一种氧化铅-炭复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铅‑炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M至0.5M的氧化铅前躯体溶液300ml均匀混合并调节pH值在8.5‑9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在保护气体气氛下500℃至800℃煅烧2小时得到氧化铅‑炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅‑炭复合物，在25℃至80℃下加入氢离子含量在5M的酸性溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅‑炭复合材料。本发明专利技术方法简单，操作方便，采用高温热解及酸洗法合成的复合物，在PbO与炭材料复合的同时，改变了其微结构和表面的官能团。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源材料领域，更具体地，涉及一种氧化铅-炭复合材料的制备方法。
技术介绍
铅酸电池由于其低成本，工艺成熟，安全性能好等优势在动力电池中应用广泛。但其工作在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下会使负极表面覆盖大量不可逆的PbSO4从而降低活性物质的利用率，导致电池循环寿命降低。是在铅酸电池负极中加入炭材料，利用其高比表面积，良好的导电性及较大的双电层电容提高电池的HRPSoC循环寿命。中国专利CN 102891285A公布了一种超级电池用负极炭材料表面化学掺杂Pb的方法，利用S及O对Pb和C的强亲和力，实现Pb元素在炭材料微观区域中深度、均匀和大量掺杂，从而抑制酸性体系下炭材料析氢。这种方法制备的氧化铅-炭复合材料虽然对析氢有一定的抑制效果，然而效果仍然不够理想。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种氧化铅-炭复合材料的制备方法，其目的在于通过酸洗增加氧化铅-炭复合材料表面的酸性官能团，由此解决现有氧化铅-炭复合材料析氢抑制效果不理想的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种氧化铅-炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M至0.5M的氧化铅前躯体溶液300ml
均匀混合并调节pH值在8.5-9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在保护气体气氛下500℃至800℃煅烧2小时得到氧化铅-炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅-炭复合物，在25℃至80℃下加入氢离子含量在5M的酸性溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅-炭复合材料。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其所述炭材料为活性炭、炭黑、炭纳米管、氧化石墨烯中的一种或多种。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其所述氧化铅前躯体为二价铅离子溶液。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其步骤(1)采用氨水或强碱溶液调节pH值。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其步骤(3)温度为50℃。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其所述充分洗涤具体步骤包括：采用搅拌或超声处理15分钟至5小时。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其所述充分洗涤具体步骤为：采用磁力搅拌处理30分钟并更换酸性溶液，重复以上操作3次。优选地，所述氧化铅-炭复合材料的制备方法，其所述充分洗涤具体步骤为：采用超声处理15分钟。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种氧化铅-炭复合材料，其特征在于，按照如权利要求1至8任意一项所述的方法制备。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够
取得下列有益效果：本专利技术方法简单，操作方便，采用高温热解及酸洗法合成的复合物，在PbO与炭材料复合的同时，改变了其微结构和表面的官能团。其酸洗溶掉的大部分PbO起到“造孔剂”作用，使复合材料的孔体积增大，孔数量增多，同时炭材料表面增加的酸性官能团易于活性铅在表面沉积，抑制酸性体系下炭材料析氢；另一方面PbO均匀的吸附在C材料表面，提高负极活性物质中的铅炭结合力，增大电极的析氢过电位，从而大大降低炭材料表面析氢，同时克服炭材料的比重与铅的不一致问题，使其与活性物质之间混合均匀，提高其HRPSoC循环寿命。适于工业化应用。附图说明图1为实施例2中高温热解-高温酸洗法合成的复合物扫描电镜及能谱图；其中图1(a)为Pb-C-50℃酸洗复合物的扫描电镜图；图1(b)和(c)分别为Pb-C-50℃酸洗复合物颗粒表面Pb元素和O元素的分布；图2中的曲线1、2、3、4，5，6分别为实施例1、例2和对比例中空白负极及不同的复合物(炭黑、Pb-C-500℃煅烧、Pb-C-25℃酸洗、Pb-C-50℃酸洗和C-50℃酸洗)添加到负极中的阴极极化曲线；图3为实施例1、例2和对比例中空白电池及不同的复合物(炭黑、Pb-C-500℃煅烧、Pb-C-25℃酸洗、Pb-C-50℃酸洗和C-50℃酸洗)添加到电极中组装成电池在HRPSoC状态下的循环寿命曲线；图4中的曲线1、2、3、4分别为实施例5中空白负极及不同的复合物(GO、Pb-GO-500℃煅烧、Pb-GO-超声酸洗)添加到负极中的阴极极化曲线；图5为实施例5中空白电池及不同的复合物(GO、Pb-GO-500℃煅烧、Pb-GO-超声酸洗)添加到电极中组装成电池在HRPSoC状态下的循环寿命曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图
