一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂、负极板及负极板的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及电池储能技术领域，具体涉及一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂、负极板及负极板的制备工艺。所述负极添加剂按照重量份数计，包括如下组分：N、P/RC@Pb复合材料0.1

【技术实现步骤摘要】
一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂、负极板及负极板的制备工艺


[0001]本专利技术涉及电池储能
，具体涉及一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂、负极板及负极板的制备工艺。

技术介绍

[0002]铅酸电池(VRLA)，是一种电极主要由铅及其氧化物制成、电解液是硫酸溶液的蓄电池。现在的铅酸电池已经拥有非常成熟的技术，可以应用于大型的混合动力汽车以及发电站等，但是，这就导致铅酸电池需要在高速率充放电循环条件下运行，负极板上会逐渐累积大量不可逆转的硫酸铅晶体，并且在铅的表面形成坚硬的硫酸铅层，这样就会使电极上活性物质的电阻增大，内部活性物质得不到有效利用，降低电池的充电效率，最终导致电池的失效，减少电池的使用寿命。
[0003]铅酸电池的负极不可逆硫酸盐化是导致电池在HRPSoC和低温状态下失效的主要原因。通过在负极活性物质中添加碳材料制成“铅碳电池”，极大地改善了电池性能，常用的添加剂有活性碳、石墨、碳纳米管以及石墨烯等。因此，在负极活性物质中添加碳材料，可以改善铅酸电池的失效时间，并且可以延长电池的循环寿命。
[0004]在负极中添加少量的多孔碳材料来提高负极板的比表面，使电解液能够与负极活性物质拥有更大的有效反应面积，可以阻碍不可逆大晶体PbSO4的聚集，有效提升电池性能。
[0005]根据铅酸电池负极的改变，电池有以下分类：常规的铅酸电池；铅和碳混合的复合材料负极添加剂的电池；铅板栅上复合碳的电池；碳板栅上复合铅的电池；铅电极和碳电极的电池；超级电容器。<br/>[0006]铅碳电池是一种介于超级电容器和传统铅酸电池之间的一种新型的双电层电容电池，结合超级电容器和铅酸电池两者的共同优点，既有超级电容器的超大容量的优点，又有铅酸电池循环寿命长的优点。铅碳电池由于造价成本低，而且在高速率充放电状态下性能较为稳定，引起人们的广泛关注。其中如石墨、活性碳、碳黑、稻壳基多孔碳等多种碳材料已被用作铅酸电池的添加剂。
[0007]然而，由于碳材料的工作电位和铅负极的工作电位相差很大，若将两者复合在一个体系中，在放电过程中，大部分放电电流都来自于铅负极，而在充电时，碳材料将比铅负极优先充电。更严重的是，由于碳材料本身的析氢电位比较低，电池到达充电末期后，碳材料上会发生非常严重的析氢现象，使电池失水严重，降低电池的充电效率，大大影响电池的性能。
[0008]中国专利申请CN102024946A公开了一种超级铅蓄电池极板活性物质，其中正极活性物质的组分及质量配比为：铅粉100，导电纤维0.01
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2，金属氧化物0.1
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5，导电碳材料0.1
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2，羧甲基纤维素钠0.01
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1，稀硫酸1
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15；负极活性物质的组分及质量配比为：铅粉100，导电纤维0.01
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2，导电碳材料0.1
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5，硫酸钡0.1
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0.6，腐殖酸0.2
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1，木素0.01
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0.1，稀硫酸
1
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15。在向铅膏中加入多种碳材料的基础上，通过添加金属氧化物：氧化锡、氧化铋、氧化铈中的一种或几种组合来达到抑氢的目的。但这种简单地机械搅拌难以将析氢抑制剂与铅膏混合均匀，因此析氢抑制剂难以发挥其抑氢的作用。
[0009]中国专利申请CN102306784A提出将析氢抑制剂通过球磨法或溶剂沉淀法负载至活性碳上，使改性的活性碳析氢过电位提高，从而显著改善电池的循环性能。其利用简单的化学沉积法将析氢抑制剂负载在碳材料的表面，但这样仅仅通过简单浸渍和沉淀的方法无法将析氢抑制剂均匀的负载在碳材料上，这使得析氢抑制剂无法很好地发挥抑氢作用。而且通过这种方法得到的负载物颗粒尺寸过大，且极易发生堆积和团聚，这样的添加物反而会影响电池性能，达不到预期的目的。
