用于铅酸系统的电极及电存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术主要涉及用在铅酸电池系统中的电极，及其电池和电存储装置，以及制备所述电极、电池和电存储装置的方法。具体地，所述电极包括用于铅酸蓄电池的活性电池材料，其中所述电极的表面具有涂层，所述涂层含有包括复合碳粒子的碳混合物，其中每一个所述复合碳粒子包括与第二导电碳材料的粒子相结合的第一电容器碳材料的粒子。含有所述电极的电存储装置和电池，例如特别适合用于需要在PSOC下反复快速充电/放电操作的混合型电动车中、怠速停止系统车辆中、和工业应用（如风力发电和光伏发电）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于铅酸系统的电极及电存储装置
本专利技术一般涉及在铅酸电池系统中使用的电极，电池及其电存储装置，以及所述电极、电池和电存储装置的制造方法。含有所述电极的电存储装置和电池，例如特别适用于需要在部分荷电状态下(PSOC)反复快速充电/放电操作的混合动力电动车中、怠速停止系统车辆中、和工业应用（如风力发电和光伏发电）中。
技术介绍
PCT国际公开文本WO2005/027255是针对一种包括负极的铅酸蓄电池，其适于用在需要在PSOC下反复短时间充电/放电操作的混合动力电动车中。所述电极涂有多孔碳混合物，所述多孔碳混合物通过由粘合剂材料和混合粉末形成糊剂，然后将该糊剂施用于电极板的表面并干燥而制得，所述混合粉末含有具有电容器容量和/或准电容器（pseudo-capacitor）容量的碳材料的粒子和具有导电性的碳材料的粒子。WO2005/027255中描述的铅酸蓄电池与具有常规负极板的铅酸蓄电池相比，具有增加的循环寿命。然而，已经发现，随着充电/放电循环的重复，Pb或PbSO4沉积在具有电容器功能的碳材料粒子的表面上，该粒子内部许多孔的入口被沉积的Pb或PbSO4堵塞，因此电容器功能显著变差，相应地，缩短了在PSOC下的快速充电/放电循环寿命。更具体地，对于具有电容器功能的碳材料的粒子，如包含在常规碳混合物涂层中的活性炭等，当在开路排列（opencircuitarrangement）下电池被充电至在铅酸负极板上引起极化时，材料带有负电荷并吸附电双层质子和具有正电荷的阳离子，并且当在开路排列下电池被放电至在铅酸负极板上引起极化时，它们从粒子的表面解吸。此外，当相比于不充电时的电势，电池进一步被放电至在铅酸负极板上引起极化时（涉及开路排列），粒子的表面带有正电荷并吸附电双层上的阴离子。因此，在具有电容器功能的碳材料的粒子上，作为阳离子的Pb离子以及质子是同时被吸附和解吸的。因此，吸附在活性炭表面上的Pb离子被还原为Pb金属，并且Pb金属沉积在所述粒子的表面上。进一步地，放电操作引起Pb的氧化，导致PbSO4在粒子表面上的沉积。这些粒子具有内孔，并因此具有庞大的内表面积，但是它们具有看似光滑的多面体外形或球形外形与较小的表观表面积。因此，当Pb或PbSO4沉积在这类粒子的外表面上时，内孔的入口被沉积的Pb或PbSO4堵塞，结果是，电容器功能显著变差。需要替代的并改进的电极用于铅酸电池系统，如电极和电池中，提高循环寿命并改善在铅酸系统中、特别是在PSOC下需要反复短时间充电/放电操作的系统中提供高速率材料的一些缺点。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了一种电极，其包括用于铅酸蓄电池的活性电池材料，其中所述电极的表面具有涂层，所述涂层含有包括复合碳粒子的碳混合物。每个复合碳粒子含有第一电容器碳材料的粒子，所述第一电容器碳材料的粒子涂有第二导电碳材料的粒子。在另一个实施例中，每一个复合碳粒子可以包括，涂在所述第一电容器碳材料的粒子表面上的所述第二导电碳材料的粒子以及可选地第三导电材料的粒子，或由其组成，其中所述第二导电碳材料以及可选地所述第三导电材料，在所述第一电容器碳材料粒子上的表面覆盖率为至少20％。在一个实施例中，所述复合碳粒子包含所述第一电容器碳材料的一个或多个粒子，或由其组成，其中每个粒子涂有所述第二导电碳材料的粒子，以及可选地，所述第三导电碳材料的粒子。