一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法技术

技术编号:22567268 阅读:28 留言:0更新日期:2019-11-16 12:59
本发明专利技术公开的一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,制备包括以下步骤:去皮后的茄子置于铅源中浸泡;烘干所述浸泡后的去皮茄子;惰性气氛下,管式炉中高温煅烧,洗涤、烘干,即得铅碳复合材料,将铅碳复合材料作为铅碳电池负极添加剂按2%质量分数添加至铅酸电池负极中,以76%氧化度的铅粉为100%计,能够有效地抑制铅酸电池负极的析氢反应,能延长铅酸电池的循环寿命。

A preparation method of lead carbon composite used as anode additive of lead carbon battery

The preparation method of the lead carbon composite material for the negative electrode additive of the lead carbon battery comprises the following steps: soaking the peeled eggplant in the lead source; drying the peeled eggplant after soaking; calcining, washing and drying in the tubular furnace at high temperature under inert atmosphere, to obtain the lead carbon composite material, and using the lead carbon composite material as the negative electrode additive of the lead carbon battery Adding 2% mass fraction to the negative electrode of lead-acid battery, taking the lead powder with 76% oxidation degree as 100%, can effectively inhibit the hydrogen evolution reaction of the negative electrode of lead-acid battery, and can prolong the cycle life of lead-acid battery.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法
本专利技术涉及铅碳电池材料领域,具体涉及一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法。
技术介绍
随着全球经济快速发展,出现了诸如全球能源日趋紧张,环境污染加剧的一系列问题,因此人们迫切地需要找到高效、清洁、可持续利用的新能源来代替煤、石油之类的传统能源。铅酸电池作为一种新型储能设备,成本低廉、安全可靠、循环寿命长、储能规模大,已广泛应用于汽车及各种内燃机的启动和无线通信基站中,已逐渐成为了新能源储能系统研究的热点。同时铅酸蓄电池有着极高的资源循环利用率,铅再生率达到了98%,使得铅能在生产过程中所产生的的污染可以得到较为彻底的治理。然而,铅酸电池依然存在着较多问题。当铅酸电池放电时,负极活性物质海绵铅会反应生成不导电的硫酸铅晶体,在增大了电池内阻的同时,降低了电池负极活性的利用率,降低了电池的放电容量,尤其在HRPSoC工况下工作时,负极会产生严重的不可逆硫酸盐化现象,此外,电池负极的析氢问题也会加重,进一步加剧了铅酸电池负极的不可逆硫酸盐化现象,极大地影响了铅酸电池的循环寿命。为了解决上述铅酸电池所存在的问题,人们采取添加添加剂,改善涂板工艺,改善固化条件以及化成工艺等措施,来提高铅酸电池负极的性能,有效地抑制铅酸电池负极的析氢反应和延长铅酸电池的循环寿命,这其中,最简便、最有效的方法就是向铅酸电池负极板中添加各种不同的添加剂,而最长见的添加剂就是以活性碳、炭黑、碳纳米管等为代表的碳材料和与其相对应的铅碳复合材料,文献中报道的铅碳复合材料绝大多数以活性碳材料作为碳基底,在此基础上,进行铅的负载,铅负载于碳基底表面,不利于离子和电子的快速运输。
技术实现思路
为解决上述问题,本专利技术提供一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,制备一种能作为铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料,能够有效地抑制铅酸电池负极的析氢反应,能延长铅酸电池的循环寿命。本专利技术的技术方案是,提供一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)去皮后的生茄子置于铅源中浸泡;(2)烘干所述浸泡后的去皮茄子;(3)惰性气氛下,管式炉中高温煅烧步骤(2)所得产物,洗涤、烘干,即得所述铅碳复合材料。优选地,所述铅源为饱和醋酸铅。优选地,所述步骤(1)浸泡时长为48h。优选地,所述步骤(2)烘干温度为80℃,所述步骤(3)烘干温度与步骤(2)所述烘干温度相同。优选地,所述步骤(3)高温煅烧温度为700℃。优选地,所述惰性气氛为氮气。