及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的氧化铅-炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M至0.5M的氧化铅前躯体溶液300ml均匀混合并调节pH值在8.5-9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；所述炭材料为活性炭、炭黑、炭纳米管、氧化石墨烯中的一种或多种；所述氧化铅前躯体为二价铅离子溶液，例如硝酸铅溶液、醋酸铅溶液；调节pH值可采用氨水或强碱溶液，如氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液。(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在保护气体气氛下500℃至800℃煅烧2小时得到氧化铅-炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅-炭复合物，在25℃至80℃，优选50℃下加入氢离子含量在5M的酸性溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅-炭复合材料。优选地，所述充分洗涤具体步骤包括：采用搅拌或超声处理15分钟至5小时，具体地，当采用磁力搅拌时，处理30分钟并更换酸性溶液，重复以上操作3次；当采用超声时，处理15分钟。本专利技术提供的氧化铅-炭复合材料，按照上述方法制备。以下为实施例：实施例1一种氧化铅-炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M的硝酸铅溶液300ml均匀混合并调节pH值在8.5-9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；所述炭材料为炭黑；所述氧化铅前躯体为硝酸铅溶液；调节pH值采用
氨水。(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在氮气下500℃煅烧2小时得到氧化铅-炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅-炭复合物，在25℃下加入氢离子含量在5M的盐酸溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅-炭复合材料。充分洗涤具体步骤如下：采用磁力搅拌处理30分钟并更换酸性溶液，重复以上操作3次。将所述氧化铅-炭复合材料、炭黑和Pb-C-500℃煅烧得到的复合物，分别添加到工业用铅膏中，混合均匀后将一定质量的铅膏涂展到铅板栅上，按照现有工业程序固化、化成后得到铅酸电池负极板。采用三电极体系在电化学工作站上进行阴极极化曲线测试，测试溶液为5mol/L H2SO4，不同的复合物(炭黑，Pb-C-500℃煅烧和本实施例提供的氧化铅-炭复合材料)添加到负极中的测试曲线如图2中的曲线2、3、4所示，加入不同复合物后电极的析氢电位大小顺序为：炭黑(﹣1.218V)>空白(﹣1.228V)&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铅‑炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M至0.5M的氧化铅前躯体溶液300ml均匀混合并调节pH值在8.5‑9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在保护气体气氛下500℃至800℃煅烧2小时得到氧化铅‑炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅‑炭复合物，在25℃至80℃下加入氢离子含量在5M的酸性溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅‑炭复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铅-炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于每克炭材料，加入0.05M至0.5M的氧化铅前躯体溶液300ml均匀混合并调节pH值在8.5-9.0之间，固液分离后将固相干燥得到原料混合物；(2)将步骤(1)中获取的原料混合物在保护气体气氛下500℃至800℃煅烧2小时得到氧化铅-炭复合物；(3)将步骤(2)中获得的氧化铅-炭复合物，在25℃至80℃下加入氢离子含量在5M的酸性溶液100ml中充分洗涤，漂洗至pH值呈中性，干燥后即制得所述氧化铅-炭复合材料。2.如权利要求1所述的氧化铅-炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述炭材料为活性炭、炭黑、炭纳米管、氧化石墨烯中的一种或多种。3.如权利要求1所述的氧化铅-炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铅前...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，邱于兵，郭兴蓬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42