[发明专利]一种低维纳米铅炭超级电池的生产工艺

说明书

本发明提供一种低维纳米铅炭超级电池的生产工艺，涉及铅酸蓄电池技术领域，该生产工艺包括板栅的生产、正极铅膏的制备、负极铅膏的制备、涂板和固化、装配、化成生产和后处理；通过加入低维多级纳米炭来改善铅炭超级电池板栅腐蚀层在循环过程中性能恶化，以及离子迁移区域限控和负极硫酸盐化等行业技术难题，能够减少电池失效，提升动力用铅酸电池的循环寿命，节约资源消耗。

【技术领域】

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种低维纳米铅炭超级电池的生产工艺。

【背景技术】

铅酸蓄电池在我国既是传统产业，又是新能源产业的重要组成部分，在电池市场占据主导地位，具有广泛应用领域和十分重要的作用。据不完全统计，铅酸蓄电池消耗的铅占全球总耗铅量的82％左右。且在未来，铅酸蓄电池在储能、起动、动力、备用电源等应用领域发挥不可或缺的作用。

然而，我国铅工业生产过程中高投入、高排放的现象一直存在，消耗了大量能源，且对大气和水体造成了很大的污染。不仅如此，目前铅酸蓄电池存在深循环动力应用下循环寿命短(200次左右)，低温工作环境下容量衰减严重等问题严重限制其进一步的应用发展。铅酸蓄电池的失效模式主要为：板栅的腐蚀与增长、电解液干涸、负极硫酸盐化、早期容量损失(PCL)、热失控等，这些导致了电池一致性差、充放电困难、深循环寿命短、充电接受能力和低温性能差等问题，严重的制约了铅酸蓄电池的应用。

基于此，本发明提供一种低维纳米铅炭超级电池，以解决上述问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低维纳米铅炭超级电池的生产工艺，通过采用石墨烯低维多级纳米炭材料来改善铅炭超级电池板栅腐蚀层在循环过程中性能恶化，以及离子迁移区域限控和负极硫酸盐化等行业技术难题，能够减少电池失效，提升动力用铅酸电池的循环寿命，节约资源消耗，实现企业和社会效益。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种低维纳米铅炭超级电池的生产工艺，该工艺包括板栅的生产、正极铅膏的制备、负极铅膏的制备、涂板和固化、装配、化成生产和后处理；其特征在于，所述负极铅膏的制备是将炭添加物、硫酸钡、短纤维、木素和腐殖酸预混合，接着在上述预混料中加入铅粉干混，再将纯水倒入上述混合好的物料中，即可制得负极铅膏。

本发明中，进一步地，炭添加物为低维多级纳米炭，其主要通过以下方法得到：

(1)氧化石墨烯的制备：将浓硫酸和浓磷酸按照质量比为2-4:1的比例混合加入到装有天然石墨粉的烧杯中，接着将高锰酸钾加入烧杯中，磁力搅拌0.8-1.2h，再加热至48-52℃后恒温搅拌10-12h，接着冷却至室温；向烧杯中缓慢加入冷水，然后逐滴加入30％的过氧化氢，使得溶液由灰黑色变为亮黄色后，将烧杯中的混合物抽滤分离，再用去离子水抽滤清洗并将所得产物用2.0M的盐酸清洗，去除其中金属杂质；接着再次用去离子水过滤清洗至溶液呈中性后，将所得产物经分子量为8000-14000g/mol的透析膜进行渗析一周，最后将所得亮黄色固体在42-46℃的烘箱内干燥24h，并剪碎，得到氧化石墨烯备用；

(2)复合材料的制备：将步骤(1)所制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管混合，加入到0.1M的高氯酸锂水溶液中，并在冷水浴中超声分散2.5-3.5h，得到含碳纳米管和氧化石墨烯的缓冲溶液体系；上述，氧化石墨烯与多壁碳纳米管的质量比为2-3:1；

(3)低维多级纳米炭的制备：在步骤(2)所得缓冲溶液体系中加入浓氨水，接着放入高压反应釜内进行水热反应，得到石墨烯-碳纳米管复合材料，即所述低维多级纳米炭。

上述，浓氨水的浓度为28％。

本发明中，进一步地，所述负极铅膏由以下重量份的原料组成：铅粉50-70份、炭添加物5-15份、硫酸钡1-3份、短纤维0.2-0.5份、木素0.1-0.4份、纯水8-12份、硫酸6-8份和腐殖酸0.5-2份。