一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，属于铅酸蓄电池制作技术领域。在众多的生物质材料中，稻壳含纳米级二氧化硅量高达20％。通过碱处理稻壳除去表皮大部分纳米级二氧化硅并碳化，得到以大孔/介孔为主的稻壳基多孔炭。稻壳基多孔炭的大孔、介孔结构能为储能器件提供良好的离子导体，提升电化学反应的动力学活性。将稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等一种或多种均匀混合，进一步增强负极碳添加剂的导电性。这种铅炭电池负极碳添加剂，能有效提升铅炭电池的充电接受能力，抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化现象并延长电池处于PSoC的循环寿命。

A negative carbon additive for improving charge acceptance of lead carbon battery and its application

【技术实现步骤摘要】
一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂及其应用
本专利技术属于铅酸电池制作
，涉及到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。
技术介绍
.铅酸电池基于良好的安全性、可靠性和成熟的制造回收技术，在储能领域占据着不可替代的重要位置。新兴的储能市场如混合动力汽车和可再生能源储能份额逐年增长。这些储能领域要求铅酸电池长时间处于部分荷电状态(PSoC)。长时间处于PSoC的铅酸电池负极逐渐被硫酸盐化，导致电池充电接受能力下降，电池失效。研究表明，碳添加剂在负极活性物质中的应用能够有效抑制硫酸盐化，提升铅酸电池PSoC条件下的循环寿命。中国专利200910227199.0公开了一种新型铅炭电池及其制作方法，并强调了高比表面积(1000-3000m2g-1)碳添加剂对铅炭电池能量密度和功率密度的提升作用。中国专利201210371066.2公开了一种铅炭电池负极极板，重点强调具有高比表面积(1000-3000m2g-1)活性炭添加剂对大电流充放电的缓冲作用。这种经过活化的高表面碳材料制备工艺复杂、成本高。中国专利201610522472.2公开了一种改性炭材料、其制备方法、负极铅膏、极板及铅炭电池，强调了一系列生物质材料经高析氢过电位金属盐溶液处理碳化后，作为负极改性炭添加剂具有抑制析氢，提升电池容量和高倍率充放电性能的作用。此专利旨在对生物质材料回收再利用，未能进一步对生物质材料的多孔结构特点进行充分利用。
技术实现思路
为提升铅炭电池的充电接受能力，延长电池在PSoC条件下的循环寿命，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。这种碳添加剂主要成分为经过碱处理、碳化简单制备工艺得到的以大孔、介孔为主的稻壳基多孔炭。稻壳基多孔炭的大孔、介孔结构能为储能器件提供良好的离子导体，提升电化学反应的动力学活性。将稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等一种或多种均匀混合，进一步增强负极碳添加剂的导电性。采用这种含有稻壳基多孔炭的混合碳材料作为铅炭电池负极碳添加剂，能够有效提升铅炭电池的充电接受能力，抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化现象，并延长电池处于PSoC的循环寿命。第一方面，本专利技术提供了一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，具体制备步骤如下：(1)将稻壳洗净，加入10～50wt.％的碱溶液，于90～150℃温度下反应1-10h，所述稻壳与碱的质量比为1:1-10，过滤，纯净水洗涤，干燥得脱硅稻壳；(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境300-1000℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭；(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管一种或多种均匀混合，其中稻壳基多孔炭所占总质量比为10％-100％，得到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。步骤(1)中所述的碱溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、其它中强碱溶液的一种或混合溶液。步骤(2)中的稻壳基多孔炭为中性或弱碱性，PH为7-9。步骤(2)中分级处理后的稻壳基多孔炭粒度D50小于或等于10μm，比表面积为100-1200m2g-1，孔体积为0.05-1.0cm3g-1。步骤(3)中所述的一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂中，稻壳基多孔炭所占总质量的优选百分比为50％-80％。所述负极碳添加剂用于铅炭电池的负极铅膏，所述铅炭电池负极铅膏的原料组成为：铅粉100份、短纤维0.1-0.2份、硫酸钡0.6-1.4份、腐殖酸0.1-0.4份、木质素磺酸钠0.1-0.4份、乙炔黑0.1-0.4份、所述负极碳添加剂0.1～60份，硫酸4～50份，水12～30份。所述铅炭电池的负极铅膏用于铅炭电池负极极板，采用所述铅炭电池负极铅膏为原料，按照蓄电池常规涂膏和固化工艺，将所述含提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂的负极铅膏涂板和固化，制得负极极板。所述铅炭电池负极极板，在充放电过程中负极板活性物质维持较高的比表面积0.6-10m2g-1和孔隙率0.008-0.150cm3g-1。所述负极极板在铅炭电池中的应用，将所述的铅炭电池负极板与正极板、隔膜和电解液按照蓄电池工艺进行装配、化成，制得充电接受能力得到提升的铅炭电池。有益效果：本专利技术所具有的优点是：利用稻壳天然独特的结构特点，通过碱处理和碳化制备出以大孔、介孔结构为主的稻壳基多孔炭。