一種摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉛酸蓄電池制造領(lǐng)域，涉及一種摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)和技術(shù)給人類帶來(lái)文明的同時(shí)，資源環(huán)境也正遭受著前所未有的破壞，環(huán)境與資源已日益成為人類面臨的兩大挑戰(zhàn)，發(fā)展電動(dòng)交通工具已成為有效的解決途徑之一。電動(dòng)交通工具的核心是作為動(dòng)力的電源，目前，鉛炭電池、鋰離子電池和液流電池是電動(dòng)交通工具電池的三大發(fā)展方向。其中，鋰電成本相對(duì)較高，一致性問題也仍然存在；液流電池成本也很高；而鉛炭電池以其低廉的成本和成熟可靠的應(yīng)用逐步成為近期相對(duì)實(shí)際可行的儲(chǔ)能技術(shù)路線。
[0003]普通鉛酸電池具有低溫性能好、成本低、生產(chǎn)及回收工藝成熟等優(yōu)勢(shì)，但其循環(huán)壽命短，充電時(shí)間長(zhǎng)、不能滿足大電流充放電性能是其應(yīng)用于電動(dòng)交通工具電池的致命缺點(diǎn)。鉛酸電池活性物質(zhì)中加入一定量的石墨烯等炭添加劑所形成的具有電容特性的鉛炭電池或改性鉛酸電池，可大幅度提高充電接收能力和大電流充放電性能，同時(shí)阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池的壽命，在新能源儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿艽?。然而石墨烯等炭添加劑在鉛酸電池活性物質(zhì)中的有效分散是一直困擾鉛炭電池發(fā)展的關(guān)鍵因素，由于石墨烯的比重與鉛酸蓄電池活性物質(zhì)中氧化鉛粉的比重相差較大，因此粉狀石墨烯在活性物質(zhì)制備過程中極易團(tuán)聚而較難分散；且石墨烯為納米材料，普通的鉛酸蓄電池活性物質(zhì)混合制備方法很難達(dá)到納米級(jí)的分散而使石墨烯充分分散于活性物質(zhì)中，從而使石墨烯無(wú)法發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用，制成的鉛酸蓄電池?zé)o法達(dá)到上述大幅度提高充電接收能力和大電流充放電性能，延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池壽命的目的。因此，如何可靠、有效和低成本的實(shí)現(xiàn)石墨烯在鉛酸電池活性物質(zhì)中的分散混合是鉛酸電池鉛膏中摻入石墨烯的制備關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏的制備方法，該方法能夠使石墨烯充分分散于鉛酸蓄電池活性物質(zhì)中，大幅度提高鉛酸蓄電池的充電接收能力和大電流充放電性能，大大延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池的使用壽命。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏的制備方法，其包括以下步驟:
(1)將水性分散劑加入去離子水中進(jìn)行高速攪拌混合，攪拌下緩慢加入石墨烯繼續(xù)攪拌混合制成石墨烯水性分散液；按重量比計(jì)算，水性分散劑:純石墨烯:去離子水為0.1?5: 0.5 ?5:100 ;
(2)將硫酸緩慢加入去離子水中并攪拌冷卻制得稀硫酸；將水性分散劑加入稀硫酸中進(jìn)行高速攪拌混合，攪拌下緩慢加入石墨烯繼續(xù)攪拌混合制成石墨烯稀硫酸分散液；按重量比計(jì)算，水性分散劑:純石墨稀:硫酸:去離子水為0.1?5: 0.5?5:39?130:100 ；所述硫酸濃度為98% ;
步驟(I)和步驟(2)中，所述水性分散劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP、羧甲基纖維素鈉CMC、木質(zhì)素磺酸鈉SLS、十二烷基苯磺酸鈉SDBS的一種或多種；所述石墨烯為少層石墨烯或石墨烯微片產(chǎn)品，產(chǎn)品形態(tài)為粉狀、槳狀或液態(tài)；
步驟(3)的所有過程均在同向雙螺桿混合器中連續(xù)完成；
(3)將配制好的石墨烯水性分散液均勻連續(xù)加入同向雙螺桿混合器中輸送的氧化鉛混合物粉體料流中進(jìn)行初布的分布及分散混合制成膏狀混合物；按重量比計(jì)算:石墨烯水性分散液:氧化鉛混合物為8?15:100 ;氧化鉛混合物是由100的氧化鉛粉、0.3?0.6的短纖維、O?0.8的硫酸鋇、O?I的腐殖酸和O?4的炭黑組成的；
將配制好的石墨烯稀硫酸分散液均勻連續(xù)加入同向雙螺桿混合器中連續(xù)膏狀混合物料流中，繼續(xù)在同向雙螺桿混合器后續(xù)的輸送過程中形成鉛膏；按重量比計(jì)算:石墨烯稀硫酸分散液:氧化鉛粉混合物為5.3?20:100。
