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一种铅炭电池负极用多功能 活性炭 复合材料及其制备方法、铅炭电池

阅读：161发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种多功能活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的导电剂和析氢抑制剂。本发明得到了一种具体高比表面积、高导电性和抑制析氢多功能的活性炭复合材料，本发明采用原位掺杂的方式，将导电剂和析氢抑制剂均匀分散在活性炭的孔道中，活性炭的导电性能和抑制析氢的功能得到有效的提高。而且该多功能的活性炭复合材料功能多，添加使用方便，制备工艺简单高效，成本低。本发明提供的活性炭的功能多样化，有利于活性炭在铅炭电池领域中的应用，具有深刻的意义。，下面是一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多功能活性炭复合材料，其特征在于，包括活性炭和复合在所述活性炭上的导电剂和析氢抑制剂。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导电剂包括碳纳米管、乙炔黑、炭黑、科琴黑、石墨、石墨烯、无定形碳、碳气凝胶和纳米多孔碳中的一种或多种；
所述析氢抑制剂包括氧化铋、氧化铟、二氧化锡和锌的化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导电剂复合在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；
所述析氢抑制剂复合在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；
所述活性炭的前驱体包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种；
所述导电剂与所述活性炭的质量比为1：(10～200)；
所述析氢抑制剂与所述活性炭的质量比为1：(5～100)。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述析氢抑制剂的粒径为5～100nm；
所述多功能活性炭复合材料的粒径为5～50μm；
所述多功能活性炭复合材料，在析氢电位为-0.9V时，析氢电流密度为0.5～1.5A/g；
所述多功能活性炭复合材料的比表面积为500～1500m2/g；
所述多功能活性炭复合材料的中孔孔容占比为50％～80％。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导电剂为石墨烯时：
所述石墨烯包覆在所述活性炭表面和所述活性炭的孔道上；
所述析氢抑制剂负载在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；
所述析氢抑制剂位于石墨烯表面、石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间中的一种或多种。
6.一种多功能活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将活性炭前驱体颗粒、导电剂和析氢抑制剂进行混合后，得到混合物料；
2)将上述步骤得到的混合物料与活化剂再次混合后，在保护性气体的条件下进行活化，得到多功能活性炭复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭前驱体包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种；
所述活性炭前驱体颗粒的粒径为5～50μm；
所述导电剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为1：(20～500)；
所述析氢抑制剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为1：(10～200)。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭前驱体颗粒由活性炭前驱体经气流粉碎后得到；
所述混合为球磨分散；
所述混合的时间为0.5～2h；
所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙和氯化锌其中一种或多种；
所述活化剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为(1～6)：1。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述再次混合的时间为0.5～2h；
所述活化的温度为400～800℃；
所述活化的时间为1～6h；
所述活化后还包括后处理步骤；
所述后处理步骤包括除杂、过滤、洗涤和干燥中的一种或多种。
10.一种铅炭电池，其特征在于，包含正极和负极；
所述负极包括权利要求1～5任意一项所述的多功能活性炭复合材料或权利要求6～9任意一项所述的制备方法所制备的多功能活性炭复合材料。

说明书全文

一种铅炭电池负极用多功能 活性炭 复合材料及其制备方法、

铅炭电池

技术领域

[0001] 本发明属于铅炭材料技术领域，涉及一种多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池，尤其涉及一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池。

背景技术

[0002] 随着科学技术的不断进步，全球储能电池市场规模快速增长。铅酸电池作为一种传统的储能电池已经有160余年，在现今的储能领域仍占有举足轻重的地位，因而铅酸电池也是目前所有储能电池中技术最成熟的电池，具有价格低廉、安全性高、电池回收率高等优点，是储能电池应用的首选。然而，铅酸电池由于比能量低(35～40Wh/kg)、体积大、快速充电困难及循环寿命短(300～800次)等缺点极大地限制了其应用与发展，特别是在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下电池的负极不可逆硫酸盐化问题，加速了电池的失效。

