[發明專利]復合碳泡沫體

有效

• 申請號: 200680056163.5
• 申請日: 2006-08-18
• 公開（公告）號: CN101528823A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·布拉齊斯;柯蒂斯·C·凱利;馬修·J·馬魯恩;博里斯·I·莫納霍夫
• 申請（專利權）人: 螢火蟲能源公司
• 主分類號: C08J9/00
• 分類號: C08J9/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋 莉

技術領域

本發明涉及復合材料，且更具體而言，涉及導電的復合碳泡沫體。?

背景技術

已知電化學電池(其中包括例如鉛酸電池和基于鎳的電池)包括至少一個正極集流體、至少一個負極集流體、和電解質溶液。在傳統鉛酸電池中，例如正極集流體和負極集流體兩者均由鉛構成。這些鉛集流體的作用是在充電和放電過程期間向和從電池端子輸送電流。鉛酸電池中電能的存儲和釋放通過在設置在集流體上的糊中發生的化學反應實現。正極集流體和負極集流體一旦涂布有這種糊，則分別被稱為正極板和負極板。對鉛酸電池耐用性的顯著限制為正極板的鉛集流體的腐蝕。?

鉛集流體的腐蝕速率是決定鉛酸電池壽命的主要因素。一旦將電解質(例如，硫酸)加入到電池中并且使電池充電，則各正極板的集流體由于暴露于硫酸和正極板的陽極電位而連續經受腐蝕。正極板集流體的這種腐蝕的最具破壞性的效果之一是體積膨脹。具體地，隨著鉛集流體腐蝕，由該集流體的鉛源金屬形成二氧化鉛。而且，與消耗以產生二氧化鉛的鉛源材料相比，該二氧化鉛腐蝕產物具有較大的體積。鉛源材料的腐蝕以及隨后二氧化鉛腐蝕產物的體積增加稱為體積膨脹。?

體積膨脹在集流體上誘發使該集流體變形和伸展的機械應力。在集流體的總體積增加約4％～7％時，該集流體可破裂。結果，電池容量可下降，并且最終，電池將達到其使用壽命的終點。另外，在腐蝕的晚期，可發生集流體內的內部短路以及單元殼的破裂。這些腐蝕效果兩者可導致電池內一個或多個單元的故障。?

延長鉛酸電池使用壽命的一種方法是提高正極板的集流體的耐腐蝕性。已經提出幾種用于抑制鉛酸電池中腐蝕過程的方法。由于碳在鉛酸電池通常運行的溫度下不氧化，因此這些方法的一些已經涉及使用各種形式的碳以減緩或者防止鉛酸電池中的有害的腐蝕過程。例如，在美國專利公?開No.20040121238中已提出碳泡沫體作為用于鉛酸電池中的集流體材料。相對于鉛集流體柵，使用碳泡沫體(例如，石墨泡沫體)作為集流體可增加集流體的耐腐蝕性以及表面積。集流體的這種額外的表面積可增加電池的比能量和比功率，從而提高其性能。然而，在該泡沫體中形成的孔網絡中，可存在可允許帶電離子嵌入到泡沫體的結構中的多個間斷面(discontinuity)。這些離子可像打進碳泡沫體結構內的楔子一樣作用，引起內部破壞(例如龜裂和分離)和導致集流體的過早損壞。當碳泡沫體結構包含石墨時，嵌入效應可為特別普遍的。此外，間斷面可提供促進碳泡沫體和各種化學反應性物質之間的化學相互作用的反應部位。該化學相互作用可損害碳泡沫體的結構完整性。該化學反應性可對許多類型的碳泡沫體具有破壞效果。?

本發明涉及克服現有技術中存在的問題或者缺點的一個或者多個。?

發明內容

本發明的裝置和方法涉及導電的復合碳泡沫體。?

本公開內容的一個實施方式包括復合泡沫體。該復合泡沫體包括包含孔網絡和多個間斷面的碳泡沫體材料。該復合泡沫體進一步包括以復合泡沫體的約0.5重量％或更大至少于25重量％的量選擇性地沉積在所述碳泡沫體材料的多個間斷面的至少一些之上或者之內的第二材料。?

在另一實施方式中，公開導電的復合泡沫體。該導電的復合泡沫體包括包含孔網絡和多個間斷面的碳泡沫體材料，其中該碳泡沫體具有不大于50000μΩ-cm的電阻率值。該導電的復合泡沫體進一步包括選擇性地沉積在所述碳泡沫體材料的多個間斷面的至少一些之上的第二材料。?

在又一實施方式中，公開鉛酸電池。該鉛酸電池包括外殼、設置在該外殼內的至少一個單元、電解質、和至少一個包含復合泡沫體材料的導電部件。該復合泡沫體材料包括：碳泡沫體材料，其包含孔網絡和多個間斷面；和第二材料，其沉積在所述碳泡沫體材料的多個間斷面的至少一些之上或者之內。?

在又一個實施方式中，公開復合泡沫體的生產方法。該方法包括提供處理混合物的步驟，所述處理混合物包含第二材料以及實質上極性的溶劑，其中所述第二材料保持第一極性的電荷。該方法進一步包括如下步驟：將包含孔網絡和多個間斷面的碳泡沫體材料暴露于所述處理混合物；和向該?碳泡沫體材料施加第二極性的電壓電位，其中所述第二極性與所述第一極性相反。?