一種原位合成鉛碳電池負極復合材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原位合成鉛碳電池負極復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國汽車產業(yè)的迅速發(fā)展，截止2014年未，我國汽車保有量超1.54億輛，是2004年的5.7倍，位居世界第二。由于使用不可再生的天然化石能源作為動力源，汽車尾氣已經成為導致城市霧霾和空氣污染的主要原因之一。因此節(jié)能和減排是未來汽車技術發(fā)展的優(yōu)先方向，大力發(fā)展新能源汽車如電動汽車成為解決這兩個技術難點的最佳途徑。電動汽車中最有發(fā)展前景的應屬混合動力電動車(HEV)，它以內燃機及蓄電池共同驅動，既具有動力汽車污染小，又有內燃機車動力性好的特點。2010年我國財政部、國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部聯合下發(fā)了《關于印發(fā)“節(jié)能產品惠民工程”節(jié)能汽車推廣實施細則的通知》，同時工信部還制訂了《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃(2011年至2020年)，到2020年，我國以混合動力汽車為代表的節(jié)能汽車銷量將達到世界第一，年產銷量達到1500萬輛左右，其電源就是鉛酸蓄電池。電動汽車和混合動力汽車的生產與動力電源息息相關。動力電池要求高能量、高功率、自放電少、使用壽命長等特征。常用的動力電源主要是化學電源，如燃料電池、鋰離子電池、鋅銀電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鉛酸蓄電池等。鉛酸蓄電池因技術成熟、容易組裝、性價比高等特點而被廣泛應用于工業(yè)化大生產。同時廢舊鉛酸蓄電池回收率高、資源再生利用率高、大大減少了鉛污染問題。而其它電池存在一些難以解決的問題，如燃料電池成本極高，目前還難以推廣應用。又如鋰離子電池，鋰在地殼中存在的豐度較低，又沒有開發(fā)出有效的回收鋰的技術，因此至少在目前鋰離子電池還不能成為動力電池的生力軍。鉛酸蓄電池具有的特點使之在動力電池中占有很大的比重。日本豐田公司生產的“Prius”混合電動車在全球銷量達到三百萬輛。但鉛酸蓄電池由于比能量較低(約為30?40Wh/kg)、體積大、循環(huán)壽命不理想，快速充電困難，特別是混合動力汽車需要電池在部分荷電狀態(tài)下的高倍率充放電(HRPSoC)模式下工作，鉛酸蓄電池負極不可逆硫酸鹽化現象極為嚴重。這與負極充電時PbSO4F能很好的被還原成海綿狀的Pb，漸漸積累成大顆粒PbSO 4覆蓋在負極表面，造成負極極板有效面積減小，會導致電阻增大，影響電池充電效率有關。上述缺陷極大的限制了鉛酸蓄電池推廣應用。如何在不影響鉛酸蓄電池現有優(yōu)點前提下，改善電池結構，改進電池的制備工藝，成為鉛酸蓄電池發(fā)展新方向。鉛碳電池作為鉛酸蓄電池基礎上發(fā)展起來的一種新型電池，引起了人們廣泛關注。
[0003]鉛炭電極是把炭材料(如石墨、炭黑、碳納米管或活性炭等)與鉛負極進行混合，充分發(fā)揮炭材料高導電性、高比表面和對負極活性物質的分散等特性，以提高活性物質的利用率，與此同時它還可以抑制硫酸鉛晶體的生長以避免負極活性物質的失活。鉛碳電池是在鉛酸電池基礎上發(fā)展而來的超級電池，碳作為鉛酸電池負極添加劑也有幾十年的歷史，但是使用的量都不大，多以炭黑為主，而在鉛碳電池中，碳的作用將大大提高。目前鉛碳電池負極材料存在下列問題，仍然困擾著鉛碳電池的發(fā)展。如在大多數情況下，人們是將碳材料與負極材料中的主要活性物質如氧化鉛粉、析氫抑制劑、粘結劑等添加劑在一定量溶劑(水和硫酸)中進行機械混合，獲得鉛膏，然后涂覆在鉛合金板柵上，經固化、干燥、化成得到負極板。但這樣一種制備過程，鉛膏混合物體系中活性物質和碳材料之間界面存在著不相容性，這種不相容性會增加界面歐姆電阻，從而導致在(HRPSoC)工況條件下長時間運行時，電池工作有可能中斷，最終影響負極活性物質(NAM)的導電性能。