一种铅酸蓄电池负极铅膏及负极板的制备方法技术

一种铅酸蓄电池负极铅膏，所述负极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：木素：腐植酸：硫酸钡：钡掺杂氮化碳：碳材料：纯净水：稀硫酸=100：（0.05

【技术实现步骤摘要】
一种铅酸蓄电池负极铅膏及负极板的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铅酸蓄电池负极铅膏及负极板的制备方法，属于铅酸蓄电池


技术介绍

[0002]随着我国经济的迅猛发展和人民生活水平的提高，汽车保有量越来越高，尤其在城市早晚高峰时，汽车在行驶过程中会经历多次的起动。这导致汽车中的铅酸电池长时间处于未充满电的部分荷电状态，对铅酸电池的使用寿命造成影响。
[0003]一般来说，铅酸电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板和壳体等部分组成。这其中，通过将铅膏涂覆在板栅上制得的极板，对铅酸电池的电学性能起着至关重要的作用。铅酸电池的负极中主要的活性物质是海绵状铅，当电池放电时铅负极作为阳极，单质铅被氧化成Pb
2+
，并与电解液中的SO
42-发生反应，形成溶解度很小的PbSO4，并沉积到负极板中。
[0004]铅酸电池长期处于未充满电的部分荷电状态时，极易导致负极板中PbSO4不断生长成为晶型完整且粗大的晶粒，使得其电化学活性降低，进而导致电池的使用寿命结束。这种现象在行业内被称作为“负极板硫酸盐化”。为了减缓这种现象，一般会在负极中加入各种膨胀剂。目前，常用的负极膨胀剂分为有机膨胀剂和无机膨胀剂两类，有机膨胀剂主要为木素磺酸盐、腐植酸和鞣剂等，其主要目的是为了保证负极活性物质有较大的比表面积；无机膨胀剂主要是炭黑、硫酸钡、硫酸亚锡等，除了保持负极较大的比表面积外，还起到细化硫酸铅晶粒的作用，并在一定程度上提高活性物质的导电性。
[0005]目前行业上经典的起动型铅酸电池的负极铅膏配方中，除去铅粉、纯水和稀硫酸等基础原材料外，还有短纤维、硫酸钡、木素磺酸钠、腐植酸和炭黑等添加剂。但对铅酸电池当前越加严苛的使用工况下，其负极耐硫酸盐化能力和使用寿命，还需要进一步地提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术为克服现有技术弊端，提供一种铅酸蓄电池负极铅膏及负极板的制备方法，在负极铅膏的添加剂中添加钡掺杂的氮化碳，有效地抑制了负极的硫酸盐化现象，延长了铅酸蓄电池的使用时间。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种铅酸蓄电池负极铅膏，所述负极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：木素：腐植酸：硫酸钡：钡掺杂氮化碳：碳材料：纯净水：稀硫酸＝100：(0.05-0.5)：(0-1.0)：(0-1.0)：(0-2.0)：(0.1-1.0)：(0-1.0)：(10-15)：(6-10)。
[0009]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述钡掺杂氮化碳的主要成分为石墨相氮化碳，钡元素为成核剂，所述钡掺杂氮化碳的平均粒径小于5μm，比表面积为10-500m2/g，其制备方法包括如下步骤：
[0010]①
称取一定量的Ba(OH)2，加入到溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到Ba(OH)2溶液，Ba(OH)2溶液的浓度为0.01-5wt％；
[0011]②
称取一定量的三聚氰胺，加入到Ba(OH)2溶液中，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液，三聚氰胺与Ba(OH)2的质量比控制在100：(0.1-10)，对混浊液进行充分搅拌0.1-300min后，静置0.1-12h；
[0012]③
将静置好的钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液在40-120℃下烘干1-24h，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末；
[0013]④
将得到的钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末加热至400-800℃，并保温焙烧0.5-6h，得到钡掺杂氮化碳颗粒；
[0014]⑤
将得到的钡掺杂氮化碳颗粒进行研磨，得到用于铅酸电池的钡掺杂氮化碳材料。
[0015]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述步骤
①
中，溶剂为甲醇、乙醇、水中的一种或多种。
[0016]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述步骤
④
中，焙烧时钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末置于带盖的坩埚中，或处于保护气氛下，保护气氛为CO2、N2、He和Ar中的一种或几种。
[0017]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述铅粉的氧化度为60-98％，其中PbO和Pb的质量比为(60-98)：(40-2)。
