一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，将碳粉与铅粉混合后，加入

【技术实现步骤摘要】
一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法


[0001]专利技术属于新能源电池领域，具体涉及一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]铅酸电池极板活性物质比表面积低，在部分荷电态高倍率充放电的条件下负极易硫酸盐化而失效，铅碳电池是将高比表面积
、
高电导率的碳材料引入铅酸电池的负极活性物质中，抑制硫酸铅晶体的粗化
。
因此，铅碳电池具有充放电性能好
、
循环寿命长等优势
。
铅碳电池是综合了超级电容器的高功率与铅酸电池的长寿命两大优点的新型电池
。
由于碳材料的过电位较低，会加剧铅碳电池中的析氢反应
(HER)
，从而影响其电化学性能
。
有必要对碳添加剂进行改性或添加其他添加剂来抑制
HER。
因此，需要对加入的碳材料进行各种改性或者复合处理，如掺入稀土离子以及过渡金属离子来降低铅碳电池反应能垒和延缓铅负极向部分带电状态的硫化并协同解决硫酸化问题，同时抑制碳材料的析氢反应
。

技术实现思路

[0003]基于上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，将无掺杂的铅碳电池负极材料在镧源和镍源的混合溶液中进行电化学共沉积，然后采用箱式炉进行反应，箱式炉内反应后得到氧化镍和氧化镧
。
利用稀土元素特殊的
4f
‑
5d
电子结构对碳材料的能带进行调控，能够明显改善碳材料的导电性，并且降低铅碳电池反应能垒以及避免硫酸化问题并达到抑制铅碳电池析氢反应的目的，由于氧化镍和氧化镧沉积在铅碳电池负极材上，使得材料形成粗糙的表面结构并具有一定的孔结构，并形成多个活性中心，达到避免电解液的硫酸盐化，提高电池充放电效率
。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，包括步骤：
[0005](1)
将碳粉与铅粉混合后，加入
PVDF
和
N
‑
甲基吡咯烷酮，充分研磨，再将其刮涂在经过预处理的碳布上，然后在真空烘箱中干燥，得到无掺杂的铅碳电池负极材料，其中，
PVDF
作为粘结剂可替换为
Nafion
溶液；
[0006](2)
将
La(NO3)2·
6H2O
水溶液和
Ni(NO3)3·
6H2O
水溶液置于烧杯中，混合均匀，制得混合溶液；
[0007](3)
将无掺杂的铅碳电池负极材料浸入混合溶液中，与工作电极相连，进行电化学共沉积后取出，在箱式炉中升温，并反应，反应完成后降至室温，得到镧镍掺杂的铅碳电负极材料
。
[0008]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(1)
中，碳粉为
1g
的椰壳碳粉，碳粉
、
铅粉
、PVDF、N
‑
甲基吡咯烷酮的比例为
10:5:2:5。
[0009]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(1)
中，在
30
‑
80℃
的真空烘箱中干燥1‑
4h。
[0010]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(2)
中，将
2.5
‑
7.5mL 0.1MLa(NO3)2·
6H2O
水
溶液与
50mL 0.1M Ni(NO3)3·
6H2O
水溶液置于
100mL
烧杯中，混合均匀后制得混合溶液
。
[0011]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(3)
中，电化学共沉积时，电流为
0.1A
，共沉积时间
600
±
50s。
[0012]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(3)
中，箱式炉中升温时以
10℃/min
的升温速率升温至
300℃
，并反应2±
0.2h。
[0013]在上述方案的基础上，作为优选，步骤
(3)
中，降温时，以
100℃/h
的降温速率降至室温
。
[0014]在上述方案的基础上，作为优选，镧镍掺杂的铅碳电负极材料中，以所述镧
、
镍和碳粉的总量计，
La
的摩尔含量为5‑
15
％
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术提供的镧镍掺杂的铅碳电池负极材料包括碳粉以及在其上沉积的的氧化镧以及氧化镍
。
该碳材料为含有稀土金属和过渡金属高活性的碳材料，其表面结构粗糙，具有一定孔结构，可以有效避免电解液的硫酸盐化，但比表面积小，存在大量的活性位点，使得本专利技术具有良好的析氢抑制性能
。
此外，本专利技术的镧镍掺杂的铅碳电池负极材料也具有较好的稳定性
。
附图说明
[0017]图1为实施例1中的
X
射线衍射图
。
[0018]图2为实施例1制备得到的产物的扫描电子显微镜照片
。
[0019]图3为实施例2制备得到的产物的扫描电子显微镜照片
。
[0020]图4为实施例3制备得到的产物的扫描电子显微镜照片
。
[0021]图5为对比例1制备得到的产物的扫描电子显微镜照片
。
[0022]图6为实施例1制备得到的产物的氮气吸附脱附曲线
。
[0023]图7为实施例2制备得到的产物的氮气吸附脱附曲线
。
[0024]图8为实施例3制备得到的产物的氮气吸附脱附曲线
。
[0025]图9位对比例1制备得到的产物的氮气吸附脱附曲线
。
[0026]图
10
为实施例1至实施例3和对比例1制备得到的产物作为催化剂析氢反应的线性扫描伏安法曲线
。
[0027]图
11
为实施例1得到的产物析氢反应的稳定性曲线
。
[0028]图
12
为实施例1至实施例3和对比例1制备得到的产物析氢反应的循环伏安法曲线
。
具体实施方式
[0029]下面将通过具体实施例对本专利技术作进一步地说明，但本专利技术的范围并不限于此
。
[0030]实验过程中使用的均为电导率为
18.25M
Ω
的超纯水，实验所用的试剂均为分析纯
。
[0031]使用的主要仪器和试剂：
[0032]比表面积及孔隙度分析仪
(
麦克仪器公司
)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)
将碳粉与铅粉混合后，加入
PVDF
和
N
‑
甲基吡咯烷酮，充分研磨，再将其刮涂在经过预处理的碳布上，然后在真空烘箱中干燥，得到无掺杂的铅碳电池负极材料，其中，
PVDF
作为粘结剂可替换为
Nafion
溶液；
(2)
将
La(NO3)2·
6H2O
水溶液和
Ni(NO3)3·
6H2O
水溶液置于烧杯中，混合均匀，制得混合溶液；
(3)
将无掺杂的铅碳电池负极材料浸入混合溶液中，与工作电极相连，进行电化学共沉积后取出，在箱式炉中升温，并反应，反应完成后降至室温，得到镧镍掺杂的铅碳电负极材料
。2.
如权利要求1所述的含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，碳粉为
1g
的椰壳碳粉，碳粉
、
铅粉
、PVDF、N
‑
甲基吡咯烷酮的比例为
10:5:2:5。3.
如权利要求1所述的含镧镍的铅碳电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，在
50
±
10℃
的真空烘箱中干燥2±
0.5h。4.

【专利技术属性】
技术研发人员：钱黎瑾，席聘贤，沈巍，吴慧颖，杨云强，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：