M.Saravanan等人報道了原位生成的碳糖作為NAM添加劑提高了鉛酸電池充放電特性。原位合成的炭糖(SDC)與一氧化鉛(LO)除了提供了一種導電網絡還對活性物質的不可逆硫酸鹽化有良好的阻礙作用。此外，SDC的加入與傳統(tǒng)的碳黑添加劑相比，電池的比容量和活性物質利用率，循環(huán)性能和充電接受能力也有顯著的提高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種原位合成鉛碳電池負極復合材料的方法。
[0005]具體步驟為:
[0006]①將劍麻纖維剪成I厘米長，先用質量百分比濃度為5%的氫氧化鈉水溶液浸漬24小時，除去其中的果膠雜質，然后用水和少量磷酸沖洗至中性后，再用質量百分比濃度為5%的磷酸水溶液浸漬24小時，撈出劍麻纖維，將其置于65°C的烘箱中烘干12小時。
[0007]②取出烘干后的劍麻纖維，將其放入密封式研磨機中研磨成200-300目的粉末。
[0008]③以PbO: (PbO+劍麻纖維粉末)為76 %的比例，分別稱取劍麻纖維粉末8g、Pb025g、鉛粉6.8865g、BaSO40.447g、硬脂酸鋇0.486g和氧化銦0.470g，放入瑪瑙研磨缽中研磨，獲得均勻粉末。
[0009]④將步驟③配置好的粉末放入坩禍后，置入馬弗爐中，在氮氣保護下進行加熱，加熱溫度為350°C，加熱時間為2小時，保溫I小時，自然冷卻至室溫，獲得原位合成碳材料。
[0010]⑤分別稱取BaS0410g、ZnO 5g、鉛粉 50g、PbO 10g、Bi20310g、硬脂酸鋇 8g、石墨粉10g、氧化銦0.5g、氧化鎵各0.5g、乙炔黑0.5g、步驟④原位合成碳材料26.125g和腐殖酸1g,放入燒杯中混合均勻，加入50mL的二次水電動攪拌5分鐘至均勻，加入15mL的聚四氟乙烯(PTFE)乳液，再加入1mL的二次水，超聲10分鐘后繼續(xù)攪拌2小時至于均勻，獲得鉛膏，即為鉛碳電池負極復合材料。
[0011]本發(fā)明操作方法簡便，制備過程安全、環(huán)保；采用劍麻纖維、導電劑、粘結劑、膨脹劑、析氫抑制劑等為原料，利用原位合成的方法，制備了鉛碳電池負極復合材料，通過電化學方法評價其實際應用的可能性及其潛在價值。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例中以原位生成的劍麻纖維碳材料制作的負極板柵為工作電極的循環(huán)伏安曲線。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例中以原位生成的劍麻纖維碳材料制作的負極板柵為工作電極的電化學交流阻抗譜圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實施例原位生成的劍麻纖維碳材料的拉曼光譜圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實施例原位生成的炭黑碳材料的拉曼光譜圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實施例劍麻纖維碳材料在不同倍率下的掃描電子顯微鏡局部圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實施例劍麻纖維制備成活性碳的XRD譜圖。
[0018]圖7為本發(fā)明實施例原位合成劍麻纖維碳材料的XRD譜圖。
[0019]圖8為本發(fā)明實施例劍麻纖維碳材料粒徑分布圖。
[0020]圖9為本發(fā)明實施例炭黑碳材料粒徑分布圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例:
[0022]具體步驟為:
[0023]①將劍麻纖維剪成I厘米長，先用質量百分比濃度為5%的氫氧化鈉水溶液浸漬24小時，除去其中的果膠雜質，然后用水和少量磷酸沖洗至中性后，再用質量百分比濃度為5%的磷酸水溶液浸漬24