稻壳基多孔炭的大孔、介孔结构能为储能器件提供良好的离子导体，提升电化学反应的动力学活性。将稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等一种或多种均匀混合，进一步增强负极碳添加剂的导电性。采用这种含有稻壳基多孔炭的混合碳材料作为铅炭电池负极碳添加剂，能够保持充放电过程中负极板活性物质维持较高的比表面积(0.6-10m2g-1)和孔隙率(0.008-0.150cm3g-1)，有效提升铅炭电池的充电接受能力，抑制在部分荷电状态(PSoC)铅酸电池负极的硫酸盐化现象，并延长电池处于PSoC的循环寿命，实现本专利技术的目的。下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1为含提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂的铅炭电池和对照电池在不同电流密度下的放电曲线。图2为含提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂的铅炭电池和对照电池在加速电池老化测试中的循环寿命。具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步说明。实施例1：(1)将10g稻壳洗净，于200mL，30wt.％氢氧化钠溶液中100℃反应2h，过滤，纯净水洗涤，干燥得一种脱硅稻壳；(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境600℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭。(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭直接作为一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。称取铅粉1Kg、短纤维1.3g、硫酸钡8g、腐殖酸2.5g、木质素磺酸钠2.5g、乙炔黑1.8g和提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂10g，进行干混30min，之后快速加入纯净水110mL，搅拌10min，慢慢加入51.5wt.％硫酸溶液60mL搅拌30min，将所制得的铅膏涂覆于铅钙合金板栅上，50℃湿度90％环境固化24小时后，60℃湿度80％环境下固化24小时，干燥，得负极板。将所得极板进行外化成后，用隔膜包覆，与两片外化成的PbO2正极在1.28g/mL硫酸电解质中组装成铅炭电池。实施例2：(1)将10g稻壳洗净，于200mL，35wt.％氢氧化钠溶液中95℃反应1.5h，过滤，纯净水洗涤，干燥得一种脱硅稻壳；(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境650℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭。(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭和石墨按照8:3的比例均匀混合，得到一种提升铅炭电池充电接受能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于：制备步骤如下：/n(1)将稻壳洗净，加入10～50wt.％的碱溶液，于90～150℃温度下反应1-10h，所述稻壳与碱的质量比为1:1-10，过滤，纯净水洗涤，干燥得脱硅稻壳；/n(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境300-1000℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭；/n(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管一种或多种均匀混合，其中稻壳基多孔炭所占总质量比为10％-100％，得到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于：制备步骤如下：
(1)将稻壳洗净，加入10～50wt.％的碱溶液，于90～150℃温度下反应1-10h，所述稻壳与碱的质量比为1:1-10，过滤，纯净水洗涤，干燥得脱硅稻壳；
(2)将上述步骤(1)得到的脱硅稻壳于密闭环境300-1000℃碳化后，粉碎分级，得稻壳基多孔炭；
(3)将上述步骤(2)得到稻壳基多孔炭与活性炭、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管一种或多种均匀混合，其中稻壳基多孔炭所占总质量比为10％-100％，得到一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂。


2.根据权利要求1所述的一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于步骤(1)中所述的碱溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、其它中强碱溶液的一种或混合溶液。


3.根据权利要求1所述的一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于步骤(2)中的稻壳基多孔炭为中性或弱碱性，PH为7-9。


4.根据权利要求1所述的一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于步骤(2)中分级处理后的稻壳基多孔炭粒度D50小于或等于10μm，比表面积为100-1200m2g-1，孔体积为0.05-1.0cm3g-1。


5.权利要求1所述的一种提升铅炭电池充电接受能力的负极碳添加剂，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海波，尹健，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22