專利名稱：一種鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)電源領(lǐng)域，特別是一種適合用于規(guī)模生產(chǎn)鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家能源局“十二五”規(guī)劃提出大力推進(jìn)光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；M(jìn)程，同時(shí)立足新能源等汽車產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)從汽車大國(guó)向汽車強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的目標(biāo)，在可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用和電動(dòng)汽車快速發(fā)展過程中，電池技術(shù)是解決新能源儲(chǔ)能、動(dòng)力應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。鉛酸電池作為最古老的二次電池，由于其容量高、價(jià)格低、性能穩(wěn)定，使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，也使其在未來競(jìng)爭(zhēng)中成為一個(gè)有力競(jìng)爭(zhēng)者?，F(xiàn)有的閥控式鉛酸蓄電池雖然較過去有了巨大進(jìn)步，但仍存在能量密度、功率密度較低的不足，在鉛酸蓄電池的傳統(tǒng)市場(chǎng)和新能源儲(chǔ)能、動(dòng)力市場(chǎng)中，均面臨磷酸鐵鋰電池的有力挑戰(zhàn)。因此，采用先進(jìn)技術(shù)(如鉛炭負(fù)極技術(shù))來改進(jìn)鉛酸電池的性能勢(shì)在必行。鉛炭負(fù)極技術(shù)是在傳統(tǒng)鉛負(fù)極中加入一定量的具有高比容性質(zhì)的碳材料，從而使鉛炭負(fù)極具有超級(jí)電容器的性質(zhì)，在瞬間儲(chǔ)存或釋放電荷時(shí)，對(duì)負(fù)極板起到很好的緩沖電流作用。因此，采用鉛炭負(fù)極技術(shù)組裝的鉛炭蓄電池具有優(yōu)異的大電流充放電性能。同時(shí)，負(fù)極中的碳材料能有效的抑制硫酸鹽化，延長(zhǎng)電池在高倍率部分荷電狀態(tài)(HRPSOC)條件下的循環(huán)壽命。目前，鉛炭負(fù)極主要采用的是無機(jī)碳材料，通過將其與鉛粉機(jī)械混合的方式加入到負(fù)極板中。使用該方法制備時(shí)，碳材料與鉛粉混合不夠均勻，而且很難保證負(fù)極鉛炭混合料涂膏的穩(wěn)固性以及負(fù)極板的強(qiáng)度
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳材料與鉛粉混合不夠均勻，而且很難保證負(fù)極鉛炭混合料涂膏的穩(wěn)固性以及負(fù)極板的強(qiáng)度等問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，稱取有機(jī)碳源和鉛粉置于球磨罐中，將該有機(jī)碳源與鉛粉通過球磨法進(jìn)行機(jī)械混合，制成混合均勻的膏狀混合物，采用管式爐對(duì)該膏狀混合物進(jìn)行碳化處理，同時(shí)碳化過程采用保護(hù)氣體，使得碳包覆在鉛粉顆粒表面，再用有機(jī)溶劑和去離子水交替洗滌包覆后的材料，真空干燥得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，球磨法進(jìn)行機(jī)械混合過程中，加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的溶劑，該溶劑為水或者乙醇。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，有機(jī)碳源為葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉或檸檬酸中的一種或兩種以上混合。
所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，有機(jī)碳源和鉛粉的質(zhì)量比例為1:50-1:4 (優(yōu)選地，有機(jī)碳源和鉛粉的質(zhì)量比例為1:30-1:5)。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，鉛粉為用于生產(chǎn)鉛酸蓄電池的工業(yè)級(jí)鉛粉。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，球磨法混合條件球料質(zhì)量比為5:1-30:1，球磨轉(zhuǎn)速為200-800r/min，球磨時(shí)間為4h-20h (優(yōu)選地，球料質(zhì)量比為10:1-20:1，球磨轉(zhuǎn)速為 300-600r/min，球磨時(shí)間為 8h_12h)。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，碳化處理?xiàng)l件碳化溫度為200-1000°C，碳化時(shí)間為2-12h (優(yōu)選地，碳化溫度為300-800°C，碳化時(shí)間為4-1 Oh)。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，保護(hù)氣體為N2、Ar或空氣中的一種。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，有機(jī)溶劑為無水乙醇、丙酮、丁醇或四氯化碳中的一種或兩種以上。所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，復(fù)合材料的干燥條件為40-70°C真空干燥6-10h，真空度為O-1OOkPa (優(yōu)選地，真空度為50kPa_90kPa)。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，具體方法如下按重量份數(shù)計(jì)，100份的碳包覆鉛粉復(fù)合材料、0. 2-0. 4份的超細(xì)硫酸鋇(325目)、0. 3-0. 5份木質(zhì)素磺酸鈉、