[0018]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述短纤维为腈纶纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种，长度为1-15mm。
[0019]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述纯净水的导电率≤0.33μs/cm，稀硫酸为分析纯，其密度为1.1-1.6g/cm3。
[0020]上述铅酸蓄电池负极铅膏，所述碳材料为炭黑、活性炭和石墨中的一种或多种。
[0021]一种负极板的制备方法，利用上述铅酸蓄电池负极铅膏制备负极板，包括如下步骤：
[0022]①
铅粉、短纤维、木素、腐植酸、硫酸钡、钡掺杂氮化碳、碳材料按100：(0.05-0.5)：(0-1.0)：(0-1.0)：(0-2.0)：(0.1-1.0)：(0-1.0)的质量比例进行搅拌混合均匀；
[0023]②
向步骤
①
中得到的混合物中依次加入水和硫酸水溶液，分别充分搅拌1-30min得到铅膏；
[0024]③
将铅膏平整地刮涂在板栅上，铅膏厚度为0.5-10mm，20-80℃固化1～50h，固化过程中的相对湿度为90-100％，然后50-100℃下干燥0.5-24h，干燥过程中的相对湿度为0-20％，得到负极板。
[0025]上述负极板的制备方法，所述步骤
②
中得到的负极铅膏的密度为3.5-4.5g/cm3。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术负极铅膏中添加有钡掺杂氮化碳添加剂，其有利于避免“负极板硫酸盐化”，起到延长铅酸电池使用寿命的作用。以此制备的蓄电池比普通蓄电池(负极铅膏中未添加钡掺杂氮化碳)具有更高的部分荷电状态循环寿命和静态充电接受能力，例如，在放电容量不降低的情况下，电池的0℃充电接受能力提高4～5％，而连续17.5％循环寿命提高25％以上。
[0028]本专利技术钡掺杂氮化碳材料的制备方法，即直接使用三聚氰胺作为碳源和氮源，通过浸渍法使Ba元素均匀分布，经过干燥和高温焙烧，一步实现氮化碳中Ba元素的掺杂，得到钡掺杂氮化碳材料，避免引入会对铅酸电池造成不良影响的Fe、Co、Ni等元素和Cl-、NO
3-等离子。制备过程省去了对材料的酸洗、碱洗等工序，减少能耗和水耗，降低成本。
附图说明
[0029]图1为钡掺杂氮化碳材料的XRD测试图；
[0030]图2为钡掺杂氮化碳材料的元素分布照片(A为整体电镜照片，B为C元素分布，C为N元素分布，D为Ba元素分布)；
[0031]图3为钡掺杂氮化碳材料的EDX能谱分析结果。
具体实施方式
[0032]g-C3N4是一种典型的聚合物半导体，主要存在两种化学结构。一种以三嗪环(C3N3)为结构单元的g-C3N4属于R3m空间群，另一种以3-s-三嗪环(C6N7)为结构单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述负极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：木素：腐植酸：硫酸钡：钡掺杂氮化碳：碳材料：纯净水：稀硫酸=100：（0.05-0.5）：（0-1.0）：（0-1.0）：（0-2.0）：（0.1-1.0）：（0-1.0）：（10-15）：（6-10）。2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述钡掺杂氮化碳的主要成分为石墨相氮化碳，钡元素为成核剂，所述钡掺杂氮化碳的平均粒径小于5μm，比表面积为10-500 m2/g，其制备方法包括如下步骤：
①
称取一定量的Ba（OH）2，加入到溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到Ba（OH）2溶液，Ba（OH）2溶液的浓度为0.01-5wt %；
②
称取一定量的三聚氰胺，加入到Ba（OH）2溶液中，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液，三聚氰胺与Ba（OH）2的质量比控制在100：（0.1-10），对混浊液进行充分搅拌0.1-300min后，静置0.1-12h；
③
将静置好的钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液在40-120℃下烘干1-24h，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末；
④
将得到的钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末加热至400-800℃，并保温焙烧0.5-6h，得到钡掺杂氮化碳颗粒；
⑤
将得到的钡掺杂氮化碳颗粒进行研磨，得到用于铅酸电池的钡掺杂氮化碳材料。3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述溶剂为甲醇、乙醇、水中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述步骤
④
中，焙烧时钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末置于带盖的坩埚中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海涛，陈二霞，王再红，霍玉龙，高鹤，闫娜，陈志雪，柴琳，
申请(专利权)人：风帆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：