铅酸电池以及为此的糊膏制造技术

适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，其中，所述炭黑具有以下性质：(a)约100-约2100m2/g的BET表面积；和(b)约35-约360cc/100g的油吸附值(OAN)，条件是所述吸油值小于0.14×所述BET表面积+65。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请根据35U. S. C. § 119(e)要求2009年11月2日提交的在先美国临时专利申请No. 61/257226和2010年8月28日提交的美国临时专利申请No. 61/377925的优先权，它们的全部内容在此引入作为参考。本专利技术涉及铅酸电池以及用于形成铅酸电池板、尤其是铅酸电池负极板的糊膏。
技术介绍
铅酸电池是电化学蓄电池，通常包含正极板、负极板、以及含有含水硫酸的电解质。各板保持平行定向且由多孔隔膜电隔离以允许带电离子自由移动。电池正极板包含表面上覆盖有正极导电二氧化铅(PbO2)层的集电体(即，金属的板或栅板)。电池负极板包含覆盖有负极活性物质的集电体，所述负极活性物质典型地为金属铅(Pb)。在放电循环期间，由负极板提供的金属铅(Pb)与离子化的硫酸电解质反应以在负极板表面上形成硫酸铅(PbSO4)，同时，位于正极板上的PbO2转变为在正极板上或附近的PbS04。在充电循环期间(通过由外电流提供的电子)，负极板表面上的PbSO4转变回金属Pb，且正极板表面上的PbSO4转变回PbO2。实际上，充电循环将PbSO4转变为金属Pb和PbO2 ；放电循环通过将PbO2和金属Pb转变回PbSO4而释放储存的电势。目前，将铅酸电池制造成富液型腔室和阀控式构造。在富液型腔室电池中，电极/板浸在电解质中，并将在充电期间产生的气体排放至大气。阀控式铅酸电池(VRLA)包括单向阀，所述单向阀防止外部气体进入电池但允许当内部压力超过某一阈值时排出内部气体(例如在充电期间产生的氧气)。在VRLA电池中，通过电解质在玻璃毡隔膜中的吸收或者通过使用二氧化硅颗粒使硫酸凝胶化，通常使电解质固定。现有铅酸电池的一个主要问题是它们在先进应用(如混合动力电动车和分布式存储)所需的高速充电/放电条件下的循环能力低。在这些操作条件下的主要故障模式称为负极板硫酸化，其是用于描述硫酸铅(PbSO4)晶粒的动力学不可逆形成现象的术语。理想地，在每次充电/放电循环期间，负极板上的所有硫酸铅可逆地转变为铅并然后转变回硫酸铅。然而，实际上不是该情况，在每次循环期间，越来越多的硫酸铅不可逆地形成在负极板中。所形成的硫酸铅的量的提高导致若干不期望的效果板的电导率和孔隙率降低；硫酸向活性相的可接近性受阻；且较少的Pb可用于参与放电过程，所有这些的组合导致电池无法放出所需的电压和功率(电能，power)。当采用快速充电/放电循环时，这一现象尤其显著。用于减轻〃负极板硫酸化〃问题的一个已知方法是向用于制造负极板的糊膏中加入碳(通常为石墨、炭黑和/或活性炭的形式)。碳提高了活性物质在放电状态下的电导率，从而改善了其充电接收能力。在〃Mechanism of action of electrochemicalIy activecarbons on the processes that take place at the negative plates of lead-acidbatteries (Pavlov 等人，Journal of Power Sources，191，2009，58-75)中讨论了这样的方法的实例，其中，研究了以负极板糊膏的0. 2-2重量％的可变含量加入不同形式的碳的效果。所研究的碳材料为NORITAZO活性炭和炭黑VULCAN XC72R、Black Pearls 2000和PRINTEX XE20此外，美国专利申请公开No. 2009/0325068公开了用于铅酸电池用电池板的电池糊膏的膨胀剂(expander),其包含硫酸钡、约O. 2%-6%的炭和/或石墨、以及有机材料(如木质素磺酸盐)。进一步地，美国专利申请公开No. 2010/0015531公开了适用于电池负极板的糊膏，其包含具有大于约O. IcmVg的中孔体积和约20埃-约320埃的中孔尺寸范围的活性炭，所述中孔尺寸范围由DFT氮吸附等温线确定。尽管碳的加入是减轻〃负极板硫酸化〃的有效方法，但是，当前对于机械方面的关 注限制了向负极板糊膏中加入的碳的量。因此，碳的加入要求提高负极糊膏混合物中的水和/或硫酸的量以降低糊膏的粘度。然而，这经常导致糊膏对下面的支撑栅板的粘着的降低，并因此导致在糊膏处理和/或板固化期间的板完整性的降低。例如，由于糊膏与用于糊膏处理的设备的粘着，糊膏可被从支撑栅板上移开。此外，在板固化期间，由于差的栅板接触，糊膏可从栅板上剥离。进一步地，在板固化和/或成型期间，可在电极中形成裂纹，这随后导致结合了该电极的电池的差的循环能力和差的电极性能。根据本专利技术，现已发现，通过使用某些低结构炭黑，用于所述碳的加入的糊膏中所需的额外的水和/或硫酸的量可显著降低。因此，能够显著提高可加入到糊膏中的碳的量，而没有糊膏以及最终电极的机械性质的附属降低。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术在于适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约3-约25重量％，其中，所述炭黑具有以下性质(a)约 80-约 2100m2/g 的 BET 表面积；和(b)约 3δ-约 250cc/100g 的油吸附值(OAN)。适宜地，所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约3-约10重量％。在一个实施方案中，所述炭黑具有约600-约2100m2/g、例如约600-约1500m2/g的BET表面积。在另一实施方案中，所述炭黑具有约80-600m2/g、例如250-600m2/g的BET表面积。在一个实施方案中，所述炭黑具有约35-约200cc/100g、例如约100-约200cc/100g 的油吸附值(OAN)。在另一实施方案中，所述炭黑具有约35-约150cc/100g、如约35-约120cc/100g、例如约35-约100cc/100g的吸油值(OAN)。