CN104617279A - 用于铅碳电极生产的纳米碳包铅及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅及其制备和使用方法,它包括铅和碳,所述的碳包裹在铅外层,形成包覆有碳的圆形铅纳米粒子;所述的铅核直径为0.08μm-0.12μm,碳膜厚为15μm-25μm。纳米碳包铅采用三种制备方法,一种机械式制备方法,两种化学法制备方法。纳米碳包铅结合混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、铅粉能够制备铅碳电极。
Description
技术领域
本发明涉及铅碳电极生产领域的添加剂,尤其涉及一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅及其制备和使用方法。
背景技术
铅酸蓄电池从发明至今已有150多年的历史,因其工艺技术成熟、性价比高、容量大、安全性能好、循环经济效益好等优点而成为世界上产量最大、应用范围最广的一种电池。但是,铅酸蓄电池由于比功率低、循环寿命短等缺点而成为铅酸蓄电池进一步发展的瓶颈,尤其在高倍率部分荷电态充放电使用时,因硫酸铅在负极的快速累积而导致负极硫酸盐化失效,使得电池的循环寿命偏低。
铅炭电极可组装成铅炭电池,铅炭电池是超级电池的一种,也属于电容电池。因为铅炭电极具有电池性与电容性,能与电池正极(PbO2)形成非对称性超级电容器内联在同一电池槽内,具有优异的电池容量,电池内阻小充电接受能力高,循环生命长等特性。
纳米碳包铅是一类全新的铅炭电极关键材料,它既可提高铅炭电极的性能,改善相容性,增加碳含量,提高铅碳电极真实的电容性。所以纳米碳包铅是制备铅炭电极不可缺的材料。
发明内容
本发明的目的是制备一种用于在铅碳电极中的关键材料,及纳米碳包铅。
为了实现以上目的,本发明采用的技术方案:一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅,其特征在于它包括铅和碳,所述的碳包裹在铅外层,形成包覆有碳的圆形铅纳米粒子;所述的铅核直径为0.08μm —0.12μm,碳膜厚为15μm —25μm。
所述的铅核直径为0.1μm,碳膜厚为20μm。
一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、将碳与铅粉按质量比为4~6:90~110进行混合,得到混合物;
第二步、将混合物放入高速旋转雷蒙机罐内,进行35—45分钟机械撞击、摩擦作用,使混合物包覆活化;得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、将碳酸铅粉和淀粉按照1:1的质量比得到混合物;
第二步、向混合物中加入水搅拌调制得到膏状体;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在170℃~180℃,时间3-4h。
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃~330℃,时间4-5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、用硝酸铅与碳酸钠制备溶液备用:
1.1配制硝酸铅溶液:
向硝酸铅pb(no3)2粉中加入三倍纯净水,将硝酸铅pb(no3)2粉溶解于纯净水中,静置备用;
1.2、配制碳酸钠溶液:
向碳酸钠(Na2CO3) 粉中加入三倍纯净水,将碳酸钠(Na2CO3) 粉溶解于纯净水中,静置备用;
第二步、加入淀粉:
将第一步中配置得到的硝酸铅溶液与碳酸钠溶液按体积1:1进行混合,往混合溶液中加入淀粉,边加淀粉边搅拌,直至成为膏状体后停止增加淀粉;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在175℃~180℃,时间3-4h;
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃~330℃,时间4-5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
一种采用纳米碳包铅制备得到的铅碳电极,其特征在于它包括混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉,以上所述的成分中铅粉为基础成分;以上所述的成分占铅粉重量的质量分数比如下:混合碳与铅粉的质量比为1%-3%,载体与铅粉的质量比为1%-2%,膨胀剂与铅粉的质量比为1.4%-1.7%,相溶助剂与铅粉的质量比为0.1%-0.3%,纳米碳包铅与铅粉的质量比为1%—2%;所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭四种碳混合物组成;所述的载体为硅与碳的混合物组成;所述的膨胀剂为硫酸钡、木素、胡敏酸、纳米碳管的混合物组成,硫酸钡与铅粉的质量比为0.8%-1.0%、木素与铅粉的质量比为0.2%、胡敏酸与铅粉的质量比为0.3%-0.4%、纳米碳管与铅粉的质量比为0.1%;所述的相溶助剂为聚天冬胺酸钠。
所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭的质量分数构成如下:石墨40%、乙炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%。
所述的载体中硅与碳的质量比为2:1。
本发明的有益效果:纳米碳包铅是具有“果实” 结构的材料,果核是铅,果皮(外壳)是碳,这类材料导电性高,在负极活物质里能形成笫二导电网,与铅一样进行电化学反应与物理变化,即负极能有法拉笫反应与非法拉笫反应,使铅炭负板真正具有电池性与电容性。
