CN106450292A - 一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法 - Google Patents

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杨宝峰
楼志强
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Abstract

本发明涉及一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法，先将石墨烯用SDBS进行化学分散，再通过吸附使其表面负载Pb离子后喷雾干燥得到氧化铅／石墨烯复合材料。本方法制备过程经济环保，操作简便，制得的碳材料表面均匀覆盖一层纳米氧化铅，改善了碳材料与铅粉间的相容性，降低了界面电阻，有利于碳材料的分散均匀，提高了电池的循环寿命。

Description

一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法
技术领域
本发明涉及一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法，属于铅碳电池制作技术领域。
背景技术
发展新能源汽车和非化石能源，保护地球环境，减少二氧化碳排放，已经成为世界各国的共识，在新能源汽车和太阳能风能利用中，动力电池和储能电池已成为关键的制约因素之一。铅酸蓄电池至今已有150年历史，由于其工艺成熟、性能稳定、安全性高、价格低廉，已在交通运输、电力、通信、国防、铁路等领域得到了广泛的应用，而广阔的动力和储能市场对铅酸蓄电池技术提出了新的要求和挑战。
通过将高比表面碳材料（如活性炭、活性炭纤维或石墨烯等）掺入活性物质中制作铅碳电池，不但可以改善活性物质的导电性能，降低电池的内阻；而且在充放电过程中，碳素材料还能改善活性物质充放电产物的微观结构，从而提高电池的性能。在大多数情况下，人们是直接将碳材料与电极材料中的主要活性物质如氧化铅粉、粘结剂等添加剂在一定量溶剂（水和硫酸）中进行机械混合，获得铅膏，然后涂覆在铅合金板栅上，经固化、干燥、化成得到极板。但这样一种制备过程，由于碳材料和铅粉密度相差非常大，难以保证碳材料与铅粉均匀混合；且铅膏混合物体系中活性物质和碳材料之间界面存在着不相容性，这种不相容性一方面会增加界面欧姆电阻，另一方面会影响涂膏的稳固性、极板和铅膏的结合能力。
中国专利201010608794.1公开了一种铅碳复合材料，通过电沉积的方法将铅沉积到碳材料表面，实现了铅与碳材料之间的均匀混合，但制作成本较高，难以工业化生产及应用。
中国专利201510373420.9提出将碳材料加入到可溶性铅盐溶液中搅拌震荡，通过物理吸附使其表面负载铅离子，但是无法保证铅均匀且足量地负载在碳材料上，达不到预期的目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法，合成得到表面均匀包覆铅的石墨烯材料。
本发明的技术方案是：铅碳电池用石墨烯材料的改性方法，操作步骤如下：
步骤一：graphene-SDBS制备
将石墨烯加入到浓度为0.01～0.03mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，超声波处理5～10min，以100～500rpm震荡，水浴反应24～48h，再喷雾干燥，得到表面吸附有十二烷基苯磺酸钠的石墨烯材料graphene-SDBS，所述石墨烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的质量比为0.5%～1.2%；
步骤二：graphene-SDBS化学吸附铅离子
将上述graphene-SDBS加入到浓度为10～20mg/L的可溶性铅盐溶液中，以20～240rpm速度震荡，水浴反应0.5～5h，再喷雾干燥，得到改性石墨烯材料，所述graphene-SDBS与可溶性铅盐溶液的质量比为0.15%～0.35%。
进一步的方案是：步骤一中所述超声波频率为26～30KHz；步骤一及步骤二中所述水浴反应温度为45～55℃，喷雾干燥的压缩空气流量为450～500L/h，进风温度为150～170℃，喷雾4～15min；步骤二中所述可溶性铅盐为氯化铅、硝酸铅、醋酸铅中的一种。
本发明制备过程安全、环保，操作方法简便规范，成本低，制得均匀负载纳米级PbO的石墨烯，增加了碳材料对活性物质的亲和性，降低了界面电阻，且使二者能够充分的混合均匀。由本发明获得的改性石墨烯材料用于制作铅碳电池，有效提高电池性能、延长循环寿命。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明。但不应将此理解为本发明的内容仅限于下述实例。
实施例1
称取10.0g石墨烯，加入到1000mL O.023mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，超声波频率30KHz，处理5min ，以120rpm 震荡50℃下水浴反应48h，再用500L/h流量的160℃的压缩空气喷雾干燥5～10min，得到表面吸附有十二烷基苯磺酸钠的活性炭材料graphene-SDBS。
精确称量0.250g的graphene-SDBS，加入到100mL浓度为10mg/L的硝酸铅溶液中，以120rpm 速度震荡，45℃下水浴反应1h ，喷雾干燥5～10min，得到氧化铅/石墨烯复合材料。
实施例2
本实施例与实施例1不同的地方在于可溶性铅盐为氯化铅，其余与实施例1相同。
由以上改性方法所制备的石墨烯材料通过化学吸附均匀包覆了一层纳米氧化铅，增强了石墨烯与活性物质的亲和力，有利于石墨烯的均匀分散同时也改善了电流在铅与碳界面的传导，有效延长了铅碳电池的循环寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种铅碳电池用石墨烯材料的改性方法，操作步骤如下：
步骤一：graphene-SDBS制备
将石墨烯加入到浓度为0.01～0.03mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，超声波处理5～10min，以100～500rpm震荡，水浴反应24～48h，再喷雾干燥，得到表面吸附有十二烷基苯磺酸钠的石墨烯材料graphene-SDBS，所述石墨烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的质量比为0.5%～1.2%；
步骤二：graphene-SDBS化学吸附铅离子
将上述graphene-SDBS加入到浓度为10～20mg/L的可溶性铅盐溶液中，以20～240rpm速度震荡，水浴反应0.5～5h，再喷雾干燥，得到改性石墨烯材料，所述graphene-SDBS与可溶性铅盐溶液的质量比为0.15%～0.35%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯材料的改性方法，其特征是步骤一中所述超声波频率为26～30KHz。
3.根据权利要求1所述的石墨烯材料的改性方法，其特征是步骤一及步骤二中所述水浴反应温度为45～55℃，喷雾干燥的压缩空气流量为450～500L/h，进风温度为150～170℃，喷雾4～15min。
4.根据权利要求1所述的石墨烯材料的改性方法，其特征是步骤二中所述可溶性铅盐为氯化铅、硝酸铅、醋酸铅中的一种。
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