CN103367753B - 一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法，其重量份比组成为：铅粉3000份、纤维2-5份、石墨烯水系分散液450-600份、乙炔黑10-20份、硫酸钡20-25份、硫酸250-300份和使铅膏视密度控制在4.0±0.5g/cm3的水；所述的纤维为涤纶纤维，所述石墨烯水系分散液是将亲水处理的石墨烯与水按照重量比9-15:1000混合超声分散而成。本发明将石墨烯导电浆料作为负极添加剂添加在负极板中，显著提高了负极板的导电能力，使得负极板的充电接受能力提高，增大了铅酸电池的比能量，放电容量显著高于无添加和添加碳纳米管的铅酸电池。

Description

一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法，属于铅酸电池及铅酸电池添加剂技术领域。
背景技术
近几年来，石油资源的减少，汽车尾气等环境污染物的排放日益成为制约我们生活发展的因素，因此，能源和环境问题已经提上了日程，开发绿色的新能源已经迫在眉睫。电动车的发展为这一问题提供了一条新的途径，而其中电池又成为制约其发展的关键因素。目前，电动汽车的保有量在我国呈逐年快速增长的趋势，与其相应的动力电池的需求量的增长非常快。铅酸电池由于其性价比高、安全可靠一直是汽车动力蓄电池的首选，但是其比能量低也是制约其发展的一个重要因素。目前铅膏添加剂成为从事铅酸电池研究的内容之一，添加剂的主要作用是改善正极的导电性能和增加孔率，改善负极充电接受能力和防止极板硫酸盐化。其中碳材料作为负极添加剂在很大程度上提高了铅酸电池的循环寿命和比能量，而各种碳材料又各具优势，并成为负极铅膏中不可或缺的一部分。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的铅酸电池比能量低的问题，提供了一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏，其重量份比组成为：铅粉3000份、纤维2-5份、石墨烯水系分散液450-600份、乙炔黑10-20份、硫酸钡20-25份、硫酸250-300份和使铅膏视密度控制在4.0±0.5g/cm3的水；所述的纤维为涤纶纤维，所述石墨烯水系分散液是将亲水处理的石墨烯与水按照重量比9-15:1000混合超声分散而成。
所述的石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏，其重量份比组成优选为：铅粉3000份、纤维2.1份、石墨烯水系分散液500份、乙炔黑15份、硫酸钡24份、硫酸270份和使铅膏视密度控制在4.0±0.5g/cm3的水。
所述的亲水处理的石墨烯为采用氧化还原法制备改性的石墨烯。采用改良的Hummers方法制备氧化石墨烯，借助聚合物修饰，利用强还原剂还原得到导电性高、水溶性好的石墨烯改性产物。其制备方法可参照专利CN101613098A公开的方法，聚合物修饰用聚乙烯吡咯烷酮。
所述的硫酸浓度为d15℃＝1.350±0.004g/cm3。
上述石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏的制备方法，包括步骤如下：
将铅粉、纤维、乙炔黑、硫酸钡称量好以后放入和膏机中干混均匀，然后将分散好的石墨烯分散液加入到和膏机中，然后加入硫酸，混合均匀后，测量视密度，根据测量的视密度来酌量加水，视密度应该控制在4.0±0.5g/cm3。
将以上铅膏涂覆至负极板栅上，进行固化得到生的负极，然后以商用生的正极，玻璃纤维棉为隔膜，组装成12Ah2V的铅酸电池，灌入密度为1.325g/cm3的硫酸水溶液为电解质，对电池进行内化成，用量程为5V10A的蓝电充放电机进行充放电测试。
将石墨烯水性分散液作为负极添加剂添加在负极板中，显著提高了负极板的导电能力，使得负极板的充电接受能力提高，增大了铅酸电池的比能量，放电容量显著高于无添加和添加碳纳米管的铅酸电池。另外由于石墨烯具有比表面积大的特点，提供了硫酸盐化时在碳材料上形成硫酸铅的更多的位点，从而降低了负极板的硫酸盐化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、石墨烯与碳纳米管相比具有更大的比表面积，可以降低铅负极的电流密度，从而降低负极的电化学极化。
2、经过修饰改性的石墨烯具有很好的水溶性，导电性也可提高一个数量级，分散均匀的石墨烯在活膏过程中掺杂在负极铅膏中，与乙炔黑一起形成了负极的导电网路，提高了整个负极板的导电能力，电池的初始放电容量高，循环结束后，容量保持率为80%以上。