采用纳米碳包铅制造得到铅炭电极有许多优点:①现有生产铅酸电池的厂家不需要添置设备,不需改变太多的工艺,②利用配方法可以批量生产铅酸(铅炭)电池,这种铅炭电极制造工艺能带动整个铅酸电池行业技术升级。
采用纳米碳包铅制造得到铅碳电池容量高,比传统电池容量高10-20%。与传统电池比,容量保特性能好,适合高效率充放电,可缩短化成20%的时间,动态充电接受能力提高10%。与传统电池比,动态内阻低:比传统电池低5%。与传统电池比,寿命长:比传统电池长1-1.5倍,硫酸盐化大大减轻。
具体实施方式
实施例1,采用机械法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、将碳与铅粉按质量比为4:90进行混合,得到混合物;
第二步、将混合物放入高速旋转雷蒙机罐内,进行35分钟机械撞击、摩擦作用,使混合物包覆活化;得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例2,采用机械法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、将碳与铅粉按质量比为6:110进行混合,得到混合物;
第二步、将混合物放入高速旋转雷蒙机罐内,进行45分钟机械撞击、摩擦作用,使混合物包覆活化;得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例3,采用化学法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、将碳酸铅粉和淀粉按照1:1的质量比得到混合物;
第二步、向混合物中加入水搅拌调制得到膏状体;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在170℃,时间4h。
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃,时间5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例4,采用化学法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、将碳酸铅粉和淀粉按照1:1的质量比得到混合物;
第二步、向混合物中加入水搅拌调制得到膏状体;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在180℃,时间3h。
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在330℃,时间4h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例5,采用化学法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、用硝酸铅与碳酸钠制备溶液备用:
1.1、配制硝酸铅溶液:
向硝酸铅pb(no3)2粉中加入三倍纯净水,将硝酸铅pb(no3)2粉溶解于纯净水中,静置备用;
1.2、配制碳酸钠溶液:
向碳酸钠(Na2CO3) 粉中加入三倍纯净水,将碳酸钠(Na2CO3) 粉溶解于纯净水中,静置备用;
第二步、加入淀粉:
将第一步中配置得到的硝酸铅溶液与碳酸钠溶液按体积1:1进行混合,往混合溶液中加入淀粉,边加淀粉边搅拌,直至成为膏状体后停止增加淀粉;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在175℃,时间4h;
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃,时间5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例6,采用化学法得到纳米碳包铅:
用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,包括以下步骤:
第一步、用硝酸铅与碳酸钠制备溶液备用:
1.1、配制硝酸铅溶液:
向硝酸铅pb(no3)2粉中加入三倍纯净水,将硝酸铅pb(no3)2粉溶解于纯净水中,静置备用;
1.2、配制碳酸钠溶液:
向碳酸钠(Na2CO3) 粉中加入三倍纯净水,将碳酸钠(Na2CO3) 粉溶解于纯净水中,静置备用;
第二步、加入淀粉:
将第一步中配置得到的硝酸铅溶液与碳酸钠溶液按体积1:1进行混合,往混合溶液中加入淀粉,边加淀粉边搅拌,直至成为膏状体后停止增加淀粉;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在180℃,时间3h;
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在330℃,时间4h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
实施例7,纳米碳包铅在制备铅碳电极领域的利用:
它包括混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉,以上所述的成分中铅粉为基础成分;以上所述的成分占铅粉重量的质量分数比如下:混合碳与铅粉的质量比为1%,载体与铅粉的质量比为1%,膨胀剂与铅粉的质量比为1.4%,相溶助剂与铅粉的质量比为0.1%-0.3%,纳米碳包铅与铅粉的质量比为1%;所述的混合碳为石墨40%、乙炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%四种碳混合物组成;所述的载体为硅与碳以2:1的质量比混合组成;所述的膨胀剂为硫酸钡、木素、胡敏酸、纳米碳管的混合物组成,硫酸钡与铅粉的质量比为0.8%、木素与铅粉的质量比为0.2%、胡敏酸与铅粉的质量比为0.3%、纳米碳管与铅粉的质量比为0.1%;所述的相溶助剂为聚天冬胺酸钠。
