CN109728270A - 氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，它包括下列按质量比计量的组分：氧化石墨烯：分散剂：硼氢化钠为1：1：10，醋酸铅：碳酸钠为3：1，其中的氧化石墨烯：醋酸铅为1：20～1：60。本发明还包括相配套的制备方法，它包括将量取的氧化石墨烯加到搅拌机内，加入醋酸铅后搅拌均匀，再加入分散剂搅拌成混合溶液。将量取的硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应。接着在搅拌状态中加入量取的碳酸钠，待搅拌后得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液，此悬浮液经抽滤、清洗得到沉淀物，把沉淀物置放到实验气氛电炉中加热，在氩气保护下煅烧得到氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。

Description

氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分及制备方法

技术领域

本发明属于电化学电池制造技术领域，具体地讲，本发明涉及一种用于制备铅酸蓄电池负极铅膏的复合材料，特别是氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，本发明还涉及配套的制备方法。

背景技术

铅酸蓄电池的放电过程，实质是一种电化学反应过程，其中的电解液与铅膏直接反应，该反应生产的副产品硫酸铅直接粘附在极板上。随着放电时间及次数的增加，附着在负极板上的硫酸铅晶核逐渐长大。由于硫酸铅晶粒理化特性是不溶于电解液，而且电阻率大，所以充电时不能还原。由于负极板上附着硫酸铅的量与使用时间成正比关系，渐长大、渐增多的硫酸铅进一步恶化了电化学反应环境，最终导致电池失效。因此，减少负极板上硫酸铅生成量及速率，就能提高铅酸电池的循环寿命指标。本行业专业技术人员悉知，在铅酸电池负极铅膏中适量添加炭材料，就可减缓负极板硫酸盐化程度，并且增强铅酸蓄电池充电接受能力。经实践证明，添加的碳材料数氧化石墨烯效果最好，特别是纳米级氧化石墨烯应用效果最佳。但是，纳米级氧化石墨烯粒径十分细微，比重特轻，使用现有技术制作负极铅膏时很难将纳米级氧化石墨烯与大比重的铅粉混合均匀，因此实际应用效果远低于理论值，达不到预期均匀混合目的。

发明内容

本发明主要针对现有技术不能均匀混合的问题，提出一种组分配置合理、原料易得的氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，以及配套的制备方法，该方法实施简便、技术路径合理、配套工艺要求低、组分易混合均匀。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，其改进之处在于按质量比计量下列组分：氧化石墨烯：分散剂：硼氢化钠为1：1：10，醋酸铅：碳酸钠为3：1，其中的氧化石墨烯：醋酸铅为1：20～1：60。

作为进一步改进方案，所述氧化石墨烯为浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液；所述碳酸钠为浓度为10%的碳酸钠溶液。

作为进一步改进方案，所述分散剂为聚乙二醇或油酸或乳化剂量TX-100或聚乙烯吡咯烷酮。

氧化铅和氧化石墨烯的复合材料制备方法，其改进之处在于按下列步骤实施：

a、按组分量取氧化石墨烯、醋酸铅、分散剂、硼氢化钠、碳酸钠；

b、将量取的氧化石墨烯全部加到搅拌机内，加入醋酸铅后搅拌至少5min，然后加入分散剂，继续搅拌至少10min制成混合溶液；

c、将量取的硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应1.5～2.5h；

d、接着在搅拌状态中加入量取的碳酸钠，待搅拌15～30min得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液；

e、制备而成的氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液经抽滤、清洗后得到沉淀物，把沉淀物置放到800～1000℃的实验气氛电炉中，在氩气保护的条件下煅烧6～8h，得到的产物为氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、组分配置合理，原料易得；

2、分段配制、逐渐混合，易实现组分均匀混合目的；

3、在氩气保护下煅烧而成的氧化铅和氧化石墨烯复合材料，纯度高，导电能力强，掺入负极铅膏中起到抑制硫酸铅生长速率，从而达到提升充电接受能力和提高铅酸蓄电池循环寿命的目的。

附图说明

图1是添加氧化铅和氧化石墨烯的复合材料电池与按现有技术制成的电池100%DOD循环寿命对比曲线图。

图2是添加氧化铅和氧化石墨烯的复合材料电池与按现有技术制成的电池充电接受能力对比曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明。

氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，该组分按质量比计量，其中氧化石墨烯：分散剂量：硼氢化钠为1：1：10，醋酸铅：碳酸钠为3：1，氧化石墨烯：醋酸铅为1：20～1：60。所述氧化石墨烯为浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液。所述碳酸钠为浓度为10%的碳酸钠溶液。所述分散剂为聚乙二醇或油酸或乳化剂量TX-100或聚乙烯吡咯烷酮。

