[发明专利]一种蓄电池用铅/碳复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池/超级蓄电池技术领域，特别是涉及一种对导电炭材料表面进行液相包覆的铅/碳（Pb/C）复合材料。

背景技术

随着新能源汽车的发展，拥有一百多年发展历史的铅酸电池，由于其技术成熟、成本低、安全性好等优点，成为了新能源汽车用电池重点发展对象之一。但传统铅酸电池在HRSoP(高倍率部分荷电态)循环下，负极板表面会形成硫酸铅晶体层，导致电池放电性能下降，循环寿命降低。

由澳大利亚CSIRO（联邦科学与工业研究组织）提出超级蓄电池概念，将炭材料加入到负极板中发挥超级电容的性能，在高倍率充/放电期间起到缓冲器的作用，有效保护负极板，拟制“硫酸盐化”现象，揭开了铅酸蓄电池新的篇章。但是目前国内外在超级蓄电池的研发上仍存在一些技术和工艺难题，限制了超级蓄电池的大规模应用。专利申请号201010543828.3提出在正、负极板制作时直接向活性物质中加入5%~8%的活性炭材料或导电石墨，此工艺提高了超级混合蓄电池活性物质利用率及电池组整体输出功率，但在具体实施中由于铅粉与炭粉比重差别大，难以混合均匀，同时掺炭极板存在炭析出等隐患，容易导致电池内部微短路，电池安全性降低。

进一步，专利申请号201110008608.5提出在超级蓄电池负极活性物质中加入活性炭同时加入粘结剂聚四氟乙烯0.2~2.5%，增强活性物质结合力。但粘结剂的加入不仅会提高电池内阻，同时增加和膏工艺难度。

另外，专利申请号201010216570.6公开了另外一种双性负极板的配方，在负极掺入0.1~5%导电碳材料的基础上，加入了析氢抑制剂，即氧化锡、氧化铋或氧化铈中的一种或几种组合来抑制负极析氢问题。但少量的析氢抑制剂难以通过简单的机械搅拌和铅膏混合均匀，而加入大量的抑制剂又提高了负极杂质元素含量，不利于提高电池性能，同样没有从根本上解决负极析氢的难题。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题，提供一种Pb/C复合材料及其制备方法，以改善铅酸电池负极的析氢现象，提高超级蓄电池倍率性能、循环使用寿命。

本发明提出的蓄电池用铅/碳复合材料，由下列重量百分含量的原料配置而成：铅盐溶液85～99.9 %、导电炭材料0.1~15%；

其中，所述的铅盐溶液由可溶性铅盐加去离子水配制而成，摩尔浓度为0.1M～0.8M。

所述的可溶性铅盐为含铅元素的硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、盐酸盐、硫酸盐以及络合盐的一种。

所述的导电炭材料至少为活性炭、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳气凝胶或导电炭纤维中的一种。

本发明由所述的导电炭材料以及包覆在导电炭材料表面的氧化铅壳层构成，其中氧化铅壳层材料占本发明复合材料总重量的0.1~15%。

本发明的平均粒径为5～100μm，长径比为1.5～4，比表面积10～1800 m²/g，振实密度0.4～0.9g/cm³，晶体层间距d₀₀₂为0.335～0.382nm。

本发明还提出了蓄电池用铅/碳复合材料的制备方法，步骤如下：

步骤1、按比例称取可溶性铅盐，与去离子水混合配置成铅盐溶液；按比例称取导电炭粉，加入到所述的铅盐溶液中，搅拌得到混合料；

步骤2、将所述的混合料在100~180℃下喷雾干燥，制得平均粒径在5～100μm的微粉颗粒；

步骤3，将所述微粉颗粒在150~300℃温度及惰性气氛下保温8~48小时，裂解铅盐，形成氧化铅改性导电炭材料，即制得蓄电池用铅/碳复合材料。

其中，所述搅拌的转速为100~800r/min，搅拌2~5小时得到所述的混合料。

本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1、Pb/C复合材料比重进一步提高，解决了传统工艺炭粉与铅粉混合时由于比重差异大导致的混合不均匀问题，和膏过程简单易操作。

2、通过PbO改性导电炭材料，避免了铅膏配方引入其他杂质金属氧化物抑制剂，同样对负板析氢现象起到了较好的抑制作用，同时PbO在电池使用过程中能进一步完成Pb与PbSO₄之间转化，提升电池容量。