以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极制造技术

本发明专利技术提供了一种以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极，涉及电池储能技术领域。本发明专利技术提供的铅碳电池负极材料按重量份数包含以下组分：0.06

【技术实现步骤摘要】
以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极


[0001]本专利技术涉及电池储能
，具体涉及一种以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极。

技术介绍

[0002]铅酸电池，是正极材料主要为氧化铅，负极材料主要为铅，电解液为硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正负极材料与硫酸进行反应，生成硫酸铅；充电状态下，正负极板上的硫酸铅开始转化为氧化铅和铅。铅酸电池在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下进行循环使用时，会发生硫酸铅的聚集，并难以实现长时间充放电，造成负极生成的硫酸铅难以完全转化为活性物质海绵铅，最终在负极表面形成不可逆的致密硫酸铅层，导致极板活性物质利用率低，电池循环寿命少，影响铅酸电池的应用。
[0003]铅碳电池是在铅酸电池研究的基础上，将碳材料引入负极材料中，利用碳材料的高比表面积和多孔结构为铅/硫酸铅反应提供更多界面，减少硫酸铅的聚集，有效阻碍硫酸铅层的生成；此外，难以团聚的硫酸铅小颗粒在充电过程中更易转化为活性物质海绵铅，提高负极活性物质的利用率。碳材料的双电层电容能够有效缓解充放电时大电流对极板的冲击，使极板结构更稳定。
[0004]铅碳电池与铅酸电池相比，具有更高的容量、循环寿命和更好的充放电接收能力。与锂电池等新能源电池相比，铅碳电池拥有稳定性好、价格便宜、工艺成熟及回收利用率高等优点。特别是在新能源汽车领域中，铅碳电池在混合动力汽车中的得以应用。特别在汽车的启动电源应用领域，铅碳电池的应用更加广泛。
[0005]专利CN 110739457 B公开了一种铅碳电池负极铅膏及其制备方法、铅碳电池负极板及铅碳电池，铅碳电池负极铅膏，包括铅粉、有序介孔炭碳粉、粘结剂、木素磺酸钠、腐殖酸、硫酸钡、抑氢剂和硫酸，其中，有序介孔炭碳粉的质量为所述铅粉质量的0.008至0.012。上述铅碳电池负极铅膏，通过采用有序介孔炭碳粉来替代传统的普通炭材料，有序介孔炭具有更大的表面积，其能够提高与电解液的接触面积，有利于吸附电解液，进而能够提高铅碳电池的比容量。
[0006]专利CN 103811752 A公开了一种铅碳电池负极铅膏，其原料包括：铅粉100份、硫酸4
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100份、粘结剂0.1
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8份、硫酸钡0.1
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2份、析氢抑制剂0.01
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2份、氧化石墨烯50
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100份、乙炔黑0.05
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1份、腐植酸1
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4份、红丹5
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15份、水12
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21份与短纤维0.1
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0.2份在负极铅膏中加入了氧化石墨烯，氧化石墨烯中含有较多的含氧官能团，能够在硫酸中产生较多赝电容，因而可以降低负极材料中铅粉的使用量，同时在大电流充放电情况下能分担铅负极上的电流，减缓了蓄电池的硫酸盐化，延长蓄电池的使用寿命。
[0007]铅碳电池在容量和循环寿命上均得以提升，但碳材料较低的析氢过电位会导致电池负极板析氢速率加快，造成电池失水较快及电池内部压力较大。析出的氢气同样会冲击电极板，破坏电极板结构，影响碳材料的优异作用。
[0008]析氢抑制剂是改善铅碳电池负极中碳材料带来析氢问题的最直接方法，主要是利
用高析氢过电位的金属或金属氧化物等来替代析氢反应，或使析氢反应滞后。主要原理是具有高析氢过电位的析氢抑制剂在充电过程中，金属原子/离子的转化优先氢离子的转化，从而实现析氢反应的滞后或被完全替代，极大的降低析氢反应的发生，进而降低氢气的生成，进一步提高碳材料在负极板中的优异作用。
[0009]铋和锌材料是铅碳电池析氢抑制剂研究的主要方向，其中，包括氧化锌、锌单质、氧化铋、碳酸氧铋等均在抑制铅碳电池负极析氢中具有研究。
[0010]目前部分两种析氢抑制剂同时加入负极材料中能够产生协同作用，实现更好的抑制析氢效果，电池性能提升更大。但同样存在添加剂量加大的问题。
[0011]铋酸锌是二元金属氧化物，同时含有铋和锌元素。主要通过水热法来制备，制备方法简单，铋酸锌在水热处理过程中，由纳米颗粒逐渐生长成片或棒状结构。
[0012]目前，铅碳电池面临的析氢速率过快问题急需解决，从而更好的发挥碳材料在负极材料中的有益作用，进一步提高电池的循环寿命及充放电接受能力。铋酸锌作为一种双金属氧化物在电池领域中尚未有研究，与单金属氧化物析氢抑制剂的对比研究也未有研究。
[0013]因此，开发一种解决上述问题的以双金属氧化物
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铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极是极有必要的。

