CN109904413A - 一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：1）将可溶性铅盐溶解于纯水中，制成饱和可溶性铅盐溶液；2）在室温环境下，将步骤1）中制备完成的饱和可溶性铅盐溶液与多孔碳材料按比例进行混合、浸渍并搅拌，混合均匀后过滤去除多余的溶液，得到碳载铅盐复合碳材料；3）将步骤2）中得到的碳载铅盐复合碳材料进行干燥；4）将步骤3)中得到的干燥后的碳载铅盐复合碳材料，在惰性气体或还原性气体氛围下，进行高温煅烧，煅烧完成后即得到铅炭复合材料。本发明所需的原料廉价易得，整个生产过程工艺方法简单易操作，生产所需的设备简单，设备投入成本低，便于实现大规模的工业化量产。

Description

一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及铅炭电池技术领域，特别涉及一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法。

背景技术

传统铅酸蓄电池在长期部分荷电态下因不可逆负极硫酸盐化而导致早期失效。铅碳电极是将具有电容特性的高比表面碳材料（如活性炭、炭黑、碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶、石墨烯等）添加到负极活性物之中，通过其电容特性降低极板电流密度，调节负极活性物质在充放电过程中的微观结构变化，降低内阻，促进粒子迁移，从而有效地抑制负极硫酸盐化。

高比表面的多孔碳材料添加到负极活性物质中，充电化成后，金属铅在碳材料表面形核沉积，使负极海绵铅与碳形成整体骨架结构，使碳获得很好的导电通道，有效地释放其电容，提高负极抑制硫酸盐化能力。铅在多孔碳材料表面的沉积效果直接影响铅炭电极的性能。

提高铅的沉积效果是改善铅碳电极性能的重要措施。通常情况下人们是在和膏时直接将碳材料与铅粉、添加剂（如硫酸钡、木素、腐植酸）、水、硫酸一起在和膏机内进行混合制成铅膏，再经过涂片、固化、充电化成等工序获得铅碳电极。在充电过程中，硫酸铅或氧化铅在还原为铅时，在碳表面的形核能垒大于在铅表面的形核能，铅离子转化为金属铅时优先在铅表面进行形核沉积，影响了铅在碳表面的沉积效果。

比如：中国专利201010608794 .1公开了一种铅碳复合材料，通过电沉积的方法预先将铅沉积到碳材料表面，该方法的目的在于提高铅与碳材料之间的混合均匀性，但是该发明工艺复杂，需要专用的电沉积设备，对生产设备要求高，导致生产成本高，难以实现大规模的工业化量产。

发明内容

本发明的目的是解决现有用于铅炭电池的铅碳复合材料生产工艺复杂、对生产设备要求高，导致生产成本高的问题，提供一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，简化了铅炭复合材料的生产工艺，降低了对生产设备的要求，进而降低了生产成本。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

1）将可溶性铅盐溶解于纯水中，制成饱和可溶性铅盐溶液；

2）在室温环境下，将步骤1）中制备完成的饱和可溶性铅盐溶液与多孔碳材料按比例进行混合、浸渍并搅拌，混合均匀后过滤去除多余的溶液，得到碳载铅盐复合碳材料；

3）将步骤2）中得到的碳载铅盐复合碳材料进行干燥；

4）将步骤3)中得到的干燥后的碳载铅盐复合碳材料，在惰性气体或还原性气体氛围下，进行高温煅烧，煅烧完成后即得到铅炭复合材料。

本发明的原理如下：通过将多孔碳材料浸渍在饱和铅盐溶液中后取出，这样，多孔碳材料的孔隙表面便均匀吸附有饱和铅盐溶液，形成碳载铅盐复合碳材料；形成的碳载铅盐复合碳材料通过步骤3）的干燥，去掉了其中的水分，铅盐从溶液中析出均匀附着在多孔碳材料的孔隙表面；在进过煅烧后，铅盐高温分解形成铅金属并均匀附着于多孔碳材料地孔隙表面，便得到了铅碳复合材料。煅烧时，碳载铅盐复合碳材料处于惰性气体氛围或者还原性气体氛围中，可防止铅盐在高温煅烧过程中氧化产生其他氧化产物。本发明所需的原料廉价易得，整个生产过程工艺方法简单易操作，生产所需的设备简单，设备投入成本低，具有良好的经济效益，便于实现大规模的工业化量产。