优选地,将所述铅碳复合材料作为铅碳电池负极添加剂按2%质量分数添加至铅酸电池负极中,以76%氧化度的铅粉为100%计。本方法所制备的一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料应用于铅酸电池负极中,具体步骤为,采用以茄子作为生物质的碳源,将茄子浸泡于饱和的醋酸铅溶液中,采用高温煅烧的方法制备出铅碳复合材料即铅碳电池负极添加剂,该方法工艺相对简单、原料来源丰富、污染小、易于实现量产、所制备的材料具有良好的电化学性能,同时,该铅碳复合材料作为添加剂添加到铅酸电池负极板中,能够有效地抑制铅酸电池负极的析氢反应,能延长铅酸电池的循环寿命,醋酸铅在本方案中不仅作为铅源,同时醋酸铅在高温分解的过程,能分解出二氧化碳气体,二氧化碳作为活化气体,活化材料的表面。在前处理的过程中,并未对茄子进行切割处理,主要的原因就是在前处理的过程中,保证茄子内部的纤维结构不受到破坏,以及在后续的高温煅烧过程中,最大限度地保护茄子内部的纤维结构,使得茄子内部构成完整的离子传输通道,来提高该铅碳复合材料的电化学性能。本专利技术的有益效果在于:1、茄子作为一种常见的天然生物质,其原料自然储量大,易获取,其内部发达的纤维结构能很充分地吸附醋酸铅分子。同时,茄子的内部还具有联通的管道状结构,有利于离子和电子的快速运输。2、本方案采用的均为生茄子,相比于熟茄子而言,生茄子具有更好的吸水膨胀特性,在饱和的醋酸铅溶液中吸收更多的醋酸铅分子,同时,对比于熟茄子,生茄子内部含有更多的含氧基团,这些铅离子可用于吸附和加固铅离子,基于这两点特性,生茄子相比于熟茄子或其他生物质纤维,能更好地利用饱和溶液中的醋酸铅分子。3、将茄子浸泡在饱和的醋酸铅溶液中以吸附醋酸铅,其中醋酸铅所起的作用是,一方面提供了铅源,另一方面,醋酸铅在茄子碳化的过程中,分解成碳酸铅,碳酸铅进一步分解成二氧化碳,二氧化碳在此过程中进行造孔以及表面活化。在煅烧的过程中,茄子内部的纤维结构被完好地保留了下来,茄子内部的纤维还起到了调控铅离子尺寸的作用,茄子内部丰富的纤维结构将铅颗粒的尺寸控制在纳米级别,将铅粒子的尺寸控制在合理的范围区间内,能有效地提升材料的电化学性能。5、将该铅碳复合材料以2%的质量分数(相对于氧化度76%的铅粉)添加到铅酸电池负极中,铅酸电池在HRPSoC状态下的循环寿命达到15688。6、在80℃下干燥,能保持茄子内部的形貌,不变形。7、整体的制备方法只有三个步骤,生产工艺简单,对仪器并没有较高的要求,易于进行操作,并且产率可观,在制备铅碳复合材料的过程中,无需额外添加活化剂、造孔剂和模板。8、从材料的形貌上进行分析,相比于活性碳、炭黑等传统碳材料为基底的铅碳复合材料,以生物质茄子为碳源所制备的铅碳复合材料,铅颗粒能嵌入茄子的内部,茄子里的纤维能很好地控制铅粒子的大小,将铅颗粒的大小控制在一个适当的尺寸,而铅酸电池的充放电能力,倍率性能以及循环寿命等电化学性能都与铅颗粒的大小有着直接的关系。同时在合适的煅烧温度内,茄子内部的纤维结构被完整的保留了下来,纤维结构并没有出现塌陷的情况,茄子内部天然的纤维网络构成了良好的离子传输网络,加快了离子的传输,很好地提升了材料的电化学性能。而以活性碳,炭黑等为主的传统碳材料为基底的铅碳复合材料,铅颗粒通常是附着在碳材料的表面,铅的大小尺寸相比于以茄子为碳源所制备铅碳复合材料,其大小直径很难控制。此外,茄子还具有很好的吸水膨胀特性,该特性是其他纤维农副产品,诸如丝瓜、红薯等所不具备的,该特性能使茄子能最大限度地吸收醋酸铅分子,达到对原料的最大化利用的效果。因此,该铅碳复合材料作为铅碳电池负极添加剂能使铅颗粒得到更有效地利用。附图说明图1是本专利技术实施例1制备得到的铅碳复合材料的扫描电镜表征结果图。图2是将活性碳作为铅酸电池负极添加剂加入到铅酸电池中,测得的铅酸电池在HRPSoC状态下的循环寿命。图3是本专利技术实施例1制备的在600摄氏度下煅烧得到的材料,作为铅酸电池负极添加剂加入到铅酸电池中,测得的铅碳复合材料作为负极添加剂的铅酸电池在HRPSoC状态下的循环寿命。图4是本专利技术实施例1制备的在700摄氏度下煅烧得到材料,作为铅酸电池负极添加剂加入到铅酸电池中,测得的铅碳复合材料作为负极添加剂的铅酸电池在HRPSoC状态下的循环寿命。图5是本专利技术实施例1制备的在800摄氏度本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:/n(1)去皮后的茄子置于铅源中浸泡;/n(2)烘干所述浸泡后的去皮茄子;/n(3)惰性气氛下,管式炉中高温煅烧步骤(2)所得产物,洗涤、烘干,即得所述铅碳复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)去皮后的茄子置于铅源中浸泡;
(2)烘干所述浸泡后的去皮茄子;
(3)惰性气氛下,管式炉中高温煅烧步骤(2)所得产物,洗涤、烘干,即得所述铅碳复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述铅源为饱和醋酸铅。


3.根据权利要求1所述的一种用于铅碳电池负极添加剂的铅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)浸泡时长为48h。


4.根据权利要求1所述的一种用于铅碳电池负极添加...

【专利技术属性】
技术研发人员:高云芳管立徐新
申请(专利权)人:浙江工业大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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