氧化铅和氧化石墨烯的复合材料制备方法，现通过实施例来说明。

实施例1

本例中将量取的浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液1000g加入到搅拌机内，再将45g醋酸铅溶解到上述氧化石墨烯溶液中，搅拌5min，接着加入2g油酸作为分散剂，继续搅拌10min制成混合溶液。将量取的20g硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应1.5h。接着在搅拌状态中加入由15g碳酸钠和150g水相溶制成浓度为10%的碳酸钠溶液，待搅拌15min得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液。最后将制备而成的氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液经抽滤、清洗后得到沉淀物，把沉淀物置放到800℃的实验气氛电炉中，在氩气保护的条件下煅烧6h，得到的产物为氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。

实施例2

本例中将量取的浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液1000g加入到搅拌机内，再将90g醋酸铅溶解到上述氧化石墨烯溶液中，搅拌10min，接着加入2g聚乙二醇作为分散剂，继续搅拌15min制成混合溶液。将量取的20g硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应2h。接着在搅拌状态中加入由30g碳酸钠和300g水相溶制成浓度为10%的碳酸钠溶液，待搅拌30min得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液。最后将制备而成的氧化石墨烯和碳酸钠悬浮液经抽滤、清洗后得到沉淀物，把沉淀物置放到900℃的实验气氛电炉中，在氩气保护的条件下煅烧7h，得到的产物为氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。

实施例3

本例中将量取的浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液1000g加入到搅拌机内，再将120g醋酸铅溶解到上述氧化石墨烯溶液中，搅拌15min，接着加入2g聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，继续搅拌20min制成混合溶液。将量取的20g硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应2.5h。接着在搅拌状态中加入由40g碳酸钠和400g水相溶制成浓度为10%的碳酸钠溶液，待搅拌20min得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液。最后将制备而成的氧化石墨烯和碳酸钠悬浮液经抽滤、清洗后得到沉淀物，把沉淀物置放到1000℃的实验气氛电炉中，在氩气保护的条件下煅烧8h，得到的产物为氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。

上述三项实施例分别制成氧化铅和氧化石墨烯的复合材料，经检测品质基本相同，均达到预期指标。现取用实施例2制成的氧化铅和氧化石墨烯的复合材料，混合到待制作铅酸蓄电池的负极铅膏中，添加量与负极铅膏之比为1：20。因新配制的负极铅膏中含有氧化铅和氧化石墨烯的复合材料，制成的铅酸蓄电池在电化学反应过程中，显著提升了负极板的导电能力，同时也抑制硫酸铅在负极板上的生长速率，从而达到提升电池充电接受能力和提高电池100%DOD循环寿命的目的。现将应用本发明制成的铅酸蓄电池测试数据与用现有技术制成的铅酸蓄电池作对比，具体试验结果如附图1和附图2所示。

Claims (4)

1.一种氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，其特征在于按质量比计量下列组分：氧化石墨烯：分散剂：硼氢化钠为1：1：10，醋酸铅：碳酸钠为3：1，其中的氧化石墨烯：醋酸铅为1：20～1：60。

2.根据权利要求1所述的氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，其特征在于：所述氧化石墨烯为浓度为0.2%的氧化石墨烯溶液；所述碳酸钠为浓度为10%的碳酸钠溶液。

3.根据权利要求1所述的氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇或油酸或乳化剂量TX-100或聚乙烯吡咯烷酮。

4.一种氧化铅和氧化石墨烯的复合材料制备方法，其特征在于按下列步骤实施：

a、按组分量取氧化石墨烯、醋酸铅、分散剂、硼氢化钠、碳酸钠；

b、将量取的氧化石墨烯全部加到搅拌机内，加入醋酸铅后搅拌至少5min，然后加入分散剂，继续搅拌至少10min制成混合溶液；

c、将量取的硼氢化钠加入混合溶液中，在搅拌过程中加热至80℃±5℃，在此温度条件下反应1.5～2.5h；

d、接着在搅拌状态中加入量取的碳酸钠，待搅拌15～30min得到氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液；

e、制备而成的氧化石墨烯和碳酸钠混合悬浮液经抽滤、清洗后得到沉淀物，把沉淀物置放到800～1000℃的实验气氛电炉中，在氩气保护下煅烧6～8h，得到的产物为氧化铅和氧化石墨烯的复合材料。