作为优选，步骤1）中，所述可溶性铅盐为醋酸铅、硝酸铅或甲基硫磺铅中的一种。所述醋酸铅、硝酸铅或甲基硫磺铅是常用的化工原料，廉价易得，成本低。

作为优选，所述多孔碳材料为活性炭、活性炭纤维或者炭气凝胶中的一种。所述活性炭、活性炭纤维或者炭气凝胶内部充满空隙，比表面积大，吸附力强，能够有效吸附铅金属，是理想的吸附载体，且活性炭、活性炭纤维或者炭气凝胶价格低廉易得，利于控制成本。

作为优选，步骤2）中，多孔碳材料与饱和可溶性铅盐溶液的质量比为1:（3~5）。

作为优选，步骤2）中，多孔碳材料在饱和可溶性铅盐溶液中浸渍的时间为1~3小时。通过将多孔碳材料在饱和可溶性铅盐溶液中浸渍1~3小时，这样可以使饱和可溶性铅盐溶液充分吸附在多孔碳材料空隙表面，有利于最终铅金属在多孔碳材料空隙表面均匀分布。

作为优选，步骤4）中，煅烧温度高于1200℃，煅烧时间为2~3小时，煅烧时的升温速度为10℃/分钟。通过对碳载铅盐复合碳材料进行2~3小时并且高于1200℃的煅烧，这样可以保证多孔碳材料表面的铅盐全部分解产生铅金属。通过对煅烧时升温速度进行控制，可避免碳载铅盐复合碳材料因升温过快发生另外的副反应从而产生杂质，影响金属铅的纯度。

作为优选，步骤3）中，干燥温度为60℃，干燥时间为2~4小时。

作为优选，步骤4）中，所述惰性气体为氦气或氩气中的一种，所述还原性气体为氢气或一氧化碳中的一种。通过将碳载铅盐复合碳材料放置于惰性气体氛围或者还原性气体氛围中进行煅烧，可防止铅盐在高温煅烧过程中氧化产生其他氧化产物。所述氦气和氩气是工业生产中常用的惰性气体，性质稳定，用途广泛，廉价易得；所述氢气和一氧化碳是工业中常用的还原性气体，。还原性强，用途广泛，廉价易得。

本发明的有益效果是：本发明所需的原料廉价易得，整个生产过程工艺方法简单易操作，生产所需的设备简单，设备投入成本低，具有良好的经济效益，便于实现大规模的工业化量产。

附图说明

图1为将本发明制得的铅碳复合材料与普通的铅碳材料按照相同比例，添加到铅炭电池负极中，制得的铅炭电池，并与普通铅酸蓄电池进行欠充循环寿命测试所得的测试结果图。

图中：曲线1：本发明制得的铅碳复合材料所对应的测试曲线，曲线2：普通铅碳材料所对应的测试曲线，曲线3：铅酸蓄电池所对应的测试曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步描述。

实施例：一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：1）将可溶性铅盐溶解于纯水中，制成饱和可溶性铅盐溶液。所述可溶性铅盐为醋酸铅、硝酸铅、甲基硫磺铅或者其他可溶性铅盐中的一种。本实施例中，所述可溶性铅盐为硝酸铅。

2）在室温环境下，将步骤1）中制备完成的饱和可溶性铅盐溶液与多孔碳材料按比例进行混合、浸渍并搅拌，混合均匀后过滤去除多余的溶液，得到碳载铅盐复合碳材料。所述多孔碳材料为活性炭、活性炭纤维或者炭气凝胶或者其他多孔碳材料中的一种。本实施例中，所述多孔碳材料为活性炭。所述多孔碳材料在饱和可溶性铅盐溶液中浸渍的时间为1~3小时。多孔碳材料与饱和可溶性铅盐溶液的质量比为1:（3~5）。