[0003] 在铅酸电池的基础上，铅炭电池则是一种新型的超级电池，是将活性炭添加到铅酸电池的负极活性材料Pb中，既发挥了超级电容瞬间高倍率充放电的优点，又发挥了铅酸电池比能量的优势，且具有非常好的充放电性能--90分钟就可充满电(铅酸电池若这样充、放，寿命只有不到30次)。而且由于高比表面积炭材料的加入，消除了电池负极不可逆硫酸盐化的现象，大大延长了电池的循环寿命。但是，炭材料是一种低析氢过电位材料，这与铅酸电池负极的工作电位不相匹配，在电池正常充放电的情况下易产生严重的析氢现象，加速电解液失水干涸，导致电池失效，这严重影响了铅炭电池的寿命；另外活性炭的导电性能会直接影响铅炭电池的性能，但往往活性炭的导电性能较差，添加后电池内阻增加，加速电池失效，限制了铅炭电池的应用。

[0004] 目前，在炭材料中添加适当的析氢抑制剂能够解决铅炭电池的析氢问题，常用的析氢抑制剂主要有氧化铟、二氧化锡、氧化银、锌的化合物。研究人员将析氢抑制剂通过简单的混合加入到铅炭电池负极中，虽然取得了一定的抑制析氢效果，但还是没有达到析氢抑制剂的完全应用；而且活性炭的导电性较差，往往再混合炭黑来改善导电性能，但是炭黑的添加会影响涂膏的稳固性、极板和铅膏的结合能力，不能保证负极板的强度要求，而且也会导致铅炭电池的比能量有所降低。而且还存在炭材料功能单一，过程复杂，成本高等问题，使得其在铅炭电池的应用受到很大限制。

[0005] 因此，如何将更好的解决铅炭电池的析氢问题，更加发挥活性炭的性能，一直是业内诸多一线研发人员所面临的关键性挑战之一。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池，特别是一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料，本发明提出的高比表面积、高导电性和抑制析氢多功能的活性炭材料，将导电剂和析氢抑制剂原位掺杂均匀分散在活性炭的孔道中，活性炭的导电性能和抑制析氢的功能得到有效的提高，从而解决了活性炭在铅炭电池中出现的问题。

[0007] 本发明提供了一种多功能活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的导电剂和析氢抑制剂。

[0008] 优选的，所述导电剂包括碳纳米管、乙炔黑、炭黑、科琴黑、石墨、石墨烯、无定形碳、碳气凝胶和纳米多孔碳中的一种或多种；

[0009] 所述析氢抑制剂包括氧化铋、氧化铟、二氧化锡和锌的化合物中的一种或多种。

[0010] 优选的，所述导电剂复合在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；

[0011] 所述析氢抑制剂复合在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；

[0012] 所述活性炭的前驱体包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种；

[0013] 所述导电剂与所述活性炭的质量比为1：(10～200)；

[0014] 所述析氢抑制剂与所述活性炭的质量比为1：(5～100)。

[0015] 优选的，所述析氢抑制剂的粒径为5～100nm；

[0016] 所述多功能活性炭复合材料的粒径为5～50μm；

[0017] 所述多功能活性炭复合材料，在析氢电位为-0.9V时，析氢电流密度为0.5～1.5A/g；

[0018] 所述多功能活性炭复合材料的比表面积为500～1500m2/g；

[0019] 所述多功能活性炭复合材料的中孔孔容占比为50％～80％。

[0020] 优选的，所述导电剂为石墨烯时：

[0021] 所述石墨烯包覆在所述活性炭表面和所述活性炭的孔道上；

[0022] 所述析氢抑制剂负载在所述活性炭表面和均匀分散在所述活性炭的孔道中；

[0023] 所述析氢抑制剂位于石墨烯表面、石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间中的一种或多种。

[0024] 本发明提供了一种多功能活性炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0025] 1)将活性炭前驱体颗粒、导电剂和析氢抑制剂进行混合后，得到混合物料；

