[发明专利]一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，涉及一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金及其制备方法。

背景技术

近年来，随着环境的恶化，绿色能源正越来越引起社会的关注，电动汽车和微混汽车正是解决这一问题的有效途径之一。成本低廉、技术成熟可靠的铅酸蓄电池作为传统的动力电源也急待进行技术改进以适应电动汽车的发展需要。铅酸蓄电池的性能主要取决于极板，而板栅则是极板的重要组成部分，决定电池的使用寿命、失水、大电流放电能力等。铅锑镉正极板栅合金制造的电池具有耐深循环充放电能力的特点，被市场广泛接受，但由于铅锑合金中的镉元素对人体危害很大，已被我国禁止生产和使用；目前，铅酸蓄电池板栅最普遍使用的合金是铅钙合金，由于铅钙合金的板栅普遍存在铸板过程中容易形成气孔的现象，板栅抗蠕变性能和耐腐性能差，电池深放电后容易形成阻挡层等缺点，无法满足深循环和大电流充放电的要求，使用寿命短。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有优异的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，为改善铅合金及铅膏性能提供了有力的支撑。在理论上讲，将石墨烯掺入蓄电池用铅合金中，利用石墨烯优异的导电性能和强度性能可大幅度提高极板的大电流充放电性能和板栅的抗蠕变和耐腐蚀性能，然而怎样将纳米材料的石墨烯分散到与其比重相差较大的铅合金内是一直困扰铅炭电池发展的关键因素。目前，虽有一些涉及石墨烯铅合金的制备方法，有的是直接将石墨烯与其它的金属氧化物混合，再进行氧化还原，生成石墨烯母合金；有的是通过将石墨与强酸或其它强氧化物质通过氧化后进行超声分散或者高温高压瞬间降压法制备成氧化石墨烯，再将氧化石墨烯与其它金属的氧化物混合后再还原为石墨烯母合金；最后将石墨烯母合金置于熔融的铅液中制成的。这些制备方法存在以下问题：1、涉及大量且专业的冶炼、化合反应设备和原料，且对设备的密封、承压能力，车间环境等要求非常严格，一般铅合金工厂无法实现。2、还原反应时间很长，往往需要数十个小时甚至更久，需要高温高压，无氧环境，技术难度比较大，很难普及生产。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中存在的问题，提供一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金及其制备方法，该铅合金制成的板栅抗蠕变和耐腐性能强，能够满足深循环和大电流充放电的要求，机械强度高，使用寿命长；该制备方法简单可靠，使用的设备结构简单，成本低。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金，按重量百分比计算，其包含0.015~0.15%的石墨烯，1.0~1.5%的锡，0.02~0.04%的铝，0.05~0.1%的钙和98.21~98.915%的铅。

上述所述的石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯或石墨烯微片中的一种或多种。所述的石墨烯可以采用物理方法制取，也可采用化学方法制取。

上述所述含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将所述量的2/3的铅置入熔铅锅中，加热到680°C至铅完全熔化；(2)然后开启离心搅拌机，将所述量的石墨烯在中速搅拌的情况下缓慢连续添加或分批次间断添加加入到铅液中；(3)20分钟后，先后加入所述量的纯锡条和纯铝条，离心搅拌机继续搅拌混合半小时以上；(4)关闭离心搅拌机，加入所述量的用铅皮包封好的钙，将铅皮包封好的钙用底部有漏孔的钟罩压入铅液底部，当铅液不再冒泡时，开动离心搅拌机慢速搅拌混合；(5)半小时后，关闭离心搅拌机，把剩余量的铅加入熔铅锅中，待铅完全熔解，开启离心搅拌机，继续慢速搅拌，一小时后铸锭。

本发明所述一种含有石墨烯的铅蓄电池板栅用铅合金及其制备方法的特点在于：