一种铅炭复合颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铅炭复合颗粒及其制备方法，该铅炭复合颗粒的外层为导电炭层，内部包含多个二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒。其制备方法如下：1）氢氧化铅的制备；2）PVP修饰的氢氧化铅的准备；3）二氧化硅包覆氢氧化铅的制备；4）C@[SiO

Lead carbon composite particle and preparation method thereof

The invention discloses a lead carbon composite particle and a preparation method thereof. The outer layer of the lead carbon composite granule is a conductive carbon layer, and the inner part comprises a plurality of silica dioxide coated Pb& and PbO particles. The preparation methods are as follows: 1) preparation of lead hydroxide; (2) preparation of PVP modified lead hydroxide; 3) preparation of lead hydroxide by SiO2; 4) C@[SiO;

【技术实现步骤摘要】
一种铅炭复合颗粒及其制备方法
本专利技术涉及一种铅炭复合颗粒及其制备方法，属于铅炭电池

技术介绍
铅酸蓄电池作为传统的化学电源，具有成本低、安全性好、制造工艺成熟、使用范围广、回收率高等优点，广泛应用于汽车、混合动力汽车、可持续电源设备（UPS）、太阳能交通信号灯等设备中，对人类社会的进步和工业的发展起着举足轻重的作用。由于全球范围内环境污染问题越来越严重，世界各国纷纷立法限制二氧化碳的排放，促使研究者们加大了电动车（EVs）和混合动力汽车（HEVs）的开发力度。混合动力汽车（HEVs）作为一种过渡性的交通工具得到了很好的发展，然而HEVs用储能装置都需要在高倍率部分荷电态（HRPSoC）运行，传统铅酸电池的负极板表面会快速发生硫酸盐化现象，从而限制了电池的循环寿命。研究表明，将炭材料添加到负极活性物质中，不但可以提高电池在高倍率下的充电接受能力，还可有效减缓负极的硫酸盐化过程，从而提高电池的循环性能。石墨化程度高的炭材料能提高极板电导率，并在极板内生成有利于电解液离子迁移的孔道，从而可以有效提高电池的性能。电容用活性炭材料可以使铅离子得电子生成沉积铅的反应过电位下降300～400mV，这有利于铅沉积反应的进行，可见高比表面积的电容用活性炭可增强铅酸电池的充放电反应能力。然而，将铅与炭材料简单混合制作出来的负极材料，虽然短期内能很好的实现大电流充放电，但炭材料由于其密度小而与铅粉的亲和力差，在长期循环后活性炭易析出、剥落，导致负极粉化，循环寿命变差。另外，由于活性炭的添加量大，负极析氢严重，电池失水严重。因此，有必要开发一种性能优异的新型铅炭复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铅炭复合颗粒及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种铅炭复合颗粒，其外层为炭层，内部包含多个二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒。所述的铅炭复合颗粒的粒径为0.1～10µm，所述的Pb&PbO颗粒的粒径为1～20nm，所述的二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒的粒径为20～70nm。上述铅炭复合颗粒的制备方法包括以下步骤：1)将氢氧化钠溶液和醋酸铅溶液混合均匀，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到氢氧化铅；2)将氢氧化铅分散在PVP溶液中，充分反应，将生成的PVP修饰的氢氧化铅沉淀分离出来，加入到无水乙醇中，并加入水，分散均匀，得到分散液；3)将四甲基氢氧化氨溶液加入到步骤2）的分散液中，充分反应，再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到二氧化硅包覆氢氧化铅；4)将二氧化硅包覆氢氧化铅分散在葡萄糖溶液中，充分反应，得到C@[SiO2@Pb(OH)2]；5)将C@[SiO2@Pb(OH)2]加入到氯化锌溶液中进行浸渍，充分干燥，再在氮气氛围下充分煅烧，冷却后取出，得到C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒。步骤1）所述的氢氧化钠、醋酸铅的摩尔比为（1～9）：1。步骤2）所述的氢氧化铅、PVP的质量比为1：（1～10）。所述的PVP修饰的氢氧化铅沉淀、四甲基氢氧化氨、正硅酸乙酯的质量比为（50～600）：（5～200）：1。步骤4）所述的二氧化硅包覆氢氧化铅、葡萄糖的质量比为1：（1～10）。步骤4）所述的反应在150～220℃下进行，反应时间为8～12小时。步骤5）所述的干燥在100～120℃下进行，干燥时间为10～20小时。步骤5）所述的煅烧在500～1000℃下进行，煅烧时间为2～5小时。本专利技术的有益效果是：本专利技术的铅炭复合颗粒的外层为高导电炭层，内部包含多个颗粒状的二氧化硅包覆Pb&PbO，整体密度大于1.9cm3，和铅粉1.9～2.1g/cm3的密度接近，在铅酸电池制备和膏的过程中能与铅粉均匀混合，其析氢过电位为1.85V，高于常规炭材料的析氢过电位，且其在铅酸电池中的添加量可以达到5wt%，Pb&PbO外面包覆的纳米级二氧化硅过渡层可将Pb&PbO与炭层有效地分隔开，可以大大改善铅炭复合颗粒制备过程中的稳定性和使用的安全性。