[0026] 2)将上述步骤得到的混合物料与活化剂再次混合后，在保护性气体的条件下进行活化，得到多功能活性炭复合材料。

[0027] 优选的，所述活性炭前驱体包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种；

[0028] 所述活性炭前驱体颗粒的粒径为5～50μm；

[0029] 所述导电剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为1：(20～500)；

[0030] 所述析氢抑制剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为1：(10～200)。

[0031] 优选的，所述活性炭前驱体颗粒由活性炭前驱体经气流粉碎后得到；

[0032] 所述混合为球磨分散；

[0033] 所述混合的时间为0.5～2h；

[0034] 所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙和氯化锌其中一种或多种；

[0035] 所述活化剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比为(1～6)：1。

[0036] 优选的，所述再次混合的时间为0.5～2h；

[0037] 所述活化的温度为400～800℃；

[0038] 所述活化的时间为1～6h；

[0039] 所述活化后还包括后处理步骤；

[0040] 所述后处理步骤包括除杂、过滤、洗涤和干燥中的一种或多种。

[0041] 本发明还提供了一种铅炭电池，包含正极和负极；

[0042] 所述负极包括上述技术方案任意一项所述的多功能活性炭复合材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的多功能活性炭复合材料。

[0043] 本发明提供了一种多功能活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭上的导电剂和析氢抑制剂。与现有技术相比，本发明针对现有技术中，解决铅炭电池析氢问题时，多种添加剂的加入存在，应用效果不充分，强度下降，比能量下降，以及过程复杂，成本高等问题。

[0044] 本发明创造性的得到了一种具体高比表面积、高导电性和抑制析氢多功能的活性炭复合材料，本发明采用原位掺杂的方式，将导电剂和析氢抑制剂均匀分散在活性炭的孔道中，活性炭的导电性能和抑制析氢的功能得到有效的提高，有效的解决了析氢抑制剂与活性炭普通混合，存在的结合力弱，制约析氢抑制剂作用的问题，更避免了加入导电剂炭黑等，会影响涂膏稳固性、极板和铅膏结合能力，进而导致负极板的强度下降的问题。而且该多功能的活性炭复合材料功能多，添加使用方便，制备工艺简单高效，成本低。本发明提供的活性炭的功能多样化，有利于活性炭在铅炭电池领域中的应用，具有深刻的意义。

[0045] 实验结果表明，本发明制备的多功能活性炭复合材料，在相同电位下，析氢电流密度大幅下降，具有较好的抑制析氢的效果，改性的活性炭中石墨烯分散均匀，导电率也得到了提高。附图说明

[0046] 图1为本发明实施例1制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图；

[0047] 图2为本发明实施例2制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图；

[0048] 图3为本发明实施例3制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图。

具体实施方式

[0049] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

[0050] 本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

[0051] 本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或电容器领域使用的常规纯度。

[0052] 本发明提供了一种多功能活性炭复合材料，其特征在于，包括活性炭和复合在所述活性炭上的导电剂和析氢抑制剂。

[0053] 本发明对所述活性炭的来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的活性炭来源即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活性炭的前驱体优选包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种，更优选为石油焦、生物质或树脂。

[0054] 本发明原则上对所述导电剂的选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的导电剂即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述导电剂优选包括碳纳米管、乙炔黑、炭黑、科琴黑、石墨、石墨烯、无定形碳、碳气凝胶和纳米多孔碳中的一种或多种，更优选为碳纳米管、乙炔黑、炭黑、科琴黑、石墨、石墨烯、无定形碳、碳气凝胶或纳米多孔碳，本发明为保证最终产品的性能和结构，最优选为石墨烯。

[0055] 本发明对所述石墨烯的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石墨烯的参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整，本发明所述石墨烯优选为片层小于等于5层的氧化石墨烯的占比优选大于等于80％，更优选为大于等于85％，更优选为大于等于90％。本发明所述石墨烯的片层的厚度优选为0.7～2nm，更优选为1.0～1.8nm，更优选为1.2～1.5nm。所述石墨烯片层的片径优选为7～20μm，
2
更优选为10～18μm，更优选为12～15μm。所述石墨烯的比表面积优选为400～600m/g，更优选为420～580m2/g，更优选为450～550m2/g。

[0056] 本发明原则上对所述导电剂的含量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的导电剂的常规含量即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述导电剂与所述活性炭的质量比优选为1：(10～200)，更优选为1：(30～180)，更优选为1：(50～150)，更优选为1：(80～120)。

