CN106129340B - 一种铅碳电池负极的制备方法 - Google Patents

一种铅碳电池负极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了铅碳电池负极的制备方法：(1)制备膨胀石墨：H2SO4和(NH4)2S2O8混合，待(NH4)2S2O8溶解后，加入石墨粉，搅拌，滴加H2O2，静置，得到膨胀石墨，水洗至中性，待用；(2)制备铅膏：步骤(1)制得的膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸进行混磨，得到混合粉料；混磨后加入铅粉中进行搅拌；然后，将硫酸钠溶液与硫酸加入混合粉料中，采用去离子水调节铅膏的密度，备用；(3)制备铅碳电池负极：步骤(2)制得的铅膏涂覆于负极板栅，固化，制得负极板。本发明中，膨胀石墨的较大比表面积，增加了超级电容器的特性发挥。本发明采用膨胀石墨改性的复合铅膏，具有铅酸电池和超级电容器的优点，制作的铅碳电池适用于储能、动力电池。

Description

一种铅碳电池负极的制备方法
技术领域
本发明属于铅酸电池电化学储能技术领域，涉及膨胀石墨改性铅碳电池负极技术的制备，具体是一种膨胀石墨复合铅膏的制备方法。
背景技术
天然鳞片石墨具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能，其是一种层状结构的天然导电剂，资源丰富且价格便宜。天然鳞片石墨经过化学或者电化学处理得到膨胀石墨，呈现蠕虫状或蓬松的棉絮状。除具有石墨的优良导电、耐腐蚀性能外，还增加了自身比表面积。作为超级电容器活性材料，其电化学活性堪比于活性炭。
膨胀石墨改性的铅酸电池，具有铅酸电池安全性能好、制备工艺简单(相比锂电池)和超级电容器的充放电快、循环稳定性好等优点，能提高电池的整体使用性能。膨胀石墨制备工艺简单、方法成熟、成本低廉，作为碳材料添加剂，增加到铅酸电池的负极膏料中，使铅酸电池在高倍率部分荷电(HRPSoc)状态下，有效缓解了负极板硫酸盐化，提高了电池的整体使用寿命，为超级铅碳电池的制备方法提供了新可能。其于此，本发明公开了一种超级铅碳电池负极的制备方法。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种工艺简单、易操作的超级铅碳电池负极的制备方法。
本发明采取以下技术方案来实现：
一种铅碳电池负极的制备方法，利用酸插层，常温静止膨胀方法，制备比表面积大的膨胀化石墨，再利用膨胀石墨烯为添加剂制备铅碳负极板，具体步骤如下：
(1)膨胀石墨的制备
H2SO4和(NH4)2S2O8混合，待(NH4)2S2O8溶解后，加入石墨粉，搅拌，滴加H2O2，静置，得到膨胀石墨，水洗至中性，待用。
优选的，500mL烧杯中加入H2SO4，机械搅拌下加入(NH4)2S2O8，待(NH4)2S2O8溶解后，加入石墨粉，机械搅拌一段时间，缓慢滴加H2O2，常温下静置一段时间后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)铅膏的制备
铅碳负极膏料采用干法搅拌方式混料。将步骤(1)中的膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸按照一定质量比进行机械混磨；混磨后加入铅粉中进行机械搅拌混料；在搅拌状态、一定温度条件下，将硫酸钠溶液与硫酸加入混合粉料中，得到浸润物，去离子水调节铅膏密度，备用。
(3)铅碳电池负极的制备
将步骤(2)的铅膏涂覆到负极板栅中，采用中温中湿固化工艺进行固化，制得负极板。
优选的，步骤(1)中，H2SO4和(NH4)2S2O8的质量比为0-2:0-10，石墨粉(C粉)的质量为0-3g、H2O2的体积为0-5mL。
优选的，步骤(1)中，石墨粉的粒径大小为32目、50目、80目、100目、200目、325目、500目中的一种或者多种，静止膨胀时间为0–24h。
优选的，步骤(2)中，膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸、硫酸钠溶液、硫酸与铅粉的质量比为0-5:0-3:0-0.5:0-1:0-0.5：0-1：8-10：79-90。膨胀石墨制备工艺简单、方法成熟、成本低廉，作为碳材料添加剂，增加到铅酸电池的负极膏料中，使铅酸电池在高倍率部分荷电(HRPSoc)状态下，有效缓解负极板硫酸盐化，能提高电池的整体使用寿命，为超级铅碳电池的制备方法提供了新可能。
优选的，步骤(2)中，混磨采用砂磨或球磨中的一种或者多种过程。机械混料时间0-4h。
优选的，步骤(2)中，搅拌方式采用干法搅拌混料，搅拌速度0-35rpm/min，搅拌时间0-120min，温度为20-40℃；去离子水调节膏料密度为4.00-4.50g/mL。针入度0-20mm。
优选的，步骤(3)中，铅膏涂覆到板栅上采用中温中湿固化工艺进行固化，温度为50-70℃，湿度(RH％)为95-98，固化时间为12-48h。
本发明有益效果是：
(1)本发明中，石墨粉在酸条件下静置膨胀，增大片层的间距，体积变大，增加单位质量片层的比表面积，增加铅粉与碳材料的接触面。
(2)本发明利用研磨，增大了膨胀石墨与各种混合粉料的细度，增加了粉料的浸润、分散性；机械搅拌工艺，将多层的膨胀石墨、铅粉与各种粉料充分混合。
(3)本发明制备流程不同于普通铅电池负极板制备工艺，其工艺操作简单、成熟稳定，便于产业化生产。
(4)本发明中，膨胀石墨的较大比表面积，增加了超级电容器的特性发挥。
(5)本发明采用膨胀石墨改性的复合铅膏，具有铅酸电池和超级电容器的优点，制作的铅碳电池特别适用于储能、动力电池领域。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
图2是铅膏涂覆到负极板栅的结构图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明所具有的优点、技术创新手段、创作新颖特性、实现目的与效果易于掌握，下面列举相关实施例，进一步描述本发明内容的先进性。
实施例1
(1)膨胀石墨的制备
500mL烧杯中加入40mL H2SO4和6g(NH4)2S2O8，机械搅拌至(NH4)2S2O8溶解，待(NH4)2S2O8溶解后，加入1.5g石墨粉(32目)，机械搅拌30min，缓慢滴加5mL H2O2，常温下静置8h后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)铅膏的制备
