二维MAX相材料的用途、正极铅膏和正极及其制备方法、电动车技术

技术编号：40563259 阅读：15 留言：0更新日期：2024-03-05 19:26

本发明专利技术公开了一种二维MAX相材料的用途、正极铅膏和正极及其制备方法、电动车，针对铅酸电池正极导电性差、孔率低、易软化和脱落的问题，提供一种新型添加剂“二维MAX相材料”，将该二维MAX相材料作为铅酸电池正极中添加剂，以提高化成过程中二氧化铅的生成率和降低电极的欧姆电阻，同时增加电极的强度和孔隙率，提高铅酸电池的循环寿命、倍率性能和低温性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术是属于新材料和铅酸电池领域，特别是关于一种二维max相材料的用途、正极铅膏和正极及其制备方法、电动车。

技术介绍

1、由于具有高性价比、高回收率、高安全等优点，铅酸电池是电池市场中份额最大、适用范围最广的二次电池，特别是在电动自行车、储能等领域。铅酸电池虽然已经有150多年的历史，但仍存在负极硫酸盐化、正极电导率低和软化、板栅腐蚀等问题。随着铅碳电池的提出和发展，负极硫酸盐化的问题已经得到有效缓解，但正极导电性差、孔率低、易软化和脱落，已经成为限制铅酸电池性能的关键。

2、铅酸电池正常化成后，正极中pbo2含量依然偏低，正极活性物质电阻大，严重影响电池的低温性能和功率特性；而且放电产物硫酸铅的覆盖作用及二氧化铅本身导电能力差，在放电末期欧姆极化非常严重，导致电压迅速下降，使得活性物质利用率低、电池容量迅速下降。为改善铅酸电池正极的电化学性能，通常在和膏时加入一些添加剂，如石墨、石墨烯、碳纤维等含碳类组分，它们的加入能够提高电池的初期性能，但是铅酸蓄电池的正极具有强氧化性，导致在循环中含碳类添加剂被部分氧化成二氧化碳，导致活性物质的结构强度降低，电池的使用寿命缩短。一些陶瓷导电添加剂如sno2、ti4o7、bapbo3等被研究，但由于其形貌不可控且颗粒光滑，且铅酸电池在充放电循环中二氧化铅与硫酸铅具有较大的体积变化(>90％)，导致正极活性物质易软化和脱落，造成电池正极极板强度的下降，导致铅膏的泥化脱落提前铅酸电池失效。

技术实现思路</p>

1、本专利技术针对铅酸电池正极导电性差、孔率低、易软化和脱落的问题，提供一种新型添加剂“二维max相材料”，将该二维max相材料作为铅酸电池正极中添加剂，以提高化成过程中二氧化铅的生成率和降低电极的欧姆电阻，同时增加电极的强度和孔隙率，提高铅酸电池的循环寿命、倍率性能和低温性能。

2、本专利技术第一方面提供一种二维max相材料用于铅酸电池正极中作为添加剂的用途，该二维max相材料具有二维片状形貌。

3、在一些实施方式中，上述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，其中 m代表过渡金属元素中的一种或多种，所述a选自viib、viii、ib、iib、iiia、 iva、va或via族元素中的至少一种，x代表碳、氮或硼元素中的一种或多种， 1≤n≤5。

4、在一些实施方式中，上述二维max相材料的片层厚度介于0.3nm～2μm。

5、在一些实施方式中，上述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，所述 m选自钛(ti)、锆(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钼(mo)、钨(w)、铂(pt)、金(au)、银(ag)、钯(pd)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)或铋(bi)元素中的一种或多种。

6、在一些实施方式中，上述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，所述 a选自铝(al)、硅(si)、磷(p)、硫(s)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、镓 (ga)、锗(ge)、砷(as)、镉(cd)、铟(in)、锡(sn)、铊(tl)、铅(pb) 元素中的一种或者多种。

7、在一些实施方式中，上述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，所述 m选自钛(ti)、钒(v)、钼(mo)、铌(nb)、钽(ta)、钨(w)、铬(cr) 中的至少一种。

8、在一些实施方式中，上述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，所述 a为锡(sn)元素。

9、在一些实施方式中，上述二维max相材料为ti3snc2、ti3alc2、ti3sic2、 ti3gac2、ti2snc中的一种。

10、本专利技术第二方面提供一种铅酸电池的正极铅膏，该正极铅膏中含有上述的用途中的二维max相材料。

11、在一些实施方式中，按重量份，上述正极铅膏含有：铅粉和/或含铅化合物粉体30～90份；和，所述二维max相材料0.001～30份。

12、在一些实施方式中，上述含铅化合物包括碱式硫酸铅、硫酸铅、氧化铅、红丹中的一种或多种。

13、本专利技术第三方面提供一种上述二维max相材料用于铅酸电池的添加剂。

14、本专利技术第四方面提供一种上述的正极铅膏的制备方法，步骤包括：将铅粉或含铅化合物粉体、二维max相材料混合，得到干料混合物；将水和硫酸溶液加入所述干料混合物中搅拌混合，得到湿料混合物；将湿料混合物放置固化后得到正极铅膏。

