本发明专利技术涉及铅炭电池，特别涉及一种碳球材料及其制备和在铅炭电池中应用，于水热反应容釜中加入蔗糖或果糖、磷酸钠、三聚氰胺和水进行水热反应；将烘干产物转移至N2气氛环境中在烧结，将烧结后的产物转移至CO2气氛环境中在活化得到碳球材料。本发明专利技术利水热法制备表面负载含氮官能团的铅炭电池碳球材料，可减小电池循环过程中电解液的消耗，延长电池的循环使用寿命。寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种碳球材料及其制备和在铅炭电池中应用
[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。
技术介绍
[0002]铅炭电池是通过向铅酸电池负极板中掺加一定量的活性炭与导电碳材料，最大程度地消除电池运行过程中的硫酸盐化问题，进而有效的提升电池的使用寿命。
[0003]碳材料的引入须克服一个关键问题，即铅炭电池负极具较大的析氢电流，导致电池运行过程中电池大量产气，产气导致电解液逐渐干涸，电极硫酸盐化加剧，限制了铅炭电池长寿命特点的发挥。为了减轻铅炭电池所添加的碳材料的析氢问题，本专利技术提供了一种新型含氮基团的碳球材料的制备方法和其在铅炭电池中的应用，通过人工控制所制备的碳材料表面的活性基团限制氢离子在碳材料表面的结合，进而减轻其析氢问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术利在制备碳球材料的过程中在其表面原位生成大量含氮官能团，占据碳球表面的析氢活性位点，达到抑制电池充电过程中析氢反应的作用，进而延长铅炭电池的循环寿命。
[0005]一种碳球材料的制备方法，其特征在于：
[0006](1)于水热反应容釜中加入蔗糖或葡萄糖、磷酸盐或磷酸、三聚氰胺和水，蔗糖或葡萄糖于水中的浓度为0.1-1mol/l，三聚氰胺的质量占溶质质量的5-25％，磷酸盐或磷酸占溶质质量的5-25％，水热反应时间为8-24小时；水热反应温度为140-240℃；其中磷酸盐指的是钾或钠的磷酸一氢盐、磷酸二氢盐和磷酸盐。
[0007](2)将步骤(1)的产物干燥后转移至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，得到碳球材料。碳球材料的直径为0.5-5μm。
[0008]所述制备方法制备获得的碳球材料。
[0009]所述的复合材料在铅炭电池电极中的应用。
[0010]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份所述碳球材料、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。
[0011]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份碳球材料、6-10份硫酸钡、0.1-0.5份长度为0.1-5mm、直径为100nm-5μm的聚丙烯短纤维进行搅拌预混，边搅拌边向预混的粉料中加入50-100重量份水，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。
[0012]金属铅板栅尺寸为长0.5-1000mm宽0.2-80mm厚0.5-4mm。
[0013]所述铅炭电池电极为铅炭电池负极。
[0014]本专利技术的有益效果：
[0015]本专利技术利用三聚氰胺和磷酸盐和水热法制备表面负载含氮官能团和含磷官能团的的铅炭电池碳球材料。利用含氮官能团和含磷官能团占据碳球表面的析氢活性位点，发挥两种官能团的协同作用，利用官能团表面携带的正电荷与溶液中阳离子互相排斥，起到阻碍氢离子结合的作用，达到抑制碳材料析氢的目的，电池析氢情况减轻即可减少电池运行过程中电解液中水的消耗，提高电解液成分的稳定性，后可以显著延长电池的循环使用寿命。
具体实施方式
[0016]下面结合实施例详述本专利技术。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]实施例1：
[0020]步骤1：采用如下方法制碳球材料：
[0021]1)将10.269g蔗糖充分溶解于50ml超纯水中，随后向其中加入4.401g【23％】三聚氰胺和4.401g磷酸二氢钠，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；
[0022]2)将10g步骤1)制得的产物添加适量超纯水进行离心洗涤数次，所得到的产物经干燥后转移至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。得到平均直径为3μm的碳球材料。
[0023]步骤2：采用如下步骤制备铅炭电池：1、负极的制备：(1)将600g铅粉、9g步骤1制备的碳球材料、8.4g硫酸钡、0.3g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84g去离子水，持续搅拌10min得到铅膏；(2)将铅膏刮涂到金属铅板栅上，板栅尺寸为长70mm宽50mm厚2mm，经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；2、正极的制备：按照与负极制备步骤(1)和步骤(2)相同的工艺步骤制备铅酸电池正极，与其不同之处在于正极制备过程中不添加任何碳材料(即不添加碳球材料)；3、铅炭电池的制备：将三块正极板与两块负极板依次交替间隔平行摆放，并于正极板与负极板之间放置商用铅酸电池的PE隔膜，分别将两块负极板并联焊接、三块正极板并联焊接，其中铅酸电池的正极活性物质总质量(三块正极板上铅膏干燥后的总质量)为20.0g，正极活性物质的总质量指的是三块并联焊接的正极板所包含的铅膏的总质量，负极活性物质总质量(两块负极板上铅膏干燥后的总质量)为14.3g，负极活性物质的总质量指的是两块并联焊接的负极板所包含的铅膏的总质量。正负极板栅采用常规铅板栅，尺寸为长70mm宽50mm厚2mm；将正负极放入紧装配的电池盒中，其中电池盒的长76mm，宽40mm，高100mm，向电池盒中注入83g密度为1.275g/ml的硫酸电解液；
[0024]将电池进行循环寿命测试，其测试条件为在25℃条件下：采用4.2A恒流放电59秒，18A放电1秒，采用6.3A电流2.3V电压恒流恒压充电60秒，将该充放电条件循环3600次，随后静置40小时，40小时后重新开始循环，寿命测试的终止条件为电池电压降低至1.2V以下；
[0025]所装配的内混型电池常温满电状态下起始电压为2.19V，内混型电池在常温寿命测试中可运行18005圈。与相同铅元素含量的普通铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(7198圈)，内混铅炭电池的常温循环寿命可以达到传统铅酸电池寿命2.5倍。
[0026]实施例2
[0027]过程同实施例1，与其不同之处在于，铅炭电池:按照实施例1的要求，不改变其他条件，将三聚氰胺的添加量改为1.8122g【13％】。所装配内混型电池在常温寿命测试中可运行17998圈。与相同铅元素含量的普通铅酸电池在同样测试条件下的测试结果对比(7198圈)，内混铅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳球材料的制备方法，其特征在于：(1)于水热反应容釜中加入蔗糖或葡萄糖、磷酸盐或磷酸、三聚氰胺和水，蔗糖或葡萄糖于水中的浓度为0.1-1mol/l，三聚氰胺的质量占溶质质量的5-25％，磷酸盐或磷酸占溶质质量的5-25％，水热反应时间为8-24小时；水热反应温度为140-240℃；其中磷酸盐指的是钾或钠的磷酸一氢盐、磷酸二氢盐和磷酸盐。(2)将步骤(1)的产物干燥后转移至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，得到碳球材料。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碳球材料的直径为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碳球材料。4.一种权利要求3所述的复合材料在铅炭电池电极中的应用。5.按照权利要求4所述的应用，其特征在于：按重量份数计，铅炭电池电极...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。