[发明专利]石墨烯复合电极材料与制备方法、铅碳电池负极铅膏与制备方法及铅碳电池

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，特别是涉及一种石墨烯复合电极材料与制备方法、铅碳电池负极铅膏与制备方法及铅碳电池。

背景技术

铅酸电池的发展已经有了一百多年的历史，而其改进产品阀控式铅酸电池(VRLA)也有了几十年的历史。它应用领域十分广泛，目前主要包括汽车打火装置，小型家用储能装置以及电厂使用的大型储能设备等。铅酸电池尤其是阀控式铅酸电池的广泛应用，主要归功于成本低、寿命长、安全性能好，而且废旧电池的回收利用率高达95%以上等特点。随着研究的不断深入，铅酸电池将会向着更大的容量以及更好的倍率性能方向发展，使它在更多的领域得到更广泛的使用。

由于电动力车的发展，电池的要求不仅需要能提供长时间的能量供应，更需要电池在高倍率下工作，但是长时间的大电流放电，会使铅酸电池发生硫酸盐化，从而影响它的使用寿命。特别是铅酸电池的负极大倍率放电循环性能差，寿命短，不能达到现有电动力车和储能后备电源的要求。

目前，将碳材料插入铅负极中以制备铅碳电池成为当研究的热点。碳材料能够提高铅活性物质的分散性，提高铅性活性物质利用率，有利于提高铅碳电池的循环性能。

然而，现有的铅碳电池，由于负极在大功率条件下硫酸盐化严重，导致负极的循环寿命较短，从而使得铅碳电池的循环性能较差，难以满足电动力车和储能后备电源的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高铅碳电池的循环性能的石墨烯复合电极材料及其制备方法。

进一步，提供一种铅碳电池负极铅膏及其制备方法、铅碳电池。

一种石墨烯复合电极材料，包括氮掺杂石墨烯及吸附于所述氮掺杂石墨烯片层间的硫酸铅，所述氮掺杂石墨烯与硫酸铅的质量比为1:10~20。

一种石墨烯复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

制备氮掺杂石墨烯；

按1g:53mL~107mL的比例将所述氮掺杂石墨烯浸渍于浓度为0.2g/mL的醋酸铅溶液中，超声处理0.5小时~1小时，得到分散液；

按体积比为100mL:5.4mL~8.1mL向所述分散液中加入浓度为1.2g/mL硫酸溶液，搅拌反应0.5小时~1小时；及

过滤、干燥后得到石墨烯复合电极材料，所述石墨烯复合电极材料包括氮掺杂石墨烯及吸附于所述氮掺杂石墨烯片层间的硫酸铅，所述氮掺杂石墨烯与硫酸铅的质量比为1:10~20。

在其中一个实施例中，所述氮掺杂石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨或者石墨烯置于氨气氛围中，以5~15℃/min的升温速度升温至500℃~700℃，反应0.5~1小时，冷却后得到氮掺杂石墨烯。

在其中一个实施例中，所述氮掺杂石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨或石墨烯与尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、乙酸铵或三聚氰胺混合得到混合物，将所述混合物在惰性气体保护的条件下以5~15℃/min的升温速度升温至500℃~700℃，反应0.5~1小时，冷却后得到氮掺杂石墨烯。

在其中一个实施例中，所述干燥的步骤为将过滤得到的滤渣于60℃~100℃下真空干燥2小时~5小时。

一种铅碳电池负极铅膏，包括按质量份计的以下组分：

铅粉100份、硫酸4~100份、粘结剂0.1~8份、硫酸钡0.1~2份、析氢抑制剂0.01~2份、腐植酸1~4份、红丹5~15份、水12~21份、短纤维0.1~0.2份及石墨烯复合电极材料1~10份；

其中，所述石墨烯复合电极包括氮掺杂石墨烯及吸附于所述氮掺杂石墨烯片层间的硫酸铅，所述氮掺杂石墨烯与硫酸铅的质量比为1:10~20。

在其中一个实施例中，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶；

所述析氢抑制剂为氧化铟、氧化铋、硬脂酸、硬脂酸钡、金属铋或金属钐；

所述短纤维选自尼龙、腈纶或涤纶。

在其中一个实施例中，所述铅碳电池负极铅膏的视密度为3.5g/mL~4.5g/mL。

一种铅碳电池负极铅膏的制备方法，包括如下步骤：

按质量份计，将铅粉100份、硫酸钡0.1~2份、析氢抑制剂0.01~2份、石墨烯复合电极材料1~10份、腐植酸1~4份、红丹5~15份、短纤维0.1~0.2份混合得到混合物，搅拌10分钟~20分钟；

按质量份计，将水12~21份倒入所述混合物中得到浆料，搅拌10分钟~20分钟；

按质量份计，在搅拌下，将硫酸4~100份加入所述浆料中，搅拌10分钟~20分钟；及