附图说明图1为实施例1中的中间产物SiO2@Pb(OH)2的TEM图。图2为实施例1的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒的TEM图（低放大倍数）。图3为实施例1的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒的TEM图（高放大倍数）。图4为实施例1的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒的TG曲线。图5为实施例1的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒的XRD图。图6为实施例1的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒在1.26g/L硫酸溶液中浸泡后的XRD图。图7为实施例1和实施例2的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒添加到电池负极后的电池容量测试图。图8为实施例1和实施例2的C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒添加到电池负极后的电池高倍率循环测试图。具体实施方式一种铅炭复合颗粒，其外层为炭层，内部包含多个二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒。优选的，所述的铅炭复合颗粒的粒径为0.1～10µm，所述的Pb&PbO颗粒的粒径为1～20nm，所述的二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒的粒径为20～70nm。上述铅炭复合颗粒的制备方法包括以下步骤：1)将氢氧化钠溶液和醋酸铅溶液混合均匀，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到氢氧化铅；2)将氢氧化铅分散在PVP溶液中，充分反应，将生成的PVP修饰的氢氧化铅沉淀分离出来，加入到无水乙醇中，并加入水，分散均匀，得到分散液；3)将四甲基氢氧化氨溶液加入到步骤2）的分散液中，充分反应，再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到二氧化硅包覆氢氧化铅；4)将二氧化硅包覆氢氧化铅分散在葡萄糖溶液中，充分反应，得到C@[SiO2@Pb(OH)2]；5)将C@[SiO2@Pb(OH)2]加入到氯化锌溶液中进行浸渍，充分干燥，再在氮气氛围下充分煅烧，冷却后取出，得到C@[SiO2@Pb&PbO]复合颗粒。优选的，步骤1）所述的氢氧化钠、醋酸铅的摩尔比为（1～9）：1。优选的，步骤1）所述的氢氧化钠溶液的浓度为2～20g/L。优选的，步骤1）所述的醋酸铅溶液的浓度为20～400g/L。优选的，步骤2）所述的氢氧化铅、PVP的质量比为1：（1～10）。优选的，步骤2）所述的PVP溶液的浓度为10～200g/L。优选的，所述的PVP修饰的氢氧化铅沉淀、四甲基氢氧化氨、正硅酸乙酯的质量比为（50～600）：（5～200）：1。优选的，步骤3）所述的四甲基氢氧化铵溶液的质量分数为5%～30%。优选的，步骤3）所述的正硅酸乙酯的乙醇溶液的体积分数为0.001%～0.1%。优选的，步骤4）所述的二氧化硅包覆氢氧化铅、葡萄糖的质量比为1：（1～10）。优选的，步骤4）所述的葡萄糖溶液的浓度为10～200g/L。优选的，步骤4）所述的反应在150～220℃下进行，反应时间为8～12小时。优选的，步骤5）所述的干燥在100～120℃下进行，干燥时间为10～20小时。优选的，步骤5）所述的煅烧在500～1000℃下进行，煅烧时间为2～5小时。优选的，步骤5）所述的氯化锌溶液的质量分数为30%～80%。下面结合具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅炭复合颗粒，其特征在于：其外层为炭层，内部包含多个二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种铅炭复合颗粒，其特征在于：其外层为炭层，内部包含多个二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒。2.根据权利要求1所述的铅炭复合颗粒，其特征在于：所述的铅炭复合颗粒的粒径为0.1～10µm，所述的Pb&PbO颗粒的粒径为1～20nm，所述的二氧化硅包覆Pb&PbO颗粒的粒径为20～70nm。3.权利要求1或2所述的铅炭复合颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将氢氧化钠溶液和醋酸铅溶液混合均匀，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到氢氧化铅；2）将氢氧化铅分散在PVP溶液中，充分反应，将生成的PVP修饰的氢氧化铅沉淀分离出来，加入到无水乙醇中，并加入水，分散均匀，得到分散液；3）将四甲基氢氧化氨溶液加入到步骤2）的分散液中，充分反应，再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，充分反应，将生成的沉淀分离出来，得到二氧化硅包覆氢氧化铅；4）将二氧化硅包覆氢氧化铅分散在葡萄糖溶液中，充分反应，得到C@[SiO2@Pb(OH)2]；5）将C@[SiO2@Pb(OH)2]加入到氯化锌溶液中进行浸渍，充...

【专利技术属性】
技术研发人员：石光，赵微，陈红雨，赵瑞瑞，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44