实施例8,纳米碳包铅在制备铅碳电极领域的利用:
它包括混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉,以上所述的成分中铅粉为基础成分;以上所述的成分占铅粉重量的质量分数比如下:混合碳与铅粉的质量比为3%,载体与铅粉的质量比为2%,膨胀剂与铅粉的质量比为1.7%,相溶助剂与铅粉的质量比为0.3%,纳米碳包铅与铅粉的质量比为2%;所述的混合碳为石墨40%、乙炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%四种碳混合物组成;所述的载体为硅与碳以2:1的质量比混合组成;所述的膨胀剂为硫酸钡、木素、胡敏酸、纳米碳管的混合物组成,硫酸钡与铅粉的质量比为1.0%、木素与铅粉的质量比为0.2%、胡敏酸与铅粉的质量比为0.4%、纳米碳管与铅粉的质量比为0.1%;所述的相溶助剂为聚天冬胺酸钠。
Claims (8)
1.一种用于铅碳电极生产的纳米碳包铅,其特征在于它包括铅和碳,所述的碳包裹在铅外层,形成包覆有碳的圆形铅纳米粒子;所述的铅核直径为0.08μm —0.12μm,碳膜厚为15μm —25μm。
2.根据权利要求1所述的用于铅碳电极生产的纳米碳包铅,其特征在于所述的铅核直径为0.1μm,碳膜厚为20μm。
3.一种根据权利要求1或2所述的用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、将碳与铅粉按质量比为4~6:90~110进行混合,得到混合物;
第二步、将混合物放入高速旋转雷蒙机罐内,进行35—45分钟机械撞击、摩擦作用,使混合物包覆活化;得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
4.一种根据权利要求1或2所述的用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、将碳酸铅粉和淀粉按照1:1的质量比得到混合物;
第二步、向混合物中加入水搅拌调制得到膏状体;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在170℃~180℃,时间3-4h;
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃~330℃,时间4-5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
5.一种根据权利要求1或2所述的用于铅碳电极生产的纳米碳包铅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、用硝酸铅与碳酸钠制备溶液备用:
配制硝酸铅溶液:
向硝酸铅pb(no3)2粉中加入三倍纯净水,将硝酸铅pb(no3)2粉溶解于纯净水中,静置备用;
1.2、配制碳酸钠溶液:
向碳酸钠(Na2CO3) 粉中加入三倍纯净水,将碳酸钠(Na2CO3) 粉溶解于纯净水中,静置备用;
第二步、加入淀粉:
将第一步中配置得到的硝酸铅溶液与碳酸钠溶液按体积1:1进行混合,往混合溶液中加入淀粉,边加淀粉边搅拌,直至成为膏状体后停止增加淀粉;
第三步、将膏状体送入恒温箱内进行初步碳化,碳化温度控制在175℃~180℃,时间3-4h;
第四步、将初步碳化得到的混合物粉碎,再送入恒温箱进行转化还原,转化温度控制在315℃~330℃,时间4-5h,最终得到铅核直径为0.08μm —0.12μm、碳膜厚为15μm —25μm的纳米碳包铅。
6.一种采用权利要求1或2所述的纳米碳包铅制备得到的铅碳电极,其特征在于它包括混合碳、载体、膨胀剂、相溶助剂、纳米碳包铅、铅粉,以上所述的成分中铅粉为基础成分;以上所述的成分占铅粉重量的质量分数比如下:混合碳与铅粉的质量比为1%-3%,载体与铅粉的质量比为1%-2%,膨胀剂与铅粉的质量比为1.4%-1.7%,相溶助剂与铅粉的质量比为0.1%-0.3%,纳米碳包铅与铅粉的质量比为1%—2%;所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭四种碳混合物组成;所述的载体为硅与碳的混合物组成;所述的膨胀剂为硫酸钡、木素、胡敏酸、纳米碳管的混合物组成,硫酸钡与铅粉的质量比为0.8%-1.0%、木素与铅粉的质量比为0.2%、胡敏酸与铅粉的质量比为0.3%-0.4%、纳米碳管与铅粉的质量比为0.1%;所述的相溶助剂为聚天冬胺酸钠。
7.根据权利要求6所述的铅碳电极,其特征在于所述的混合碳为石墨、乙炔黑、活性炭、人造炭的质量分数构成如下:石墨40%、乙炔黑30%、活性炭20%、人造炭10%。
8.根据权利要求6所述的铅碳电极,其特征在于所述的载体中硅与碳的质量比为2:1。
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CN106876711A (zh) * | 2015-12-13 | 2017-06-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种金属元素掺杂碳包覆的铅粉及其制备和应用 |
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2014
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