CN112928261A - 一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法，涉及铅炭电池技术领域，用于解决现有技术中荷电保持能力降低、制造难度和成本增加、炭材料削弱硫酸盐化的功效降低的问题。本发明的铅粉包括氧化铅颗粒、包裹氧化铅颗粒的活性炭层以及分散在活性炭层中的石墨烯，活性炭层为多孔结构，石墨烯分散在多孔结构的孔中。本发明的制备方法包括将醋酸铅溶液、糖类与石墨烯混合；将碱性溶液与醋酸铅、糖类和石墨烯混合液混合；将表面活性剂、乳化剂与含有氢氧化铅颗粒的混合液混合，得到悬浮液；对悬浮液依次进行喷雾干燥和烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉。本发明的铅粉和制备方法可用于铅炭电池。

Description

一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及铅炭电池技术领域，尤其涉及一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法。
背景技术
铅炭电池作为铅酸蓄电池的前沿研究技术，其具有削弱负极硫酸盐化的作用以及提高电池大电流充放电性能等特点。
目前，铅炭电池研究工作主要有以下三方面：一方面是利用电容性纯碳负极，由于只是利用碳材料的电容性，因此，荷电保持能力大大降低；另一方面是利用赝电容将一片碳负极与正常铅酸蓄电池负极并联，此种工艺制备的复杂碳负极很难与极板较好地匹配和连接，导致制造难度和成本增加；再一方面是将活性炭、炭黑等高比表面积的碳材料与负极材料经过物理混合制成铅炭电池负极，由于碳材料和铅酸蓄电池负极活性物质密度差异很大，很难混合均一，从而会降低炭材料削弱硫酸盐化的功效。
发明内容
鉴于上述分析，本发明旨在提供一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法，至少能解决以下技术问题之一：(1)利用碳材料的电容性导致荷电保持能力降低的问题；(2)复杂碳负极很难与极板较好地匹配和连接导致制造难度和成本增加的问题；(3)碳材料和铅酸蓄电池负极活性物质很难混合均一从而会降低炭材料削弱硫酸盐化的功效的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，包括氧化铅颗粒、包裹氧化铅颗粒的活性炭层以及分散在活性炭层中的石墨烯，活性炭层为多孔结构，石墨烯分散在多孔结构的孔中。
进一步地，氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～20μm。
进一步地，氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～500nm。
本发明还提供了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将醋酸铅溶液、糖类与石墨烯混合，得到醋酸铅、糖类和石墨烯混合液；
步骤2：将碱性溶液与醋酸铅、糖类和石墨烯混合液混合，醋酸铅溶液遇到碱性溶液即会生成氢氧化铅颗粒，得到含有氢氧化铅颗粒的混合液；
步骤3：将表面活性剂、乳化剂与含有氢氧化铅颗粒的混合液混合，得到悬浮液；
步骤4：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒；
步骤5：在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉。
进一步地，碱性溶液为氨水。
进一步地，糖类为葡萄糖、果糖、淀粉、蔗糖中的一种或多种任意比例混合。
进一步地，上述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯胺中的一种或多种任意比例混合。
进一步地，上述乳化剂为羧甲基纤维素和/或水溶性蛋白质。
进一步地，上述步骤1包括如下步骤：
步骤11：将氧化铅和醋酸溶液混合，制成醋酸铅溶液；
步骤12：醋酸铅溶液中加入糖类和石墨烯，搅拌制成醋酸铅、糖类和石墨烯混合液。
进一步地，上述步骤11中，可以将氧化铅加入醋酸溶液中。
进一步地，上述步骤12中，将糖类和石墨烯加入醋酸铅溶液中。
进一步地，上述步骤2包括如下步骤：
在持续搅拌条件下，将碱性溶液加入醋酸铅、糖类和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液。
进一步地，氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～20μm。
进一步地，上述步骤3包括如下步骤：
将表面活性剂和乳化剂加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液。
进一步地，上述步骤4中，喷雾干燥的进风温度为160～500℃，喷雾干燥的进料速度为30～10000ml/h。
进一步地，上述步骤5中，烧结温度为300～600℃，烧结时间为2～10h。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
a)本发明提供的氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，氧化铅颗粒作为核壳结构的铅粉的核心，被活性炭层包裹，石墨烯均匀分散在活性炭层的多孔结构中。一方面，本发明提供的铅粉能够利用石墨烯材料和活性炭材料的高比表面积特性，有效降低充电时负极的过电位，有利于硫酸铅向铅转化，从而起到消除硫酸盐化的作用；另一方面，利用石墨烯材料高效的导电网络特性，能够提高铅炭电池的大电流充放电能力，有利于铅炭电池以及铅酸蓄电池行业发展。
