本发明专利技术涉及铅炭电池，特别涉及一种碳材料包裹的碳纳米管复合材料及其制备和应用，于水热反应中釜加入蔗糖或葡萄糖水溶液和碳纳米管水热反应，固体产物经干燥后再次分散于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中，干燥；在N2气氛环境中在烧结，将烧结后的产物CO2气氛环境中在活化，得到复合材料。本发明专利技术减小铅炭电池充电过程氢气析出的峰值电流密度，减轻电池硫酸盐化，延长电池循环寿命。延长电池循环寿命。延长电池循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种碳材料包裹的碳纳米管复合材料及其制备和应用
[0001]本专利技术涉及铅炭电池领域，特别涉及储能电池与启停电池领域。
技术背景
[0002]由于铅炭电池具有优异的循环稳定性和低廉的开发成本而成为一种重要的储能技术逐渐受到企业和研究人员的重视。铅炭电池通过向传统铅酸电池负极添加活性炭类材料来提高负极的导电性，有效的减缓了电池充放电过程中负极放电产物硫酸铅晶粒的聚集和长大。然而碳材料的引入带来的最直接的问题是电池充电末期负极大量析出氢气导致电解液干涸，这一现象轻则影响电池寿命，重则导致氢气聚集致使电池发生爆炸。
技术实现思路
[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种碳材料包裹的碳纳米管复合材料及其制备和应用。
[0004]一种碳材料包裹的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
[0005]1)于水热反应中釜加入浓度为0.1-1mol/l的蔗糖或葡萄糖水溶液和碳纳米管，碳纳米管的质量为蔗糖水溶液质量的0.05％-0.2％，进行水热反应，水热反应时间为8-24小时；水热反应温度为140-240℃；
[0006]2)将步骤1)制得的固体产物洗涤干燥，然后再次分散于质量浓度为1-10％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中，其中固体产物质量为聚乙烯吡咯烷酮溶液质量的2％-20％；充分搅拌后将固体物质取出干燥；
[0007]3)将步骤2)获得的固体物质转移至N2气氛环境中在600-1200℃条件下烧结2-12小时，优选750-850℃烧结4-6小时，将烧结后的产物转移至CO2气氛环境中在600-1200℃条件下活化2-12小时，优选750-850℃活化4-6小时；得到碳材料包裹的碳纳米管复合材料。
[0008]所述碳纳米管长度为10-1000nm，外径为2-50nm的单壁或多壁碳碳纳米管，碳材料包裹的碳纳米管复合碳球的直径为0.5-5μm。
[0009]所述制备方法制备获得的复合材料。
[0010]所述的复合材料在铅炭电池电极中的应用。
[0011]按重量份数计，铅炭电池电极的材料组成为：500-800份铅粉、1-20份所述的复合碳材料、6-10份硫酸钡、0.1-0.5份长度为0.1-5mm、直径为100nm-5μm的聚丙烯短纤维。
[0012]铅炭电池电极的制备过程为：(1)按重量份数计，将500-800份铅粉、1-20份权利要求1-5任一所述的复合碳材料、6-10份硫酸钡、0.1-0.5份长度为0.1-5mm、直径为100nm-5μm的聚丙烯短纤维用高速搅拌机进行预混，边搅拌边向预混的粉料中加入50-100份去离子水，持续搅拌1-60min得到铅膏；(2)将铅膏刮涂到金属铅板栅上，经干燥固化干燥得到铅炭电池负极；固化温度30-50℃，湿度为70-95％，固化时间为10-30小时；干燥温度为60-120℃，时间为10-30小时。
[0013]金属铅板栅的尺寸为长0.5-1000mm、宽0.2-80mm、厚0.5-4mm。
[0014]所述铅炭电池电极为铅炭电池负极。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术首先采用水热法制备复合碳材料，利用CNT增加所制备的复合碳材料的导电性，随后在复合碳材料表面引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，并通过烧结过程得到覆盖了碳壳层的复合碳材料。由PVP形成的碳壳层在不影响内部复合碳材料的导电性的前提下有效地覆盖了内部复合碳材料表面的析氢活性位点，有效地减小了电池充电过程中氢气的析出的峰值电流，析氢电流减小后电池充电过程中氢气的产生量明显减小。
附图说明
[0017]图1为实施例1-7和对比例的三电极体系LSV测试结果图。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例详述本专利技术。
[0019]如无特别说明，实施例中的原料通过商业购买，不经处理直接使用；所用的仪器设备，采用厂家推荐使用参数。
