[发明专利]一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂及其应用

说明书

本发明公开了一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，属于铅酸蓄电池制作技术领域。在众多的生物质材料中，稻壳含纳米级二氧化硅量高达20％。通过碱处理稻壳除去表皮大部分纳米级二氧化硅并碳化，得到以大孔/介孔为主的稻壳基多孔炭。稻壳基多孔炭的大孔、介孔结构能为储能器件提供良好的离子导体，提升电化学反应的动力学活性。将稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等一种或多种均匀混合，进一步增强负极碳添加剂的导电性。这种铅炭电池负极碳添加剂，能有效提升铅炭电池的充电接受能力，抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化现象并延长电池处于PSoC的循环寿命。

技术领域

本发明属于铅酸电池制作技术领域，涉及到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。

背景技术.

铅酸电池基于良好的安全性、可靠性和成熟的制造回收技术，在储能领域占据着不可替代的重要位置。新兴的储能市场如混合动力汽车和可再生能源储能份额逐年增长。这些储能领域要求铅酸电池长时间处于部分荷电状态(PSoC)。长时间处于PSoC的铅酸电池负极逐渐被硫酸盐化，导致电池充电接受能力下降，电池失效。研究表明，碳添加剂在负极活性物质中的应用能够有效抑制硫酸盐化，提升铅酸电池PSoC条件下的循环寿命。

中国专利200910227199.0公开了一种新型铅炭电池及其制作方法，并强调了高比表面积(1000-3000m²g^-1)碳添加剂对铅炭电池能量密度和功率密度的提升作用。中国专利201210371066.2公开了一种铅炭电池负极极板，重点强调具有高比表面积(1000-3000m²g^-1)活性炭添加剂对大电流充放电的缓冲作用。这种经过活化的高表面碳材料制备工艺复杂、成本高。中国专利201610522472.2公开了一种改性炭材料、其制备方法、负极铅膏、极板及铅炭电池，强调了一系列生物质材料经高析氢过电位金属盐溶液处理碳化后，作为负极改性炭添加剂具有抑制析氢，提升电池容量和高倍率充放电性能的作用。此专利旨在对生物质材料回收再利用，未能进一步对生物质材料的多孔结构特点进行充分利用。

发明内容

为提升铅炭电池的充电接受能力，延长电池在PSoC条件下的循环寿命，本发明所要解决的技术问题是提供一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。这种碳添加剂主要成分为经过碱处理、碳化简单制备工艺得到的以大孔、介孔为主的稻壳基多孔炭。稻壳基多孔炭的大孔、介孔结构能为储能器件提供良好的离子导体，提升电化学反应的动力学活性。将稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等一种或多种均匀混合，进一步增强负极碳添加剂的导电性。采用这种含有稻壳基多孔炭的混合碳材料作为铅炭电池负极碳添加剂，能够有效提升铅炭电池的充电接受能力，抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化现象，并延长电池处于PSoC的循环寿命。

第一方面，本发明提供了一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，具体制备步骤如下：

(1)将稻壳洗净，加入10～50wt.％的碱溶液，于90～150℃温度下反应1-10h，所述稻壳与碱的质量比为1:1-10，过滤，纯净水洗涤，干燥得脱硅稻壳；

(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境300-1000℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭；

(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管一种或多种均匀混合，其中稻壳基多孔炭所占总质量比为10％-100％，得到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。

步骤(1)中所述的碱溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、其它中强碱溶液的一种或混合溶液。

步骤(2)中的稻壳基多孔炭为中性或弱碱性，PH为7-9。