[发明专利]石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法、铅酸电池

说明书

技术领域

本发明属于铅酸电池技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法、铅酸电池。

背景技术

铅酸蓄电池经历一百多年的发展，具有技术成熟、安全性能好、成本低、性能稳定和资源再生回收率高等优势，在许多应用方面都作出了极大的贡献。随着电动汽车行业的发展，对电池的充放电性能和循环寿命有了更大要求的提升，而铅酸电池功率密度不高，长期循环使用后，特别在部分荷电状态下高倍率放电时，负极易发生不可逆的“硫酸盐化”，导致其循环寿命远低于其潜在的寿命。所以要对铅酸电池进行改性，提高其功率密度、充放电性能以及循环性能。

近几年，由于石墨烯优异的导电性和超高比表面积，许多研究者尝试着将石墨烯用于铅酸电池中。因此，现有技术公开一种将石墨烯材料直接与铅粉混合，制成含有石墨烯材料的负极板。但是由于石墨烯与铅的密度相差很大，导致两者不能均匀地混合，而且通过机械混合的方式，铅与碳材料的有效接触界面较少，不能充分发挥碳的电导和电容优势。另一现有技术公开了一种通过电沉积的方法在石墨烯上沉积铅，得到铅石墨烯复合材料，并与铅粉混合，制成负极板。虽然通过改性石墨烯，提高了两者混合的均匀性，但是石墨烯与铅活性物质的有效接触界面较少，而且两者的结合性不佳。将现有材料制备的铅酸电池后，导致铅酸电池充放电性能差，功率密度低，充放电循环寿命短。

再一现有技术中公开了一种通过电沉积的方法制备出石墨烯与铅的复合材料，但是该发明前期工艺复杂，不易工业化，对环境污染也相对较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法，以解决现有铅与碳复合材料中碳和铅结合性不佳，电导和电容优势不强的技术问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种充放电性能好，充放电循环寿命长的铅酸电池。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯包覆铅复合材料，包括铅颗粒和包覆在铅颗粒表面的多孔结构的石墨烯层，在所述石墨烯层中还掺杂有碳酸盐和硫酸亚锡，且所述碳酸盐、硫酸亚锡与所述石墨烯层中石墨烯的质量比为(1-4)：(0.01-0.06)：1。

以及，一种石墨烯包覆铅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述的石墨烯包覆铅复合材料中铅颗粒、石墨烯、碳酸盐、硫酸亚锡的比例将铅颗粒、石墨烯、碳酸盐和硫酸亚锡与分散剂、含羟基醇类化合物加入到水中进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物料于90-100℃下进行溶剂热反应，待反应完毕后，进行固液分离处理，对分离获得的固体进行洗涤，得到所述石墨烯包覆铅复合材料。

以及，一种铅酸电池，包括正极、负极，所述正极和/或负极上含有上述的石墨烯包覆铅复合材料或由上述的石墨烯包覆铅复合材料制备方法获得的石墨烯包覆铅复合材料。

上述石墨烯包覆铅复合材料采用具有多孔结构的石墨烯层包覆铅，且石墨烯层与铅特别是石墨烯和铅结合性强，赋予该复合材料良好的机械性能。另外通过掺杂有硫酸亚锡和碳酸盐的石墨烯层使得在铅颗粒间形成了导电网络结构，显著的地提高了材料的导电性能，可以提高硫酸铅和铅的转化效率，赋予该复合材料良好的电容优势。

上述石墨烯包覆铅复合材料制备方法通过将铅颗粒（铅粉）、碳酸盐、硫酸亚锡、石墨烯与含羟基醇类化合物混合后进行溶剂热反应，由于含羟基醇类化合物含有羟基基团，因此使得含铅铅颗粒表面带有羟基，从而增强颗粒之间的接触面积，增强了石墨烯层与铅间结合强度，使得该复合材料结构性质稳定、粒径可调且粒径分布窄，而且还赋予石墨烯层的多孔结构。分散剂使得各组分尤其是石墨烯和铅颗粒分散均匀，从而提高了石墨烯包覆铅复合材料的包覆层中各组分的分散均匀性。另外，该制备方法不需要苛刻的设备条件，操作安全简便，原料简单且生产成本较低，工艺重现性好，可操作性强，反应条件简单，环保，能够实现放大生产。

上述铅酸电池由于正极和/或负极上含有上述的石墨烯包覆铅复合材料，因此，铅酸电池铅粉的利用率、比容量和充放电性能以及充放循环性能都有明显提高，使用寿命长，且减少铅的使用量。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。