b)本发明提供的氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，呈现以氧化铅为核心、活性炭材料与石墨烯为壳体的复合材料，实现了高密度的氧化铅与低密度的活性炭和石墨烯材料的均匀混合，也不会产生额外增加碳负极带来的复杂装配问题。
c)本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，醋酸铅与碱性溶液混合后所得的氢氧化铅颗粒细小，具有纳米尺寸，这样，通过喷雾干燥后得到的氧化铅颗粒也是纳米级别，有利于提高材料的比表面积。这样，先通过水相合成以及喷雾干燥制备核壳结构的铅粉前驱体颗粒，然后，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，就能够最终得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，烧结后无需再进行粉碎，相当于一步合成法，有效地简化了铅粉的制备流程。
d)本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，还能够使表面活性剂、乳化剂等有机物碳化分解。
e)本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，首先，醋酸溶液对氧化铅有高度的溶解性，将氧化铅溶解于醋酸溶液中，能够得到分散均匀的醋酸铅、糖类和石墨烯混合液；然后，在通过碱性溶液再次获得氢氧化铅颗粒，氢氧化铅颗粒在喷雾干燥过程中分解为氧化铅颗粒，此时，获得的氧化铅颗粒的平均粒径较小，从而能够有效提高氧化铅颗粒的表面积，从而有利于氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉消除硫酸盐化的作用。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体发明的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉中铅粉颗粒的结构示意图；
图2为本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法的流程图。
附图标记：
1-氧化铅颗粒；2-活性炭层；3-石墨烯。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选发明，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的发明一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，参见图1，包括氧化铅颗粒、包裹氧化铅颗粒的活性炭层以及分散在活性炭层中的石墨烯，活性炭层为多孔结构，石墨烯分散在多孔结构的孔中。
与现有技术相比，本发明提供的氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，氧化铅颗粒作为核壳结构的铅粉的核心，被活性炭层包裹，石墨烯均匀分散在活性炭层的多孔结构中。一方面，本发明提供的铅粉能够利用石墨烯材料和活性炭材料的高比表面积特性，有效降低充电时负极的过电位，有利于硫酸铅向铅转化，从而起到消除硫酸盐化的作用；另一方面，利用石墨烯材料高效的导电网络特性，能够提高铅炭电池的大电流充放电能力，有利于铅炭电池以及铅酸蓄电池行业发展。
同时，本发明提供的化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，呈现以氧化铅为核心、活性炭材料与石墨烯为壳体的复合材料，实现了高密度的氧化铅与低密度的活性炭和石墨烯材料的均匀混合，也不会产生额外增加碳负极带来的复杂装配问题。
示例性地，氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～20μm(例如，200nm～500nm)，也就是说，氧化铅颗粒为微米级或纳米级的。这是因为，将氧化铅颗粒的平均粒径限定在上述范围内，能够有效提高氧化铅颗粒的表面积，从而有利于氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉消除硫酸盐化的作用。
本发明还提供了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，参见图2，包括如下步骤：
步骤1：将醋酸铅溶液、糖类与石墨烯混合，得到醋酸铅、糖类和石墨烯混合液；
步骤2：将碱性溶液(例如，氨水)与醋酸铅、糖类和石墨烯混合液混合，醋酸铅溶液遇到碱性溶液即会生成氢氧化铅颗粒，得到含有氢氧化铅颗粒的混合液；
步骤3：将表面活性剂、乳化剂与含有氢氧化铅颗粒的混合液混合，得到悬浮液；
步骤4：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒，其中，喷雾干燥的进风温度为160～500℃，喷雾干燥的进料速度为30～10000ml/h；
在此步骤中，悬浮液中含有氢氧化铅颗粒，氢氧化铅是不稳定物，遇热(喷雾干燥)即会分解生成氧化铅颗粒，同时，通过喷雾干燥，还能够将糖类炭化形成多孔结构的活性炭层，活性炭层与氧化铅颗粒的表面结合紧密，石墨烯分散在活性炭层的孔中；
步骤5：在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，其中，烧结温度为300～600℃，烧结时间为2～10h。