[0057] 本发明原则上对所述析氢抑制剂的选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的析氢抑制剂即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述析氢抑制剂优选包括氧化铋、氧化铟、二氧化锡和锌的化合物中的一种或多种，更优选为氧化铋、氧化铟、二氧化锡或锌的化合物。

[0058] 本发明原则上对所述析氢抑制剂的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的析氢抑制剂常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述析氢抑制剂的颗粒粒径优选为5～100nm，更优选为25～80nm，更优选为45～60nm。

[0059] 本发明原则上对所述析氢抑制剂的含量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的析氢抑制剂的常规含量即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述析氢抑制剂与所述活性炭的质量比优选为1：(5～100)，更优选为1：(15～80)，更优选为1：(25～60)，更优选为1：(35～40)。

[0060] 本发明对所述复合的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的复合方式即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述复合的方式优选为沉积、负载、生长、掺杂、嵌入和键连中的一种或多种，更优选为沉积、负载、生长、掺杂、嵌入或键连，最优选为负载。

[0061] 本发明为保证最终复合材料的性能，所述多功能活性炭复合材料中，所述导电剂不仅复合在所述活性炭表面，而且均匀分散在所述活性炭的孔道中。同样的，所述析氢抑制剂也不仅复合在所述活性炭表面，而且均匀分散在所述活性炭的孔道中。在本发明为进一步提高最终复合材料的性能，所述导电剂最优选为石墨烯。当所述导电剂为石墨烯时，本发明所述二维片层状的石墨烯会包覆在所述活性炭表面，也会包覆在所述活性炭的孔道上(包括孔道内)。而且所述析氢抑制剂的颗粒也会负载在所述活性炭的表面，同时均匀分散在所述活性炭的孔道中。这时，析氢抑制剂的颗粒位于石墨烯表面和/或石墨烯与活性炭之间。此外，所述析氢抑制剂的颗粒还会位于石墨烯片层之间，即所述析氢抑制剂位于石墨烯表面、石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间中的一种或多种。

[0062] 更加重要的是，本发明提供的多功能活性炭复合材料，原位复合能够减少石墨烯的团聚和堆叠，而且析氢抑制剂的颗粒可以插层在石墨烯片层之间，相比传统的混合加入的方式，更加大大减少了石墨烯后期重叠和团聚。

[0063] 本发明对上述多功能活性炭复合材料的性能和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明提供的多功能活性炭复合材料具有多项优异的性能，所述多功能活性炭复合材料的粒径优选为5～50μm，更优选为15～40μm，更优选为25～30μm。本发明所述多功能活性炭复合材料，在析氢电位为-0.9V时，析氢电流密度可以为0.5～1.5A/g，也可以为0.7～1.3A/g，也可以为0.9～1.1A/g。
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所述多功能活性炭复合材料的比表面积可以为500～1500m/g，也可以为700～1300m /g，也可以为900～1100m2/g。所述多功能活性炭复合材料的中孔孔容占比可以为50％～80％，也可以为55％～75％，也可以为60％～70％。

[0064] 本发明还提供了一种多功能活性炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0065] 1)将活性炭前驱体颗粒、导电剂和析氢抑制剂进行混合后，得到混合物料；

[0066] 2)将上述步骤得到的混合物料与活化剂再次混合后，在保护性气体的条件下进行活化，得到多功能活性炭复合材料。

[0067] 本发明对上述制备方法中的材料的选择、组成和结构，以及相应的优选原则，与前述多功能活性炭复合材料的选择、组成和结构，以及相应的优选原则均优选可以进行对应，在此不再一一赘述。

[0068] 本发明将活性炭前驱体颗粒、导电剂和析氢抑制剂进行混合后，得到混合物料。

[0069] 本发明原则上对所述活性炭前驱体颗粒的选择和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的活性炭前驱体颗粒的常规选择和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活性炭前驱体优选包括石油焦、生物质和树脂中的一种或多种，更优选为石油焦、生物质或树脂。所述活性炭前驱体颗粒的粒径优选为5～50μm，更优选为15～40μm，更优选为25～30μm。

