一种长寿命铅碳电池及其制备方法与流程

本发明属于电池材料，尤其涉及一种长寿命铅碳电池及其制备方法。

背景技术：

1、铅酸电池以其价格低廉、安全性能高、大电流放电性能好、回收率高等优点广泛应用于启动、牵引、储能等领域。随着化石燃料不可再生资源的日益枯竭以及环境污染问题的加剧，节能环保的混合动力汽车成为当前研发的热点，先进型铅酸蓄电池以其优异的性价比、安全及成熟的制造工艺已成功应用于各种混合动力汽车。

2、在铅酸电池中加入碳材料，形成铅碳电池，可以有效提高电池的循环性能，可明显抑制负极板不可逆硫酸盐化的问题，但铅酸电池负极板加入碳材料会带来严重的析氢问题。而且，为了适应我国纬度分布广的环境，铅碳电池需要满足各种环境下的运行，包括低温运行，而恰恰在低温环境下，析氢带来的影响更大，导致铅酸电池的性能衰减更快。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种长寿命铅碳电池及其制备方法，主要用于解决现有技术中铅碳电池无法在宽环温运行环境下克服析氢带来的性能衰减等缺陷。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种长寿命铅碳电池，其负极包括以下重量份计组分：

4、100份的铅粉、5份的壳聚糖碳材料、1.25份的活性炭、8.75份的金属氧化物、0.6份的硫酸钡、0.3份的木质素磺酸钠、0.2份的腐植酸、0.1份的短纤维以及2.8份的水；

5、其中，利用物理气相沉积法将金属氧化物沉积在活性炭的表面和孔隙，再利用活性炭作为载体分布于壳聚糖碳材料的层间孔和表面孔中，所述壳聚糖碳材料上c-o基团含量ic-o/icc不大于羰基和羧基含量之和ic＝o/icc+io-c＝o/icc的5倍。

6、在一些可能的实施例中，所述壳聚糖碳材料中，氧化碳原子的峰面积比总碳的峰面积sco/sc-total小于60％。

7、在一些可能的实施例中，所述壳聚糖碳材料的比表面积不低于480m2/g，所述活性炭的比表面积不低于所述壳聚糖碳材料的比表面积的4倍。

8、在一些可能的实施例中，所述负极被配置为，将化成好的负极碾碎，取0.3g的nam研磨压片后进行接触角测试，测量得到的负极板湿润角小于80°且大于70°。

9、在一些可能的实施例中，按重量份数计，还包括1份的络合剂，所述络合剂为：乙二胺四乙酸(edta)、乙二胺四乙酸二钠盐(edta-2na)、乙二胺四乙酸四钠中的一种或二种以上；

10、所述络合剂先与完成金属氧化物沉积后的活性炭进行搅拌预混，得到第一过程组合物；

11、再将第一过程组合物与铅粉、壳聚糖碳材料、硫酸钡、木质素磺酸钠、腐植酸以及短纤维机械混合，边搅拌边向预混的粉料中加入水。

12、在一些可能的实施例中，所述金属氧化物为氧化镓、氧化银、氧化铅中的一种或多种。

13、在一些可能的实施例中，所述c-o基团取代所述壳聚糖碳材料的大分子链上的羟基和/或氨基和/或n-乙酰氨基、和/或通过杂原子桥接在大分子链的c原子上，和/或由杂原子通过双键与大分子链的c原子连接。

14、在一些可能的实施例中，所述羰基和羧基取代所述壳聚糖碳材料的大分子链上的羟基和/或氨基和/或n-乙酰氨基、和/或通过杂原子桥接在大分子链的c原子上，和/或由杂原子通过双键与大分子链的c原子连接。

