导电碳纤维的制备方法技术

本发明专利技术申请属于蓄电池技术领域，具体公开了一种导电碳纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)准备包覆层材料，(2)处理锌合金包覆料，(3)处理包覆层材料，(4)加热熔融包覆层材料，(5)包覆层加工，(6)颗粒层加工。与现有技术相比，本方法制备的导电碳纤维不含铅，能够抑制锌在电池使用过程中于活性物质反应生成氢气，保证了电池的安全性能，延长了电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
导电碳纤维的制备方法
本专利技术属于蓄电池
，具体公开了一种导电碳纤维的制备方法。
技术介绍
科技的发展、人类生活质量的提高，石油资源面临危机、地球生态环境日益恶化，形成了新型二次电池及相关材料领域的科技和产业快速发展的双重社会背景。市场的迫切需求，使新型二次电池应运而生。其中蓄电池具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。蓄电池的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。蓄电池虽然有众多优点，但是相对镍-金属氢化物电池或锂电池等电池体系来说，所述蓄电池又具有使用寿命短的缺点。根据多项研究表明，造成蓄电池寿命短的主要原因为：蓄电池正极活性物质软化，进而使得活性物质脱落到电解液中，在电池内部形成短路，从而使电池失去容量，造成电池失效。而造成正极活性物质软化、脱落的原因跟板栅的腐蚀变形有很大的关系。蓄电池中主要的组成结构是板栅，板栅约占铅酸电池总质量的四分之一，板栅在蓄电池中的作用主要有三点：第一，作为活性物质的载体，活性物质涂覆在板栅上，活性物质靠板栅来保持和支撑；第二，作为电流的传导体起着集流、汇流和输流的作用；第三，作为极板的均流起着使电流均匀分布到活性物质中作用。板栅主要使用导电碳纤维编织而成，导电碳纤维呈线状，交叉编制成板状的板栅时，两根导电碳纤维叠合处将会凸起，使得板栅在作为传导体集流、汇流和输流时，板栅的凸起处产生尖端放电作用，使传导到活性材料的电流大小不一，板栅的传导性能不佳。目前导电碳纤维主要使用锌合金作为导电材料，但由于锌与电解液会产生氢气，会导致电池损坏，会在锌合金中加入铅，抑制电池使用过程中，锌作用产生氢气。而铅在电池使用过程中会被腐蚀成二氧化铅，由于二氧化铅的体积大于铅的体积，将会使锌合金材料体积增加，从而使得正极板栅处于应力状态下，进而逐渐发生蠕变而线性长大，最终丧失支撑活性物质的作用。另外，板栅与金属汇流排中含有大量的铅，在浇铸、化成、焊接阶段容易造成重金属铅污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种导电碳纤维的制备方法，以解决导电碳纤维的导电材料中含有铅，使得板栅在使用过程中生成二氧化铅，使板栅使用加快损毁的问题。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：导电碳纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)准备包覆层材料，包覆层包括以下质量份数的材料：锌合金包覆料87-91份、抗氧化剂2-4份、聚丙烯3-5份、石墨纤维0.5-1.5份、锂0.5-1份；所述锌合金包覆料包括以下质量份数的原料：铝、铟、镓、铊、镁、钙、锶、镉和锡总计0.1-0.5份，铋0.5-2份，锌95-98份；(2)处理锌合金包覆料，对锌合金包覆料进行混合得到混合料，将混合料在惰性气体中进行干燥处理，使混合料的含水量低于5％；然后研磨混合料，将混合料的研磨为400-600目的粉状；(3)处理包覆层材料，将抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯研磨成500-800目的粉状，将锂研磨成200-400目的颗粒状；(4)加热熔融包覆层材料，将步骤(2)中获得的混合料加热升温至熔融状态，再加入步骤(3)中获得的抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯加热至熔融状态并搅拌，获得熔融料；(5)包覆层加工，选用强度为2000-2400MPa，弹性模量为200-250Gp的碳纤维作为芯材，将步骤(4)中获得的熔融料通过挤压包覆机包覆在碳纤维的外部成为包覆层，包覆层的纵截面两侧为对称的正弦波形；(6)颗粒层加工，将步骤(3)中获得的锂均匀撒在包覆层的表面获得颗粒层，获得导电碳纤维。本基础方案的有益效果在于：1、本方法所制备的导电碳纤维，芯材使用碳纤维，碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的强度和弹性模量高，比性能高，耐超高温，耐疲劳性好，良好的导电性能，无蠕变，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。用碳纤维作为芯材，使编制的板栅具有高强度和高强承载能力，使利用该板栅制成极板也具有很好的结构强度和尺寸稳定性。2、本方法所制备的导电碳纤维，锌合金包覆料包含铝、铟、镓、铊、镁、钙、锶、镉、锡、铋和锌，铝、铟、镓、铊、镁、钙、锶、镉、锡、铋拥有仅次于铅的氢超电压，能够有效抑制电池使用过程中，锌与电解液作用产生氢气，使电池不易损坏，且使本导电碳纤维中不含铅，杜绝了二氧化铅的形成，避免了因形成的二氧化铅体积增加损坏板栅，从而使电池的寿命有效增加。本导电碳纤维中，增加了抗氧化剂，避免在电池的使用过程中，活性物质与本导电碳纤维发生氧化反应才生氧化金属，影响本导电碳纤维的在电池中的使用。