[发明专利]金属铅复合材料及其用途、铅酸电池电极板栅及其制备方法、电极、电池、电动车

说明书

本发明公开了一种金属铅复合材料及其用途、铅酸电池电极板栅及其制备方法、电极、电池、电动车，其中，该金属铅复合材料包括金属铅或金属铅合金，和，添加剂，所述添加剂包括：MXene材料、MXene‑MAX异质结材料、MAX相材料具有高导电性，在均匀分散于熔融金属铅液中，通过冷却固化后进而得到一种新型的高导电金属铅复合材料；该金属铅复合材料在酸性环境下具有优异的抗腐蚀性、稳定性和导电性；同时，还能够提高该金属铅复合材料的力学性能，特别适合用于铅酸电池的电极板栅；本发明的金属铅复合材料与金属铅或其合金相比，具有更小的密度，作为铅酸电池的电极板栅能够有效降低电池的重量，进而提高铅酸电池的能量密度。

技术领域

本发明是属于铅酸电池技术领域，特别是关于一种金属铅复合材料及其用途、铅酸电池电极板栅及其制备方法、电极、电池、电动车。

背景技术

在目前的电池市场中，铅酸电池拥有高性价比、高回收率、适用温度范围较广并且比锂电池更加安全可靠等优点，仍然是电池市场中份额最大、适用范围最广的二次电池，特别是在大型储能等领域。铅酸电池是我国产量最大的一种蓄电池，并且我国的铅酸电池产量排名世界第一。

目前商业铅酸电池的主要缺点是能量密度低且循环寿命短，主要原因之一就在于铅酸电池的电极板栅本身主要材料是纯铅或者铅锡钙合金等，质量密度较大(10g/cm³)，导致铅酸电池的整体质量较高，能量密度一般不超过50Wh/kg。第二方面，板栅作为与活性物质直接接触的集流体，一般需要较高的导电性能来保证电池的稳定充放电循环。然而，作为铅酸电池的集流体，因为铅酸电池所使用的电解液为硫酸溶液，所以极板也需要拥有对硫酸溶液的强抗腐蚀性。而且，当铅基板栅在铅酸电池的循环中，如果放电之后没有及时充电而是长时间放置，或是在充电的时候过度充电，会导致铅极板与电解液发生反应，从而导致极板与活性物质的接触面积变小，界面接触变差导致电池的充放电循环失效。尤其是正极板栅的腐蚀现象更加显著，因为其在高电位(约2.0V)下运行，并与具有强氧化生成物PbO₂接触，易导致板栅易氧化腐蚀、断裂、崩塌，导致铅酸电池失效。若在极板中添加导电较好的金属会面临化学活性较高，容易与酸性电解液发生反应的问题；若加入抗氧化性的氧化物等无机材料又导致板栅导电性变差。而且，在制备铅基复合材料时，熔融铅具有高表面能，与其他元素或者材料不相亲，导致板栅中材料分布不均匀，导致板栅的机械性能差，影响着铅酸电池在承受撞击等意外后的正常使用。可见，开发新型轻质、耐腐蚀、高导电、高强度板栅是高性能铅酸电池发展的巨大挑战。

发明内容

本发明在金属铅或金属铅合金中加入一种新型的添加剂得到一种新型的金属铅复合材料，将该金属铅复合材料用于铅酸电池的电极板栅，以解决或部分解决现有添加剂与铅难以相亲，同时又会降低板栅的导电性的技术问题。

本发明的第一方面，提供一种金属铅复合材料，包括：金属铅或金属铅合金；和，添加剂；该添加剂包括：MXene材料、MXene-MAX异质结材料、MAX相材料中的至少一种。

在一些实施方式中，上述MXene材料的化学式表示为M_n+1X_nT_x，其中M选自过渡金属元素中的一种或多种，X选自于碳、氮或硼元素中一种或多种，T_x代表官能团，包括-F、-Cl、Br、I、-O、-S、-OH、-NH₄中一种或多种，1≤n≤4。

在一些实施方式中，上述MXene材料的化学式中，M选自Ti、V、Mo、Nb、Ta、W、Cr中的至少一种。

在一些实施方式中，上述MAX相材料的化学式表示为M_n+1AX_n，其中，M选自过渡金属元素中的一种或多种；A选自第三主族和/或第四主族的元素；X选自于碳、氮或硼元素中一种或多种；1≤n≤4。

在一些实施例中，上述MAX相材料的化学式中，所述M选自Ti、V、Mo、Nb、Ta、W、Cr中的至少一种；