本發(fā)明涉及一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)；本發(fā)明還涉及一種負(fù)極活性物質(zhì)的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

面對傳統(tǒng)能源日漸枯竭和全球環(huán)境的不斷惡化，清潔能源的利用和節(jié)能產(chǎn)品的需求愈來愈迫切。電動汽車作為新型清潔能源汽車將逐漸成為汽車行業(yè)發(fā)展的必然方向，然而由于普通鉛酸蓄電池存在耐低溫性能差、循環(huán)壽命短、放電容量低、充放電接受能力不強等缺點，成為了限制其在電動汽車領(lǐng)域推廣和使用的重要因素。因此，提高電池的耐低溫性能，減少電池的失水，提高電池的大電流充放電性能和循環(huán)使用壽命一直是電動汽車電池研發(fā)的技術(shù)重點。在國際先進鉛蓄電池聯(lián)合會(ALABC)支持下，“超級電池”的概念被提出并進行研發(fā)。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織首先報道了鉛碳超級電池的開創(chuàng)性工作，并與日本古河電池公司合作，生產(chǎn)出了鉛碳超級電池。經(jīng)行車路試后，證明它具備電容器的大功率和蓄電池大容量的特性，適合于動力電池領(lǐng)域和儲能領(lǐng)域。目前市面銷售的鉛碳動力電池可有效的抑制電池在深循環(huán)使用條件下的硫酸鹽化現(xiàn)象，但由于鉛碳電池中添加了較多的碳，降低了電池的析氫電勢，導(dǎo)致電池充電時失水嚴(yán)重，電池易出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。因此，急需一種解決以上種種問題的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)及其制備方法，并利用該負(fù)極活性物質(zhì)制備鉛碳動力電池的負(fù)極板。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇0.7～1.5%、滌綸短纖維0.08～0.2%、腐殖酸0.2～0.5%、HT-1型木素0.2～0.6%、活性炭0.5～3%、多層結(jié)構(gòu)的石墨烯0.1～2%、碳納米管0.1～2%、硫酸鉍0.1～0.5%、羧甲基纖維素鈉0.2～0.5%、蒸餾水10～15%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8～10%、鉛粉73～79%。

具體制備步驟為：

將配比量的活性炭、碳納米管和石墨烯添加到配比量的蒸餾水中，用轉(zhuǎn)速為3500～4000r/min的高速剪切機進行剪切5～30min，再用頻率為30～40KHz的超聲波進行超聲打碎5～40min，制備成復(fù)合碳素水溶液；

將配比量的硫酸鋇、腐殖酸、HT-1木素、硫酸鉍和羧甲基纖維素鈉通過機械研磨混合，研磨30～100min，制備成預(yù)混料；

將配比量的鉛粉、滌綸短纖維和制成的預(yù)混料添加到和膏機中進行混合3～10min，將制備好的復(fù)合碳素水溶液在1～2min內(nèi)添加到和膏機中繼續(xù)攪拌3～10min，緩慢均勻的將配比量的稀硫酸添加到和膏機中，復(fù)合碳素水溶液和稀硫酸的總添加時間控制在10～25min，控制和膏過程中的最高溫度低于65℃，繼續(xù)攪拌5～12min，和膏結(jié)束制得鉛膏（負(fù)極活性物質(zhì)），測試鉛膏視比重為4.3～4.6g/cm3。

鉛碳動力電池用負(fù)極板的制備步驟為：將350～370g負(fù)極活性物質(zhì)（鉛膏）通過雙面涂板機均勻的涂抹在鉛鈣錫板柵上（鉛鈣錫板柵中錫的質(zhì)量百分比含量為0.15～0.35%，鈣的質(zhì)量百分比含量為0.09～0.14%），經(jīng)過中溫固化、去掉假極耳，邊框打磨，制作成成品鉛碳負(fù)極板。

本發(fā)明的優(yōu)點是：采用活性炭+多層結(jié)構(gòu)石墨烯+碳納米管復(fù)合碳素材料，利用活性炭本身具有微孔的特性，將石墨烯和碳納米管吸附在微孔內(nèi)形成一種新型的復(fù)合碳素材料，該復(fù)合碳素材料的比表面積遠(yuǎn)大于活性炭本身的比表面積。并將碳素材料通過物理法分散到蒸餾水中制作成復(fù)合碳素水溶液，采用該種方式可以將碳素材料均勻的添加的鉛膏中，同時避免了因碳素材料過輕而導(dǎo)致的損失問題。新型的復(fù)合碳素材料的添加進一步增大了負(fù)極活性物質(zhì)的比表面積，使電池具有更好的電容特性，增強電池的瞬間大電流放電性能和有效抑制負(fù)極硫酸鹽化的問題。同時在負(fù)極配方中添加硫酸鉍可有效降低電池的析氫電勢，抑制電池的失水，延長電池使用壽命。在負(fù)極配方中添加HT-1木素和腐殖酸，有效抑制電池在低溫條件下放電時活性物質(zhì)的收縮，提高電池的低溫性能和充電接受能力。

