一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法，首先利用改性Hummers’法制备氧化石墨；向氧化石墨中加入质量分数为2～10wt.％的表面活性剂——十二烷基磺酸钠(SDS)进行改性，再加入一定量的去离子水混合后超声剥离得到氧化石墨烯水溶液；将该氧化石墨烯水溶液转移至反应釜中，进行水热反应后得到圆柱状的还原氧化石墨烯水凝胶；再利用冷冻干燥法干燥得到最终产物还原氧化石墨烯。该方法所制备的添加剂能够增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率,提高电池的充电接受能力和延长HRPSoC工况下的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铅酸蓄电池
，尤其涉及一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法。
技术介绍
目前，铅酸蓄电池因其价格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和适于大电流放电等特点，已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种，汽车、通信、电力、铁路、电动车等各个领域都离不开蓄电池。铅酸蓄电池在使用过程中随着充放电次数的增加，放电容量会不断减小，最终导致电池失效，失效的原因归结起来有以下几种：①正极板的腐蚀变形；②正极活性物质软化脱落；③不可逆的硫酸盐化；④容量过早损失；⑤热失控。其中导致电池失效的最常见的原因通常是负极板不可逆的硫酸盐化。铅酸蓄电池在工作时，正负极板都会生成硫酸铅，硫酸铅难溶于水，几乎不导电。放电初期，生成的硫酸铅结晶较小，充电时，在电场的作用下，细小的硫酸铅晶体比较容易溶解在硫酸电解液中被还原成活性物质铅；随着充放电次数的增加，细小的硫酸铅结晶容易团聚成粗大坚硬的结晶，而粗大的硫酸铅晶体在充电过程中很难被还原成铅，导致不可逆的硫酸盐化加剧，降低活性物质的利用率，电池的充电接受能力降低，最终使电池失效。针对蓄电池的失效机制，经过这么多年的技术发展，人们普遍认为向蓄电池正、负极板活性物质中加入添加剂是个有效解决问题的办法，添加剂是铅酸蓄电池极板的重要组成部分，相比于正极板，负极板的添加剂种类要更复杂，用于铅酸蓄电池负极板的常见添加剂有硫酸钡、腐殖酸、木素磺酸盐等，这些添加剂往往一同加入负极板中，虽然上述这些添加剂对蓄电池的使用性能有所改善，但是最致命的硫酸盐化问题仍然没有得到解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法，使用这种添加剂能够增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率，增强极板强度，提高极板的导电性能和活性物质的表面利用率，有效减小硫酸铅颗粒尺寸，降低极化，提高硫酸铅向负极铅转化效率，达到增大充电接受能力和延长电池在HEV中高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下的循环寿命。一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法，所述方法包括：首先向1～3g天然石墨和2～6gNaNO3中加入23～60mL98wt.％的硫酸溶液，在冰浴下搅拌均匀；缓慢加入3～5gKMnO4，在0～4℃反应1.5～2h，之后升温到35～40℃，中温反应1～2h；再加入46～100mL去离子水，升温至90～98℃继续反应20～30min；向反应溶液中加入5～15mL 3～5wt.％的H2O2至溶液呈黄色，再用HCl溶液和去离子水离心洗涤，得到氧化石墨水凝胶；再将其放置于40～60℃的真空干燥箱中干燥24～48h，烘干后得到氧化石墨；向氧化石墨中加入2～10wt％质量分数的表面活性剂十二烷基磺酸钠SDS，再加入一定量的去离子水配成2～5mg/mL的溶液，在数控超声机中超声2～3h,得到氧化石墨烯水溶液；将该氧化石墨烯水溶液转移至反应釜中，在180℃～200℃的烘箱中水热反应12～18h，得到圆柱状的还原氧化石墨烯水凝胶；再利用冷冻干燥法干燥所述还原氧化石墨烯水凝胶，得到最终产物改性后的三维多孔还原氧化石墨烯。将所述改性后的三维多孔还原氧化石墨烯作为铅酸蓄电池负极板添加剂。所述石墨烯的重量百分比为铅酸蓄电池负极板中铅粉含量的0.1％～5％。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，利用上述方法所制备的添加剂能够增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率，增强极板强度，提高极板的导电性能和活性物质的表面利用率，从而有效抑制电池负极不可逆硫酸盐化过程，特别是在高倍率部分荷电状态下，提高活性物质利用率和电池充电接受能力，进而提高铅酸蓄电池的循环寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法流程示意图；图2为本专利技术实施例所述石墨烯在1mV/s扫速下的循环伏安曲线示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例所提供铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：步骤11：首先向1～3g天然石墨和2～6gNaNO3中加入23～60mL98wt.