复合碳泡沫体制造技术

复合泡沫体包括：包含孔网络和多个间断面的碳泡沫体材料；和沉积在所述碳泡沫体材料的多个间断面的至少一些之上的第二材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及复合材料，且更具体而言，涉及导电的复合碳泡沫体。
技术介绍
已知电化学电池(其中包括例如铅酸电池和基于4^的电池)包括至少一 个正极集流体、至少一个负极集流体、和电解质溶液。在传统铅酸电池中， 例如正极集流体和负极集流体两者均由铅构成。这些铅集流体的作用是在 充电和放电过程期间向和从电池端子输送电流。铅酸电池中电能的存储和 释放通过在设置在集流体上的糊中发生的化学反应实现。正极集流体和负 极集流体一旦涂布有这种糊，则分别被称为正极板和负极板。对铅酸电池 耐用性的显著限制为正极板的铅集流体的腐蚀。铅集流体的腐蚀速率是决定铅酸电池寿命的主要因素。 一旦将电解质 (例如，硫酸)加入到电池中并且使电池充电，则各正极板的集流体由于暴露 于硫酸和正极板的阳极电位而连续经受腐蚀。正极板集流体的这种腐蚀的 最具破坏性的效果之一是体积膨胀。具体地，随着铅集流体腐蚀，由该集 流体的铅源金属形成二氧化铅。而且，与消耗以产生二氧化铅的铅源材料 相比，该二氧化铅腐蚀产物具有较大的体积。铅源材料的腐蚀以及随后二 氧化铅腐蚀产物的体积增加称为体积膨胀。体积膨胀在集流体上诱发使该集流体变形和伸展的机械应力。在集流 体的总体积增加约4% ~7%时，该集流体可破裂。结果，电池容量可下降， 并且最终，电池将达到其使用寿命的终点。另外，在腐蚀的晚期，可发生 集流体内的内部短路以及单元壳的破裂。这些腐蚀效果两者可导致电池内 一个或多个单元的故障。延长铅酸电池使用寿命的 一种方法是提高正极板的集流体的耐腐蚀 性。已经提出几种用于抑制铅酸电池中腐蚀过程的方法。由于碳在铅酸电 池通常运行的温度下不氧化，因此这些方法的 一些已经涉及使用各种形式 的碳以减緩或者防止铅酸电池中的有害的腐蚀过程。例如，在美国专利公开No. 20040121238中已提出碳泡沫体作为用于铅酸电池中的集流体材料。 相对于铅集流体栅，使用碳泡沫体(例如，石墨泡沫体)作为集流体可增加集 流体的耐腐蚀性以及表面积。集流体的这种额外的表面积可增加电池的比 能量和比功率，从而提高其性能。然而，在该泡沫体中形成的孔网络中， 可存在可允许带电离子嵌入到泡沫体的结构中的多个间断面(discontinuity)。 这些离子可像打进碳泡沫体结构内的楔子一样作用，引起内部破坏(例如龟 裂和分离)和导致集流体的过早损坏。当碳泡沫体结构包含石墨时，嵌入效 应可为特别普遍的。此外，间断面可提供促进碳泡沫体和各种化学反应性 物质之间的化学相互作用的反应部位。该化学相互作用可损害碳泡沫体的 结构完整性。该化学反应性可对许多类型的碳泡沫体具有破坏效果。 本专利技术涉及克服现有技术中存在的问题或者缺点的一个或者多个。
技术实现思路
本专利技术的装置和方法涉及导电的复合碳泡沫体。本公开内容的一个实施方式包括复合泡沫体。该复合泡沫体包括包含 孔网络和多个间断面的碳泡沫体材料。该复合泡沫体进一步包括以复合泡 沫体的约0.5重量％或更大至少于25重量％的量选择性地沉积在所述碳泡 沫体材料的多个间断面的至少 一些之上或者之内的第二材料。在另一实施方式中，公开导电的复合泡沫体。该导电的复合泡沫体包 括包含孔网络和多个间断面的碳泡沫体材料，其中该碳泡沫体具有不大于 50000pQ-cm的电阻率值。该导电的复合泡沫体进一步包括选择性地沉积在 所述碳泡沫体材料的多个间断面的至少 一些之上的第二材料。在又一实施方式中，公开铅酸电池。该铅酸电池包括外壳、设置在该 外壳内的至少一个单元、电解质、和至少一个包含复合泡沫体材料的导电 部件。该复合泡沫体材料包括碳泡沫体材料，其包含孔网络和多个间断 面；和第二材料，其沉积在所述^_泡沫体材料的多个间断面的至少一些之 上或者之内。在又一个实施方式中，公开复合泡沫体的生产方法。