[发明专利]一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法

说明书

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。本发明制备的负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过采用苯胺低聚物衍生物作为石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散，不仅避免了石墨烯的团聚，建立了良好的铅炭复合结构，同时抑制了铅炭负极析氢反应。本发明制备的负极板铅膏添加黄原胶或海藻酸钠来全部或部分替代传统的聚酯纤维作为粘结剂，有效提高了负极铅膏的乳化稳定性、黏结性能和结合力，解决了目前铅炭电池普遍存在的失水严重、循环过程活性物质易脱落等问题，显著提高了铅炭电池的充电接受能力和循环寿命。

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。

背景技术

混合动力用电池是电池行业巨大市场。铅酸电池具有成本低廉，安全性高等特点受到混合动力用行业的广泛关注。但是，混合动力用汽车往往在高倍率部分荷电状态下使用，造成负极不可逆的硫酸盐化，进而降低电池使用寿命。而铅炭（Pb-C）超级电池的出现使得铅酸电池技术可以应用到混合电动车中，成为目前一种理想的储能装置。

铅炭电池是一种将超级电容器与铅酸蓄电池相结合而构成的新型储能器件。铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，对电池的性能进行了改良，从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。在铅炭电池中，超级电容器与铅酸电池两种储能方式以内结合方式集成，不需要特殊的外加电子控制电路，使得电池的尺寸得到了控制，系统得到简化，从而降低储能成本。此外，在铅酸电池负极中引入碳材料，除了能够减缓负极的硫酸盐化，提高电池的循环寿命外，还因其能够提高放电状态电极的导电性，引入电容特性，从而在一定程度上提高电极的充电接受能力。因此，高性能Pb-C超级电池成为铅酸电池领域目前研究的重点和热点。然而，碳材料在铅酸电池负极的添加也带来一些问题，如加剧负极的析氢反应，降低电池库伦效率，导致电解质溶液失水甚至电池失效。另外，碳与铅之间的亲和性差，铅碳之间不能很好复合。为此，如何改善碳材料在铅酸电池负极中的分散效果以及有效降低负极的析氢电位是铅炭超级电池亟待解决的问题。

现有技术中，铅炭超级电池中的碳添加剂主要有活性炭、石墨、炭黑等材料，其中活性炭的比表面积大，电容活性高但是导电性较差，杂质含量高，析氢过电位低；石墨的导电性较好，但几乎无电容特性，无法缓冲负极板中通过的瞬间大电流；炭黑的导电性优异，但是电容活性低，易团聚，当含量超过1％时吸水严重，难以实现合膏。石墨烯作为厚度只有一个碳原子的准二维新型碳材料，具有优异的导电性能、很高的比表面积和高的电容活性。因此，将石墨烯作为铅炭超级电池的负极添加剂，可以提高负极的电导率，缓冲瞬间大电流，抑制负极板表面的硫酸盐化，提高电池部分荷电状态大电流充放电(HRPSoC) 工况下的循环寿命。

但现有技术方案中，铅炭超级电池碳材料的添加方式主要是与铅粉进行机械混合，由于铅粉密度远远大于碳材料的密度，因此两者的均匀混合将很难实现，且通过机械混合的方式，铅活性物质与碳材料的有效接触界面较少，不能充分发挥碳的高电导和大电容优势。石墨烯在与铅负极材料干混的过程中，容易造成石墨烯的团聚，且不易混合均匀，从而影响石墨烯二维碳材料优势的发挥。

发明内容

为解决铅炭电池负极板碳材料添加带来的铅炭材料和膏不均匀，析氢反应严重等一系列问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏及其制备方法。本发明制备的负极板铅膏使用的碳材料为石墨烯，通过特定的石墨烯分散剂并结合球磨工艺实现了石墨烯、铅粉和析氢抑制剂在铅膏中的均匀分散，不仅避免了石墨烯的团聚，而且提高了石墨烯与铅的亲和性，建立了良好的铅炭复合结构，同时有效提升了碳材料的析氢过电势，抑制铅炭负极析氢反应，显著提高电池的充电接受能力和循环寿命。

本发明提供了一种高性能启停铅炭超级电池的负极板铅膏，具体制备步骤如下：

（1）将配比量的石墨烯和分散剂通过强力超声或机械搅拌方式进行分散，形成石墨烯分散液；