15、本专利技术第五方面提供一种铅酸电池正极，该铅酸电池正极中包括上述的用途中的二维max相材料。

16、本专利技术第六方面提供一种铅酸电池正极的制备方法，步骤包括：将上述的正极铅膏；或，上述的制备方法得到的正极铅膏涂覆于板栅上，干燥固化后得到铅酸电池正极。

17、本专利技术第七方面提供一种铅酸电池，含有上述的铅酸电池正极；或，上述的制备方法得到的铅酸电池正极。

18、本专利技术第八方面提供一种电池车，含有上述的铅酸电池。

19、本专利技术提供了一种新型二维max相材料用于铅酸电池正极作为添加剂的用途，优异技术效果体现在：

20、1、本专利技术提供了一种新型材料“二维max相材料”在铅酸电池正极中作为添加剂的用途，传统的max相材料为微观上为三维块状，而本专利技术的二维 max相材料，具有独特的二维片状结果，结合其max相材料自身优异的导电性，加入铅酸电池的正极中能够有效改变目前颗粒状添加剂的点-点接触模式；二维max材料与铅粉等活性物质之间的导电模式为点-面接触模式，极大提高了正极的导电性，不仅可以提高化成过程中二氧化铅的转化效率，还可以提高整个电极的导电性，提高铅酸的倍率性能和循环稳定性；

21、2、本专利技术的二维max相材料自身具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性，在铅酸电池正极材料中及硫酸电解液的环境下不易被氧化腐蚀，在提高铅酸电池的导电性同时还能够保证铅酸电池正极的稳定性，避免铅酸电池正极被氧化腐蚀而导致的电池能量密度以及循环寿命的永久性损失。

22、3、本专利技术的二维max相材料具有高比表面积和高强度，能够替代或部分替代纤维材料，提高其与正极铅膏的接触面积和孔隙率的同时，还增强了电极强度，解决了铅酸电池正极容易软化和脱落的问题，提高了铅酸电池的寿命和倍率性能。

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【技术保护点】

1.一种二维MAX相材料用于铅酸电池正极中作为添加剂的用途，其特征在于，所述二维MAX相材料具有二维片状形貌。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述二维MAX相材料的化学式表示为Mn+1AXn，其中M代表过渡金属元素中的一种或多种，所述A选自VIIB、VIII、IB、IIB、IIIA、IVA、VA或VIA族元素中的至少一种，X代表碳、氮或硼元素中的一种或多种，1≤n≤5；

3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述M选自钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)或铋(Bi)元素中的一种或多种；

4.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述M选自钛(Ti)、钒(V)、钼(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)中的至少一种；

5.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述二维MAX相材料为Ti3SnC2、Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GaC2、Ti2Sn

6.一种用于铅酸电池的添加剂，其特征在于，含有如权利要求1至5中任一项所述的用途中的所述二维MAX相材料。

7.一种铅酸电池的正极铅膏，其特征在于，所述正极铅膏中含有如权利要求1至5中任一项所述的用途中的所述二维MAX相材料。

8.如权利要求7所述的正极铅膏，其特征在于，按重量份，所述正极铅膏含有：

9.一种如权利要求7或8所述的正极铅膏的制备方法，其特征在于，步骤包括：

10.一种铅酸电池正极，其特征在于，所述铅酸电池正极中包括如权利要求1至4中任一项所述的用途中的所述二维MAX相材料。

11.一种如权利要求10所述的铅酸电池正极的制备方法，其特征在于，步骤包括：将如权利要求7或8所述的正极铅膏；或，如权利要求9所述的制备方法得到的正极铅膏涂覆于板栅上，干燥固化后得到铅酸电池正极。

12.一种铅酸电池，其特征在于，含有如权利要求10所述的铅酸电池正极；或，如权利要求11所述的制备方法得到的铅酸电池正极。

13.一种电池车，其特征在于，含有如权利要求12所述的铅酸电池。

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【技术特征摘要】

1.一种二维max相材料用于铅酸电池正极中作为添加剂的用途，其特征在于，所述二维max相材料具有二维片状形貌。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述二维max相材料的化学式表示为mn+1axn，其中m代表过渡金属元素中的一种或多种，所述a选自viib、viii、ib、iib、iiia、iva、va或via族元素中的至少一种，x代表碳、氮或硼元素中的一种或多种，1≤n≤5；

3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述m选自钛(ti)、锆(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钼(mo)、钨(w)、铂(pt)、金(au)、银(ag)、钯(pd)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)或铋(bi)元素中的一种或多种；

4.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述m选自钛(ti)、钒(v)、钼(mo)、铌(nb)、钽(ta)、钨(w)、铬(cr)中的至少一种；

5.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述二维max相材料为ti3snc2、ti3alc2、ti3sic2、ti3gac2、ti2snc中的一种或多种；优选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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