将步骤(1)中的膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸按照质量比：3:1:0.5:0.5:0.5，进行机械混磨1h后；加入铅粉(80wt％)中进行机械搅拌混料；在搅拌状态、25℃条件下，将硫酸钠溶液(1wt％)与硫酸(13.5wt％)加入铅粉混合料中，得到浸润物，去离子水调节铅膏密度至4.25/mL。备用。
(3)铅碳电池负极的制备
将步骤(2)中的铅膏涂覆到负极板栅中，温度60℃，湿度(RH％)为98，固化48h，制备负极板。
实施例2
(1)膨胀石墨的制备
500mL烧杯中加入40mL H2SO4和6g(NH4)2S2O8，机械搅拌至(NH4)2S2O8溶解，待(NH4)2S2O8溶解后，加入1.5g石墨粉(50目)，机械搅拌30min，缓慢滴加5mL H2O2，常温下静置8h后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例3
(1)膨胀石墨的制备
500mL烧杯中加入40mL H2SO4和6g(NH4)2S2O8，机械搅拌至(NH4)2S2O8溶解，待(NH4)2S2O8溶解后，加入1.5g石墨粉(100目)，机械搅拌30min，缓慢滴加5mL H2O2，常温下静置8h后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例4
(1)膨胀石墨的制备
500mL烧杯中加入40mL H2SO4和6g(NH4)2S2O8，机械搅拌至(NH4)2S2O8溶解，待(NH4)2S2O8溶解后，加入1.5g石墨粉(200目)，机械搅拌30min，缓慢滴加5mL H2O2，常温下静置8h后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例5
(1)膨胀石墨的制备
500mL烧杯中加入40mL H2SO4和6g(NH4)2S2O8，机械搅拌至(NH4)2S2O8溶解，待(NH4)2S2O8溶解后，加入1.5g石墨粉(325目)，机械搅拌30min，缓慢滴加5mL H2O2，常温下静置8h后，得到膨胀的石墨烯聚集体(膨胀石墨)，水洗至中性，待用。
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例1-5中利用不同目数石墨，所制备膨胀石墨的体积膨胀率不同。同时，不同的H2SO4、(NH4)2S2O8和H2O2的添加量不同得到的膨胀石墨的体积膨胀率不同。其不同目数膨胀体积如表-1所示。膨胀石墨电性能较好，电导率可达到100S/cm以上，比表面积大。
表-1不同目数的石墨膨胀效果
序号 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5
膨胀体积 480mL 440mL 400mL 380mL 350mL
实施例1-5中所制备的负极板与铅酸正极板，1.28g/mL的硫酸溶液(电解液)，组装铅碳电池。进行电化学性能测试。相比于普通的铅酸电池，明显提高电池的充电接受能力，HRPSoc循环使用寿命。
本发明内容中阐述和显示了基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的工程技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。同时，本发明注重通过膨胀石墨改性的负极铅膏，具有铅酸电池和超级电容器的优点，制作的铅碳电池应用于储能、动力电池领域。任何在本发明基础上应用的均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种铅碳电池负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备膨胀石墨
H2SO4和(NH4)2S2O8混合，H2SO4和(NH4)2S2O8的质量比为0-2:0-10，待(NH4)2S2O8溶解后，加入石墨粉，搅拌，滴加H2O2，常温下静置，得到膨胀石墨，水洗至中性，待用；所述石墨粉的质量为0-3g，H2O2的体积为0-5mL；
(2)制备铅膏
步骤(1)制得的膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸进行混磨，所述混磨采用砂磨或球磨中的一种或两种，得到混合粉料；混磨后加入铅粉中进行搅拌；然后，将硫酸钠溶液与硫酸加入混有铅粉的混合粉料中，采用去离子水调节铅膏的密度，备用，所述膨胀石墨与硫酸盐、挪威木质素、短纤维、腐殖酸、硫酸钠溶液、硫酸、铅粉的质量比为0-5:0-3:0-0.5: 0-1:0-0.5：0-1：8-10：79-90；其中硫酸钠溶液的浓度为1wt%，硫酸的浓度为13.5wt%；
(3)制备铅碳电池负极
步骤(2)制得的铅膏涂覆于负极板栅，固化，制得负极板。
2.根据权利要求1所述铅碳电池负极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，石墨粉的粒径大小为32目、50目、80目、100目、200目、325目、500目中的一种或者多种。
3.根据权利要求1或2所述铅碳电池负极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，静置时间为0-24h。
4.根据权利要求1所述铅碳电池负极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，搅拌方式采用干法搅拌混料，搅拌速度0-35rpm，搅拌时间0-120min，温度为20-40℃。
5.根据权利要求1或2或4所述铅碳电池负极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，去离子水调节膏料密度为4.00-4.50g/mL，针入度0-20mm。
6.根据权利要求1所述铅碳电池负极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，铅膏涂覆到负极板栅上采用中温中湿固化工艺进行固化，温度为50-70℃，湿度为95-98%，固化时间为12-48h。
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