[发明专利]铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及铅炭电池技术领域，旨在提供一种铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法。包括：将氧化石墨烯分散液和苯胺、醋酸铅溶液充分混合，然后加入反应釜中进行水热反应；分离反应产物中的石墨烯/铅复合材料水凝胶，用无水乙醇和去离子水洗涤；然后先经冷凝处理再进行冷冻干燥，得到还原氧化石墨烯/氧化铅复合材料气凝胶；将还原氧化石墨烯/氧化铅复合材料气凝胶在氩气保护下进行煅烧，得到还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料。本发明的复合材料能避免石墨烯团聚和混料过程中出现的浮碳现象，极大提高碳材料在铅碳电池负极板中的分散均匀性；能减少电池充电过程中的析氢量，避免电解液干涸导致的电池寿命缩短。

技术领域

本发明涉及铅炭电池技术领域，具体涉及铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法，是关于一种简单高效的还原氧化石墨烯/氧化铅复合材料的制备方法及其在铅炭电池中作为负极活性添加剂的应用。

背景技术

铅酸电池是化学电池中市场份额最大、使用范围最广的二次电池，其具有价格较低、技术成熟、高低温性能优异、稳定可靠、安全性高、资源再利用性好等比较优势，市场竞争优势明显。铅酸电池不足之处在于：能量密度低、循环寿命偏短。

负极硫酸盐化是传统铅酸蓄电池性能恶化的关键因素，需要开发新的铅酸体系。铅炭电池就是从传统的铅酸电池演化而来的一种电容型铅酸电池，其通过在铅酸电池的负极中引入碳材料有效抑制负极硫酸盐化以延长电池的使用寿命。

目前，活性炭、炭黑、介孔碳、碳纳米管、石墨、氧化石墨烯、石墨烯等不同类型的碳材料已被引入铅酸电池负极用以改善电池性能。其作用机制总结如下：(a)碳材料可以通过在负极活性物质内部构建导电网络增加负极活性物质的导电性；(b)碳材料能够促进易溶解的硫酸铅小晶粒形成，抑制其长大，即空间位阻效应；(c)由于铅在碳材料表面的还原电势较低，所以碳材料可以为硫酸铅还原为海绵铅提供更多的活性位点，限制硫酸铅晶体的长大；(d)在高倍率充放电下，碳材料可以作为一个电渗透泵，促使电解质溶液渗入负极活性物质；(e)高比表面积的碳在负极活性物质中能够发挥电容特性，可以起到超级电容器的作用；(f)有些碳材料含有的杂质能够抑制氢气的析出并且提高充电效率。

石墨烯是一种新型二维结构导电材料，由单层碳原子组成，其基本结构单元为六元环结构，具有良好的化学稳定性。而且石墨烯比表面积高，既能提供较大的反应界面，也能提高表面纳米材料的分散性；石墨烯电导率高，有利于电化学反应过程中电子电荷的传递；石墨烯片层之间的缠绕能提供利于电解液渗透和离子扩散的孔洞结构，因此基于石墨烯构建的导电复合材料作为负极添加剂能够显著改善铅酸电池的电化学性能。

但石墨烯材料密度较小，添加到负极铅膏中会发生浮碳效应，也会导致铅和碳的松散结合，而且石墨烯材料的引入会加剧负极析氢问题，造成电解液的失水干涸，因此需要对其进行复合改性；同时石墨烯材料易聚集结块，表面光滑惰性，不利于与其他材料复合，所以必须对其进行有效功能化处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散液和苯胺、醋酸铅溶液充分混合，然后加入反应釜中进行水热反应；反应原料中，所用氧化石墨烯、苯胺和醋酸铅的质量比为1∶5～20∶6～10；

(2)分离反应产物中的石墨烯/铅复合材料水凝胶，用无水乙醇和去离子水洗涤；然后先经冷凝处理再进行冷冻干燥，得到还原氧化石墨烯/氧化铅复合材料气凝胶；

(3)将还原氧化石墨烯/氧化铅复合材料气凝胶在氩气保护下进行煅烧，得到还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料。

作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，水热反应之前：