适宜地，所述炭黑为聚集的初级颗粒的团聚体形式，其中所述初级颗粒具有约8-约20nm的平均尺寸,所述初级颗粒聚集体具有约15-约150nm的平均尺寸,而且,所述团聚体具有约0. 5-约10微米的平均尺寸。在进一步的方面中，本专利技术在于适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，其中，所述炭黑具有以下性质(a)约 600-约 2100m2/g 的 BET 表面积；和(b)约 8O-约 250cc/100g 的油吸附值(OAN)。适宜地，所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约O. 2-约10重量％。在又一进一步的方面中，本专利技术在于适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，其中，所述炭黑具有以下性质(a)约 100-约 2100m2/g 的 BET 表面积；和(b)约 35-约 360cc/100g 的油吸附值(OAN)，条件是所述吸油值小于O. 14X所述BET表面积+65。 适宜地，所述炭黑具有约1X0AN-约I. 5XOAN cc/100g的水吸附。附图说明图I是适用于制造某些本文所述炭黑的炭黑反应器的一部分的示意图。具体实施例方式本文所述的是用于铅酸电池的负极板糊膏，其中所述糊膏包含铅氧化物和低结构炭黑颗粒，所述低结构炭黑颗粒具有约35-约250CC/100g的油吸附值(OAN)和/或约80-约 2100m2/g (例如，约 100-约 1800m2/g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.02 US 61/257,226;2010.08.28 US 61/377,9251.适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约3-约25重量％，其中，所述炭黑具有以下性质 (a)约80-约2100m2/g的BET表面积；和 (b)约35-约 250cc/100g 的油吸附值(OAN)。2.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约3-约10重量％。3.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约600-约2100m2/g的BET表面积。4.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约600-约1500m2/g的BET表面积。5.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约80-600m2/g的BET表面积。6.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约250-600m2/g的BET表面积。7.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约35-约200cc/100g的油吸附值(OAN)。8.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约80-约200cc/100g的油吸附值(OAN)。9.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约35-120cc/100g的吸油值(OAN)。10.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约35-100cc/100g的吸油值(OAN)。11.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约IX OAN-约I. 5 X OAN cc/100g的水吸附。12.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约8-约20nm的平均初级粒径。13.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约35-约150nm的平均聚集体尺寸。14.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑具有约0.5-约10微米的平均团聚体尺寸。15.权利要求I的糊膏，其中所述炭黑已经被改性以包含表面有机基团。16.由权利要求I的糊膏制造的用于铅酸电池的负极板。17.铅酸电池，包含由权利要求I的糊膏制造的负极板。18.适用于铅酸电池负极板的糊膏，所述糊膏包含铅氧化物和炭黑，其中，所述炭黑具有以下性质 (a)约600-约2100m2/g的BET表面积；和 (b)约80-约 250cc/100g 的油吸附值(OAN)。19.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑相对于所述铅氧化物的负载为约0.5-约10重量％。20.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑具有约80-约200cc/100g的油吸附值(OAN)。21.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑具有约IX OAN-约I. 5 X OAN cc/100g的水吸附。22.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑具有约8-约20nm的平均初级粒径。23.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑具有约35-约150nm的平均聚集体尺寸。24.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑具有约0.5-约10微米的平均团聚体尺寸。25.权利要求18的糊膏，其中所述炭黑已经被改性以包含表面硫酸根或磺酸根基团。26.由权利要求18的糊膏制...

【专利技术属性】
技术研发人员：P阿塔娜索瓦，B布利扎纳克，M奥加卡，T柯达斯，GD莫瑟，PA柯西雷夫，NJ哈德曼，
申请(专利权)人：卡博特公司，
类型：发明
国别省市：