[0070] 本发明对所述活性炭前驱体颗粒的来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的活性炭前驱体颗粒的常规来源即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活性炭前驱体颗粒可以由活性炭前驱体经气流粉碎后得到。

[0071] 本发明原则上对所述导电剂的加入量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的导电剂的常规加入量即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述导电剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比优选为1：(20～500)，更优选为1：(50～400)，更优选为1：(100～300)，更优选为1：(150～200)。

[0072] 本发明原则上对所述析氢抑制剂的加入量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的析氢抑制剂的常规加入量即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述析氢抑制剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比优选为1：(10～200)，更优选为1：(20～180)，更优选为1：(30～150)，更优选为1：(50～100)。

[0073] 本发明对所述混合的方式和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规混合方式和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述混合的方式优选为球磨分散。本发明所述混合的时间优选为0.5～2h，更优选为0.7～1.8h，更优选为1.0～1.5h。

[0074] 本发明随后将上述步骤得到的混合物料与活化剂再次混合后，在保护性气体的条件下进行活化，得到多功能活性炭复合材料。

[0075] 本发明原则上对所述活化剂的选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的活化剂的常规选择即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活化剂优选包括石氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙和氯化锌中的一种或多种，更优选为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙或氯化锌。

[0076] 本发明对所述活化剂的加入量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的活化剂的常规加入量即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活化剂与所述活性炭前驱体颗粒的质量比优选为(1～6)：1，更优选为(2～5)：1，更优选为(3～4)：1。

[0077] 本发明对所述保护性气体没有特别限制，以本领域技术人员熟知的保护性气体即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述保护性气体优选包括氮气和惰性气体中的一种或多种，更优选为氮气或氩气。

[0078] 本发明对所述再次混合的方式和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规混合方式和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述再次混合的方式优选为搅拌混合。本发明所述再次混合的时间优选为0.5～2h，更优选为0.7～1.8h，更优选为1.0～1.5h。

[0079] 本发明对所述活化的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石油焦活化的条件即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述活化的温度优选为400～800℃，更优选为450～750℃，更优选为500～700℃，更优选为550～650℃。所述活化的时间优选为1～6h，更优选为2～5h，更优选为3～4h。

[0080] 本发明为进一步提高最终产品的性能，完整工艺路线，所述活化后优选还包括后处理步骤。所述后处理步骤优选包括洗涤和干燥。

[0081] 本发明对所述洗涤的步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石油焦活化后的洗涤步骤即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述洗涤的具体步骤优选依次包括自然降温、水洗、酸洗和水洗，更具体优选为自然降温，水洗至中性，酸洗，再水洗至中性。本发明所述酸洗用酸优选为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或多种，更优选为盐酸、硝酸或磷酸。

[0082] 本发明还提供了一种铅炭电池，包含正极和负极。所述负极包括包含上述技术方案任意一项所述的多功能活性炭复合材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的多功能活性炭复合材料。本发明对所述铅炭电池的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的铅炭电池的定义即可。

[0083] 本发明上述步骤提供了一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池，

[0084] 本发明创造性的得到了一种具体高比表面积、高导电性和抑制析氢多功能的活性炭复合材料，本发明将导电剂和析氢抑制剂，在活性炭活化的过程中加入，实现了二者的原位掺杂，将导电剂和析氢抑制剂均匀分散在活性炭的孔道中，而且在采用少量析氢抑制剂的条件下，活性炭的导电性能和抑制析氢的功能得到有效的提高，大大提高了析氢抑制剂的利用率，有效的解决了析氢抑制剂与活性炭普通混合，存在的结合力弱，制约析氢抑制剂作用的问题；更避免了加入导电剂炭黑等，会影响涂膏稳固性、极板和铅膏结合能力，进而导致负极板的强度下降的问题。而且本发明更特别采用了石墨烯与析氢抑制剂配合，不仅利用了石墨烯较好的导电性能，析氢抑制剂更能有效的阻止石墨烯在普通混合加入过程中出现的团聚和堆叠现象，更好的发挥石墨烯的性能。

