一种铅炭电池负极用改性活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池技术

本发明专利技术提供了一种活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的炭化镍。本发明专利技术采用复合的方式，将炭化镍均匀分散在活性炭的表面，炭化镍的加入提高了碳材料在铅表面的析氢电位，使得活性炭的抑制析氢的功能得到有效的提高。本发明专利技术对活性炭进行改性提高了活性炭的亲水性并负载了抑制析氢反应的炭化镍，提高了铅炭电池活性铅膏的紧密性和充电性能，降低了铅膏的阻抗，避免充放电过程中活性炭的脱落，同时炭化镍的加入提高了碳材料在铅表面的析氢电位，延缓了电池的失效。

【技术实现步骤摘要】
一种铅炭电池负极用改性活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池
本专利技术属于铅炭材料
，涉及一种活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池，尤其涉及一种铅炭电池负极用改性活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，全球储能电池市场规模快速增长。铅酸电池作为一种传统的储能电池已经有160余年，在现今的储能领域仍占有举足轻重的地位，因而铅酸电池也是目前所有储能电池中技术最成熟的电池，具有价格低廉、安全性高、电池回收率高等优点，是储能电池应用的首选。然而，铅酸电池由于比能量低(35～40Wh/kg)、体积大、快速充电困难及循环寿命短(300～800次)等缺点极大地限制了其应用与发展，特别是在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下电池的负极不可逆硫酸盐化问题，加速了电池的失效。在铅酸电池的基础上，铅炭电池则是一种新型的超级电池，是将活性炭添加到铅酸电池的负极活性材料Pb中，从而形成超级电容的特性，能极大的提高铅炭电池的性能，这样既发挥了超级电容瞬间高倍率充放电的优点，又发挥了铅酸电池比能量的优势，且具有非常好的充放电性能--90分钟就可充满电(铅酸电池若这样充、放，寿命只有不到30次)。而且由于高比表面积炭材料的加入，消除了电池负极不可逆硫酸盐化的现象，延长了HRPSoC工作模式下电池的循环寿命，大大延长了电池的循环寿命。但是，活性炭的加入同时也带了两个负面影响：一是活性炭的脱落，二是析氢加剧。炭材料是一种低析氢过电位材料，这与铅酸电池负极的工作电位不相匹配，在电池正常充放电的情况下易产生严重的析氢现象，加速电解液失水干涸，导致电池失效，这严重影响了铅炭电池的寿命；另外活性炭与铅膏的结合性差，充放电过程中易于脱落，限制了铅炭电池的应用。目前，基于碳材料表面的析氢过电势比铅表面低，所造成析氢加剧的问题，现有技术中多采用添加有机铋、铟、镓等进行改善，如常用的析氢抑制剂主要有氧化铟、二氧化锡、氧化银和锌的化合物。虽然在炭材料中添加适当的析氢抑制剂理论上能够解决铅炭电池的析氢问题，但通过简单的混合加入到铅炭电池负极中，还是仅仅能具有一定的抑制析氢效果，没有达到析氢抑制剂的完全应用，而且这些物质作为添加剂在极板中所允许的含量很低，所以效果不明显。因此，如何将更好的解决铅炭电池的析氢问题和铅酸电池本体的结合问题，更加发挥活性炭的性能，一直是业内诸多一线研发人员所面临的关键性挑战之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池，特别是一种铅炭电池负极用改性活性炭复合材料，本专利技术通过将活性炭和炭化镍进行复合，提高了碳材料在铅表面的析氢电位，使得复合材料的抑制析氢的功能得到有效的提高，从而解决了活性炭在铅炭电池中出现的问题。本专利技术提供了一种活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的炭化镍。优选的，所述活性炭为改性活性炭；所述活性炭具有多孔的网络状结构；所述炭化镍复合在所述活性炭表面。优选的，所述改性活性炭的比表面积为1000～2000m2/g；所述改性活性炭的孔容量为1.5～1.9cm3/g；所述改性活性炭的D50粒径为12.3～12.7μm。优选的，所述改性活性炭包括酸化改性活性炭；所述活性炭与所述炭化镍的质量比为(100～120)：1；所述活性炭包括石油焦基活性炭；所述炭化镍的粒径为50～400nm。本专利技术提供一种活性炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将活性炭、酸和溶剂混合，进行改性反应后，得到改性活性炭；2)将上述步骤得到的改性活性炭和炭化镍进行研磨后，得到活性炭复合材料。优选的，所述酸包括稀硝酸、草酸、稀硫酸和稀盐酸中的一种或多种；所述溶剂包括醇类溶剂；所述改性反应的温度为80～130℃；所述改性反应的时间为2～8h。