3）将步骤2）中得到的碳载铅盐复合碳材料进行干燥。干燥时，干燥温度为60℃，干燥时间为2~4小时。

4）将步骤3)中得到的干燥后的碳载铅盐复合碳材料，在惰性气体或还原性气体氛围下，进行高温煅烧，煅烧完成后即得到铅炭复合材料。所述惰性气体为氦气或氩气中的一种，所述还原性气体为氢气或一氧化碳中的一种。在煅烧时，煅烧温度高于1200℃，煅烧时间为2~3小时，煅烧时的升温速度为10℃/分钟。

本发明的原理如下：通过将多孔碳材料浸渍在饱和铅盐溶液中后取出，这样，多孔碳材料的孔隙表面便均匀吸附有饱和铅盐溶液，形成碳载铅盐复合碳材料；形成的碳载铅盐复合碳材料通过步骤3）的干燥，去掉了其中的水分，铅盐从溶液中析出均匀附着在多孔碳材料的孔隙表面；在进过煅烧后，铅盐高温分解形成铅金属并均匀附着于多孔碳材料地孔隙表面，便得到了铅碳复合材料。煅烧时，碳载铅盐复合碳材料处于惰性气体氛围或者还原性气体氛围中，可防止铅盐在高温煅烧过程中氧化产生其他氧化产物。本发明所需的原料廉价易得，整个生产过程工艺方法简单易操作，生产所需的设备简单，设备投入成本低，具有良好的经济效益，便于实现大规模的工业化量产。

将本发明制得的铅碳复合材料与普通的铅碳材料按照相同比例，添加到铅炭电池负极中，制得的铅炭电池，并与普通铅酸蓄电池进行欠充循环寿命测试，循环测试工艺如下：1、以0.5C放电24分钟；2、以0.5C放电1小时; 3、以0.27C充电1小时15分钟；4、以0.13C充电1小时15分钟；4、重复以上2~步骤，直至电池电压低于1.75V停止。测试后得到的测试结果图如图1所示。图1中，坐标横轴为循环测试次数，坐标纵轴为放电电压。曲线1为本发明制得的铅碳复合材料所对应的测试曲线，曲线2为普通铅碳材料所对应的测试曲线，曲线3为铅酸蓄电池所对应的测试曲线图。从图1中可以得出，本发明在相同的循环测试次数下，电压衰减最慢，因此使用寿命最高。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

1）将可溶性铅盐溶解于纯水中，制成饱和可溶性铅盐溶液；

2）在室温环境下，将步骤1）中制备完成的饱和可溶性铅盐溶液与多孔碳材料按比例进行混合、浸渍并搅拌，混合均匀后过滤去除多余的溶液，得到碳载铅盐复合碳材料；

3）将步骤2）中得到的碳载铅盐复合碳材料进行干燥；

4）将步骤3）中得到的干燥后的碳载铅盐复合碳材料在惰性气体或还原性气体氛围下进行高温煅烧，煅烧完成后即得到铅炭复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述可溶性铅盐为醋酸铅、硝酸铅或甲基硫磺铅中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述多孔碳材料为活性炭、活性炭纤维或者炭气凝胶中的一种。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，多孔碳材料与饱和可溶性铅盐溶液的质量比为1:（3~5）。

5.根据权利要求4所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，多孔碳材料在饱和可溶性铅盐溶液中浸渍的时间为1~3小时。

6.根据权利要求4所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，煅烧温度高于1200℃，煅烧时间为2~3小时，煅烧时的升温速度为10℃/分钟。

7.根据权利要求4所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，干燥温度为60℃，干燥时间为2~4小时。

8.根据权利要求4所述的一种用于铅炭电池的铅炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述惰性气体为氦气或氩气中的一种，所述还原性气体为氢气或一氧化碳中的一种。