[发明专利]一种碳复合材料、和膏、电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳复合材料、和膏、电池及制备方法，属于铅炭电池负极材料技术领域，碳复合材料以高导电性石墨为内核，表面包裹高比表面的活性炭，形成了石墨表面包裹活性炭的核壳结构。同时解决了活性炭导电性差、木素不可逆吸附和析氢严重等问题，可显著提高铅炭电池的快充性能，降低电池失水，延长铅炭电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于铅炭电池负极材料技术领域，特别涉及一种碳复合材料、和膏、电池及制备方法。

背景技术

铅酸蓄电池因输出功率高、使用安全可靠加上原材料价廉是目前市场上用量比较大的二次电池之一，在储能上一般用于削峰填谷，调频储能。但是铅酸电池循环寿命较低，电池负极易形成粗大的硫酸铅，阻碍电解液的进入，造成内部活性物质不能参加反应，电池容量衰减直至失效。科研工作者们将活性炭、石墨等碳材料添加到负极中，制备出铅炭电池，根据实验结果显示，该电池可以抑制负极大颗粒硫酸铅晶体的形成，延长电池的循环寿命。所用的碳材料包括活性炭、石墨、炭黑等。石墨和炭黑的添加，主要是构建导电网络，提高极板导电率。而活性炭高比表面提高双电层电容，增加铅沉积位点，还可以改善极板孔结构，增加电解液储存量等功能。

活性炭在铅碳负极中除了电容效应，还有颗粒的空间位阻效应来抑制硫酸铅晶体的长大，但是过多的活性炭会导致析氢严重，而且活性炭过多的内部的空隙会不可逆地吸附负极中的表面活性剂(如：木素、腐植酸、indulin等)而使得电极不稳定。因此一般只能采用少量活性炭，再添加低比表面的石墨来补充位阻作用。现有技术中直接将活性炭、石墨添加到负极中，采用石墨与活性炭混合的方式容易导致分散不均匀，且活性炭因本体导电性差而导致电化学性能受限，且活性炭颗粒的内部的孔对电池性能贡献不大，但是对木素吸附和析氢等副作用明显。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供了一种碳复合材料、和膏、电池及制备方法，碳复合材料以高导电性石墨为内核，表面包裹高比表面的活性炭，同时解决了活性炭导电性差、木素不可逆吸附和析氢严重等问题，可显著提高铅炭电池的快充性能，降低电池失水，延长铅炭电池的循环寿命。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种碳复合材料，碳复合材料为以石墨为内核，石墨表面包裹活性炭的核壳结构。

进一步的，石墨为天然石墨、鳞片石墨或球状石墨。

另一方面，本发明还公开了一种碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.将糖溶解或熔融为液体；

步骤2.称取一定量的石墨，置于液体中搅拌、浸泡，制得混合液；

步骤3.采用喷雾炭化方式将混合液制备得到碳复合材料。

进一步的，步骤1中，糖为单糖或多糖，将单糖或多糖溶解于水中或直接加热至熔融状态或在碱液或酸液中进行溶解，在搅拌器的作用下不断搅拌至完全溶解。

进一步的，单糖为葡萄糖；多糖为蔗糖或麦芽糖；

碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，酸液为稀硫酸或稀硝酸，水为纯水。

进一步的，步骤2中，糖和石墨的质量比为1：1-1：100；浸泡时间为2h-36h。

进一步的，步骤3中，通过氮气气体流将混合液雾化并输送到高温管式炉中，400～1100℃进行炭化处理。

另一方面，本发明还公开了一种和膏，和膏的成分按质量计为：铅粉1000份、短纤维0.8-1.5份、碳复合材料2-60份、腐殖酸5-30份、木素1-10份、硫酸钡10-30份、硫酸55-60份、纯水140-160份。

另一方面，本发明还公开了一种和膏的制备方法，先将碳复合材料与硫酸钡混合研磨，然后再同其他材料加入到铅粉中。