0.05-0. 2份乙炔黑、0. 1-0. 3份聚酯纖維和0. 5-2份羧甲基纖維素(CMC)混合，然后加入占上述物料總質(zhì)量的8-12%、l. 32g/cm3的硫酸和8-12%的去離子水，在50_55°C下攪拌成鉛膏。將鉛膏涂覆在負(fù)極板柵上，并進(jìn)行極板固化和化成，制成鉛炭電池的負(fù)極板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是1、本發(fā)明采用碳包覆鉛粉的方法制備鉛炭復(fù)合材料，碳源主要采用有機(jī)碳源，力口入部分溶劑，使其成為溶液或者溶膠，在球磨和碳化過程中將碳均勻的包覆在鉛粉顆粒表面，使得該材料同時(shí)具有高功率性能和高容量特性。2、采用本發(fā)明復(fù)合材料制成的極板具有非常好的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)采用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作的鉛炭電池，經(jīng)測(cè)試，電池質(zhì)量比功率明顯增大，快速充放電性能和循環(huán)壽命顯著提高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱取檸檬酸2kg、鉛粉10kg，置于球磨罐中，根據(jù)需要加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的水，制成膏狀混合物，以球料質(zhì)量比為10:1在400r/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h之后，在N2氣氛中進(jìn)行碳化處理；采用的碳化條件為碳化溫度為400°C，碳化時(shí)間為4h ;待產(chǎn)物冷卻后，用無水乙醇和去離子水交替洗滌該產(chǎn)物四次，60°C真空干燥6h，真空度為90kPa，得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，具體方法如下按重量份數(shù)計(jì)，100份的碳包覆鉛粉復(fù)合材料、0.3份的超細(xì)硫酸鋇(325目)、0. 4份木質(zhì)素磺酸鈉、0.1份乙炔黑、0.2份聚酯纖維和I份羧甲基纖維素(CMC)混合，然后加入占上述物料總質(zhì)量的10%、
1.32g/cm3的硫酸和10%的去離子水，在50-55°C下攪拌成鉛膏。將鉛膏涂覆在負(fù)極板柵上，并進(jìn)行極板固化和化成，制成鉛炭電池的負(fù)極板。實(shí)施例2稱取葡萄糖2kg、鉛粉10kg，置于球磨罐中，根據(jù)需要加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的水，制成膏狀混合物，以球料質(zhì)量比為10:1在200r/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h之后，在N2氣氛中進(jìn)行碳化處理；采用的碳化條件為碳化溫度為600°C，碳化時(shí)間為4h ;待產(chǎn)物冷卻后，用無水乙醇和去離子水交替洗滌該產(chǎn)物四次，60°C真空干燥6h，真空度為90kPa，得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，制作方法同實(shí)施例1。實(shí)施例3稱取蔗糖2kg、鉛粉10kg，置于球磨罐中，根據(jù)需要加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的水，制成膏狀混合物，以球料質(zhì)量比為10:1在300r/min的轉(zhuǎn)速下球磨4h之后，在N2氣氛中進(jìn)行碳化處理；采用的碳化條件為碳化溫度為650°C，碳化時(shí)間為4h ;待產(chǎn)物冷卻后，用無水乙醇和去離子水交替洗滌該產(chǎn)物四次，60°C真空干燥6h，真空度為90kPa，得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，制作方法同實(shí)施例1。實(shí)施例4 稱取淀粉2kg、鉛粉20kg，置于球磨罐中，根據(jù)需要加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的水，制成膏狀混合物，以球料質(zhì)量比為15:1在400r/min的轉(zhuǎn)速下球磨6h之后,在Ar氣氛中進(jìn)行碳化處理；采用的碳化條件為碳化溫度為600°C，碳化時(shí)間為6h ;待產(chǎn)物冷卻后，用丙酮和去離子水交替洗滌該產(chǎn)物四次，60°C真空干燥10h，真空度為95kPa，得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，制作方法同實(shí)施例1。