3、石墨烯的制备成本相对于其他碳材料如碳纳米管的制备成本较低，更适合大规模生产，可直接购买大批量应用。
附图说明
图1为石墨烯分散液和亲水处理的石墨烯SEM图；
图2为添加碳材料的不同对放电容量的影响；
图3为添加不同含量的亲水处理的石墨烯对放电容量的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
铅酸电池的制备：负极试验铅膏的和膏配方中铅粉的质量是3000g，纤维为2.1g，乙炔黑15g，硫酸钡24g，将上述成分称量好以后放入小型和膏机中干混10分钟，然后将分散好的石墨烯水系分散液加入到和膏机中（按照亲水处理的石墨烯的质量是铅粉质量的0.15%加入），然后加入稀硫酸270g，混合10分钟后，测量视密度，视密度应该在4.0g/cm3左右，根据测量的视密度来酌量加水。将和好的铅膏涂覆在负极板栅上，每块湿板的重量控制在320±3g，3000g的铅膏大约能涂15±1块板，湿板经过固化后与商用生的正极板组装成12Ah2V的铅酸电池，以玻璃纤维棉为隔膜，灌入密度为1.325g/cm3的硫酸水溶液为电解质，对电池进行内化成，化成好的铅酸电池以进行下一步测试。
实施例2
铅酸电池的制备：负极试验铅膏的和膏配方中铅粉的质量是3000g，纤维为2.1g，乙炔黑15g，硫酸钡24g，将上述成分称量好以后放入小型和膏机中干混10分钟，然后将分散好的石墨烯水系分散液加入到和膏机中（按照亲水处理的石墨烯的质量是铅粉质量的0.25%加入），然后加入稀硫酸270g，混合10分钟后，测量视密度，视密度应该在4.0g/cm3左右，根据测量的视密度来酌量加水。将和好的铅膏涂覆在负极板栅上，每块湿板的重量控制在320±3g，3000g的铅膏大约能涂15±1块板，湿板经过固化后与商用生的正极板组装成12Ah2V的铅酸电池，以玻璃纤维棉为隔膜，灌入密度为1.325g/cm3的硫酸水溶液为电解质，对电池进行内化成，化成好的铅酸电池以进行下一步测试。
实施例3
铅酸电池的制备：负极试验铅膏的和膏配方中铅粉的质量是3000g，纤维为2.1g，乙炔黑15g，硫酸钡24g，将上述成分称量好以后放入小型和膏机中干混10分钟，然后将分散好的石墨烯水系分散液加入到和膏机中（按照亲水处理的石墨烯的质量是铅粉质量的0.20%加入），然后加入稀硫酸270g，混合10分钟后，测量视密度，视密度应该在4.0g/cm3左右，根据测量的视密度来酌量加水。将和好的铅膏涂覆在负极板栅上，每块湿板的重量控制在320±3g，3000g的铅膏大约能涂15±1块板，湿板经过固化后与商用生的正极板组装成12Ah2V的铅酸电池，以玻璃纤维棉为隔膜，灌入密度为1.325g/cm3的硫酸水溶液为电解质，对电池进行内化成，化成好的铅酸电池以进行下一步测试。
铅酸电池的测试：
实验室用充放电测试仪的量程为5V10A，以2小时率6A放电至1.75V，以1.8A充电9小时，充放电循环次数为22圈。对比了一下石墨烯和碳纳米管两种不同碳材料的影响，并且分别测试了石墨烯导电浆料的添加量为0.15%和0.25%时的放电容量。结果显示以石墨烯导电浆料为负极添加剂的电池放电容量显著高于以碳纳米管为负极添加剂和无添加的；石墨烯导电浆料的添加量为0.25%时放电容量高于添加量为0.15%的，且放电容量保持率都在80%以上。

Claims (1)

1.一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏，其重量份比组成为：铅粉3000份、纤维2.1份、石墨烯水系分散液500份、乙炔黑15份、硫酸钡24份、硫酸270份和使铅膏视密度控制在4.0±0.5g/cm3的水；所述的纤维为涤纶纤维，所述石墨烯水系分散液是将亲水处理的石墨烯与水按照重量比9-15:1000混合超声分散而成；所述的亲水处理的石墨烯为采用改良的Hummers方法制备氧化石墨烯，借助聚合物修饰，利用强还原剂还原得到导电性高、水溶性好的石墨烯改性产物；
所述的硫酸浓度为d15℃＝1.350±0.004g/cm3；
所述的石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏采用如下方法制备：将铅粉、纤维、乙炔黑、硫酸钡称量好以后放入和膏机中干混均匀，然后将分散好的石墨烯分散液加入到和膏机中，然后加入硫酸，混合均匀后，测量视密度，根据测量的视密度来酌量加水，视密度应该控制在4.0±0.5g/cm3。
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