具體實施方式

實施例1

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇0.7%、滌綸短纖維0.08%、腐殖酸0.2%、HT-1型木素0.6%、活性炭0.5%、多層結(jié)構(gòu)石墨烯0.1%、碳納米管2%、硫酸鉍0.5%、羧甲基纖維素鈉0.5%、蒸餾水13.82%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8%、鉛粉73%。

實施例2

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇1.5%、滌綸短纖維0.2%、腐殖酸0.5%、HT-1型木素0.2%、活性炭3%、多層結(jié)構(gòu)石墨烯2%、碳納米管0.1%、硫酸鉍0.1%、羧甲基纖維素鈉0.2%、蒸餾水10%、濃度為1.400g/ml稀硫酸9%、鉛粉73.2%。

實施例3

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇1%、滌綸短纖維0.1%、腐殖酸0.3%、HT-1型木素0.4%、活性炭1.5%、多層結(jié)構(gòu)石墨烯1%、碳納米管1%、硫酸鉍0.3%、羧甲基纖維素鈉0.4%、蒸餾水10%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8%、鉛粉76%。

實施例4

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇0.7%、滌綸短纖維0.08%、腐殖酸0.2%、HT-1型木素0.2%、活性炭0.5%、多層結(jié)構(gòu)石墨烯0.1%、碳納米管0.1%、硫酸鉍0.1%、羧甲基纖維素鈉0.2%、蒸餾水15%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8%、鉛粉74.82%。

實施例5

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇1%、滌綸短纖維0.1%、腐殖酸0.3%、HT-1型木素0.4%、活性炭3%、硫酸鉍0.3%、羧甲基纖維素鈉0.4%、蒸餾水10%、濃度為1.400g/ml稀硫酸9.5%、鉛粉76%。

實施例6

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇1%、滌綸短纖維0.1%、腐殖酸0.3%、HT-1型木素0.4%、活性炭1.5%、多層結(jié)構(gòu)石墨烯1%、硫酸鉍0.3%、羧甲基纖維素鈉0.4%、蒸餾水10%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8%、鉛粉77%。

實施例7

一種鉛碳動力電池用復(fù)合碳素負(fù)極活性物質(zhì)，其按重量百分?jǐn)?shù)計，由以下組分組成：硫酸鋇1%、滌綸短纖維0.1%、腐殖酸0.3%、HT-1型木素0.4%、活性炭1.5%、碳納米管1%、硫酸鉍0.3%、羧甲基纖維素鈉0.4%、蒸餾水10%、濃度為1.400g/ml稀硫酸8%、鉛粉77%。

實施例8

分別按照實施例1-7中的各組分含量進行制備鉛膏，具體步驟如下：

將配方量的活性炭、碳納米管、石墨烯（沒有的組分按“0”計算）添加到配方量的蒸餾水中，用轉(zhuǎn)速為3500-4000r/min的高速剪切機進行剪切5-30min，再用頻率為30-40KHz的超聲波進行超聲打碎5-40min，制備成碳素水溶液。

將配方量的硫酸鋇、腐殖酸、HT-1木素、硫酸鉍、羧甲基纖維素鈉通過機械研磨混合，研磨30-100min，制備成預(yù)混料。

將配方量的鉛粉、滌綸短纖維、預(yù)混料添加到和膏機中進行混合3-10min，將碳素水溶液在1-2min內(nèi)添加到和膏機中繼續(xù)攪拌3-10min，緩慢均勻的將配方量的1.400g/ml的稀硫酸添加到和膏機中，總添加時間控制在10-25min，控制和膏過程中的最高溫度低于65℃，繼續(xù)攪拌5-12min，和膏結(jié)束制得鉛膏。

即制得7組鉛膏，為了便于區(qū)分，將這7組鉛膏分別編號，對應(yīng)實施例1-7，將實施例1-7所得鉛膏依次編號為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#。

在此要說明的是，這7組鉛膏的制備過程中各條件均相同。

利用這7組鉛膏分別制作鉛碳負(fù)極板，即分別將360g鉛膏通過雙面涂板機均勻的涂抹在鉛鈣錫板柵（鉛鈣錫板柵中錫的質(zhì)量百分比含量為0.15～0.35%，鈣的質(zhì)量百分比含量為0.09～0.14%）上經(jīng)過中溫固化、去掉假極耳，邊框打磨，制作得到7組鉛碳負(fù)極板。

將7組鉛碳負(fù)極板按照內(nèi)化成電池生產(chǎn)工藝制作成成品3-EVF-200鉛碳電池，按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行測試得到如下對比數(shù)據(jù)：

通過測試性能對比，利用本發(fā)明的負(fù)極活性物質(zhì)生產(chǎn)出的鉛碳電池具有低溫性能好、充電接受能力強，大電流充放電特性優(yōu)，深循環(huán)壽命長的特點。