％的硫酸溶液，在冰浴下搅拌均匀；步骤12：缓慢加入3～5gKMnO4，在0～4℃反应1.5～2h，之后升温到35～40℃，中温反应1～2h；步骤13：再加入46～100mL去离子水，升温至90～98℃继续反应20～30min；步骤14：向反应溶液中加入5～15mL 3～5wt.％的H2O2至溶液呈黄色，再用HCl溶液和去离子水离心洗涤，得到氧化石墨水凝胶；步骤15：再将其放置于40～60℃的真空干燥箱中干燥24～48h，烘干后得到氧化石墨；步骤16：向氧化石墨中加入2～10wt％质量分数的表面活性剂十二烷基磺酸钠SDS，再加入一定量的去离子水配成2～5mg/mL的溶液，在数控超声机中超声2～3h,得到氧化石墨烯水溶液；步骤17：将该氧化石墨烯水溶液转移至反应釜中，在180℃～200℃的烘箱中水热反应12～18h，得到圆柱状的还原氧化石墨烯水凝胶；步骤18：再利用冷冻干燥法干燥所述还原氧化石墨烯水凝胶，得到最终产物改性后的三维多孔还原氧化石墨烯。按照上述方法所制备的不同质量分数表面活性剂SDS改性后的三维多孔还原氧化石墨烯可作为铅酸蓄电池负极板添加剂，且该改性后的三维多孔还原氧化石墨烯的重量百分比为铅酸蓄电池负极板中铅粉含量的0.1％～5％。下面以具体的实例对本专利技术所述添加剂的性能进行说明，这里用来对比的添加剂为改性后的三维还原氧化石墨烯、活性炭和乙炔黑，上述三种添加剂加入的重量百分比为蓄电池负极板配方中铅粉含量的0.1％～5％，具体包括四种情况：1)在制备铅酸蓄电池负极板时未加入任何添加剂，具体是将铅粉4公斤，硫酸钡32克，腐殖酸36g，木素磺酸钠6克，短纤维3.2克，各种物料放入和膏机中搅拌3～5分钟，使其混合均匀，然后加入配方量的水搅拌10min，在15～30min内加入配方量的稀硫酸，加酸同时不停的搅拌铅膏，加好酸后再搅拌10～15min，搅拌过程中保证和膏温度不高于60℃，出膏前5min测量视密度，要符合工艺规定要求，若偏高，可加适量水进行调节，如低于规定，可适当延长搅拌时间。涂板、淋酸、表面干燥，再在63℃、相对湿度为92％的条件下进行不少于48小时的固化，然后干燥36小时，使游离铅和含水量达到工艺规定要求，得到生负极板；然后组装成12V 10Ah阀控电池，焊接、胶封电池盖、加橡胶圈焊端子，滴加色胶，灌酸，化成充电，得到成品电池；再进行测试，作为对比例。2)在制备铅酸蓄电池负极板时加入本专利技术所制备的3D-RGO+5wt.％SDS为添加剂，具体是将铅粉4公斤，硫酸钡32克，腐殖酸36g，木素磺酸钠6克，短纤维3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：首先向1～3g天然石墨和2～6gNaNO3中加入23～60mL98wt.％的硫酸溶液，在冰浴下搅拌均匀；缓慢加入3～5gKMnO4，在0～4℃反应1.5～2h，之后升温到35～40℃，中温反应1～2h；再加入46～100mL去离子水，升温至90～98℃继续反应20～30min；向反应溶液中加入5～15mL 3～5wt.％的H2O2至溶液呈黄色，再用HCl溶液和去离子水离心洗涤，得到氧化石墨水凝胶；再将其放置于40～60℃的真空干燥箱中干燥24～48h，烘干后得到氧化石墨；向氧化石墨中加入2～10wt％质量分数的表面活性剂十二烷基磺酸钠SDS，再加入一定量的去离子水配成2～5mg/mL的溶液，在数控超声机中超声2～3h,得到氧化石墨烯水溶液；将该氧化石墨烯水溶液转移至反应釜中，在180℃～200℃的烘箱中水热反应12～18h，得到圆柱状的还原氧化石墨烯水凝胶；再利用冷冻干燥法干燥所述还原氧化石墨烯水凝胶，得到最终产物改性后的三维多孔还原氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种铅酸蓄电池极板添加剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：首先向1～3g天然石墨和2～6gNaNO3中加入23～60mL98wt.％的硫酸溶液，在冰浴下搅拌均匀；缓慢加入3～5gKMnO4，在0～4℃反应1.5～2h，之后升温到35～40℃，中温反应1～2h；再加入46～100mL去离子水，升温至90～98℃继续反应20～30min；向反应溶液中加入5～15mL 3～5wt.％的H2O2至溶液呈黄色，再用HCl溶液和去离子水离心洗涤，得到氧化石墨水凝胶；再将其放置于40～60℃的真空干燥箱中干燥24～48h，烘干后得到氧化石墨；向氧化石墨中加入2～10wt％质量分数的表面活性剂十二烷基磺酸钠S...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国正，龙群英，张慧，陈红雨，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44