与现有技术相比，本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法与上述提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
同时，本发明提供的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，醋酸铅与碱性溶液混合后所得的氢氧化铅颗粒细小，具有纳米尺寸，这样，通过喷雾干燥后得到的氧化铅颗粒也是纳米级别，有利于提高材料的比表面积。这样，先通过水相合成以及喷雾干燥制备核壳结构的铅粉前驱体颗粒，然后，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，就能够最终得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，烧结后无需再进行粉碎，相当于一步合成法，有效地简化了铅粉的制备流程。
此外，在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，还能够使表面活性剂、乳化剂等有机物碳化分解。
需要说明的是，现有技术中，通常将可溶性铅盐或者醋酸铅转化为氧化铅，在将氧化铅和石墨烯混合制成混合沉淀物，然后烧结得到烧结物，大块烧结物的平均粒径较大，因此，其最终还需要对大块烧结物粉碎。另外，由于石墨烯和氧化铅无法混合均匀，因此，石墨烯无法均匀分散在氧化铅颗粒中。
为了更易形成活性炭层的多孔结构，示例性地，糖类为葡萄糖、果糖、淀粉、蔗糖中的一种或多种任意比例混合。这是因为，上述糖类的碳化温度低，通常低于200℃，采用这些种糖类用于醋酸铅、糖和石墨烯混合液的制备，更加有利于形成活性炭层的多孔结构。
为了提高石墨烯在活性炭层中的分散性，示例性地，上述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯胺中的一种或多种任意比例混合。这是因为，表面活性剂有利于石墨烯的分散，石墨烯能够通过表面活性剂很好的分散进活性炭层的孔中，进而提高氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的均一性。
为了能够有利于形成悬浮液，示例性地，上述乳化剂为羧甲基纤维素和/或水溶性蛋白质。这是因为，乳化剂有利于形成悬浮液，同样能够提高氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的均一性。
对于步骤1，具体来说，其包括如下步骤：
步骤11：将氧化铅和醋酸溶液混合，制成醋酸铅溶液，其中，氧化铅和醋酸的质量比为0.5～3.5：1；
步骤12：醋酸铅溶液中加入糖类和石墨烯，搅拌制成醋酸铅、糖类和石墨烯混合液。
这样，首先，醋酸溶液对氧化铅有高度的溶解性，将氧化铅溶解于醋酸溶液中，能够得到分散均匀的醋酸铅、糖类和石墨烯混合液；然后，在通过碱性溶液再次获得氢氧化铅颗粒，氢氧化铅颗粒在喷雾干燥过程中分解为氧化铅颗粒，此时，获得的氧化铅颗粒的平均粒径较小，从而能够有效提高氧化铅颗粒的表面积，从而有利于氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉消除硫酸盐化的作用。同时，将氧化铅和醋酸的质量比限定在上述范围内能够保证氧化铅全部溶解在醋酸中。
为了进一步控制上述制备方法制得的铅粉的综合性能，示例性地，氧化铅与糖类的质量比为1000：1～5，氧化铅与石墨烯的质量比为1000：0.1～2，氧化铅与OH-(碱性溶液中)的摩尔比为1：2～2.5。
为了提高氧化铅和醋酸溶液的混合均匀性，示例性地，上述步骤11中，可以将氧化铅加入醋酸溶液中。这是因为，醋酸溶液为液态，作为溶剂，氧化铅为固态，作为溶质，将氧化铅加入醋酸溶液中，不仅能够提高氧化铅和醋酸溶液的混合均匀性，还能够提高氧化铅和醋酸溶液的混合速度。
同样地，为了提高醋酸铅溶液、糖类和石墨烯的混合均匀性，上述步骤12中，将糖类和石墨烯加入醋酸铅溶液中。这是因为，醋酸铅溶液为液态，作为溶剂，糖类和石墨烯为固态，作为溶质，将糖类和石墨烯加入醋酸铅溶液中，不仅能够提高糖类、石墨烯和醋酸铅溶液的混合均匀性，还能够提高糖类、石墨烯和醋酸铅溶液的混合速度。
对于步骤2，具体来说，其包括如下步骤：
在持续搅拌条件下，将碱性溶液加入醋酸铅、糖类和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液。
这是因为，碱性溶液的加入是为了形成氧化铅，碱性溶液的加入速度是控制生成的氧化铅颗粒平均粒径的重要因素，将碱性溶液加入醋酸铅、糖类和石墨烯混合液中，能够有效控制碱性溶液的加入速度，进而有效控制氢氧化铅颗粒以及氧化铅颗粒的平均粒径。反之，如果将醋酸铅、糖类和石墨烯混合液加入碱性溶液中，会导致在反应初期生成大颗粒氢氧化铅或者结块状氢氧化铅，非常不利于后序悬浮液的制备以及喷雾干燥的实施。
示例性地，氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～20μm，这是因为，将氧化铅颗粒的平均粒径限定在上述范围内，能够有效提高氧化铅颗粒的表面积，从而有利于氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉消除硫酸盐化的作用。
对于步骤3，具体来说，其包括如下步骤：
将表面活性剂和乳化剂加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液。
这是因为，乳化剂的加入有利于固体颗粒(例如，氢氧化铅颗粒)的分散悬浮，为后序喷雾干燥制备分散一致的悬浮液。