15、第二方面，本发明提供一种长寿命铅碳电池的制备方法，用于制备如上述的一种长寿命铅碳电池，包括以下步骤：

16、按照上述的重量份准备原料；

17、利用物理气相沉积法将金属氧化物沉积在活性炭的表面和孔隙；

18、将沉积完的活性炭，与铅粉、壳聚糖碳材料、硫酸钡、木质素磺酸钠、腐植酸以及短纤维机械混合，边搅拌边向预混的粉料中加入水，持续搅拌1～60min得到铅膏；

19、将铅膏刮涂到金属铅板栅上，铅膏充满金属铅板栅上的通孔，经固化干燥得到铅碳电池负极；

20、将铅碳电池负极与正极组装，得到铅碳电池。

21、在一些可能的实施例中，按照上述的重量份准备络合剂；

22、将络合剂先与完成金属氧化物沉积后的活性炭进行搅拌预混，得到第一过程组合物；

23、再将第一过程组合物与铅粉、壳聚糖碳材料、硫酸钡、木质素磺酸钠、腐植酸以及短纤维机械混合，边搅拌边向预混的粉料中加入水，持续搅拌1～60min得到铅膏。

24、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

25、1、壳聚糖碳材料为原位合成壳聚糖复合碳材料，表面疏松多孔，高比表面积碳材料在高功率充放电和脉冲放电时可提供双电层电容，减弱大电流对负极的损害，此外还可以在电极材料中构建良好的导电网络，有利于高功率充放电下电解液离子的快速迁移，可以让质子透过孔隙参与双电层上的电化学反应；

26、2、再利用活性炭作为载体，将金属氧化物以一种离子形态紧密吸附在壳聚糖碳材料的层间孔和表面孔中，使得在壳聚糖碳材料的导电网络基础上，通过适量的活性炭构成三维导电网格，进一步形成金属氧化物层，大大提高碳材料和氧化物的结合程度，充分发挥碳材料导电和电容特性，限制了碳材料表面析氢，提高在低温下的电池性能；

27、3、壳聚糖作为一种碱性多糖，进一步控制其c-o基团含量与羰基和羧基含量之和的比例，使得具有一定的氧化度，有效抑制负极板不可逆硫酸盐化现象，提高电池在低温环境下的循环寿命，且保证较高含量的羰基和羧基，提供pb电沉积的活性位点，抑制在壳聚糖碳材料表面的析氢效果，进一步提高在低温下的电池性能。

28、下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.一种长寿命铅碳电池，其特征在于，其负极包括以下重量份计组分：

2.如权利要求1所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

3.如权利要求2所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

4.如权利要求3所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

5.如权利要求4所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，按重量份数计，还包括1份的络合剂，所述络合剂为：乙二胺四乙酸(edta)、乙二胺四乙酸二钠盐(edta-2na)、乙二胺四乙酸四钠中的一种或二种以上；

6.如权利要求5所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

7.如权利要求1至6任一项所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

8.如权利要求1至6任一项所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，

9.一种长寿命铅碳电池的制备方法，用于制备如权利要求1至8任一项所述的一种长寿命铅碳电池，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的一种长寿命铅碳电池的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种长寿命铅碳电池及其制备方法，负极包括以下重量份计组分：100份的铅粉、5份的壳聚糖碳材料、1.25份的活性炭、8.75份的金属氧化物、0.6份的硫酸钡、0.3份的木质素磺酸钠、0.2份的腐植酸、0.1份的短纤维以及2.8份的水；其中，利用物理气相沉积法将金属氧化物沉积在活性炭的表面和孔隙，再利用活性炭作为载体分布于壳聚糖碳材料的层间孔和表面孔中，壳聚糖碳材料上C‑O基团含量IC‑o/ICC不大于羰基和羧基含量之和IC＝o/ICC+Io‑C＝o/ICC的5倍。本发明形成金属氧化物层，大大提高碳材料和氧化物的结合程度，充分发挥碳材料导电和电容特性，再控制壳聚糖碳材料上C‑O基团含量与羰基和羧基含量之和的比例，有效限制碳材料表面析氢，提高在低温下的电池性能。

技术研发人员：吕松,陈杏英,陈杏峰
受保护的技术使用者：广东派顿新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29