[发明专利]一种铅钛硅碳复合材料及其制备方法

说明书

一种铅钛硅碳复合材料及其制备方法，其中铅钛硅碳复合材料是由碳材料与二氧化硅混合后，加入硫酸氧钛溶液，用氨水溶液洗涤后在氮气条件下煅烧得到的钛硅碳复合材料，再加入铅盐溶液，用酸溶液洗涤，干燥后得到的硫酸铅‑碳基材料复合电极材料与金属氧化物混合，并在混合物的表面喷射二氧化硅得到的。该铅钛硅碳复合材料具有提高导电性能、充电接受能力和充放电倍率的优点，能将铅盐转化为活性铅,抑制铅盐结晶体加大而盐化；与铅结合后的铅钛硅碳复合材料结合力增强,使其在充放电过程保持一定强度,不会因电流冲击而松散脱落；提高析氢过电位，抑制负极过早失氢；提高循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学蓄电池技术领域，具体涉及一种铅钛硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济和社会的快速发展，能源日渐短缺同时生态环境日益恶化，因此人们越来越重视利用太阳能、风能等可再生资源。但是太阳能、风能所产生的能源不能直接并入电网供人们生产、生活实用，需要储能设备先把能源储存起来。

目前，该领域常用的且相对成熟的电池主要分为锂离子电池、液流电池、氢镍电池和铅酸电池，而相比前三种电池，铅酸电池在成本，安全以及低温放电方面仍有较大的优势，因此迄今为止，铅酸电池仍然占据了在很多电池应用领域的大部分份额。但是，由于可再生能源和智能电网的快速发展，对所用储能电池性能的提出了更高要求，如PSOC下不同倍率电流的充放电性能、深放电循环、频繁快速充放电等，对此传统的铅酸电池已经不能够满足当前的要求。

太阳能、风能发电对所需要的储能电池要求较高，要求在低倍率不饱和充放电且放电深度较大的情况下长时间能够运行，且不能及时进行恢复性满充电。现有的电池性能并不能达到上述要求，因此会导致电池硫酸氧化，负极过早失效，极大降低了电池的使用寿命。而对于智能电网对所需要的储能电池的要求为能够在大电流频繁的快速充放电。

为满足上述要求，Lam等人制出了超级电容器，正极是常规的二氧化铅极板，负极包括并联的碳电极和铅电极。该超级电容器使用的板栅数量较多，增加了电池重量。D.Pavlov等人往普通铅膏中加入活性炭、炭黑等材料，他们做的超级电池可以在50％SOC、3％DOD下用2C电流进行充放电，但是该电池适合混合动力车，而不适合太阳能和风能对电池的PSOC循环寿命和倍率性能要求。

例如，申请号为201210375260.8的发明，公开了一种铅石墨烯复合材料，提到了一种铅石墨烯复合材料的制备方法，通过该方法制备的铅石墨烯复合材料可以用于提高电池的充电接受能力和HRPSOC(倍率部分充电状态)循环寿命。

又如，申请号为201210548722.1的发明，公开了一种改性活性炭表面负载氧化铅，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭，所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅，其制备过程是先使用活性炭吸附铅离子，再使用碱将铅离子沉积在活性炭表面，最后通过热处理使氢氧化铅分解成氧化铅，并负载在活性炭表面，活性炭、铅盐与碱通过球磨方法发生化学反应，然后再保护气环境下通过高度处理制备。所述改性活性炭比电容可达到145F/g。

再如，申请号为201110093953.3的发明，公开了一种硫酸铅-石墨烯复合电极材料，其首次脉冲充放电循环次数大于6000次。

综上所述，这三种复合材料都不同程度地改善了铅酸电池负极性能,但都仅适用于在50％SOC状态下充放电深度3％以内的脉冲充放电循环。如果应用于对电池PSOC循环寿命要求,倍率性能及恢复充电特性要求较高的太阳能、风能可再生资源发电和智能电网,其优势就很难发挥或不复存在。因此目前需要研发一种复合材料，能够提高电池PSOC循环寿命,增强倍率性能及恢复充电特性，以满足太阳能、风能可再生资源发电和智能电网对储能电池的要求。

发明内容

本申请提供一种铅钛硅碳复合材料及其制备方法，该铅钛硅碳复合材料既适合太阳能和风能的低倍率不饱和充放电模式，也适用于智能电网的频繁快速充放电模式。