实施例一
本实施例提供了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法，包括如下步骤：
步骤A：将氧化铅加入醋酸溶液中，制成醋酸铅溶液，其中，氧化铅和醋酸的质量比为0.7：1；
步骤B：将葡萄糖和石墨烯加入醋酸铅溶液中，搅拌制成醋酸铅、糖类和石墨烯混合液，其中，氧化铅与葡萄糖的质量比为1000：1，氧化铅与石墨烯的质量比为1000：0.3；
步骤C：在持续搅拌条件下，将氨水加入醋酸铅、葡萄糖和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液，其中，氧化铅与OH-的摩尔比为1：2；
步骤D：将聚乙烯醇和羧甲基纤维素加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液；
步骤E：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒，其中，喷雾干燥的进风温度为200℃，喷雾干燥的进料速度为300ml/h，所得的氧化铅颗粒的平均粒径为500nm；
步骤F：在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，其中，烧结温度为450℃，烧结时间为2h。
采用本实施例制得的铅粉制成铅炭电池，对铅炭电池进行测试，通过测试可知，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的充电电压降低了180mv，放电电压变化不大，这说明活性炭和石墨烯的引入，能够降低铅炭电池负极充电时的过电位，从而有利于硫酸铅向单质铅的转化，进而有利于解决硫酸盐化；此外，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的1.8C大电流放电时间提升了15％。
实施例二
本实施例提供了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法，包括如下步骤：
步骤A：将氧化铅加入醋酸溶液中，制成醋酸铅溶液，其中，氧化铅和醋酸的质量比为3.2：1；
步骤B：将果糖、淀粉和石墨烯加入醋酸铅溶液中，搅拌制成醋酸铅、果糖、淀粉和石墨烯混合液，其中，氧化铅与果糖和淀粉总质量的质量比为1000：2，氧化铅与石墨烯的质量比为1000：1；
步骤C：在持续搅拌条件下，将氨水加入醋酸铅、果糖、淀粉和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液，其中，氧化铅与OH-的摩尔比为1：2.5；
步骤D：将聚乙烯吡咯烷酮和水溶性蛋白质加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液；
步骤E：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒，其中，喷雾干燥的进风温度为450℃，喷雾干燥的进料速度为9000ml/h，所得的氧化铅颗粒的平均粒径为15μm；
步骤F：在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，其中，烧结温度为600℃，烧结时间为10h。
采用本实施例制得的铅粉制成铅炭电池，对铅炭电池进行测试，通过测试可知，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的充电电压降低了280mv，放电电压变化不大，这说明活性炭和石墨烯的引入，能够降低铅炭电池负极充电时的过电位，从而有利于硫酸铅向单质铅的转化，进而有利于解决硫酸盐化；此外，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的1.8C大电流放电时间提升了18％。
实施例三
本实施例提供了一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉及其制备方法，包括如下步骤：
步骤A：将氧化铅加入醋酸溶液中，制成醋酸铅溶液，其中，氧化铅和醋酸的质量比为0.5：1；
步骤B：将蔗糖和石墨烯加入醋酸铅溶液中，搅拌制成醋酸铅、蔗糖和石墨烯混合液，其中，氧化铅与葡萄糖的质量比为1000：5，氧化铅与石墨烯的质量比为1000：2；
步骤C：在持续搅拌条件下，将氨水加入醋酸铅、蔗糖和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液，其中，氧化铅与OH-的摩尔比为1：2.3；
步骤D：将聚丙烯胺和水溶性蛋白质加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液；
步骤E：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒，其中，喷雾干燥的进风温度为200℃，喷雾干燥的进料速度为5000ml/h，所得的氧化铅颗粒的平均粒径为500nm；
步骤F：在惰性气体保护下，对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，其中，烧结温度为320℃，烧结时间为3h。
采用本实施例制得的铅粉制成铅炭电池，对铅炭电池进行测试，通过测试可知，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的充电电压降低了300mv，放电电压变化不大，这说明活性炭和石墨烯的引入，能够降低铅炭电池负极充电时的过电位，从而有利于硫酸铅向单质铅的转化，进而有利于解决硫酸盐化；此外，与常规铅炭电池对比，本实施例的铅炭电池的1.8C大电流放电时间提升了20％。
