[发明专利]一种纳米硫酸钡碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学储能材料领域，涉及一种纳米硫酸钡/碳复合材料及其制备方法和应用。本发明的纳米硫酸钡/碳复合材料，纳米硫酸钡分布于碳材料的表面，与铅膏活性材料表面充分接触，能为硫酸铅晶粒沉积提供大量的晶核，同时，与硫酸钡活性点位结合的碳可以起到传输电子的作用，反应位点处的导电性增强。且制备纳米硫酸钡/碳复合材料的方法简单，周期短，无污染，具有很大的工业生产优势。以本发明的纳米硫酸钡/碳复合材料作为原料之一制备得到的负极材料具有优异的充放电性能，缓解负极硫酸盐化现象，其在1C电流下充电，0.3C电流下放电循环2000次，容量保持率仍在90％以上，具有性价比优势。

技术领域

本发明属于电化学储能材料领域，涉及一种超级电池用的负极材料。

背景技术

现代汽车工业的发展，对电池的性能提出了更高的要求，传统铅酸蓄电池由于其在高电流密度下负极存在硫酸盐化的现象，而影响其使用寿命，为了适应铅酸蓄电池在动力电池领域的应用，研究者们将用于超级电容器的碳材料添加到铅酸蓄电池的负极，形成同时具有电池性能和电容器性能的双性负电极。但是由于碳材料和铅酸电池负极的放电电位不匹配，限制了这种双性电极大规模应用。

目前铅酸电池负极铅膏主要采用以下几种材料：膨胀剂为硫酸钡或超细硫酸钡，但仍存在颗粒偏粗的问题，导致添加剂与铅粉混合度不一，造成极板性能差别很大，同时电极中的铅膏活性物质不能充分进行反应，极板的利用率低。

将添加剂硫酸钡纳米化，或者在材料中添加高导电性能的材料以增加硫酸铅沉积成核的位点和成核位点的导电性可有效提高大电流充放电接受能力，比如CN 101937991A公开一种高能铅酸蓄电池负极板铅膏及其制作方法，无机膨胀剂改用纳米硫酸钡，纳米硫酸钡为硫酸铅晶体提供晶核，使得蓄电池在充放电过程中形成的电绝缘性硫酸铅细化，比大颗粒的硫酸钡具有更大的优势。但是，其难以解决解决纳米硫酸钡在混膏过程中的团聚问题以及导电性能差的问题，而且该专利中并未给出大电流下的循环性能，可能并不理想。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米硫酸钡/碳复合材料、制备方法及以其作为原料之一制备得到的超级电池用负极材料。本发明的纳米硫酸钡/碳复合材料，纳米硫酸钡分布于碳材料的表面，与铅膏活性材料表面充分接触，能为硫酸铅晶粒沉积提供大量的晶核，同时，与硫酸钡活性点位结合的碳可以起到传输电子的作用，反应位点处的导电性增强。

本发明所述制备纳米硫酸钡/碳复合材料的方法简单，周期短，无污染，具有很大的工业生产优势。

以本发明的纳米硫酸钡/碳复合材料作为原料制备得到的负极材料具有优异的充放电性能，缓解负极硫酸盐化现象，其循环寿命可达2000次以上，与传统铅酸电池相比循环寿命提高三倍，且在1C电流下充电，0.3C电流下放电循环2000次，容量保持率仍在90％以上，具有性价比优势。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种纳米硫酸钡/碳复合材料，其由纳米硫酸钡和碳材料组成，纳米硫酸钡分散于碳材料的表面，其中，纳米硫酸钡占复合材料总质量的质量百分比为16.7％～66.7％，例如可为16.7％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、37％、40％、42％、44％、46％、48％、50％、53％、55％、58％、60％、62％、64％、65％或66.7％等，进一步优选为33.3～50％，特别优选为40％。

优选地，所述纳米硫酸钡的粒径为10～200nm，例如可为10nm、30nm、50nm、80nm、100nm、120nm、140nm、150nm、170nm或200nm等，进一步优选为15～50nm，特别优选为20nm。