本發(fā)明屬于電化學(xué)，具體地，涉及一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鉛酸電池是一種高安全性、價廉物美的工業(yè)產(chǎn)品。鉛酸電池被廣泛用作汽車啟動電源、電動兩輪車電源、不間斷后備電源、柴油潛艇水下航行電源、通信行業(yè)后備電源等等，應(yīng)用面極廣。近年來，隨著可再生能源的發(fā)展，鉛酸電池也被應(yīng)用于大規(guī)模儲能電源。

2、但是目前鉛酸電池普遍存在放電倍率低，或在高倍率放電工況下壽命短的問題，同時還存在析氫問題和不可逆硫酸鹽化問題等，這些問題限制著鉛酸電池的使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將含鉛化合物、改性乙炔黑、去離子水和乙醇加入至干燥的單口燒瓶中，超聲分散1h，隨后過濾，80℃干燥12h，得到復(fù)合材料；

5、(2)將硫酸鉛、導(dǎo)電石墨、復(fù)合材料、硫酸鋇混合并研磨均勻，得到預(yù)混物1；再將聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸鈉、去離子水加入燒杯中混合均勻，得到預(yù)混物2；將預(yù)混物2倒入預(yù)混物1中，繼續(xù)攪拌、研磨呈膏狀，涂覆在鉛鈣合金板柵上，再用油壓機壓實，最后于70℃干燥24h，得到高倍率鉛酸電池負(fù)極材料。

6、進一步地，所述步驟(1)的含鉛化合物為鉛、氧化鉛、四氧化三鉛中的一種。

7、進一步地，所述步驟(1)的改性乙炔黑通過如下步驟制備：

8、s1、氮氣保護下將苯并咪唑-5-甲酸、edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽)、nhs(n-羥基琥珀酰亞胺)和dmf(n,n-二甲基甲酰胺)加入到干燥的三口燒瓶中，攪拌溶解后升溫至50℃，再緩慢加入d-萄糖氨，保溫反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，減壓蒸餾，柱層析提純(洗脫液選擇氯仿和丙酮的混合溶劑，氯仿和丙酮的體積比為7:3)，減壓蒸餾，得到中間體1；d-萄糖氨、苯并咪唑-5-甲酸、edc、nhs和dmf的用量比為19.6g:16.2g:3.8g:2.3g:200ml；

9、控制d-萄糖氨與苯并咪唑-5-甲酸的摩爾比為1.05-1.1:1，苯并咪唑-5-甲酸的-cooh與d-萄糖氨的-nh2在edc和nhs的作用下發(fā)生酰胺化反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下所示：

10、

11、s2、將乙炔黑、濃硫酸加入至干燥的三口燒瓶中，攪拌升溫至80℃，再繼續(xù)回流12h，停止攪拌后冷卻至室溫，過濾，去離子水洗滌，110℃真空干燥6h，得到預(yù)處理乙炔黑；將預(yù)處理乙炔黑、10％氫氧化鈉溶液和氯仿混合均勻，攪拌升溫至60℃，再緩慢加入環(huán)氧氯丙烷，繼續(xù)于60℃保溫反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后旋蒸，去離子水洗滌3次，再于110℃干燥6h，得到中間體2；乙炔黑、濃硫酸的用量比為10g:330ml；預(yù)處理乙炔黑、環(huán)氧氯丙烷的用量比為7.7g:10ml；

12、

13、s3、氮氣保護下將中間體2、三乙胺和dmf加入到干燥的三口燒瓶中，攪拌升溫至80℃，再緩慢加入中間體1，加入完畢后保溫反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾，去離子水洗滌3次，再于110℃干燥6h，得到中間體3；中間體1、中間體2、三乙胺和dmf的用量比為43.7g:14g:20.5ml:220ml；

14、

15、s4、將中間體3和去離子水加入燒杯中，超聲處理30min使中間體3充分分散；再加入氧化鋅和氧化銦混合后的粉末，繼續(xù)超聲處理1h，隨后過濾，于110℃真空干燥12h，得到改性乙炔黑；中間體3、氧化鋅、氧化銦和去離子水的用量比為30g:0.015g:0.015g:250ml。

16、氧化銦添加在鉛酸電池負(fù)極材料中的作用是改善電池的性能，包括提高放電容量、延長循環(huán)壽命、抑制負(fù)極硫酸鹽化和析氫問題；氧化鋅在鉛酸電池中的作用主要體現(xiàn)在提高電池的循環(huán)壽命、安全性能以及通過改善負(fù)極板的硫酸鹽化現(xiàn)象來增強電池的穩(wěn)定性和耐用性。

