氧化炭黑以及用于铅酸电池的应用制造技术

本文中公开了氧化炭黑，其可被引入到用于铅酸电池的电极组合物中。在一些实施方式中，所述氧化炭黑具有650‑2100m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化炭黑以及用于铅酸电池的应用相关申请本申请根据U.S.C.§119(e)要求2015年7月1日提交的美国临时申请No.62/193,844以及2015年9月22日提交的美国临时申请No.61/221,824的优先权，将其特此引入作为参考。
本文中公开了氧化炭黑，其在电极和铅酸电池(battery)应用中可为有用的。
技术介绍
在将碳质材料添加至铅酸电池组合物(例如，阳极组合物)方面存在越来越多的使用。已经发现，碳可改善充电接收能力和循环寿命。然而，碳的存在可导致在过充电压下汽车应用和静态应用相关的高温过充条件期间增加的水损失。因此，依旧需要开发如下的用于铅酸电池的新型添加剂：其在防止增加的水损失的同时实现合适的充电接收能力和循环寿命。
技术实现思路
一个实施方式提供具有以下性质的氧化炭黑：650-2100m2/g的BET表面积；35-500mL/100g的吸油值(OAN)；和相对于所述氧化炭黑的总重量的至少5.5重量％的挥发物含量，如通过在950℃的重量损失测定的。另一实施方式提供具有以下性质的氧化炭黑：650-2100m2/g的BET表面积；35-500mL/100g的吸油值(OAN)；和相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量。另一实施方式提供具有以下性质的氧化炭黑：650-2100m2/g的BET表面积；35-500mL/100g的吸油值(OAN)；和至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的。另一实施方式提供具有以下性质的氧化炭黑：650-2100m2/g的BET表面积；和35-500mL/100g的吸油值(OAN)，至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的。另一实施方式提供由基础炭黑(母炭黑，basecarbonblack)得到的氧化炭黑，其中所述基础炭黑具有以下性质：650-2100m2/g的BET表面积；和35-500mL/100g的吸油值(OAN)，其中所述氧化炭黑具有相对于所述氧化炭黑的总重量的至少5.5重量％的挥发物含量，如通过在950℃的重量损失测定的。另一实施方式提供由基础炭黑得到的氧化炭黑，其中所述基础炭黑具有以下性质：650-2100m2/g的BET表面积；和35-500mL/100g的吸油值(OAN)，其中所述氧化炭黑具有相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量。另一实施方式提供由基础炭黑得到的氧化炭黑，其中所述基础炭黑具有以下性质：650-2100m2/g的BET表面积；和35-500mL/100g的吸油值(OAN)，其中所述氧化炭黑具有至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的。另一实施方式提供由基础炭黑得到的氧化炭黑，其中所述基础炭黑具有以下性质：650-2100m2/g的BET表面积；和35-500mL/100g的吸油值(OAN)，其中所述氧化炭黑具有至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的。另一实施方式提供电极组合物，其包括：如本文中公开的氧化炭黑；和至少一种含铅材料。另一实施方式提供电极组合物，其包括：具有80-2100m2/g的BET表面积的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3重量％的挥发物含量，如通过在950℃的重量损失测定的；和至少一种含铅材料。另一实施方式提供电极组合物，其包括：具有80-2100m2/g的BET表面积的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量；和至少一种含铅材料。另一实施方式提供电极组合物，其包括：具有80-2100m2/g的BET表面积的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的；和至少一种含铅材料。另一实施方式提供电极组合物，其包括：具有80-2100m2/g的BET表面积的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的；和至少一种含铅材料。另一实施方式提供电极，其包括本文中公开的氧化炭黑或电极组合物。另一实施方式提供电芯(cell)或铅酸电池，其包括如本文中公开的电极。另一实施方式提供制造氧化炭黑的方法，其包括：将基础炭黑氧化，其中所述基础炭黑具有650-2100m2/g的BET表面积和35-500mL/100g的吸油值(OAN)；其中所述氧化炭黑具有以下性质的至少一种：(a)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少5.5重量％的挥发物含量，如通过在950℃的重量损失测定的；(b)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量；(c)至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的；和(d)至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，如通过Boehm滴定方法测定的。附图说明图1为实施例4的样品的粉末电阻率(Ω-cm)对密度(g/cm3)的图；图2为实施例4的样品的粉末电阻率(Ω-cm)对标准化氧含量([氧]/BET，μmol/m2)的图；图3为实施例4的样品的粉末电阻率(Ω-cm)对标准化挥发物含量(挥发物含量/BET，％g/m2)的图；图4为实施例5的组合物在-0.6V(对SCE)处的标准化析氢反应电流(IHER)(以mA/mA计)对氧含量(重量％)的图；图5为实施例5在-0.6V(对SCE)处的标准化析氢反应电流(IHER)(以mA/mA计)对导电性指标(conductivityindex)的图；和图6为实施例6的对于如下铅酸电池的动态充电接收能力(DCA)、冷起动(coldcrank)(CCA)和3星期水损失结果的条形图：不具有炭黑(对照物)，具有0.5重量％炭黑(CB)和0.5重量％氧化炭黑(样品“氧化B”)。具体实施方式已经发现，某些氧化炭黑提供高的动态充电接收能力，同时减少在添加某些碳添加剂时所看到的水损失。因此，本文中公开了氧化碳质材料，其可引入到用于铅酸电池应用的电极中。通常，将碳添加至负极板可改善铅酸电池的充电接收能力和循环寿命。铅酸电池的充电接收能力和循环寿命受具有热力学上更有利的表面/体积比的大的硫酸铅晶体的形成所限制。