[0085] 本发明提供的制备方法，是将导电剂、析氢抑制剂与活性炭前驱体进行球磨预分散，再与活化剂混合均匀进行共活化，石墨烯和析氢抑制剂在活性炭孔道内分布均匀，活性炭和析氢抑制剂、石墨烯的接触更为充分，活性炭的析氢点位和导电性得到显著提高，有效解决传统活性炭带来的问题。而且制备工艺简单高效，成本低。本发明提供的多功能的活性炭复合材料功能多，添加使用方便，功能多样化，有利于活性炭在铅炭电池领域中的应用，具有深刻的意义。

[0086] 实验结果表明，本发明制备的多功能活性炭复合材料，在相同电位下，析氢电流密度大幅下降，具有较好的抑制析氢的效果，改性的活性炭中石墨烯分散均匀，导电率也得到了提高。

[0087] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

[0088] 实施例1

[0089] 使用气流粉碎机将100g石油焦粉碎至粒径D50为10μm，称取6g氧化铋和0.4g石墨烯与石油焦进行球磨预分散，预分散物料与活化剂氢氧化钾按照1:3的质量比进行混合，混合均匀后将其置于镍锅中，在有氮气保护的活化炉中升温至650℃进行活化处理2h，反应结束后冷却至室温，采用稀盐酸去除所得碳材料中的活化剂和杂质，去离子水洗涤至中性，洗涤后干燥，得到多功能活性炭。

[0090] 对本发明实施例1制备的多功能活性炭进行表征。

[0091] 参见图1，图1为本发明实施例1制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图。

[0092] 由图1可知，石墨烯片层均匀的包覆在活性炭表面和活性炭的孔道中，虽然在大倍数电镜图中无法很好的观察到微观形貌，但是仍然能够看出少量的析氢抑制剂复合在活性炭表面和活性炭的孔道中，而且析氢抑制剂会位于石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间。

[0093] 对本发明实施例1制备的多功能活性炭进行电化学性能检测。

[0094] 称取上述实施例中制备的多功能活性炭与粘结剂按质量比95:5混合均匀，在研钵2
研磨过程中在滴加异丙醇直至糊状无干粉，涂于1cm 正方型泡沫镍，在100℃真空干燥5h后作为工作电极，1×1cmPt为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极为参比电极，电解液为1.28g/cm3H2SO4，采用Zahner电化学工作站对三电极体系进行LSV和EI测试，电压窗口在-1.5～0V之间，阴极电流越大说明析氢越严重。

[0095] 结果表明，当电势在-0.9V时，普通活性炭的析氢电流密度为1.98A/g，而多功能活性炭的析氢电流密度为0.94A/g，多功能活性炭抑制析氢效果明显。经阻抗测试分析，多功能活性炭电极板的导电率增加25％。

[0096] 实施例2

[0097] 使用气流粉碎机将100g石油焦粉碎至粒径D50为20μm，称取10g氧化铟和0.6g石墨烯与石油焦进行球磨预分散，预分散物料与活化剂氢氧化钠按照1:4的质量比进行混合，混合均匀后将其置于镍锅中，在有氮气保护的活化炉中升温至700℃进行活化处理3h，反应结束后冷却至室温，采用稀盐酸去除所得碳材料中的活化剂和杂质，去离子水洗涤至中性，洗涤后干燥，得到多功能活性炭。

[0098] 对本发明实施例2制备的多功能活性炭进行表征。

[0099] 参见图2，图2为本发明实施例2制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图。

[0100] 由图2可知，石墨烯片层均匀的包覆在活性炭表面和活性炭的孔道中，虽然在大倍数电镜图中无法很好的观察到微观形貌，但是仍然能够看出少量的析氢抑制剂分散在活性炭表面，而且析氢抑制剂会位于石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间。

[0101] 对本发明实施例2制备的多功能活性炭进行电化学性能检测。

[0102] 称取上述实施例中制备的多功能活性炭与粘结剂按质量比95:5混合均匀，在研钵研磨过程中在滴加异丙醇直至糊状无干粉，涂于1cm2正方型泡沫镍，在100℃真空干燥5h后作为工作电极，1×1cmPt为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极为参比电极，电解液为1.28g/cm3H2SO4，采用Zahner电化学工作站对三电极体系进行LSV和EI测试，电压窗口在-1.5～0V之间，阴极电流越大说明析氢越严重。