17、由于氧化鋅和氧化銦表面均含有豐富的羥基，因此，氧化鋅和氧化銦能與中間體3表面的羥基產(chǎn)生氫鍵相互作用。此外，中間體3上的苯并咪唑結(jié)構(gòu)中的氮原子含有孤對電子，它具有較強的配位能力，容易與氧化鋅和氧化銦形成配合物，且形成的配合物具有很好的剛性平面結(jié)構(gòu)和豐富的π電子，以及優(yōu)良的電子離域環(huán)境，而且中間體3上的苯并咪唑結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)的π-π堆積作用使得該類配合物穩(wěn)定性更強，進而氧化鋅和氧化銦能牢固存在于改性乙炔黑中，協(xié)同發(fā)揮作用，以提高放電容量、延長循環(huán)壽命、抑制負(fù)極硫酸鹽化和析氫問題，增強電池的穩(wěn)定性和耐用性。

18、此外，改性乙炔黑表面含有豐富的羥基，其能夠和去離子水以及乙醇中的羥基產(chǎn)生氫鍵相互作用，進而改性乙炔黑能夠更加充分的分散在體系中，含鉛化合物也能更加均勻的負(fù)載在乙炔黑表面。進而本發(fā)明步驟(1)制備的復(fù)合材料能有效提升電極的電化學(xué)性能，且低倍率下降低充電過程中產(chǎn)生的析氫問題，提高充放電效率，高倍率下能承擔(dān)部分放電電流，能緩解硫酸鉛的積累，降低極化，同時提高電池的循環(huán)壽命、安全性能以及通過改善負(fù)極板的硫酸鹽化現(xiàn)象來增強電池的穩(wěn)定性和耐用性。

19、進一步地，所述步驟(1)的含鉛化合物、改性乙炔黑、去離子水和乙醇的用量比為(0.02-0.06)g:0.12g:50ml:50ml。

20、進一步地，所述步驟(2)的硫酸鉛、導(dǎo)電石墨、復(fù)合材料、硫酸鋇、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為1:(0.015-0.03):(0.005-0.015):0.02:0.005:0.002。

21、一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料，根據(jù)上述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料的制備方法制備而成。

22、本發(fā)明的有益效果：氧化鋅和氧化銦通過化學(xué)作用牢固存在于改性乙炔黑中，協(xié)同發(fā)揮作用，加之改性乙炔黑和含鉛化合物在負(fù)極材料中的高分散度，因而本發(fā)明負(fù)極材料能改善導(dǎo)電石墨的分布，更有利于離子和電子傳輸；同時能抑制析氫，提高析氫過電位，提高電極的充放電接受能力和效率；還能降低電極內(nèi)阻和極化，緩解負(fù)極的硫酸鹽化現(xiàn)象，改善電極的循環(huán)性能，延長電極壽命。因此，利用本發(fā)明負(fù)極材料制得的成品電池有優(yōu)良的電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，步驟s1的d-萄糖氨、苯并咪唑-5-甲酸、edc、nhs和dmf的用量比為19.6g:16.2g:3.8g:2.3g:200ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，步驟s2的乙炔黑、濃硫酸的用量比為10g:330ml；預(yù)處理乙炔黑、環(huán)氧氯丙烷的用量比為7.7g:10ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，步驟s3的中間體1、中間體2、三乙胺和dmf的用量比為43.7g:14g:20.5ml:220ml。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，步驟s4的中間體3、氧化鋅、氧化銦和去離子水的用量比為30g:0.015g:0.015g:250ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的含鉛化合物為鉛、氧化鉛、四氧化三鉛中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的含鉛化合物、改性乙炔黑、去離子水和乙醇的用量比為(0.02-0.06)g:0.12g:50ml:50ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的硫酸鉛、導(dǎo)電石墨、復(fù)合材料、硫酸鋇、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為1:(0.015-0.03):(0.005-0.015):0.02:0.005:0.002。

9.一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料的制備方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高倍率鉛酸電池負(fù)極材料及其制備方法，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。將含鉛化合物、改性乙炔黑、去離子水和乙醇加入燒瓶中，超聲，過濾，干燥得復(fù)合材料；將聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸鈉、去離子水混合所得預(yù)混物2倒入硫酸鉛、導(dǎo)電石墨、復(fù)合材料、硫酸鋇混合研磨所得預(yù)混物1中，攪拌、研磨、涂覆、壓實、干燥得負(fù)極材料。氧化鋅和氧化銦牢固存在于改性乙炔黑中，加之改性乙炔黑和含鉛化合物在負(fù)極材料中的高分散度，本發(fā)明負(fù)極材料能改善導(dǎo)電石墨的分布，更有利于離子和電子傳輸；且能抑制析氫，提高析氫過電位，提高電極的充放電接受能力和效率；還能降低電極內(nèi)阻和極化，緩解負(fù)極的硫酸鹽化現(xiàn)象，改善電極的循環(huán)性能，延長電極壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：王健,袁朝勇,袁朝明
受保護的技術(shù)使用者：江蘇歐力特能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2