一种用于铅炭电池负极的复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及铅炭电池，具体为一种用于铅炭电池负极的复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、铅酸电池高倍率部分荷电状态下的循环使用会造成负极不可逆硫酸盐化，大大减少铅酸电池的使用寿命，这影响了铅酸电池在很多领域的应用。在铅酸电池的负极中添加少量的碳添加剂可以增加负极材料的比表面积，延长循环寿命，但是碳添加剂加速了铅炭电极的析氢反应，会导致电解液失水，电池能效降低，更有甚者，产生的氢气迫使碳从海绵铅中分离出来，破坏了铅炭电极的导电网络，导致铅炭电池寿命的下降。

2、中国专利cn113964306a公开了一种以g-c3n4/析氢抑制剂为碳源的铅碳电池负极材料及负极，按照重量份数计，包括如下组分：0.1-0.15份木素、0.2-0.3份腐殖酸、0.05-0.1份纤维、0.5-1.5份硫酸钡、0.5-4份g-c3n4/析氢抑制剂复合添加剂、93-99份铅粉，本发明中通过g-c3n4与纳米氧化锌复合，在增加其电池性能的前提下，弥补了其析氢的缺陷，延长了电池的寿命，具有电池性能优异、寿命长、无环境污染的优点。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种用于铅炭电池负极的复合材料及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种用于铅炭电池负极的复合材料，包括硼掺杂g-c3n4。

4、进一步地，所述硼掺杂g-c3n4为纳米管状结构。

5、进一步地，还包括石墨烯。

6、进一步地，所述硼掺杂g-c3n4和石墨烯的重量比为1：0.001-0.1。

7、进一步地，所述石墨烯包覆在所述硼掺杂g-c3n4的表面。

8、本发明还提供了一种用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法：

9、s1：将三聚氰胺、含硼掺杂剂、甲醇水溶液混合均匀后干燥、研磨得到混合物；

10、s2：将混合物加热至500-600℃，保温煅烧2-4h得到硼掺杂g-c3n4；

11、s3：在所述硼掺杂g-c3n4表面气相沉积石墨烯。

12、进一步地，s1中所述含硼掺杂剂为硼氢化钠或硼酸。

13、进一步地，s1中所述三聚氰胺、含硼掺杂剂的重量比为1：0.01-0.05。

14、进一步地，s2中加热速度为1-5℃/min。

15、进一步地，s3具体如下：

16、将硼掺杂g-c3n4放置在气相沉积设备内，在氩气和氢气的混合气氛下升温至600-800℃，通入甲烷进行裂解生长石墨烯，沉积40-80min后停止通入甲烷和氢气，在氩气保护下恢复室温即可。

17、本发明的有益效果：

18、本发明提供了一种铅炭电池负极的复合材料，由于氮原子的电负性比碳大，因而g-c3n4具有较高的电容和抑制析氢的作用，硼掺杂可以进一步改变g-c3n4中碳的电子性质，提高与氢和电荷的结合力，使析氢反应的氢气吸附步骤受到阻碍，而且所制备的硼掺杂g-c3n4具有特殊的纳米管状空间结构和更多的活性位点，通过吸附被铅覆盖，从而在其表面形成铅相，这使硼掺杂g-c3n4与铅颗粒的附着力提高，对铅粒子的亲和力增加，可以作为电子转移的旁路，加速pbso4还原的电化学反应，延迟pbso4相的累积，并抑制pbso4晶体的连续生长，表面石墨烯包覆大大提高了其电子导电性，电荷接受能力增强，电池的极化现象减少，炭层与负极表面之间的界面反应和更小的析氢电流，使析氢反应能够得到有效抑制，复合材料提高了负极的导电性和电化学活性，延长了铅炭电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种用于铅炭电池负极的复合材料，其特征在于，包括硼掺杂g-c3n4。

2.如权利要求1所述的用于铅炭电池负极的复合材料，其特征在于，所述硼掺杂g-c3n4为纳米管状结构。

3.如权利要求1所述的用于铅炭电池负极的复合材料，其特征在于，还包括石墨烯。

4.如权利要求3所述的用于铅炭电池负极的复合材料，其特征在于，所述硼掺杂g-c3n4和石墨烯的重量比为1：0.001-0.1。

5.如权利要求4所述的用于铅炭电池负极的复合材料，其特征在于，所述石墨烯包覆在所述硼掺杂g-c3n4的表面。

6.一种如权利要求5所述的用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法，其特征在于，s1中所述含硼掺杂剂为硼氢化钠或硼酸。

8.如权利要求6所述的用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法，其特征在于，s1中所述三聚氰胺、含硼掺杂剂的重量比为1：0.01-0.05。

9.如权利要求6所述的用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法，其特征在于，s2中加热速度为1-5℃/min。

10.如权利要求6所述的用于铅炭电池负极的复合材料的制备方法，其特征在于，s3具体如下：

技术总结
本发明涉及铅炭电池技术领域，具体为一种用于铅炭电池负极的复合材料及其制备方法，包括硼掺杂g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;，所述硼掺杂g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;为纳米管状结构，还包括石墨烯，所述硼掺杂g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;和石墨烯的重量比为1：0.001‑0.1，使用本发明实施例中复合材料所制备的铅炭电池在500次循环后的容量保持率＞80％，具有较长的使用寿命，扩大了铅炭电池的应用领域。

技术研发人员：何军华
受保护的技术使用者：湖南科舰能源发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21