中断，最终影响负极活性物质(NAM)的导电性能。M.Saravanan等人报道了原位生成的碳糖作为NAM添加剂提高了铅酸电池充放电特性。原位合成的炭糖(SDC)与一氧化铅(LO)除了提供了一种导电网络还对活性物质的不可逆硫酸盐化有良好的阻碍作用。此外，SDC的加入与传统的碳黑添加剂相比，电池的比容量和活性物质利用率，循环性能和充电接受能力也有显著的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位合成铅碳电池负极复合材料的方法。

具体步骤为：

①将剑麻纤维剪成1厘米长，先用质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液浸渍24小时，除去其中的果胶杂质，然后用水和少量磷酸冲洗至中性后，再用质量百分比浓度为5％的磷酸水溶液浸渍24小时，捞出剑麻纤维，将其置于65℃的烘箱中烘干12小时。

②取出烘干后的剑麻纤维，将其放入密封式研磨机中研磨成200-300目的粉末。