一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明采用有機(jī)碳源代替現(xiàn)有技術(shù)中常用的活性炭材料，前驅(qū)體采用溶膠，使得碳均勻包覆在鉛粉的表面，能夠有效發(fā)揮碳材料的超級(jí)電容特性；通過噴霧造粒技術(shù)使之干燥、造粒成細(xì)小均勻的碳包覆鉛粉復(fù)合材料，解決了鉛粉、碳源混合不均勻的問題，避免了硫酸鉛鹽的積累、傳統(tǒng)機(jī)械粉碎造成復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度的下降的問題，可有效增強(qiáng)電池負(fù)極的反應(yīng)活性，提高反應(yīng)效率；本發(fā)明利用噴霧造粒技術(shù)聚化成100～200μm的霧狀微粒與熱空氣直接接觸，表面積大大增加，在高溫氣流中可蒸發(fā)95％～98％的水份，完成干燥，可省去現(xiàn)有技術(shù)中的蒸發(fā)、粉碎等工序，簡化了步驟，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的噴霧干燥制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的鉛炭電池中，碳材料均與鉛粉以機(jī)械混合的方式加入鉛碳電池的鉛膏中，隨著充放電過程的進(jìn)行，鉛與硫酸鉛轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化，而體積的巨大變化產(chǎn)生的應(yīng)力必然導(dǎo)致鉛粉失去炭粉的包裹而游離到電解液中甚至隔板空隙中，造成電池短路。同時(shí)，在2%以上炭粉添加量的鉛粉和炭粉混合物中，炭粉所占比例較大，造成鉛粉顆粒之間接觸點(diǎn)減少，鉛粉與鉛粉之間的腐蝕粘接效果下降，極板的強(qiáng)度較常規(guī)極板差很大，極板在循環(huán)過程中很容易喪失導(dǎo)電能力，而造成電池壽命迅速降低。
[0003]申請(qǐng)公開號(hào)為CN103952747A的中國發(fā)明專利申請(qǐng)《一種鉛炭復(fù)合材料電沉積裝置》(申請(qǐng)?zhí)?CN201410147584.5)提到了一種電沉積技術(shù)，其是將鉛沉積到活性炭顆粒內(nèi)部和活性炭顆粒之間的空隙以制備鉛炭復(fù)合材料。這種方法只能在炭涂層的一面鍍鉛，且鉛層不能完全覆蓋炭顆粒表面;同時(shí)，該方法需要將電鍍鉛的活性炭涂層從母板上刮下，導(dǎo)致復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，鉛碳的混合均勻性不足。
[0004]授權(quán)公告號(hào)為CN102637858B的中國發(fā)明專利《一種用于鉛碳超級(jí)電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的微波制備方法》(申請(qǐng)?zhí)?CN201210070245.2)提到了一種包覆技術(shù)，其是采用微波炭化處理、洗滌干燥獲得鉛碳復(fù)合材料，但是，該方法并未保證碳包覆鉛復(fù)合材料的粒徑尺寸，且再經(jīng)過機(jī)械粉碎處理后，炭顆粒表面的鉛會(huì)進(jìn)一步被破壞損傷，仍舊會(huì)導(dǎo)致鉛碳的混合均勻性較差。
[0005]上述現(xiàn)有的鉛粉與碳源混和制作的鉛膏很難達(dá)到鉛炭電池負(fù)極的技術(shù)要求，鉛碳混合不均勻，使得電池反應(yīng)效率低，導(dǎo)致電池充放電不徹底，電池使用壽命低。因此，對(duì)于用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，有待于做進(jìn)一步的改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種能有效提高鉛碳混合均勻性的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，將鉛粉與去離子水混合得到混合液B;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于160?200°C下分散10?12h;
[0009](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，去除上層清液，得到溶膠D;利用噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒；
[0010](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行碳化，使得顆粒活性炭團(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳；
[0011](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥6?10h，即得到所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0012]在上述方案中，步驟(I)中所述葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:(4 ?50)。
[0013]步驟(I)中所述鉛粉與去離子水的重量之比為1:(2.5?4)。
[0014]步驟(I)中所述葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為(2?12):100。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)中噴霧造粒所得顆粒的直徑為100?200μπι。
[0016]優(yōu)選地，步驟(2)中噴霧造粒采用離心式噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為120?400r/min，溫度為50?90°C。
[0017]在上述各優(yōu)選方案中，步驟(3)中恒溫碳化溫度為400?600°C，炭化時(shí)間為2?6h。
[0018]步驟(4)中干燥溫度為40?60°C，真空度為20?lOOkPa。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]本發(fā)明采用有機(jī)碳源代替現(xiàn)有技術(shù)中常用的活性炭材料，通過混合、噴霧造粒、碳化、洗滌干燥等步驟制備了碳包覆鉛粉復(fù)合材料，前驅(qū)體采用溶膠，使得碳均勻包覆在鉛粉的表面，能夠有效發(fā)揮碳材料的超級(jí)電容特性;通過噴霧造粒技術(shù)使之干燥、造粒成細(xì)小均勻的碳包覆鉛粉復(fù)合材料，解決了鉛粉、碳源混合不均勻的問題，避免了硫酸鉛鹽的積累、傳統(tǒng)機(jī)械粉碎造成復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度的下降的問題，可有效增強(qiáng)電池負(fù)極的反應(yīng)活性，提高反應(yīng)效率，延長鉛炭電池循環(huán)使用壽命；
[0021]本發(fā)明利用噴霧造粒技術(shù)聚化成100?200μπι的霧狀微粒與熱空氣直接接觸，表面積大大增加，在高溫氣流中可蒸發(fā)95%?98%的水份，完成干燥，可省去現(xiàn)有技術(shù)中的蒸發(fā)、粉碎等工序，簡化了步驟，降低了生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0025](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液Α，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:4;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:2.5;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為2:100;將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于160°C下分散12h;
[0026](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為90°C，所得顆粒的直徑為ΙΟΟμπι左右；
[0027](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為400°C，炭化時(shí)間為6h，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0028](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌3次，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥6h，干燥溫度為60 °C，真空度為I OOkPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0031](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:50;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:4;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為12:100;將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于200°C下分散1h;
[0032](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為400r/min，溫度為50 V，所得顆粒的直徑為200μπι左右；