實(shí)施例5稱取麥芽糖2kg、鉛粉40kg，置于球磨罐中，根據(jù)需要加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的水，制成膏狀混合物，以球料質(zhì)量比為20:1在400r/min的轉(zhuǎn)速下球磨6h之后，在Ar氣氛中進(jìn)行碳化處理；采用的碳化條件為碳化溫度為800°C，碳化時(shí)間為4h ;待產(chǎn)物冷卻后，用丁醇和去離子水交替洗滌該產(chǎn)物四次，50°C真空干燥6h，真空度為90kPa，得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。使用上述碳包覆鉛粉復(fù)合材料制作鉛炭電池，制作方法同實(shí)施例1。經(jīng)測(cè)試，上述實(shí)施例中使用碳包覆鉛粉復(fù)合材料制備的鉛炭電池質(zhì)量比功率明顯提高，在高倍率充放電倍率下，循環(huán)壽命也得到了大幅提高。具體技術(shù)指標(biāo)如下上述鉛炭電池的質(zhì)量比功率比現(xiàn)有鉛酸電池提高了 8-15%，循環(huán)壽命是現(xiàn)有鉛酸電池的1. 5-2. 2倍。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明將有機(jī)碳源與鉛粉按照一定比例，通過球磨法進(jìn)行機(jī)械混合，制成混合均勻的膏狀混合物，然后在管式爐里邊進(jìn)行碳化處理，碳化過程采用保護(hù)氣體，使得碳包覆在鉛粉顆粒表面；用有機(jī)溶劑和去離子水交替洗滌該包覆后的材料，真空干燥得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。該材料可以有效改善鉛酸蓄電池大電流充放電循環(huán)壽命，提高質(zhì)量比功率，而且為大規(guī)模生產(chǎn)提供思路。
權(quán)利要求
1.一種鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于稱取有機(jī)碳源和鉛粉置于球磨罐中，將該有機(jī)碳源與鉛粉通過球磨法進(jìn)行機(jī)械混合，制成混合均勻的膏狀混合物，采用管式爐對(duì)該膏狀混合物進(jìn)行碳化處理，同時(shí)碳化過程采用保護(hù)氣體，使得碳包覆在鉛粉顆粒表面，再用有機(jī)溶劑和去離子水交替洗滌包覆后的材料，真空干燥得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于球磨法進(jìn)行機(jī)械混合過程中，加入可使有機(jī)碳源和鉛粉混合成膏狀的溶劑，該溶劑為水或者乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于有機(jī)碳源為葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉或檸檬酸中的一種或兩種以上混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于有機(jī)碳源和鉛粉的質(zhì)量比例為1:50-1:4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于鉛粉為用于生產(chǎn)鉛酸蓄電池的工業(yè)級(jí)鉛粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于球磨法混合條件球料質(zhì)量比為5:1-30:1，球磨轉(zhuǎn)速為200-800r/min，球磨時(shí)間為4h_20h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于碳化處理?xiàng)l件碳化溫度為200-1000°C，碳化時(shí)間為2-12h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于保護(hù)氣體為N2、Ar或空氣中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于有機(jī)溶劑為無水乙醇、丙酮、丁醇或四氯化碳中的一種或兩種以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于復(fù)合材料的干燥條件為40-70°C真空干燥6-10h，真空度為0-100kPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)電源領(lǐng)域，特別是一種適合用于規(guī)模生產(chǎn)鉛炭電池用碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳材料與鉛粉混合不夠均勻，而且很難保證負(fù)極鉛炭混合料涂膏的穩(wěn)固性以及負(fù)極板的強(qiáng)度等問題。稱取有機(jī)碳源和鉛粉置于球磨罐中，將該有機(jī)碳源與鉛粉通過球磨法進(jìn)行機(jī)械混合，制成混合均勻的膏狀混合物，采用管式爐對(duì)該膏狀混合物進(jìn)行碳化處理，同時(shí)碳化過程采用保護(hù)氣體，使得碳包覆在鉛粉顆粒表面，再用有機(jī)溶劑和去離子水交替洗滌包覆后的材料，真空干燥得到碳包覆鉛粉復(fù)合材料。該材料可以有效改善鉛酸蓄電池大電流充放電循環(huán)壽命，提高質(zhì)量比功率，而且為大規(guī)模生產(chǎn)提供思路。
文檔編號(hào)H01M4/38GK103035895SQ20121055640
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者劉建國(guó), 王紹亮, 侯紹宇, 嚴(yán)川偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所