3、本方法所制备的导电碳纤维，包覆层包括锌合金包覆料、抗氧化剂、聚丙烯和石墨纤维，锌合金包覆料包括在芯材外，可使本导电碳纤维具有良好的导电性能。石墨纤维耐热、耐腐蚀、热膨胀系数小，且导电性能优良，石墨纤维和锌合金包覆料共同配合，进一步保证了导电碳纤维具有良好的导电性能，确保所制成的板栅能够正常起到集流、汇流和输流的作用。聚丙烯流动性、粘结性好，在制备导电碳纤维时，聚丙烯可增强锌合金包覆料、抗氧化剂和石墨纤维的粘性，使锌合金包覆料、抗氧化剂和石墨纤维能够较好的聚合在一起，有助于包覆层的形成，同时也使包覆层能够更好的固定在芯材表面；而且由于聚丙烯具有良好的流动性，有利于挤出导电碳纤维。5、本方法所制备的导电碳纤维包覆层添加了抗氧化剂，有效抑制了本导电碳纤维在电池使用过程中发生氧化反应，影响电池的性能。6、本方法所制备的导电碳纤维，锌合金包覆料中不含铅，杜绝了电池使用过程中生成的二氧化铅对电池的影响，大大减少了重金属污染，使电池安全、环保。7、在导电碳纤维的使用过程中，活性物质需要涂覆在导电碳纤维编织而成的板栅上，而在电池的使用过程中，活性物质将会发生化学反应，此过程中活性物质容易从板栅上脱落。本方法通过在包覆层表面加工颗粒层，使包覆层表面的较为粗糙，使得活性物质与包覆层之间的摩擦力增加，从而使活性物质不易从包覆层表面脱落；且颗粒层可使活性物质与包覆层的接触面积增加，从而使导电性能更佳。锂压缩性小、熔点高，可导电，适合作为此处的颗粒层，一方面不会在包覆层加工过程中溶于包覆层，另一方面可与包覆层一起到集流、汇流和输流的作用。8、本方法加工的包覆层，其纵截面两侧为对称的正弦波形，导电碳纤维在使用过程中需要交叉编织制成板栅，导电碳纤维交叉编织时，可在正弦波的波谷处将两根导电碳纤维叠合，而正弦波的波峰处处于两根导电碳纤维叠合处之间，则使两根导电碳纤维叠合处位于导电碳纤维两个正弦波的波谷之间，从而使得制成的板栅上没有凸起处。板栅上无凸起，则在板栅使用过程中，不会出现尖端放电作用，使板栅对电流的集流、汇流和输流作用较好，其性能较佳。与现有技术相比，本方法制备的导电碳纤维不含铅，能够抑制锌在电池使用过程中于活性物质反应生成氢气，保证了电池的安全性能，延长了电池的使用寿命。优选方案一：作为基础方案的优选，还包括步骤(7)松油加工，将松油加热至融化，在包覆层直径最小处包裹一层融化的松油，降温至松油凝固，获得导电碳纤维。导电碳纤维在交叉编制成板栅时，位于包覆层直角变小的位置包裹了松油，在编制的作用下，松油将会被挤压到整个板栅上，从而使板栅表面均覆盖了一层松油，松油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.导电碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备包覆层材料，包覆层包括以下质量份数的材料：锌合金包覆料87‑91份、抗氧化剂2‑4份、聚丙烯3‑5份、石墨纤维0.5‑1.5份、锂0.5‑1份；所述锌合金包覆料包括以下质量份数的原料：铝、铟、镓、铊、镁、钙、锶、镉和锡总计0.1‑0.5份，铋0.5‑2份，锌95‑98份；(2)处理锌合金包覆料，对锌合金包覆料进行混合得到混合料，将混合料在惰性气体中进行干燥处理，使混合料的含水量低于5％；然后研磨混合料，将混合料的研磨为400‑600目的粉状；(3)处理包覆层材料，将抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯研磨成500‑800目的粉状，将锂研磨成200‑400目的颗粒状；(4)加热熔融包覆层材料，将步骤(2)中获得的混合料加热升温至熔融状态，再加入步骤(3)中获得的抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯加热至熔融状态并搅拌，获得熔融料；(5)包覆层加工，选用强度为2000‑2400MPa，弹性模量为200‑250Gp的碳纤维作为芯材，将步骤(4)中获得的熔融料通过挤压包覆机包覆在碳纤维的外部成为包覆层，包覆层的纵截面两侧为对称的正弦波形；(6)颗粒层加工，将步骤(3)中获得的锂均匀撒在包覆层的表面获得颗粒层，获得导电碳纤维。...

【技术特征摘要】
1.导电碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备包覆层材料，包覆层包括以下质量份数的材料：锌合金包覆料87-91份、抗氧化剂2-4份、聚丙烯3-5份、石墨纤维0.5-1.5份、锂0.5-1份；所述锌合金包覆料包括以下质量份数的原料：铝、铟、镓、铊、镁、钙、锶、镉和锡总计0.1-0.5份，铋0.5-2份，锌95-98份；(2)处理锌合金包覆料，对锌合金包覆料进行混合得到混合料，将混合料在惰性气体中进行干燥处理，使混合料的含水量低于5％；然后研磨混合料，将混合料的研磨为400-600目的粉状；(3)处理包覆层材料，将抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯研磨成500-800目的粉状，将锂研磨成200-400目的颗粒状；(4)加热熔融包覆层材料，将步骤(2)中获得的混合料加热升温至熔融状态，再加入步骤(3)中获得的抗氧化剂、石墨纤维和聚丙烯加热至熔融状态并搅拌，获得熔融料；(5)包覆层加工，选用强度为2000-2400MPa，弹性模量为200-250Gp的碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何幸华，李政文，黎少伟，何可立，马俊，
申请(专利权)人：广州倬粤动力新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44