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局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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。

Claims (10)

1.一种氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，其特征在于，包括氧化铅颗粒、包裹氧化铅颗粒的活性炭层以及分散在活性炭层中的石墨烯；
所述活性炭层为多孔结构，所述石墨烯分散在多孔结构的孔中。
2.根据权利要求1所述的氧化铅活性炭石墨烯核壳结构的铅粉，其特征在于，所述氧化铅颗粒的平均粒径为200nm～20μm。
3.一种氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1和2所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：将醋酸铅溶液、糖类与石墨烯混合，得到醋酸铅、糖类和石墨烯混合液；
步骤2：将碱性溶液与醋酸铅、糖类和石墨烯混合液混合，得到含有氢氧化铅颗粒的混合液；
步骤3：将表面活性剂、乳化剂与含有氢氧化铅颗粒的混合液混合，得到悬浮液；
步骤4：对悬浮液依次进行喷雾干燥，得到铅粉前驱体颗粒；
步骤5：对铅粉前驱体颗粒进行烧结，得到氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉。
4.根据权利要求3所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：
步骤11：将氧化铅和醋酸溶液混合，制成醋酸铅溶液；
步骤12：所述醋酸铅溶液中加入糖类和石墨烯，搅拌制成醋酸铅、糖类和石墨烯混合液。
5.根据权利要求4所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤11中，将氧化铅加入醋酸溶液中。
6.根据权利要求4所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤12中，将糖类和石墨烯加入醋酸铅溶液中。
7.根据权利要求3至6任一项所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：
在持续搅拌条件下，将碱性溶液加入醋酸铅、糖类和石墨烯混合液中，得到含有氢氧化铅的混合液。
8.根据权利要求3至6任一项所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
将表面活性剂和乳化剂加入含有氢氧化铅颗粒的混合液中，得到悬浮液。
9.根据权利要求3至6任一项所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，喷雾干燥的进风温度为160～500℃，喷雾干燥的进料速度为30～10000ml/h。
10.根据权利要求3至6任一项所述的氧化铅石墨烯核壳结构的铅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，烧结温度为300～600℃，烧结时间为2～10h。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011090113A1 (ja) * 2010-01-21 2011-07-28 株式会社Ｇｓユアサ 鉛蓄電池用負極板及びその製造方法並びに鉛蓄電池
CN102881866A (zh) * 2012-09-29 2013-01-16 浙江南都电源动力股份有限公司 一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板
CN103296275A (zh) * 2013-05-28 2013-09-11 浙江工业大学 碳材料包覆铅粉复合材料及其应用
CN103579616A (zh) * 2013-10-31 2014-02-12 浙江工业大学 一种石墨烯包覆铅粉复合材料及其应用
CN103606656A (zh) * 2013-12-02 2014-02-26 华南师范大学 一种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法
CN103956484A (zh) * 2014-04-17 2014-07-30 深圳市瑞达电源有限公司 石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法、铅酸电池
CN104795572A (zh) * 2015-05-12 2015-07-22 昆明冶金研究院 一种铅石墨烯复合材料的制备方法
CN106025197A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 宁波中科孚奇能源科技有限公司 一种用于铅炭电池的碳包覆铅粉复合材料的制备方法
CN106159258A (zh) * 2015-04-14 2016-11-23 郭永千 铅碳电池纳米级碳的均匀混合方法
CN106856235A (zh) * 2017-01-11 2017-06-16 苏州载物强劲新材料科技有限公司 铅碳超级电池负极材料及其制备方法