该方法包括提供 处理混合物的步骤，所述处理混合物包含第二材料以及实质上极性的溶剂， 其中所述第二材料保持第一极性的电荷。该方法进一步包括如下步骤将 包含孔网络和多个间断面的碳泡沫体材料暴露于所述处理混合物；和向该碳泡沫体材料施加第二极性的电压电位，其中所述第二极性与所述第 一极 性相反。在又一实施方式中，公开使复合泡沫体部件增强的方法。该方法包括如下步骤提供包括第二材料和溶剂的处理混合物；和将包含孔网络和多 个间断面的碳泡沫体材料暴露于所述处理混合物，其中将所述碳泡沫体材 料暴露于所述处理混合物实现所述第二材料的至少 一些向所述碳泡沫体材 料的转移，使得所述第二材料以所述复合泡沫体的约0.5重量％或者更大且 少于25重量％的量选择性地沉积在所述多个间断面的至少一些之上或者之 内。附图说明引入本说明书中并且构成本说明书 一部分的附图说明本专利技术的实施方 式、并且与所述描述一起用来解释本专利技术的原理。在附图中图1 -沈明根据本专利技术示例性实施方式的电池10;图2A说明根据本专利技术示例性实施方式的集流体20;图2B说明可任选地形成在集流体20上的接片(tab)21的更近的视图3提供示例性碳泡沫体在约IOOX放大倍数下的二维图像；图4为描述与本专利技术的实施方式一致的用第二材料处理碳泡沫体的一 种示例性方法的流程图；和图5为描述与本专利技术的实施方式一致的用第二材料处理碳泡沫体的另 一种示例性方法的流程图。具体实施例方式现在将详细参照本专利技术的示例性实施方式，其实施例在附图中说明。 只要可能，在整个附图中相同的附图标记用于指相同或者相似的部分。图1说明根据本专利技术示例性实施方式的电池10。电池10包括外壳11 和可在外壳11之外的端子12。至少一个单元13设置在外壳11内。电池10 可以单个单元13运行，或者替换地，多个单元可串联或者并联连接以提供 电池10的所需总电势。各单元13可由浸入电解质溶液中的交替的正极板和负极板或正极和负 极组成。可对电解质溶液组成进行选择以与具体的电池化学对应。例如，铅酸电池可包括酸性电解质溶液。任何合适的酸可用于提供铅酸电池的电 解质。在一个具体实施方式中，石克酸可与水混合以提供电池10的电解质溶 液。或者，其它化学电池可包括其它电解质。例如，基于镍的电池可包括 包含与水混合的碱(例如，KOH)的石威性电解质溶液。电池IO进一步包括至少一个导电部件，其包括例如集流体、汇流条以及任何其它与本专利技术相符合的导电部件。在一个实施方式中，各单元13的正极板和负极板可包括装填或者涂布有化学活性材料的导电集流体。所述化学活性材料的组成可取决于电池10的化学。例如，铅酸电池可包括化学 活性材料，其包括例如铅的氧化物或者盐。此外，镍镉(NiCd)电池的阳极板 (即，正极板)可包括氢氧化镉(Cd(OH)2)材料；镍金属氢化物电池可包括镧镍 (LaNi5)材料；镍锌(NiZn)电池可包括氢氧化锌(Zn(OH)2)材料；和镍铁(NiFe) 电池可包括氢氧化铁(Fe(OH)2)材料。在所有基于镍的电池中，在阴极(即， 负极)板上的化学活性材料可为氢氧化镍。图2A说明根据本专利技术示例性实施方式的集流体20。集流体20可包括 薄的、矩形主体和用于形成与集流体20的电连接的接片21。然而，在一些 实施方式中接片21可省略。图2A中所示的集流体可用于形成正极板或者负极板。如前所述，在设 置在电池的集流体上的活性材料中的化学反应使得能够存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合泡沫体，包括：　包含孔网络和多个间断面的碳泡沫体材料；和　第二材料，其以所述复合泡沫体的约０．５重量％或更大～少于２５重量％的量选择性地沉积在所述碳泡沫体材料的多个间断面的至少一些之上或者之内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯布拉齐斯，柯蒂斯C凯利，马修J马鲁恩，博里斯I莫纳霍夫，
申请(专利权)人：萤火虫能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]