一种铅炭复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种铅炭复合材料，是通过电沉积的方法将铅沉积到活性炭颗粒内部及活性炭颗粒之间而制备得到的。本发明专利技术的铅炭复合材料中铅所占的质量比为５～６５％，是以多面体颗粒状从活性炭孔隙生长出来，实现了铅与炭良好的界面结合。本发明专利技术的铅炭复合材料具有更大的比重，更易与铅粉等铅酸蓄电池的负极活性物质实现均匀混合，该种铅炭复合材料在密度为１．２８ｇ／ｍ３的硫酸电解液中的比电容为７２～１１５Ｆ／ｇ，为此可以直接作为超级电池的负极材料，或作为超级电池负极活性物质添加剂而应用于超级电池的制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活性炭杂化材料领域，具体涉及一种铅炭复合材料。
技术介绍
铅酸蓄电池在一百多年的历史发展进程中，对工业的发展和人类的进步起到了积 极地推动作用。到今天，铅酸蓄电池的应用更加广泛，特别是近年来随着环境污染和能源 危机的加剧，对电池提出了更高的要求，研制长寿命、大容量、性能稳定、使用方便的超级铅 酸蓄电池一直是电池研究和制造领域的前沿课题。另外，铅酸蓄电池因其价格便宜，原料易 得，性能可靠的优点，一直在二次电池工业中占据着重要地位。但是，近些年来，随着镍氢电 池、锂离子电池等新型电池的出现，进一步提高铅酸蓄电池的比能量，延长其使用寿命，使 其今后仍能电池市场中占有一席之地的唯一途径。一直以来，人们对提高蓄电池活性物质的利用率进行了多方面的研究。通过向极 板内添加导电物质是有效提高活性物质利用率，可以避免出现不良影响的一种好的手段。 活性物质的物理结构对电池容量等有重要的影响，一般在制造过程中会掺入各种添加剂， 如羧甲基纤维素、二氧化硅、硅胶、空心玻璃珠等，但最常用的是各向异性石墨。通常提高铅酸蓄电池的活性物质的利用率，往往会带来蓄电池寿命降低的负面影 响。因为为了提高活性物质的利用率，需要减少活性物质用量或增加电解质的体积或浓度， 对于一个体积和重量一定的铅酸蓄电池而言，这必然大大加大了活性物质发生软化和脱落 的可能性，同时，高浓度硫酸还会加速负极板发生硫酸盐化，这些都会使铅酸蓄电池的寿命 缩短。炭材料具有重量轻、良好的导电性能、强耐腐蚀性和力学性能等优异特点，成为极 板导电添加剂的首选材料，添加到铅酸蓄电池极板中，可提高活性物质的利用率，部分抑制 硫酸盐化和防止活性物质脱落现象的发生。特别是近些年提出的超级电池概念，将超级电 容器的性能与铅酸蓄电池的电池性能进行内集成，赋予铅酸蓄电池更长的使用寿命、更高 的比功率等优异性能，已成为铅酸蓄电池的未来发展趋势。但是，利用高比表面积的活性炭 通过简单的物理混合的方式与铅酸蓄电池的负极活性物质混合制备负极，所得到的所谓超 级电池其实难以发挥超级作用。这一方面是由于炭材料比表面积大、密度小，很难与比重很 大的负极活性物质均勻混合，炭材料在铅酸蓄电池的负极铅膏中难以实现均勻分散。另一 方面，具有高比表面积的活性炭材料与制作负极铅膏所用铅粉表面之间存在着显著的表面 性能差异，混合后的界面结合能力很差，在充放电循环过程中，活性炭很容易析出，造成负 极活性物质过早脱离，寿命显著减小。
技术实现思路
本专利技术旨在改善超级铅酸蓄电池负极用炭材料与负极活性物质之间的相容性，改 善铅与炭之间的界面结合及炭在活性物质中的分散，改善超级电池的负极寿命，实现超级 电容性能与电池性能的有机结合，从而提出一种铅炭复合材料。本专利技术的技术方案如下一种铅炭复合材料，其特征是将铅电沉积在活性炭孔隙内，其制备方法包括如下步骤(1)将活性炭、炭黑、胶黏剂以及溶剂混合均勻，得到混合料；活性炭炭黑胶黏剂溶 剂的质量比为(30 80) (3 10) (3 10) :(13 30)；(2)将混合料均勻涂覆到导电母板上，放于真空干燥箱中，在5(T60°C条件下干燥2、 小时，得到活性炭板；(3)将活性炭板作为负极浸没到电镀液中，浸润1(Γ30分钟，然后以铅板为正极，进行 电沉积；所述电镀液为醋酸铅溶液、硝酸铅溶液或氟硼酸铅溶液中的一种或两种以上的混 合物；(4)将电沉积后的活性炭板取出，放于真空干燥箱中，在55、0°C条件下干燥4、小时， 将干燥产物从导电母板上刮下，即得到铅炭复合材料。进一步的，步骤(3 )中电沉积的时间为10 500秒。进一步的，电沉积时电流密度为10 500 mA/cm2。进一步的，电镀液的浓度为0. 05 2mol/L。进一步的，活性炭是两种及两种以上不同比表面积活性炭的混合，比表面积大于 或等于800 m2/g且不大于3000m2/g的活性炭所占比例为2(Γ80重量％，比表面积大于或等 于50m2/g且小于800 m2/g的活性炭所占比例为20 80重量％。进一步的，胶黏剂是PVDF、PTFE、氯化橡胶或氯丁橡胶中的一种或两种以上的混合 物。