【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铅酸电池电极材料，具体涉及铅酸电池负极的改性。
技术介绍
1、铅酸电池（lab）因其低成本、安全、广泛的可用性、制造基础和显著的回收效率，是一种良好的可充电储能解决方案。lab在汽车和工业应用方面都非常成熟，并已成功应用于各种储能应用，如不间断电源、电信和太阳能光伏应用。许多应用，如离网可再生能源存储系统（间歇天气条件下的太阳能和风能系统）、电信和逆变器备份系统都需要铅电池在部分充电状态（psoc）循环条件下运行。
2、但在实际运用过程中，很多时候需要电池能在高倍率部分荷电状态（hrpsoc）下运行，而这样会加速负极硫酸盐化，使大量负极活性物质（nam）失效。在nam中，铅碳材料可以提高活性物质的导电性，增加电化学活性表面积，从而有效延缓不可逆硫酸铅的形成。然而添加碳材料会导致电池在反复使用过程中失水严重，并且产生气体存在密封电池内部，造成内部压力过大，降低电池寿命。
3、通过在负极添加高比表面积的多孔碳是常见的改性手段，能提高铅酸电池的循环寿命，利用碳材料的高比表面积为反应提供界面，多孔碳结构能够抑制晶枝的生长，此外，碳材料的双电层电容性和导电性等同样有利于提高铅碳复合材料的性能。但添加碳材料会带来析氢速率加快的问题，碳的析氢过电位要低于铅，析氢过快使电池失水严重，并且产生的氢气会存在密封电池内部，造成内部压力过大，降低电池寿命。针对上述问题，现有研究通过提供碳铅材料来有效抑制析氢反应。然而常规的铅碳材料通过机械混合获得，不仅相容性差，而且铅无法有效均匀地在碳材料上生长成核，容易产生团聚现
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种三维导电铅碳复合材料及其制备方法、铅酸电池负极、铅酸电池。
2、为实现上述目的，本专利技术提出如下解决方案：
3、本专利技术提供一种三维导电铅碳复合材料的制备方法，包括：
4、（1）将导电碳、铅盐分散于溶剂中，得到悬浮液；
5、（2）将所述悬浮液转移至含有液氮的环境中，进行冷冻，使悬浮液中冰晶自下而上垂直生长，得到单取向凝胶骨架；
6、（3）将单取向凝胶骨架进行冷冻干燥，得到气凝胶；将所述气凝胶于惰性气氛和/或氮气气氛下进行烧结，得到三维导电铅碳复合材料。
7、作为优选，步骤（1）中，所述导电碳与铅盐的质量比为1.5~3:1。
8、作为优选，步骤（1）中，所述导电碳为石墨、导电炭黑、介孔碳、碳纳米管中的一种或两种以上。
9、作为优选，步骤（1）中，所述铅盐为可裂解的有机铅盐和/或硝酸盐；所述铅盐为柠檬酸铅、乙酸铅、硝酸铅、酒石酸铅中的一种或两种以上。
10、作为优选，步骤（1）中，所述分散在超声和/或搅拌等机械力作用下进行。
11、作为优选，步骤（1）中，所述溶剂包括水和有机溶剂；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸乙酯、n-甲基吡咯烷酮的一种或两种以上。
12、作为优选，所述有机溶剂与水的体积比为1:8~10。
13、作为优选，步骤（3）中，所述烧结的温度为350~500℃。
14、作为优选，步骤（3）中，所述烧结的时间为3~6h。
15、作为优选，步骤（3）中，烧结的升温速度为1~5℃/min。
16、作为优选，步骤（2）中，包括：将装有所述悬浮液的容器转移至装有液氮的模具中，所述模具中设有延伸出液氮液面的导热片或导热台，所述容器置于所述导热片或导热台上。
17、作为优选，所述导热片或导热台的材质为金属。
18、本专利技术还提供一种三维导电铅碳复合材料，采用如前述的制备方法制备得到。
19、作为一个总的专利技术构思，本专利技术提供一种铅酸电池负极，包括负极添加剂，所述负极添加剂采用前述的三维导电铅碳复合材料。
20、作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种铅酸电池，包括前述的负极。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
22、本专利技术的三维导电铅碳复合材料的制备方法能够获得高孔隙、高活性表面积的三维导电铅碳复合材料，该材料应用于铅酸电池，能显著提升电池的比容量和快速充放电性能。
23、本专利技术中，通过原位形成富含孔隙结构的碳，以便于后续新产生的铅分支可以与碳结合，形成坚固的铅碳导电网络。且多孔碳通过扩大电化学活性表面积和为快速电解质扩散提供额外空间，增强了铅沉积和溶解的电化学动力学。
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1.一种三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述导电碳与铅盐的质量比为1.5~3:1。
3.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述导电碳为石墨、导电炭黑、介孔碳、碳纳米管中的一种或两种以上；
4.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述溶剂包括水和有机溶剂；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮的一种或两种以上；所述有机溶剂与水的体积比为1:8~10；
5.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述烧结的温度为350~500℃；烧结的时间为3~6h；所述烧结的升温速度为1~5℃/min。
6.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，包括：将装有所述悬浮液的容器转移至装有液氮的模具中，所述模具中设有延伸出液氮液面的导热片或导热台，所述容器置于所述导热片或导热台上
7.如权利要求6所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述导热片或导热台的材质为金属。
8.一种三维导电铅碳复合材料，其特征在于，采用如权利要求1~7任意一项所述的制备方法制备得到。
9.一种铅酸电池负极，包括负极添加剂，其特征在于，所述负极添加剂采用如权利要求8所述的三维导电铅碳复合材料。
10.一种铅酸电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述导电碳与铅盐的质量比为1.5~3:1。
3.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述导电碳为石墨、导电炭黑、介孔碳、碳纳米管中的一种或两种以上；
4.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述溶剂包括水和有机溶剂；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸乙酯、n-甲基吡咯烷酮的一种或两种以上；所述有机溶剂与水的体积比为1:8~10；
5.如权利要求1所述的三维导电铅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述烧结的温度为350~500...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐佳萍，张宝，程磊，徐宝和，邓鹏，林可博，
申请(专利权)人：帕瓦长沙新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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