在另一个实施例中，含有复合碳粒子的碳混合物可以由所述第一电容器碳材料、所述第二导电碳材料以及可选地，所述第三导电碳材料组成。例如，所述第二导电碳材料的粒子以及可选地所述第三导电碳材料的粒子，可以涂在所述第一电容器碳材料粒子表面的至少主要部分上。所述第二碳材料的粒子尺寸，以及可选地所述第三碳材料的粒子尺寸，可以选择为小于所述第一电容器碳材料的粒子尺寸，使得所述复合碳粒子的导电性和表面积与所述第一电容器碳材料粒子本身相比得到改善。在另一个实施例中，每一个复合碳粒子包括涂在所述第一电容器碳材料粒子表面上的所述第二导电碳材料的粒子以及可选地所述第三导电材料的粒子，或由其组成。所述第二导电碳材料(以及可选地第三导电材料)在第一电容器碳材料粒子上的表面覆盖率可为至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%或至少95%。所述第二导电碳材料(以及可选地第三导电材料)在所述第一电容器碳材料粒子上的表面覆盖率可在20%-99%、40%-98%、60%-95%、70%-95%或80%-95%的范围内。在一个实施例中，所述第二导电碳材料的粒子尺寸为所述第一电容器碳材料的粒子尺寸的五分之一或更少。在一个优选的实施例中，所述第二导电碳材料的粒子尺寸为所述第一电容器碳材料的粒子尺寸的十分之一或更少。所述第一电容器碳材料可以选自活性炭和炭黑中的至少一个。在一个实施例中，所述第一电容器碳材料为活性炭。所述第一电容器碳材料可为高比表面积的含碳材料。通过使用BET等温吸附测得，所述第一电容器碳材料可具有至少500m2/g的比表面积，优选至少1000m2/g。所述第二导电碳材料可选自炭黑、石墨、玻璃碳和纳米碳纤维中的至少一个。纳米碳纤维可选自碳纳米线、碳纳米管或碳须晶。在一个实施例中，所述第二导电碳材料为炭黑。炭黑可选自乙炔黑、炉黑和科琴黑（ketjenblack）中的至少一个。所述第二导电碳材料可为高导电性的含碳材料。在20℃测得，所述第二导电碳材料在500KPa可具有至少0.6Scm-1的电导率。在一个实施例中，所述第一电容器碳材料的粒子尺寸为至少1μm，所述第二导电碳材料的粒子尺寸为所述第一电容器碳材料的粒子尺寸的十分之一或更少。在一个实施例中，所述碳混合物还含有第三导电碳材料。所述第三导电碳材料可选自炭黑、石墨、玻璃碳或纳米碳纤维。所述纳米碳纤维可选自碳纳米线、碳纳米管或碳须晶。在一个实施例中，所述第三导电碳材料为气相生长的纳米碳纤维。在另一个实施例中，所述第一电容器碳材料为活性炭，所述第二导电碳材料为炭黑，所述第三导电碳材料为纳米碳纤维。在另一个实施例中，相对于100重量份的第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层含有4-100重量份的第二导电碳材料。相对于100重量份的第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层还可含有50重量份或更少的第三导电碳材料。相对于100重量份的第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层还可含有2-30重量份的粘合剂。在一个具体的实施例中，相对于100重量份的第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层含有4-100重量份的第二导电碳材料、50重量份或更少的第三导电碳材料、2-30重量份的粘合剂、20重量份或更少的增稠剂，以及20重量份或更少的短纤维。在另一个实施例中，相对于电极上的活性电池材料的重量计，用于该电极的涂层的碳混合物的量为1-15重量%。所述电极可为含有用于铅酸蓄电池的负极活性电池材料的负极。所述电极可为含有用于铅酸蓄电池的正极活性电池材料的正极。用于电极的碳混合物可含有复合碳粒子，所述复合碳粒子通过对第一电容器碳材料的粒子与至少第二导电碳材料的粒子进行研磨、粒化和均一化中的至少一种操作而制备。所述研磨可包括珠磨或球磨。