随着所形成的硫酸铅晶体的表面/体积比下降，负极逆转PbSO4还原回铅的能力被削弱，尤其是在典型地与快速充电有关的短的时间尺度上，并且因此，充电接收能力恶化。因此，大的硫酸铅晶体的形成导致充电和放电速率方面的动力学不可逆性，其为被称作“硫酸盐化”的状况。动力学上不可逆的硫酸铅晶体的过度积累进而导致负极板/负极结构体的恶化，这可导致过早失效(过早破坏，prematurefailure)和循环寿命的损失。碳质材料(例如炭黑、石墨、活性炭、或者其它形式的碳例如石墨烯或碳纳米管)的添加可导致负极形态的改变以在多次充电和放电循环期间改善所形成的硫酸铅晶体的形成和溶解方面的动力学可逆性和所保持的电极稳定性，从而可改善充电接收能力和循环寿命。然而，改变的负极形态可导致提高的水电解速率以及总体上增加的水损失率(速率)，尤其是在过充条件中。在一个实施方式中，该折衷得以缓和以本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有以下性质的氧化炭黑：650‑2100m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.17 US 62/193,844;2015.09.22 US 62/221,8241.具有以下性质的氧化炭黑：650-2100m2/g的BET表面积；35-500mL/100g的吸油值(OAN)；和以下性质的至少一种：(a)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少5.5重量％的挥发物含量，其通过在950℃的重量损失测定；(b)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量；(c)至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，其通过Boehm滴定方法测定；和(d)至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，其通过Boehm滴定方法测定。2.权利要求1的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有650-1500m2/g的BET表面积。3.权利要求1的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有700-1500m2/g的BET表面积。4.权利要求1-3任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有35-200mL/100g的OAN。5.权利要求1-3任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有35-170mL/100g的OAN。6.权利要求1-5任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑由基础炭黑得到，其中所述基础炭黑具有8-50nm的一次颗粒尺寸。7.权利要求1-6任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有10-75的导电性指标，其中所述导电性指标由以下方程得到：导电性指标＝[BETxOAN]1/2/[1+挥发物含量]。8.权利要求7的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有10-70的导电性指标。9.权利要求1-8任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少0.2Ω-cm的粉末电阻率。10.权利要求1-8任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少0.25Ω-cm的粉末电阻率。11.权利要求1-10任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有6或更低的pH，其通过ASTMD1512测定。12.权利要求1-10任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有1.5-6的pH，其通过ASTMD1512测定。13.权利要求1-12任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有0.15mmol/g-1.5mmol/g的浓度的表面羧酸基团，其通过Boehm滴定方法测定。14.权利要求1-12任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有0.1μmol/m2-1.2μmol/m2的浓度的表面羧酸基团，其通过Boehm滴定方法测定。15.权利要求1-14任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少25mJ/m2的表面能。16.权利要求1-14任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有25mJ/m2-50mJ/m2的表面能。17.权利要求1-16任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有至少的晶粒尺寸(La)，其通过拉曼光谱法测定。18.权利要求1-16任一项的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有的晶粒尺寸(La)，其通过拉曼光谱法测定。19.电极，其包括权利要求1-18任一项的氧化炭黑。20.铅酸电池，其包括权利要求19的电极。21.电极组合物，其包括权利要求1-18任一项的氧化炭黑；和至少一种含铅材料。22.电极组合物，其包括：具有80-2100m2/g的BET表面积的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有以下性质的至少一种：(a)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3重量％的挥发物含量，其通过在950℃的重量损失测定；(b)相对于所述氧化炭黑的总重量的至少3.5重量％的总氧含量；(c)至少0.5μmol/m2的总的能滴定的酸性基团含量，其通过Boehm滴定方法测定；和(d)至少0.5mmol/g的总的能滴定的酸性基团含量，其通过Boehm滴定方法测定。23.权利要求22的电极组合物，其中所述氧化炭黑具有35-360...

【专利技术属性】
技术研发人员：A科尔切夫，AL杜帕斯奎尔，P阿塔纳索瓦，
申请(专利权)人：卡博特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US