一种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铅炭超级电池的PbO/石墨烯纳米复合材料的制备方法，首先利用天然石墨制备石墨烯溶胶，向所述石墨烯溶胶中加入一定的表面活性剂；将可溶性铅盐溶于去离子水中，配制成溶度为0.5～5mol/L的含铅离子溶液；将1L的所述含铅离子溶液缓慢地加入到所述石墨烯溶胶中，形成稳定的溶胶；在搅拌下向所述溶胶中滴加碱溶液；过滤固体反应产物，在空气氛围中，煅烧固体反应物，得到PbO/石墨烯纳米复合材料。采用本法制备的PbO/石墨烯纳米复合材料，不仅避免了石墨烯的团聚，实现了石墨烯和PbO的均一分散，并且和铅粉能够实现均一的混合，将其用作铅炭超级电池铅负极板的高效添加剂，可显著提高电池的充电接受能力和HRPSoC循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
—种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及化学电源
，尤其涉及。
技术介绍
目前，铅炭超级电池是将铅酸蓄电池和超级电容器集成的复合电源中的一种，其是通过在铅酸蓄电池的极板中加入一定量的具有高比电容的炭材料(通常炭材料加在负极板内)，所添加的炭材料能在瞬间储存或释放大量电荷，对负极板起到一定的缓冲电流的作用。因此，铅炭超级电池具有优异的大电流充放电性能，同时在负极中加入炭材料能有效抑制负极硫酸盐化、提高HRPSoC下电池的循环寿命。现有技术中，铅炭超级电池中的炭添加剂主要有活性炭、石墨、炭黑等材料，其中活性炭的比表面积大，电容活性高但是导电性较差，杂质含量高，析氢过电位低；石墨的导电性较好，但几乎无电容特性，无法缓冲负极板中通过的瞬间大电流；炭黑的导电性优异，但是电容活性低，易团聚，当含量超过1%时吸水严重，难以实现合膏。石墨烯是一种特殊的炭材料，是由碳原子以SP2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。由于单原子层晶体结构的特征，石墨烯具有特殊的力电光热特性，常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs，而电阻率只约10_6Qcm，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料，石墨烯作为厚度只有一个碳原子的准二维材料，还具有很高的比表面积和高的电容活性。因此，将石墨烯作为铅炭超级电池的负极添加剂，可以提高负极的电导率，缓冲瞬间大电流，抑制负极板表面的硫酸盐化，提高电池部分荷电状态大电流充放电(HRPSoC)工况下的循环寿命。但现有技术方案中，铅炭超级电池炭材料的添加方式主要是与铅粉进行机械混合，由于铅粉密度远远大于炭材料的密度，因此两者的均匀混合将很难实现，且通过机械混合的方式，铅活性物质与炭材料的有效接触界面较少，不能充分发挥炭的高电导和大电容优势，石墨烯固体在与铅负极材料干混的过程中，容易造成石墨烯的团聚，且不易混合均匀，从而影响石墨烯优势的发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，采用本法制备的氧化铅PbO/石墨烯纳米复合材料，不仅避免了石墨烯的团聚，实现了石墨烯和PbO的均一分散，并且和铅粉能够实现均一的混合，将其用作铅炭超级电池铅负极板的高效添加剂，可显著提高电池的充电接受能力和HRPSoC循环寿命。，所述制备方法包括:利用天然石墨制备石墨烯溶胶，向所述石墨烯溶胶中加入一定的表面活性剂；将可溶性铅盐溶于去离子水中，配制成溶度为0.5?5mol/L的含铅离子溶液；将IL的所述含铅离子溶液缓慢地加入到所述石墨烯溶胶中，超声30?60min，并静置I小时，形成稳定的溶胶；在搅拌下向所述溶胶中滴加碱溶液，调节所述溶胶的pH值至8?14，在室温下搅拌I?2小时，然后静置I?2小时；过滤固体反应产物，将所述固体反应产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤后，在60°C下真空干燥12小时；在空气氛围中，将干燥后的固体反应产物在150-200V下煅烧I小时，得到PbO/石墨烯纳米复合材料。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，采用本法制备的氧化铅PbO/石墨烯纳米复合材料，不仅避免了石墨烯的团聚，实现了石墨烯和PbO的均一分散，并且和铅粉能够实现均一的混合，将其用作铅炭超级电池铅负极板的高效添加剂，可显著提高电池的充电接受能力和HRPSoC循环寿命。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供的用于铅炭超级电池的PbO/石墨烯纳米复合材料的制备方法流程示意图。【具体实施方式】下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例所提供的用于铅炭超级电池的PbO/石墨烯纳米复合材料的制备方法流程示意图，结合图1，所述制备方法包括:步骤11:利用天然石墨制备石墨烯溶胶，向所述石墨烯溶胶中加入一定的表面活性剂；在该步骤中，所述利用天然石墨制备石墨烯溶胶的具体过程为:先将天然石墨用休谟法Hummers法制备成氧化石墨；将50g所制备的氧化石墨加入到5L的去离子水中，超声振荡一段时间后，得到黄色溶液；将50mL的水合肼加入到所述黄色溶液中，加热到90°C，并回流24h，对氧化石墨进行充分地还原，得到石墨烯溶胶。