一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法技术

本发明专利技术属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。本发明专利技术制备的负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过采用苯胺低聚物衍生物作为石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散，不仅避免了石墨烯的团聚，建立了良好的铅炭复合结构，同时抑制了铅炭负极析氢反应。本发明专利技术制备的负极板铅膏添加黄原胶或海藻酸钠来全部或部分替代传统的聚酯纤维作为粘结剂，有效提高了负极铅膏的乳化稳定性、黏结性能和结合力，解决了目前铅炭电池普遍存在的失水严重、循环过程活性物质易脱落等问题，显著提高了铅炭电池的充电接受能力和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法
本专利技术属于铅酸蓄电池
，具体涉及一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。
技术介绍
混合动力用电池是电池行业巨大市场。铅酸电池具有成本低廉，安全性高等特点受到混合动力用行业的广泛关注。但是，混合动力用汽车往往在高倍率部分荷电状态下使用，造成负极不可逆的硫酸盐化，进而降低电池使用寿命。而铅炭（Pb-C）超级电池的出现使得铅酸电池技术可以应用到混合电动车中，成为目前一种理想的储能装置。铅炭电池是一种将超级电容器与铅酸蓄电池相结合而构成的新型储能器件。铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，对电池的性能进行了改良，从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。在铅炭电池中，超级电容器与铅酸电池两种储能方式以内结合方式集成，不需要特殊的外加电子控制电路，使得电池的尺寸得到了控制，系统得到简化，从而降低储能成本。此外，在铅酸电池负极中引入碳材料，除了能够减缓负极的硫酸盐化，提高电池的循环寿命外，还因其能够提高放电状态电极的导电性，引入电容特性，从而在一定程度上提高电极的充电接受能力。因此，高性能Pb-C超级电池成为铅酸电池领域目前研究的重点和热点。然而，碳材料在铅酸电池负极的添加也带来一些问题，如加剧负极的析氢反应，降低电池库伦效率，导致电解质溶液失水甚至电池失效。另外，碳与铅之间的亲和性差，铅碳之间不能很好复合。为此，如何改善碳材料在铅酸电池负极中的分散效果以及有效降低负极的析氢电位是铅炭超级电池亟待解决的问题。现有技术中，铅炭超级电池中的碳添加剂主要有活性炭、石墨、炭黑等材料，其中活性炭的比表面积大，电容活性高但是导电性较差，杂质含量高，析氢过电位低；石墨的导电性较好，但几乎无电容特性，无法缓冲负极板中通过的瞬间大电流；炭黑的导电性优异，但是电容活性低，易团聚，当含量超过1％时吸水严重，难以实现合膏。石墨烯作为厚度只有一个碳原子的准二维新型碳材料，具有优异的导电性能、很高的比表面积和高的电容活性。因此，将石墨烯作为铅炭超级电池的负极添加剂，可以提高负极的电导率，缓冲瞬间大电流，抑制负极板表面的硫酸盐化，提高电池部分荷电状态大电流充放电(HRPSoC)工况下的循环寿命。但现有技术方案中，铅炭超级电池碳材料的添加方式主要是与铅粉进行机械混合，由于铅粉密度远远大于碳材料的密度，因此两者的均匀混合将很难实现，且通过机械混合的方式，铅活性物质与碳材料的有效接触界面较少，不能充分发挥碳的高电导和大电容优势。石墨烯在与铅负极材料干混的过程中，容易造成石墨烯的团聚，且不易混合均匀，从而影响石墨烯二维碳材料优势的发挥。
技术实现思路
为解决铅炭电池负极板碳材料添加带来的铅炭材料和膏不均匀，析氢反应严重等一系列问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。本专利技术制备的负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过特定的石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散，不仅避免了石墨烯的团聚，而且提高了石墨烯与铅的亲和性，建立了良好的铅炭复合结构，同时有效提升了碳材料的析氢过电势，抑制铅炭负极析氢反应，显著提高电池的充电接受能力和循环寿命。本专利技术提供了一种高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏，具体制备步骤如下：（1）将配比量的石墨烯和分散剂通过强力超声或机械搅拌方式进行分散，形成石墨烯分散液；（2）将配比量的铅粉和析氢抑制剂加入到上述步骤（1）制备的石墨烯分散液进行球磨混合均匀，得到含析氢抑制剂的铅炭复合材料；（3）将配比量的粘结剂和水混合，形成粘结剂水溶液；（4）将步骤（2）得到的铅炭复合材料以及配比量的聚酯纤维、腐殖酸、纳米硫酸钡、木质素加入到步骤（3）粘结剂水溶液中进行机械搅拌混合，得到混合物；（5）将配比量的硫酸溶液缓慢加入到步骤（4）形成的混合物中，继续搅拌混合均匀，得到铅炭电池的负极铅膏。