优选的，所述活性炭由以下步骤制备得到：A)将石油焦进行高温炭化后，得到初始活性炭；B)将上述步骤得到的初始活性炭进行碱活化后，得到活性炭；所述高温炭化的温度为600～1000℃；所述高温炭化的时间为60～240min；所述活化后还包括后处理步骤。优选的，所述碱活化的活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙和氯化锌其中一种或多种；所述石油焦和所述碱活化的活化剂的质量比为(2～7)：1；所述碱活化的温度为600～1000℃；所述碱活化的时间为60～240min；所述后处理步骤包括除杂、洗涤、过滤和干燥中的一种或多种。优选的，所述研磨包括球磨和/或砂磨；所述研磨的时间为1～15h；所述球磨的转速为400～800r/min；所述砂磨的转速为1500～3000r/min；所述砂磨的砂磨介质的粒径为1.2～1.4mm。本专利技术提供了一种铅炭电池，包含正极和负极；所述负极包括上述技术方案任意一项所述的活性炭复合材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的活性炭复合材料。本专利技术提供了一种活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的炭化镍。与现有技术相比，本专利技术针对现有技术中，解决铅炭电池析氢问题时，通过将析氢抑制剂简单混合加入到铅炭电池负极中，无法达到析氢抑制剂的完全应用，而且添加剂在极板中所允许的含量很低，效果不明显等问题。本专利技术得到了一种活性炭复合材料，本专利技术采用复合的方式，创造性的将炭化镍均匀分散在活性炭的表面，炭化镍的加入提高了碳材料在铅表面的析氢电位，延缓了电池的失效，使得活性炭的抑制析氢的功能得到有效的提高。同时本专利技术进一步采用了具有多孔的网络状结构且经过改性的活性炭，又进而提高了活性炭的亲水性，解决了铅炭电池中炭材料从活性浆料中脱离的问题。本专利技术对活性炭进行改性提高了活性炭的亲水性并负载了抑制析氢反应的炭化镍，提高了铅炭电池活性铅膏的紧密性和充电性能，降低了铅膏的阻抗，避免充放电过程中活性炭的脱落，同时炭化镍的加入提高了碳材料在铅表面的析氢电位，延缓了电池的失效。实验结果表明，本专利技术制备的铅炭电池负极用改性活性炭复合材料，在相同电位下，析氢电流密度大幅下降，具有较好的抑制析氢的效果，而且改性的活性炭复合材料中，结合紧密，不易脱落。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的改性活性炭的SEM电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的活性炭复合材料的SEM扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制备的铅膏在水中的紧密程度对比图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对专利技术权利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭复合材料，其特征在于，包括活性炭和复合在所述活性炭上的炭化镍。/n

【技术特征摘要】
1.一种活性炭复合材料，其特征在于，包括活性炭和复合在所述活性炭上的炭化镍。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述活性炭为改性活性炭；
所述活性炭具有多孔的网络状结构；
所述炭化镍复合在所述活性炭表面。


3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述改性活性炭的比表面积为1000～2000m2/g；
所述改性活性炭的孔容量为1.5～1.9cm3/g；
所述改性活性炭的D50粒径为12.3～12.7μm。


4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述改性活性炭包括酸化改性活性炭；
所述活性炭与所述炭化镍的质量比为(100～120)：1；
所述活性炭包括石油焦基活性炭；
所述炭化镍的粒径为50～400nm。


5.一种活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将活性炭、酸和溶剂混合，进行改性反应后，得到改性活性炭；
2)将上述步骤得到的改性活性炭和炭化镍进行研磨后，得到活性炭复合材料。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述酸包括稀硝酸、草酸、稀硫酸和稀盐酸中的一种或多种；
所述溶剂包括醇类溶剂；
所述改性反应的温度为80～130℃；
所述改性反应的时间为2～8h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振涛，赵永彬，郑申棵，马立军，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37