WO2017139995A1 (zh) * 2016-02-21 2017-08-24 肖丽芳 石墨烯/钛酸锂包覆的硫化锂复合材料的制备方法
US20180151872A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 Nanotek Instruments, Inc. Graphene-protected lead acid batteries
CN109728270A (zh) * 2018-12-19 2019-05-07 双登集团股份有限公司 氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分及制备方法
KR20190048552A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 주식회사 아트라스비엑스 Graphene 수용액 분무코팅을 이용한 납축전지의 음극판 제조방법
CN110600675A (zh) * 2019-09-11 2019-12-20 浙江美能电气有限公司 一种碳铅电池负极的制备方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011090113A1 (ja) * 2010-01-21 2011-07-28 株式会社Ｇｓユアサ 鉛蓄電池用負極板及びその製造方法並びに鉛蓄電池
CN102881866A (zh) * 2012-09-29 2013-01-16 浙江南都电源动力股份有限公司 一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板
CN103296275A (zh) * 2013-05-28 2013-09-11 浙江工业大学 碳材料包覆铅粉复合材料及其应用
CN103579616A (zh) * 2013-10-31 2014-02-12 浙江工业大学 一种石墨烯包覆铅粉复合材料及其应用
CN103606656A (zh) * 2013-12-02 2014-02-26 华南师范大学 一种用于铅炭超级电池的氧化铅/石墨烯纳米复合材料的制备方法
CN103956484A (zh) * 2014-04-17 2014-07-30 深圳市瑞达电源有限公司 石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法、铅酸电池
CN106159258A (zh) * 2015-04-14 2016-11-23 郭永千 铅碳电池纳米级碳的均匀混合方法
CN104795572A (zh) * 2015-05-12 2015-07-22 昆明冶金研究院 一种铅石墨烯复合材料的制备方法
WO2017139995A1 (zh) * 2016-02-21 2017-08-24 肖丽芳 石墨烯/钛酸锂包覆的硫化锂复合材料的制备方法
CN106025197A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 宁波中科孚奇能源科技有限公司 一种用于铅炭电池的碳包覆铅粉复合材料的制备方法
US20180151872A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 Nanotek Instruments, Inc. Graphene-protected lead acid batteries
CN106856235A (zh) * 2017-01-11 2017-06-16 苏州载物强劲新材料科技有限公司 铅碳超级电池负极材料及其制备方法
KR20190048552A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 주식회사 아트라스비엑스 Graphene 수용액 분무코팅을 이용한 납축전지의 음극판 제조방법
CN109728270A (zh) * 2018-12-19 2019-05-07 双登集团股份有限公司 氧化铅和氧化石墨烯的复合材料组分及制备方法
CN110600675A (zh) * 2019-09-11 2019-12-20 浙江美能电气有限公司 一种碳铅电池负极的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALAN GUO ETAL: "Lead Oxide Microparticles Coated by Ethylenediamine-Cross-Linked Graphene Oxide for Lithium Ion Battery Anodes", 《APPLIED ENERGY MATERIALS》 *
HUAN YANG ETAL: "Lead Oxide Enveloped in N ‑ Doped Graphene Oxide Composites for Enhanced High-Rate Partial-State-of-Charge Performance of Lead Acid Battery", 《SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING》 *
张娅莉等: "负极铅膏加入石墨烯对铅酸蓄电池寿命的影响", 《电源技术》 *
陈品松 等: "立体构造石墨烯材料对铅酸蓄电池负极性能影响的研究", 《电化学》 *
陈泽宇等: "炭材料在铅酸蓄电池中应用研究的综述", 《蓄电池》 *

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