优选的是，所述步骤（1）的石墨烯分散剂为含有功能化基团包括羧基、羟基、羰基、酯基、氨基、磺酸基、环氧基团中的任意一种或两种以上组合的苯胺低聚物衍生物，能够与石墨烯形成稳定的π-π复合物。优选的是，所述步骤（1）石墨烯与分散剂的质量比为10:1~1:1，形成的石墨烯分散液浓度为0.1mg/ml~100mg/ml。优选的是，所述析氢抑制剂为纳米氧化锌和/或纳米氧化铋。优选的是，所述粘结剂为黄原胶或海藻酸钠。优选的是，所述负极铅膏重量份组分：铅粉100份，石墨烯2~8份，分散剂0.2~8份，硫酸溶液5~10份，纳米硫酸钡0.3~0.6份，析氢抑制剂0.2~1份，粘结剂0.2~1.5份，腐殖酸1~3份，木质素0.1~0.5份，聚酯纤维0.1~0.4份，水10~20份。优选的是，所述硫酸溶液浓度为1.35~1.45g/ml。优选的是，所述负极铅膏的视密度为4.0±0.5g/ml。将上述步骤制备的铅膏涂覆到负极板栅上，进行固化得到生的负极，然后以商用生的正极，玻璃纤维棉为隔膜，以密度为1.26cm3/g硫酸为电解液，以市售的相应大小的电池槽为电池槽体，按照正极-隔膜-负极方式组装到电池槽中，再往电池槽体中注入电解液，组装成启停电池。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术铅炭电池负极铅膏采用石墨烯作为碳材料，替代传统铅膏中使用的活性炭、炭黑、石墨或其混合物，提高了铅膏的导电性和电容活性；而且采用苯胺低聚物衍生物作为分散剂来分散石墨烯，在不降低石墨烯导电性能和电容活性的同时，利用苯胺低聚物与石墨烯之间的π-π作用大幅提高了石墨烯分散液的稳定性。2、采用石墨烯分散液和铅粉、析氢抑制剂一起球磨混匀形成铅炭复合材料，避免了传统干混容易造成铅粉和碳材料混合不均匀以及石墨烯容易团聚等问题，而且石墨烯能够均匀地分散在铅膏中，形成了均匀的导电网络，大大改善了铅膏和负极板的导电能力，可以大幅提高电池的充电接受能力，从而延长电池部分荷电状态下的使用寿命；同时，析氢抑制剂随着球磨过程与铅膏中活性物质一起均匀地结合在一起，提高了铅膏的析氢过电位，抑制了铅炭电池负极板的析氢过程。3、和膏时采用黄原胶或海藻酸钠来全部或部分替代传统的聚酯纤维作为粘结剂，利用黄原胶或海藻酸钠富含的亲水官能基团、极强的黏结性和高温稳定性，有效提高了负极铅膏的乳化稳定性、黏结性能和结合力，能够解决目前铅炭电池普遍存在的失水严重、循环过程活性物质易脱落等问题，可以进一步提升铅炭电池的充放电性能和循环使用寿命。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面给出具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：称取石墨烯4份和分散剂苯胺低聚物衍生物0.8份，将分散剂搅拌溶解于去离子水，形成澄清透明的分散剂溶液，然后缓慢加入石墨烯粉末，强力超声1小时后形成浓度为1mg/ml的石墨烯分散液；将100份铅粉和0.5份析氢抑制剂纳米氧化锌加入到上述石墨烯分散液中，球磨6小时混合均匀，形成含有析氢抑制剂的铅炭复合材料；将1份粘结剂黄原胶溶解在15份水中，配成粘结剂水溶液，然后依次加入上述配好的铅炭复合材料、0.1份聚酯纤维，腐殖酸2份，纳米硫酸钡0.4份和0.2份木质素，机械搅拌30-40分钟混合均匀得到混合物；之后再加入6份本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏，其特征在于：负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散。

【技术特征摘要】
1.一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏，其特征在于：负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散。2.一种高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将配比量的石墨烯和分散剂通过强力超声或机械搅拌方式进行分散，形成石墨烯分散液；（2）将配比量的铅粉和析氢抑制剂加入到上述步骤（1）制备的石墨烯分散液进行球磨混合均匀，得到含析氢抑制剂的铅炭复合材料；（3）将配比量的粘结剂和水混合，形成粘结剂水溶液；（4）将步骤（2）得到的铅炭复合材料以及配比量的聚酯纤维、腐殖酸、纳米硫酸钡、木质素加入到步骤（3）粘结剂水溶液中进行机械搅拌混合，得到混合物；（5）将配比量的硫酸溶液缓慢加入到步骤（4）形成的混合物中，继续搅拌混合均匀，得到铅炭电池的负极铅膏。3.根据权利要求2所述的负极板铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的分散剂为含有功能化基团包括羧基、羟基、羰基、酯基、氨基、磺酸基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，王殿龙，李军，胡国柱，孙旺，李明钧，
申请(专利权)人：浙江天能电池江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32