[发明专利]一种铅碳电池负极分级多孔的铅碳复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及铅碳电池的负极板及其制备方法，具体涉及一种铅碳电池负极分级多孔的铅碳复合材料的制备方法，通过制备加有致孔剂的酚醛树脂胶体，然后利用可溶性铅盐进行铅改性，除去致孔剂后依次碳化活化得到需要的分级多孔的铅碳复合材料。本发明得到的分级多孔的铅碳复合材料是通过螯合反应进行的，有利于解决铅相和碳相的兼容性，提高铅碳电池的充放电性能及延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及铅碳电池的负极板及其制备方法，具体涉及一种铅碳电池负极分级多孔的铅碳复合材料的制备方法。

背景技术

随着电动汽车，电动自行车等电动车辆的迅速发展，铅酸蓄电池由于其工艺成熟、性能稳定、安全性高、价格低廉受到了市场的青睐，目前铅酸蓄电池在电动自行车市场上的占有率达到95％以上。由于铅酸蓄电池自身的特点，其充电电流不能过大，一般选择充电电流为额定容量的10-30％，而且每次充电一定要充满电，这样才有利于延长其使用寿命，致使电池需要较长时间的充电。但是在实际应用中，受这一条件的限制电池经常会出现欠充电状态下的运行，欠充电状态使用会加速负极硫酸盐化的进程，使负极活性物质性能失效，进而导致整个电池报废。同时，铅酸蓄电池在电动汽车，电动自行车上的应用要求电池具有较强的快速充电接受能力，从而缩短充电时间。研究表明在负极板中添加碳材料，不仅可以提高电池负极板的充电接受能力，还可有效减慢负极的硫酸盐化进程，延长电池的循环寿命，参见Journal of Power Sources，1997，64，147-152。D.Pavlov在2009年发表的文章，报道了铅酸电池负极板充放电过程中具有电化 学活性的碳(EAC)的作用机理。

铅碳电池有与传统铅酸相同的安全性，廉价性和稳定性。此外，它具有与超级电容器较长的循环寿命和较高的比功率。在负极板中加入多孔碳材料可以延长高倍率部分荷电状态（HRPSoC）操作下的循环寿命。同时，碳作用机理的研究促进了铅碳电池在储能领域的实际应用，碳添加剂主要起到提供电容缓冲的作用、导电网络，从而改善了电化学动力学行为。然而，碳添加剂也出现了严重问题，如提高析氢速率和减少负极活性物质（海绵铅）与碳材料之间的连接。此外，产生的氢气会使碳颗粒与铅分离，导致负极板结构稳定性的破坏。铅具有较高的析氢过电位，形成铅碳复合物后，可以有效地抑制析氢反应。最近，铅碳复合材料被用作铅碳电池的添加剂有很多实施方案。

Xue等人通过煅烧柠檬酸铅前体制备了一种碳/铅复合材料；Ma等人得到了一个石墨烯/硫酸铅复合材料通过将石墨烯浸泡在醋酸铅和硫酸溶液中；Hong等人通过超声吸收和化学沉淀制备了纳米级改性活性炭复合材料；Tong等人准备了一个一种含有二价铅的活性炭材料；Wang等人揭露铅可以电沉积到纳米级碳孔形成铅碳复合物，将其应用到铅碳电池中，会延长循环寿命。

目前铅碳电池用的碳材料主要是针对超级电容器的活性碳材料，以实现其高比电容为目标。但由于碳材料在铅碳电池中会带来严重的析氢问题和铅碳两相界面不兼容问题，所以需从铅碳复合材料入手来制备出高性能的铅碳电池，解决负极不可逆硫酸盐化问题和负极析氢而导致电池的失效,提高电池循环寿命和高倍率充放电性能。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种铅碳电池负极分级多孔的铅碳复合材料的制备方法，操作简单、新颖，得到用于铅碳电池的负极板电化学性能优异，铅碳两物相兼容性好。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种铅碳电池负极分级多孔的铅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氨水、醇类和水混合，搅拌40-70min后加入间苯二酚，继续搅拌20-40min，然后加入甲醛和致孔剂，继续在20-35℃下搅拌20-26h，得到酚醛树脂胶体；所述氨水、醇类和水的体积比为1:(70-80):(100-200)，所述间苯二酚和甲醛的质量比为1:(1-2)。

（2）将可溶性铅盐加水溶解后倒至所述酚醛树脂胶体中，在20-30℃下搅拌6-8h，离心分离后用乙醇和水分别洗涤2-4次，得到铅改性的酚醛树脂；