[0006]本發(fā)明利用鉛膏制備過程中所必需使用的水和稀硫酸作為石墨烯的載體，將石墨烯分別以石墨烯水分散液和石墨烯稀硫酸分散液的方式按比例先后依次連續(xù)加入同向雙螺桿混合器中的氧化鉛混合物粉體連續(xù)料流中，混合后的物料在由同向雙螺桿混合器中的后續(xù)輸送過程中經(jīng)過反復(fù)混合、分流、捏合、混煉，使石墨烯水性分散液和稀硫酸分散液在氧化鉛混合物粉體中得到充分的分布。本發(fā)明將石墨烯在氧化鉛混合物粉體中的分散轉(zhuǎn)換為石墨烯在液體介質(zhì)中的分散和分散液在氧化鉛混合物粉狀固體中的分布兩個(gè)步驟，從而經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)了石墨烯在氧化鉛混合物中的分散。本發(fā)明能夠使石墨烯充分分散于鉛酸蓄電池活性物質(zhì)中，大幅度提高鉛酸蓄電池的充電接收能力和大電流充放電性能，同時(shí)阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，大大延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖中I為氧化鉛混合物的進(jìn)料裝置，21和22為高速攪拌分散器，3為去離子水的進(jìn)料裝置，4為水性分散劑的進(jìn)料裝置，5為石墨烯的進(jìn)料裝置，6為稀硫酸的進(jìn)料裝置，7為同向雙螺桿混合器。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0010]實(shí)施例1，一種摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏的制備方法，其包括以下步驟:
(I)、稱取130克(1.65份)聚乙烯吡咯烷酮PVP、羧甲基纖維素鈉CMC、木質(zhì)素磺酸鈉
SLS或十二烷基苯磺酸鈉SDBS加入8千克(100份)去離子水中并在高速攪拌分散器21中攪拌均勻，攪拌下緩慢加入含純石墨烯100克(1.25份)的石墨烯粉未，該石墨烯粉未的石墨烯平均片層厚度3nm，含量80%，攪拌5分鐘后所得溶液即為石墨烯水性分散液。3為去離子水的進(jìn)料裝置，4為水性分散劑進(jìn)料裝置，5為石墨烯的進(jìn)料裝置。
[0011](2)、稱取濃度98%的硫酸4千克(40份)沿容器壁緩慢加入10千克(100份)的去離子水中并攪拌至冷卻制成稀硫酸，稱取170克(1.7份)聚乙烯吡咯烷酮PVP、羧甲基纖維素鈉CMC、木質(zhì)素磺酸鈉SLS或十二烷基苯磺酸鈉SDBS加入稀硫酸中并在高速攪拌分散器22中攪拌均勻，攪拌下緩慢加入含純石墨烯125克(1.25份)的石墨烯粉未，該石墨烯粉未的石墨烯平均片層厚度3nm，含量80%，攪拌5分鐘后所得溶液即為石墨烯稀硫酸分散液。4為水性分散劑進(jìn)料裝置，5為石墨烯的進(jìn)料裝置，6為稀硫酸的進(jìn)料裝置。
[0012]步驟(3)的所有過程均在同向雙螺桿混合器7中連續(xù)完成。
[0013](3)稱取100千克(100份)氧化鉛混合物粉體由同向雙螺桿混合器7的加料口加入，同向雙螺桿混合器7以15千克/分鐘的混合能力運(yùn)行，由混合器7的加料口 I將配制好的石墨烯水性分散液以1.2千克/分鐘的速度連續(xù)加入雙螺桿混合器，整體加入8千克(8份)石墨烯水性分散液；由混合器7的加料口 II將配制好的石墨烯稀硫酸分散液以2.1千克/分鐘的速度連續(xù)加入雙螺桿混合器，整體加入14千克(14份)石墨烯稀硫酸分散液；由混合器充分混合并反應(yīng)后得到摻入石墨烯的鉛酸蓄電池鉛膏。氧化鉛混合物是由100份的氧化鉛粉、0.3份的短纖維、0.6份的硫酸鋇，0.5份的腐殖酸，I份的炭黑組成的。I為氧化鉛混合物的進(jìn)料裝置。
[0014]所制備的摻入石墨烯的鉛膏經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)分析顯示石墨烯分布均勻且石墨烯的厚度尺寸約為2?6nm，表明石墨烯在鉛蓄電池鉛膏中的分散良好。
[0015]將本實(shí)施例的摻入石墨烯的負(fù)極鉛膏按常規(guī)工藝制成負(fù)極板并與常規(guī)工藝的正極板組成電池，摻入石墨烯的鉛膏制成的電池與常規(guī)電池在模擬HEV測(cè)試制度下進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示常規(guī)電池的一個(gè)單元循環(huán)的壽命1874次，而本實(shí)施例鉛膏制成的電池一個(gè)單元循環(huán)的循環(huán)壽命可達(dá)16385次，本實(shí)施例鉛膏制成的電池是常規(guī)電池的循環(huán)壽命的8?9倍。
[0016]將循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的本實(shí)施例鉛膏制成的極板和常規(guī)電池負(fù)板柵經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)，常規(guī)負(fù)極板經(jīng)1874次循環(huán)后形成了大量直徑約