另外，所述表面活性剂包括以下一种或多种:十六烷基三甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵、十二烷基磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮。步骤12:将可溶性铅盐溶于去离子水中，配制成溶度为0.5?5mol/L的含铅离子溶液；在具体实现过程中，上述可溶性铅盐可以包括:硝酸铅或醋酸铅。步骤13:将IL的所述含铅离子溶液缓慢地加入到所述石墨烯溶胶中，超声30?60min,并静置I小时,形成稳定的溶胶；步骤14:在搅拌下向所述溶胶中滴加碱溶液，调节所述溶胶的pH值至8?14，在室温下搅拌I?2小时，然后静置I?2小时；在具体实现中，所述碱溶液可以包括=NaOH水溶液、KOH水溶液或氨水溶液。步骤15:过滤固体反应产物，在空气氛围中，煅烧固体反应物，得到PbO/石墨烯纳米复合材料。在该步骤中，具体过程为:首先过滤固体反应产物，将所述固体反应产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤后，在60°C下真空干燥12小时；然后在空气氛围中，将干燥后的固体反应产物在150-200°C下煅烧I小时，得到PbO/石墨烯纳米复合材料。另外，在所制备的PbO/石墨烯纳米复合材料中，PbO的质量百分比含量为80?99.9%，石墨烯的质量百分比含量为0.1?20% ;其中，每个石墨烯片包含1-80个碳原子层，且均一分散的PbO粒子为球形纳米粒子，其粒径为50?lOOOnm。基于上述PbO/石墨烯纳米复合材料的制备方法，本专利技术实施例还提供了 一种铅炭超级电池的负极铅膏，所述负极铅膏包括铅粉、如上所述制备方法制得的PbO/石墨烯纳米复合材料、乙炔黑、硫酸钡、木素、短纤维、羧甲基纤维素钠(CMC, Carboxymethylcellulosesodium)、硫酸和水,其中:所述PbO/石墨烯纳米复合材料的质量是所述铅粉质量的0.1%?20% ;所述乙炔黑的质量是所述铅粉质量的0.5%?5% ;所述硫酸钡的质量是所述铅粉质量的0.1%?2.0%;所述木素的质量是所述铅粉质量的0.1%?2.0%;所述短纤维的质量是所述铅粉质量的0.01%?0.1% ;所述CMC的质量是所述铅粉质量的0.5%?2% ;所述硫酸的质量是所述铅粉质量的4%?12% ;所述水的质量是所述铅粉质量的5%?15%。另外，所述负极铅膏还进一步用于制备铅炭超级电池的负极，具体为:将包含所述PbO/石墨烯纳米复合材料的负极铅膏涂覆至负极板栅上，其中涂覆厚度为1.9?2.2mm ;再依次进行固化和外化处理，制备得到铅炭超级电池的负极。采用上述包含PbO/石墨烯纳米复合材料所制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：利用天然石墨制备石墨烯溶胶，向所述石墨烯溶胶中加入一定的表面活性剂；将可溶性铅盐溶于去离子水中，配制成溶度为0.5～5mol/L的含铅离子溶液；将1L的所述含铅离子溶液缓慢地加入到所述石墨烯溶胶中，超声30～60min，并静置1小时，形成稳定的溶胶；在搅拌下向所述溶胶中滴加碱溶液，调节所述溶胶的pH值至8～14，在室温下搅拌1～2小时，然后静置1～2小时；过滤固体反应产物，将所述固体反应产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤后，在60℃下真空干燥12小时；在空气氛围中，将干燥后的固体反应产物在150?200℃下煅烧1小时，得到氧化铅PbO/石墨烯纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:利用天然石墨制备石墨烯溶胶，向所述石墨烯溶胶中加入一定的表面活性剂；将可溶性铅盐溶于去离子水中，配制成溶度为0.5~5mol/L的含铅离子溶液；将IL的所述含铅离子溶液缓慢地加入到所述石墨烯溶胶中，超声30~60min，并静置I小时，形成稳定的溶胶；在搅拌下向所述溶胶中滴加碱溶液，调节所述溶胶的PH值至8~14，在室温下搅拌I~2小时,然后静置I~2小时；过滤固体反应产物，将所述固体反应产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤后，在60°C下真空干燥12小时；在空气氛围中，将干燥后的固体反应产物在150-200°C下煅烧I小时，得到氧化铅PbO/石墨烯纳米复合材料。2.根据权利要求1所述用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述利用天然石墨制备石墨烯溶胶，具体包括:先将天然石墨用Hmnmers法制备成氧化石墨；将50g所制备的氧化石墨加 入到5L的去离子水中，超声振荡一段时间后，得到黄色溶液；将50mL的水合肼加入到所述黄色溶液中，加热到90°C，并回流24h，对氧化石墨进行充分地还原，得到石墨烯溶胶。3.根据权利要求1所述用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在所述PbO/石墨烯纳米复合材料中，PbO的质量百分比含量为80~99.9 %，石墨烯的质量百分比含量为0.1~20% ;其中，每个石墨烯片包含1-80个碳原子层，且均一分散的PbO粒子为...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒东，龙璐，邹献平，程红红，吴金清，康宗轩，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：