[0020]实施例中，铅炭电池的循环寿命使用蓝电充放电仪和新威充放电测试仪测试。
[0021]实施例1
[0022]步骤1：采用如下方法制备碳材料-碳纳米微球复合材料：
[0023]1)将10.269g蔗糖充分溶解于50ml超纯水中，随后向其中加入2g质量浓度为5％的长度为100nm直径10nm的多壁碳碳纳米管，将混合溶液充分搅拌5分钟后转移至额定容积为100ml的聚四氟水热釜中，将水热釜转移至烘箱中180℃条件下保温12小时；
[0024]2)将5g步骤1)制得的固体产物用超纯水进行离心洗涤，所得到的产物经烘干后再次分散于200ml质量浓度为5％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中。充分搅拌30分钟后将固体物质取出于90℃条件下烘干12小时，产物为平均直径3μm的内含碳碳纳米管的碳球材料；
[0025]3)将步骤2)的烘干产物转移至N2气氛环境中在800℃条件下烧结5小时，将烧结后的产物转移至CO2气氛环境中在800℃条件下活化5小时。得到CNT-碳纳米微球复合材料，复合碳球材料的平均直径为3μm。
[0026]步骤2：采用如下步骤制备铅炭电池电极：
[0027]1)将10g铅粉、0.15g步骤1制备的CNT-碳纳米微球复合材料、0.14g硫酸钡、0.005g长度为5mm直径0.5-1.5μm的聚丙烯短纤维用高速搅拌机进行预混，边搅拌边向预混的粉料中加入1.4g去离子水，持续搅拌10min得到铅膏；
[0028]2)将0.21g步骤1)制备的铅膏刮涂到镂空金属铅板栅的一个空格内，板栅尺寸为长105mm宽14mm厚2mm，板栅包含15个相同的纵向排列的镂空空格，每个空格的内径尺寸为长12mm，宽6mm，厚2mm，经干燥固化干燥得到铅炭电池负极。固化温度40℃，湿度为80％，固化时间为20小时；干燥温度为80℃，时间为24小时；
[0029]3)采用与步骤2的1)和2)相同的工艺，与其不同之处在于正极制备过程中不添加任何碳材料(即不添加CNT-碳纳米微球复合材料)制备铅炭电池正极，正极的涂膏量为0.36g，取制备的负极、正极、商用汞-硫酸亚汞参比电极进行三电极体系LSV测试,所制备的正极作为三电极体系的对电极，所制备的负极作为三电极体系的工作电极，三电极体系中
所采用的硫酸电解液为70g密度为1.275g/ml的硫酸电解液，测试范围是(-1)V至(-1.6)V，测试结果如图1。所制备的电极材料在电极电位为-1.6V的条件下析氢电流为159.1581mA。将该三电极体系使用软胶塞进行固定，使用实验室专用商业石腊模将三电极体系分别独立充分密封，随后在工作电极的胶塞处插入一导气管，导气管整体穿过胶塞，导气管位于工作电极腔室内部的一端穿过胶塞的长度为5mm，处于液面上方，导气管位于工作电极腔室外部的一端引入排水法测试气体体积的设备中，将导气管穿过的胶塞内外表面和导气管与商用排水法测试气体体积装置之间的各种连接处均用商用AB胶密封牢固，目的是保障由工作电极端产生的气体完全被导入商用排水法气体体积测量装置中，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳材料包裹的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：1)于水热反应中釜加入浓度为0.1-1mol/l的蔗糖或葡萄糖水溶液和碳纳米管，碳纳米管的质量为蔗糖水溶液质量的0.05％-0.2％，进行水热反应，水热反应时间为8-24小时；水热反应温度为140-240℃；2)将步骤1)制得的固体产物洗涤干燥，然后再次分散于质量浓度为1-10％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中，其中固体产物质量为聚乙烯吡咯烷酮溶液质量的2％-20％；充分搅拌后将固体物质取出干燥；3)将步骤2)获得的固体物质转移至N2气氛环境中在600-1200℃条件下烧结2-12小时，优选750-850℃烧结4-6小时，将烧结后的产物转移至CO2气氛环境中在600-1200℃条件下活化2-12小时，优选750-850℃活化4-6小时；得到碳材料包裹的碳纳米管复合材料。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管长度为10-1000nm，外径为2-50nm的单壁或多壁碳碳纳米管，碳材料包裹的碳纳米管复合碳球的直径为0.5-5μm。3.一种权利要求1-2任一所述制备方法制备获得的复合材料。4.一种权利要求3所述的复合材...
【专利技术属性】
技术研发人员：阎景旺，李先锋，席耀宁，张华民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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