进一步的，溶剂是甲苯、氮甲基吡咯烷酮或N，N 二甲基甲酰胺。进一步的，导电母板是铅板、钛板或钼板。进一步的，铅炭复合材料中铅所占比例为5飞5重量％。本专利技术的铅炭复合材料中的铅是通过电沉积的方式进入活性炭颗粒及颗粒之间 的孔隙内，并牢固的结合在活性炭的内、外表面，极大的增强了铅与炭的界面结合。电沉积 了铅的活性炭具有更大的比重，在与铅粉等负极活性物质混合时更容易获得均勻的混合效 果。本专利技术所提供的铅炭复合材料中的铅以小颗粒状均勻分布在活性炭的孔隙内，活性炭 与铅之间有着良好而紧密的界面结合，能够有效增强电荷在铅与炭界面的传递，抑制铅及 炭在电池循环过程中的脱落，能有效的延长超级电池的寿命。本专利技术制备的铅炭复合材料 中的活性炭具有较宽的比表面积分布，所制成的活性炭板具有较大的孔径分布，能够通过 电沉积在活性炭上负载更大量的铅。本专利技术所提供的铅炭复合材料的制备方法，可以通过 改变电镀液浓度、种类、电沉积时的电流密度以及电沉积时间等很方便的实现铅炭复合材 料中铅所占比例的变化。本专利技术所提供的铅炭复合材料可以直接作为超级电池的负极材 料，或作为超级电池负极活性物质添加剂而应用于超级电池的制造。附图说明图1为实施例1所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。图2为实施例2所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。图3为实施例3所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。图4为实施例4所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。图5为实施例5所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。图6为实施例6所制备的铅炭复合材料的扫描电镜图片。具体实施例方式下面给出实施例以对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只 用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员 根据本
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整仍属于本专利技术的保护范围。实施例1称取6g比表面积为50 m2/g及Mg比表面积为3000 m2/g的活性炭、3g炭黑、3g PVDF 于研钵中研磨并混合均勻，加入13g甲苯溶解并调成糊状，将其均勻涂覆到铅板上，放入真 空干燥箱中，温度50°C条件下干燥2个小时。取出活性炭板放在浓度为0. 05mol/L醋酸铅 溶液中浸润10分钟，以铅板为正极，活性炭板为负极，醋酸铅溶液为电镀液进行电沉积，控 制电镀电流密度为10 mA/cm2，电沉积时间为10s，获得的铅炭复合材料放在真空干燥箱中 在55°C条件下干燥4个小时，将干燥产物从铅板上刮下，即得铅炭复合材料，所得铅炭复合 材料中铅所占比例为5重量％，比表面积为2783m2/g。图1所示为该铅炭复合材料的显微照 片，图中铅粒子从活性炭孔隙生长出来，呈现多面体结构，铅粒子与活性炭界面结合紧密， 铅粒子呈离散分布，没有聚集。该铅炭复合材料在密度为1. 28g/m3的硫酸电解液中的比电 容为 79. 2F/g。实施例2称取64g比表面积为200 m2/g及16g比表面积为1000 m2/g的活性炭、IOg炭黑、IOg PTFE于研钵中研磨并混合均勻，加入30g氮甲基吡咯烷酮溶解并调成糊状，将其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅炭复合材料，其特征是将铅电沉积在活性炭孔隙内，其制备方法包括如下步骤：（１）将活性炭、炭黑、胶黏剂以及溶剂混合均匀，得到混合料；活性炭∶炭黑∶胶黏剂∶溶剂的质量比为（３０～８０）∶（３～１０）∶（３～１０）∶（１３～３０）；（２）将混合料均匀涂覆到导电母板上，放于真空干燥箱中，在５０～６０℃条件下干燥２～８小时，得到活性炭板；（３）将活性炭板作为负极浸没到电镀液中，浸润１０～３０分钟，然后以铅板为正极，进行电沉积；所述电镀液为醋酸铅溶液、硝酸铅溶液或氟硼酸铅溶液中的一种或两种以上的混合物；（４）将电沉积后的活性炭板取出，放于真空干燥箱中，在５５～８０℃条件下干燥４～８小时，将干燥产物从导电母板上刮下，即得到铅炭复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石光，李正明，张德晶，陈红雨，王辉，
申请(专利权)人：株洲冶炼集团股份有限公司，华南师范大学，
类型：发明
国别省市：43[]