CN108183221A - 一种石墨烯改性铅棉材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池用石墨烯改性铅棉材料及其制备方法，该复合材料包含以下重量份的组分：铅金属90～99wt％；石墨烯负载纳米银1～10％。制备方法包括：(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液；(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银；(3)将石墨烯负载纳米银粉末和铅粉在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；(4)将共混粉体熔融挤出制得电池用石墨烯改性铅棉材料。该材料中石墨烯负载纳米银颗粒在铅金属间形成连续导电网络，使电池能以极大的电流充放电且循环寿命长。同时使电池重量减轻，性能更可靠、更均衡。

Description

一种石墨烯改性铅棉材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池用石墨烯改性铅棉材料及其制备方法，属于先进功能性复合材料设计及制备领域。
背景技术
铅布电池具有优良的大电流充放电性能和较高的比能量，是一种发展前景很好的铅酸蓄电池。铅布电池与其它铅酸蓄电池的主要区别在于其板栅材料和基于这种板栅而带来的结构上的变化，它既不是传统铸造板栅，也不是拉网板栅，而是由纤维复合铅丝织成的铅网。铅布电池一般分为水平铅布电池和卷绕铅布电池。水平铅布电池由美国的Electrosource公司发明，并在电动车上取得极大成功，在3小时率放电时，电池的质量比能量可达40～45Wh/Kg。1996年，水平铅布电池获得美国杰出工业成就奖，引起电池界的广泛关注。但随着技术的发展，铅布电池性能开始逐渐满足不了目前新能源电池的需求，国内一些铅酸蓄电池企业和研究机构先后进行了大量技术开发，仍然无法突破技术瓶颈。
石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s)，超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V·s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(V·s)左右。另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而Novoselov等在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。
以石墨烯作为功能粒子填充于金属材料中，可有效提高金属材料的导电能力。同时，由于石墨烯材料的纳米增强效应，复合材料的力学性能亦可获得明显提升，从而应用在新的技术领域。
发明内容
本发明的目的在于设计一种电池用石墨烯改性铅棉材料及其制备方法。该铅棉材料作为电池材料使用时电流分布非常均匀，可极大地降低电池内阻，使电池能以极大的电流充放电，且有效增加电池循环寿命。同时，使电池重量减轻，性能更可靠、更均衡。
本发明的具体技术方案如下：
一种电池用石墨烯改性铅棉材料，各组分及其重量百分比含量为：
铅金属，90～99wt％；
石墨烯负载纳米银，1～10wt％。
以上各组成的质量百分比含量之和为100wt％。
上述的石墨烯改性铅棉材料的制备方法，其步骤为：
(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液。将2g粒径为2～20μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺中，超声分散2小时；然后以800～2000rpm转速下离心50～80分钟，离心分散后得到的上清液为石墨烯分散液；
(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银。在轻柔搅拌下，将1.2g的硝酸银水溶液滴入到温度为50～60℃的步骤(1)制得的石墨烯分散液中，搅拌3小时，再静置8小时，再用聚四氟乙烯膜过滤，用乙醇和丙酮洗涤，得到石墨烯负载纳米银粉末。
(3)将铅粉和石墨烯负载纳米银粉末按重量比99∶1至90∶10比例在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；
(4)将共混粉体熔融挤出制得石墨烯改性铅棉材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种电池用石墨烯改性铅棉材料配方为：
组分 重量份
铅粉 95
石墨烯负载纳米银 5
所述的一种电池用石墨烯改性铅棉材料的制备方法，其步骤为：
(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液。将2g粒径为2μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散2小时；然后以2000rpm转速下离心70分钟，离心分散后得到的上清液为石墨烯分散液；
(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银。在轻柔搅拌下，将1.2g的硝酸银水溶液滴入到温度为50℃的步骤(1)制得的石墨烯分散液中，搅拌3小时，再静置8小时，再用聚四氟乙烯膜过滤，用乙醇和丙酮洗涤，得到石墨烯负载纳米银粉末。
(3)将铅粉和石墨烯负载纳米银粉末按重量比95∶5比例在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；
(4)将共混粉体熔融挤出制得电池用石墨烯改性铅棉材料。
实施例2
一种电池用石墨烯改性铅棉材料配方为：
组分 重量份
铅粉 90
石墨烯负载纳米银 10
所述的一种电池用石墨烯改性铅棉材料的制备方法，其步骤为：
(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液。将2g粒径为5μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散2小时；然后以1500rpm转速下离心60分钟，离心分散后得到的上清液为石墨烯分散液；
(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银。在轻柔搅拌下，将1.2g的硝酸银水溶液滴入到温度为50℃的步骤(1)制得的石墨烯分散液中，搅拌3小时，再静置8小时，再用聚四氟乙烯膜过滤，用乙醇和丙酮洗涤，得到石墨烯负载纳米银粉末。
(3)将铅粉和石墨烯负载纳米银粉末按重量比90∶10比例在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；
(4)将共混粉体熔融挤出制得电池用石墨烯改性铅棉材料。
实施例3
一种电池用石墨烯改性铅棉材料配方为：
组分 重量份
铅粉 99
石墨烯负载纳米银 1
所述的一种电池用石墨烯改性铅棉材料的制备方法，其步骤为：
(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液。将2g粒径为5μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散2小时；然后以1500rpm转速下离心60分钟，离心分散后得到的上清液为石墨烯分散液；
(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银。在轻柔搅拌下，将1.2g的硝酸银水溶液滴入到温度为60℃的步骤(1)制得的石墨烯分散液中，搅拌3小时，再静置8小时，再用聚四氟乙烯膜过滤，用乙醇和丙酮洗涤，得到石墨烯负载纳米银粉末。
(3)将铅粉和石墨烯负载纳米银粉末按重量比99∶1比例在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；
(4)将共混粉体熔融挤出制得电池用石墨烯改性铅棉材料。

Claims (2)

1.一种电池用石墨烯改性铅棉材料，其特征在于，该材料以石墨烯负载纳米银作为填料，以铅金属为基体，形成石墨烯负载纳米银改性铅棉材料，该材料的组成和质量百分比含量为：铅金属，90～99wt％；石墨烯负载纳米银，1～10wt％；以上各组成的质量百分比含量之和为100wt％。
2.一种根据权利要求1所述的电池用石墨烯负载纳米银铅棉材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过液相剥离法制备石墨烯分散液：将2g粒径为2～20μm的石墨粉末分散到300mL的二甲基甲酰胺中，超声分散2小时；然后以800～2000rpm转速下离心50～80分钟，离心分散后得到的上清液为石墨烯分散液；
(2)将硝酸银加入石墨烯分散液中，通过二甲基甲酰胺的还原形成石墨烯负载纳米银：在轻柔搅拌下，将1.2g的硝酸银水溶液滴入到温度为50～60℃的步骤(1)制得的石墨烯分散液中，搅拌3小时，再静置8小时，再用聚四氟乙烯膜过滤，用乙醇和丙酮洗涤，得到石墨烯负载纳米银；
(3)将铅粉和石墨烯负载纳米银粉末按重量比99∶1至90∶10比例在高速搅拌机中共混均匀制得共混粉体；
(4)将共混粉体熔融挤出挤出制得石墨烯改性铅棉材料。
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