技术实现思路

[0014]本专利技术针上述问题，为了完善现有技术的不足提供了一种电池循环寿命长、深度放电后充电接受能力好的以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料及负极。本专利技术提供了铅碳电池配方，进一步提高电池性能与循环寿命，优化碳材料在负极中的作用。采用铋酸钠和乙酸锌为原料制备含有双金属的铋酸锌材料，制得一种能抑制析氢，大程度提升电池性能与循环寿命的铋酸锌析氢抑制剂。
[0015]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0016]一方面，本专利技术提供了一种以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料，按重量份数包含以下组分：0.06
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0.12份短纤维、0.5
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1.5份硫酸钡、0.3
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1.5份碳素、0.1
‑
0.15份木素、0.15
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0.35份腐殖酸、0.5
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3份铋酸锌、93
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98份铅粉。
[0017]优选地，按重量份数可以包含以下组分：0.08
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0.11份短纤维、0.8
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1.2份硫酸钡、0.4
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1.2份碳素、0.1
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0.12份木素、0.2
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0.32份腐殖酸、1
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3份铋酸锌、94
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97份铅粉。
[0018]进一步优选地，按重量份数可以包含以下组分：0.1份短纤维、1份硫酸钡、1份碳素、0.1份木素、0.3份腐殖酸、2份铋酸锌、95.5份铅粉。
[0019]优选地，所述的短纤维可以选自聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、腈氯纶纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维中的至少一种；进一步优选地，所述的短纤维可以选自聚酯纤维。
[0020]优选地，所述的碳素可以选自活性碳、炭黑、超导电炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管中的至少一种；进一步优选地，所述的碳素可以为活性碳、炭黑、碳纤维中的至少一种。
[0021]另一方面，本专利技术提供了上述的铋酸锌的制备方法，通过水热法制备，包含以下步骤：
[0022]1)将铋酸钠和乙酸锌加入水中，搅拌，转入反应釜；
[0023]2)将反应釜在120
‑
210℃下水热处理12
‑
24h，冷却至室温；过滤，洗涤，干燥。
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以铋酸锌为析氢抑制剂的铅碳电池负极材料，其特征在于，按重量份数包含以下组分：0.06
‑
0.12份短纤维、0.5
‑
1.5份硫酸钡、0.3
‑
1.5份碳素、0.1
‑
0.15份木素、0.15
‑
0.35份腐殖酸、0.5
‑
3份铋酸锌、93
‑
98份铅粉。2.根据权利要求1所述的铅碳电池负极材料，其特征在于，所述的短纤维选自聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、腈氯纶纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维中的至少一种；所述的碳素选自活性碳、炭黑、超导电炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管中的至少一种。3.权利要求1
‑
2任一项所述的铋酸锌的制备方法，其特征在于，通过水热法制备，包含以下步骤：1)将铋酸钠和乙酸锌加入水中，搅拌，转入反应釜；2)将反应釜在120
‑
210℃下水热处理12
‑
24h，冷却至室温；过滤，洗涤，干燥。4.根据权利要求3所述的铋酸锌的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的铋酸钠和乙酸锌的质量比为1:1
‑
1.5。5.根据权利要求3所述的铋酸锌的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的水热处理的温度为160
‑
200℃，处理时间为18
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24h；步骤2)所述的干燥温度为50
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70℃。6.一种铅碳电池负极，其特征在于，包含权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少华，宋恒帅，谢发之，邵永刚，方亮，何湖民，
申请(专利权)人：安徽艾克瑞德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：