[发明专利]制备碳-石墨烯-铅复合颗粒的方法

说明书

本文提供了一种制备碳‑石墨烯‑铅复合颗粒的方法，该方法包括以下步骤：在水溶液中形成铅颗粒、石墨烯颗粒和纤维素的分散体，喷雾干燥该分散体以使铅颗粒、石墨烯颗粒和纤维素聚集，从而形成纤维素‑石墨烯‑铅复合颗粒，加热纤维素‑石墨烯‑铅复合颗粒，以使纤维素碳化以形成碳‑石墨烯‑铅复合颗粒。

技术领域

本发明涉及一种制备碳-石墨烯-铅复合颗粒的方法，该颗粒特别适合用作铅酸蓄电池中的负极活性材料。

背景技术

铅酸蓄电池由于其低自放电、免维护操作和低成本、成熟的生产技术，100多年来对于能源储存而言一直是重要的。由于汽车、摩托车、备用电源和智能电网行业的显著增长，预计未来几十年铅酸蓄电池将继续主导市场。

然而，众所周知，硫酸盐化阻碍了传统铅酸蓄电池的持续性能。硫酸盐化是在正常放电和自放电过程中，硫酸铅在铅酸蓄电池的正极和负极极片上的积聚。硫酸铅晶体在放电过程中附着在极片上，并在充电过程中再次溶解。尽管两个极片都发生硫酸盐化，但正极极片支持高充电速率，而负极极片则不支持。

因此，正在开发新的铅酸体系以通过向负极极片中添加碳来解决该问题。这将电池变成准非对称超级电容器，并改善了充电和放电性能。将碳添加到负极极片的铅酸蓄电池通常称为铅碳电池。

已经进行了许多尝试来改善所谓的铅碳电池的性能，其中一些在以下专利中进行了讨论：

CN专利第102244300B号公开了使用直接添加的石墨烯作为添加剂来改善充放电性能。

CN专利申请第102881866A号公开了一种包含铅和石墨烯复合材料的铅-碳电池负极极片，以改善铅粉和石墨烯材料的混合均匀性。

CN专利第102201575B号公开了一种用于改善铅酸电池的循环寿命的硫酸铅-石墨烯复合电极材料。

美国专利申请第US20140329142A1号公开了一种受电器，其用应用于铅碳的带孔包遮蔽。

如上所述，一些铅碳电池制造商已经采取了向负极极片上添加少量石墨烯的步骤。但是，难以获得铅粉和石墨烯材料的均匀混合物，这会限制混合物的有效性。需要一种制造在铅碳电池中的负极活性材料的改进方法。

发明内容

一方面，本文提供一种制备碳-石墨烯-铅复合颗粒的方法，包括以下步骤：

1)将铅颗粒、石墨烯和纤维素材料分散在水溶液中；

2)喷雾干燥分散体以使铅颗粒、石墨烯颗粒和纤维素聚集，从而形成纤维素-石墨烯-铅复合颗粒；和

3)将纤维素-石墨烯-铅复合颗粒碳化以形成碳-石墨烯-铅复合颗粒。

附图说明

图1描绘了碳-石墨烯-铅复合颗粒结构的示意图。

图2描绘了根据本文方法制备的碳-石墨烯-铅复合颗粒的电子显微照片。

图3描绘了显示所制备的作为铅酸蓄电池活性材料的碳-石墨烯-铅复合颗粒的倍率性能(rate capability)的图。

图4描绘了显示在1C的放电率下所制备的碳-石墨烯-铅复合颗粒的循环寿命的图。

具体实施方式

本文提供一种制备碳-石墨烯-铅复合颗粒的方法，包括以下步骤：

1)将铅颗粒、石墨烯颗粒和纤维素分散在水溶液中；

2)喷雾干燥分散体，导致铅颗粒与石墨烯颗粒和纤维素聚集以形成纤维素-石墨烯-铅复合颗粒；和

3)在大气压下的惰性气体条件下于高温下使纤维素-石墨烯-铅复合颗粒碳化以形成碳-石墨烯-铅复合颗粒。