[0033](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為600°C，炭化時(shí)間為2h，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0034](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥1h，干燥溫度為40°C，真空度為20kPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0035]實(shí)施例3:
[0036]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0037](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:4;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:4;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為5:100 ；將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于180°C下分散IIh；
[0038](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為200r/min，溫度為60 V，所得顆粒的直徑為150μπι左右；
[0039](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為500°C，炭化時(shí)間為3h，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0040](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥7h，干燥溫度為50°C，真空度為lOOkPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0041 ] 實(shí)施例4:
[0042]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0043](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:50;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:2.5;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為12:100；將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于2000C下分散IIh；
[0044](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為300r/min，溫度為80 V，所得顆粒的直徑為ΙΟΟμπι;
[0045](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為500°C，炭化時(shí)間為5h，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0046](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥7h，干燥溫度為60°C，真空度為50kPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0047]實(shí)施例5:
[0048]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0049](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:20;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:3;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為6:100;將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于160°C下分散12h;
[0050](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為120r/min，溫度為80°C，所得顆粒的直徑為120μπι左右；
[0051](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為600°C，炭化時(shí)間為3h，使得顆粒活性炭團(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0052](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥8h，干燥溫度為55°C，真空度為60kPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
[0053]實(shí)施例6:
[0054]本實(shí)施例用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0055](I)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1:25;將鉛粉與去離子水混合得到混合液B，鉛粉與去離子水的重量之比為1:4;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，并使混合液C中葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為7:100;將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于180°C下分散1h;
[0056](2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，采用分液漏斗去除上層清液，得到溶膠D;利用離心式噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為200r/min，溫度為70 V，所得顆粒的直徑為ΙΙΟμπι左右；
[0057](3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行恒溫碳化，碳化溫度為600°C，炭化時(shí)間為5h，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳，增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善活性炭團(tuán)聚體的導(dǎo)電能力；
[0058](4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，將造粒顆粒在形成熱解碳過程中產(chǎn)生的其它雜質(zhì)清洗掉，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥7h，干燥溫度為60°C，真空度為lOOkPa，得到用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將葡萄糖、蔗糖及去離子水混合得到混合液A，將鉛粉與去離子水混合得到混合液B;將混合液A與B混合并攪拌均勻后得到混合液C，將該混合液C加入水熱反應(yīng)釜中，于160?200°C下分散10?12h; (2)取出水熱反應(yīng)釜中的混合液C，去除上層清液，得到溶膠D;利用噴霧干燥機(jī)對(duì)該溶膠D進(jìn)行噴霧造粒； (3)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟(2)得到的顆粒進(jìn)行碳化，使得顆?；钚蕴繄F(tuán)聚體表面的碳源熱解形成熱解碳； (4)用乙醇和去離子水對(duì)步驟(3)獲得的顆粒進(jìn)行交替洗滌，洗滌完畢后置于真空干燥箱中干燥6?10h，即得到所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述葡萄糖與蔗糖的總重量與去離子水的重量之比為1: (4?50)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述鉛粉與去離子水的重量之比為1:(2.5?4)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述葡萄糖與蔗糖的總重量與鉛粉的重量之比為(2?12): 100。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中噴霧造粒所得顆粒的直徑為100?200μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中噴霧造粒采用離心式噴霧造粒，離心轉(zhuǎn)速為120?400r/min，溫度為50?90Γ。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中恒溫碳化溫度為400?600°C，炭化時(shí)間為2?6h。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉛炭電池的碳包覆鉛粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(4)中干燥溫度為40?60°C，真空度為20?lOOkPa。
【文檔編號(hào)】H01M4/36GK106025197SQ201610330237
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】田中和, 項(xiàng)裕橋, 王建新
【申請(qǐng)人】寧波中科孚奇能源科技有限公司