[0010]因此，开发一种能解决上述技术问题的以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂、负极板和各自的制备工艺是非常必要的。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是克服普通铅酸电池负极硫酸盐化现象，以及引入碳材料后出现的析氢反应现象而提供的一种无环境污染、电池循环寿命较长、电化学性能良好的以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂和负极板。本专利技术利用无环境污染、价格低廉的大孔胺基膦酸基螯合树脂原料为碳源，吸附Pb离子来实现Pb和C的紧密结合得到N、P/RC@Pb复合材料，在减少负极硫酸盐化的同时抑制了析氢反应的进行。
[0012]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0013]一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂，按照重量份数计，包括如下组分：N、P/RC@Pb复合材料0.1
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2份和铅膏半成品98
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99.9份。
[0014]优选地，所述负极添加剂，按照重量份数计，包括如下组分：N、P/RC@Pb复合材料0.5
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2份和铅膏半成品98
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99.5份。
[0015]优选地，所述N、P/RC@Pb复合材料由大孔胺基膦酸基螯合树脂和铅溶液制备得到。
[0016]更优选地，所述大孔胺基膦酸基螯合树脂为D418大孔胺基膦酸基螯合树脂。
[0017]大孔胺基膦酸基螯合树脂是一种表面粗糙、内部中空的球形有机聚合物。富含氮元素和磷元素，它具有比表面积大、吸附性能良好、价格低廉、制备工艺简单等特点。大孔胺基膦酸基螯合树脂在高温条件下进行煅烧，得到的碳物质材料具有高氮、高磷的特点，用于铅碳电池负极物质中，可以有效地提高电解液与电极板之间的有效反应面积，提高电池的电化学性能。
[0018]本专利技术的N、P/RC@Pb复合材料中含有丰富的氮磷元素和碳元素，它具有比表面积大，化学性质稳定，环保等优点。所述N、P/RC@Pb复合材料是一种表面大孔镶嵌Pb物质、内部中空的球状复合材料，吸附的Pb离子在煅烧过程中与大孔胺基膦酸基螯合树脂内的P、O等元素发生反应得到Pb氧化物，从而实现Pb与C材料紧密连接。
[0019]更优选地，所述N、P/RC@Pb复合材料的制备工艺，包括如下步骤：
[0020]S1将大孔胺基膦酸基螯合树脂和铅溶液混合后震荡，取出样品，水洗后干燥，得到D418前驱体；
[0021]S2将D418前驱体在惰性气氛中加热保温，冷却后研磨，即得N、P/RC@Pb复合材料。
[0022]更优选地，S1中，铅溶液的浓度为100mg/L
‑
600mg/L，大孔胺基膦酸基螯合树脂和
铅溶液的质量体积比为0.02
‑
0.2g/100mL。
[0023]更优选地，S1中，震荡温度为20
‑
30℃，震荡转速为100
‑
200r/min，震荡时间为6
‑
10h。
[0024]由于大孔胺基膦酸基螯合树脂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以N、P/RC@Pb为碳源的铅碳电池负极添加剂，其特征在于，按照重量份数计，包括如下组分：N、P/RC@Pb复合材料0.1
‑
2份和铅膏半成品98
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99.9份；所述N、P/RC@Pb复合材料由大孔胺基膦酸基螯合树脂和铅溶液制备得到。2.根据权利要求1所述的负极添加剂，其特征在于，所述大孔胺基膦酸基螯合树脂为D418大孔胺基膦酸基螯合树脂；优选地，所述负极添加剂，按照重量份数计，包括如下组分：N、P/RC@Pb复合材料0.5
‑
2份和铅膏半成品98
‑
99.5份。3.根据权利要求1或2所述的负极添加剂，其特征在于，所述N、P/RC@Pb复合材料的制备工艺，包括如下步骤：S1将大孔胺基膦酸基螯合树脂和铅溶液混合后震荡，取出样品，水洗后干燥，得到D418前驱体；S2将D418前驱体在惰性气氛中加热保温，冷却后研磨，即得N、P/RC@Pb复合材料。4.根据权利要求3所述的负极添加剂，其特征在于，S1中，铅溶液的浓度为100mg/L
‑
600mg/L，大孔胺基膦酸基螯合树脂和铅溶液的质量体积比为0.02
‑
0.2g/100mL；和/或S1中，震荡温度为20
‑
30℃，震荡转速为100
‑
200r/min，震荡时间为6
‑
10h。5.根据权利要求3所述的负极添加剂，其特征在于，S2中，将D418前驱体在惰性气氛中加热至400
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800℃，保温2
‑
4h；和/或S2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵永刚，谢发之，杨少华，张梦，方亮，张道德，
申请(专利权)人：安徽艾克瑞德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：