[0103] 结果表明，当电势在-0.9V时，普通活性炭的析氢电流密度为1.98A/g，而多功能活性炭的析氢电流密度为0.76A/g，多功能活性炭抑制析氢效果明显。经阻抗测试分析，多功能活性炭电极板的导电率增加29％。

[0104] 实施例3

[0105] 使用气流粉碎机将100g椰壳炭粉碎至粒径D50为30μm，称取15g二氧化锡、1g石墨烯与石油焦进行球磨预分散，预分散物料与活化剂氢氧化钠按照1:2的质量比进行混合，混合均匀后将其置于镍锅中，在有氮气保护的活化炉中升温至600℃进行活化处理1.5h，反应结束后冷却至室温，采用稀盐酸去除所得碳材料中的活化剂和杂质，去离子水洗涤至中性，洗涤后干燥，得到多功能活性炭。

[0106] 对本发明实施例3制备的多功能活性炭进行表征。

[0107] 参见图3，图3为本发明实施例3制备的多功能活性炭的SEM扫描电镜图。

[0108] 由图3可知，石墨烯片层均匀的包覆在活性炭表面和活性炭的孔道中，虽然在大倍数电镜图中无法很好的观察到微观形貌，但是仍然能够看出少量的析氢抑制剂复合在活性炭表面和活性炭的孔道中，而且析氢抑制剂会位于石墨烯表面、石墨烯与活性炭之间和石墨烯片层之间。

[0109] 对本发明实施例3制备的多功能活性炭进行电化学性能检测。

[0110] 称取上述实施例中制备的多功能活性炭与粘结剂按质量比95:5混合均匀，在研钵研磨过程中在滴加异丙醇直至糊状无干粉，涂于1cm2正方型泡沫镍，在100℃真空干燥5h后作为工作电极，1×1cmPt为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极为参比电极，电解液为1.28g/cm3H2SO4，采用Zahner电化学工作站对三电极体系进行LSV和EI测试，电压窗口在-1.5～0V之间，阴极电流越大说明析氢越严重。

[0111] 结果表明，当电势在-0.9V时，普通活性炭的析氢电流密度为1.98A/g，而多功能活性炭的析氢电流密度为0.83A/g，多功能活性炭抑制析氢效果明显。经阻抗测试分析，多功能活性炭电极板的导电率增加35％。

[0112] 实施例4

[0113] 使用气流粉碎机将100g酚醛树脂粉碎至粒径D50为20μm，称取15g氧化镓和1g石墨烯与石油焦进行球磨预分散，预分散物料与活化剂氯化锌按照1:2的质量比进行混合，混合均匀后将其置于镍锅中，在有氮气保护的活化炉中升温至450℃进行活化处理5h，反应结束后冷却至室温，采用稀盐酸去除所得碳材料中的活化剂和杂质，去离子水洗涤至中性，洗涤后干燥，得到多功能活性炭。

[0114] 对本发明实施例4制备的多功能活性炭进行电化学性能检测。

[0115] 称取上述实施例中制备的多功能活性炭与粘结剂按质量比95:5混合均匀，在研钵研磨过程中在滴加异丙醇直至糊状无干粉，涂于1cm2正方型泡沫镍，在100℃真空干燥5h后3
作为工作电极，1×1cmPt为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极为参比电极，电解液为1.28g/cm H2SO4，采用Zahner电化学工作站对三电极体系进行LSV和EI测试，电压窗口在-1.5～0V之间，阴极电流越大说明析氢越严重。

[0116] 结果表明，当电势在-0.9V时，普通活性炭的析氢电流密度为1.98A/g，而多功能活性炭的析氢电流密度为0.79A/g，多功能活性炭抑制析氢效果明显。经阻抗测试分析，多功能活性炭电极板的导电率增加37％。

[0117] 以上对本发明提供的一种铅炭电池负极用多功能活性炭复合材料及其制备方法、铅炭电池进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

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