所述碳混合物可含有第一电容器碳材料的粒子与第二导电碳材料的粒子，以及可选地第三导电碳材料的粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.21 JP 2010-2840401.一种含有用于铅酸蓄电池的活性电池材料的电极，其中所述电极的表面具有涂层，所述涂层含有包括复合碳粒子的碳混合物，其中每一个所述复合碳粒子含有选自活性炭的第一电容器碳材料的粒子，选自炭黑、石墨、玻璃碳和纳米碳纤维中的至少一种的第二导电碳材料的粒子粘附到所述第一电容器碳材料的表面，其中第二导电碳材料在第一电容器碳材料的粒子的表面覆盖率为至少20％，其中所述第二导电碳材料的粒子尺寸为所述第一电容器碳材料的粒子尺寸的五分之一或更少。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述第二导电碳材料在所述第一电容器碳材料粒子上的表面覆盖率为至少50％。3.根据权利要求1所述的电极，其中所述第一电容器碳材料的粒子尺寸在0.1-500μm之间的范围内，所述第二导电碳材料的粒子尺寸在0.01-50μm之间的范围内，且所述第二导电碳材料的粒子尺寸小于所述第一电容器碳材料的粒子尺寸。4.根据权利要求1所述的电极，其中所述第二导电碳材料的粒子尺寸是所述第一电容器碳材料的粒子尺寸的十分之一或更少。5.根据权利要求1所述的电极，其中所述第一电容器碳材料与所述第二导电碳材料的重量％的比例在15:1至10:8之间。6.根据权利要求1所述的电极，其中所述第一电容器碳材料为高比表面积的含碳材料，通过使用BET等温吸附测得，该含碳材料具有至少500m2/g的比表面积。7.根据权利要求6所述的电极，其中所述比表面积为至少1000m2/g。8.根据权利要求1所述的电极，其中所述第二导电碳材料为高导电性的含碳材料，在20℃测得，该含碳材料在500KPa具有至少0.6Scm-1的电导率。9.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳混合物含有选自第三导电碳材料、粘合剂、增稠剂和短纤维中的一个或多个添加剂。10.根据权利要求9所述的电极，其中所述第三导电碳材料选自炭黑、石墨、玻璃碳和纳米碳纤维中的至少一种。11.根据权利要求10所述的电极，其中所述纳米碳纤维选自碳纳米线、碳纳米管和碳须晶中的至少一种。12.根据权利要求1所述的电极，其中，相对于100重量份的所述第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层含有4-100重量份的所述第二导电碳材料，并且相对于100重量份的所述第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层还含有50重量份或更少的第三导电碳材料，并且相对于100重量份的所述第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层还含有2-30重量份的粘合剂。13.根据权利要求1所述的电极，其中，相对于100重量份的所述第一电容器碳材料计，所述碳混合物的涂层含有4-100重量份的所述第二导电碳材料，50重量份或更少的第三导电碳材料、2-30重量份的粘合剂、20重量份或更少的增稠剂，和20重量份或更少的短纤维。14.根据权利要求1所述的电极，其中，相对于电极上的所述活性电池材料的重量计，用于所述电极的涂层的所述碳混合物的量为1-15重量％。15.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极为含有用于铅酸蓄电池的负极活性电池材料的负极。16.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极为含有用于铅酸蓄电池的正极活性电池材料的正极。17.根据权利要求1-16中任一项所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：古川淳，门马大辅，兰·德留·拉姆，罗莎莉·罗依，奈杰尔·彼得·黑格，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，古河电池株式会社，
类型：
国别省市：