[發明專利]鉛酸電池以及為此的糊膏

在審

• 申請號: 201610101208.1
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN105702921A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: P.阿塔娜索瓦;B.布利扎納克;M.奧加卡;T.柯達斯;G.D.莫瑟;P.A.柯西雷夫;N.J.哈德曼
• 申請（專利權）人: 卡博特公司
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/20;H01M4/57;H01M4/583
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 宋莉;詹承斌

本申請是申請號為201080060329.7、申請日為2010年10月28日、發 明名稱為“鉛酸電池以及為此的糊膏”的專利申請的分案申請。

技術領域

本申請根據35U.S.C.§119(e)要求2009年11月2日提交的在先美國臨 時專利申請No.61/257226和2010年8月28日提交的美國臨時專利申請No. 61/377925的優先權，它們的全部內容在此引入作為參考。

本發明涉及鉛酸電池以及用于形成鉛酸電池板、尤其是鉛酸電池負極板 的糊膏。

背景技術

鉛酸電池是電化學蓄電池，通常包含正極板、負極板、以及含有含水硫 酸的電解質。各板保持平行定向且由多孔隔膜電隔離以允許帶電離子自由移 動。電池正極板包含表面上覆蓋有正極導電二氧化鉛(PbO₂)層的集電體(即， 金屬的板或柵板)。電池負極板包含覆蓋有負極活性物質的集電體，所述負 極活性物質典型地為金屬鉛(Pb)。

在放電循環期間，由負極板提供的金屬鉛(Pb)與離子化的硫酸電解質反 應以在負極板表面上形成硫酸鉛(PbSO₄)，同時，位于正極板上的PbO₂轉變 為在正極板上或附近的PbSO₄。在充電循環期間(通過由外電流提供的電子)， 負極板表面上的PbSO₄轉變回金屬Pb，且正極板表面上的PbSO₄轉變回 PbO₂。實際上，充電循環將PbSO₄轉變為金屬Pb和PbO₂；放電循環通過將 PbO₂和金屬Pb轉變回PbSO₄而釋放儲存的電勢。

目前，將鉛酸電池制造成富液型腔室和閥控式構造。在富液型腔室電池 中，電極/板浸在電解質中，并將在充電期間產生的氣體排放至大氣。閥控式 鉛酸電池(VRLA)包括單向閥，所述單向閥防止外部氣體進入電池但允許當 內部壓力超過某一閾值時排出內部氣體(例如在充電期間產生的氧氣)。在 VRLA電池中，通過電解質在玻璃氈隔膜中的吸收或者通過使用二氧化硅顆 粒使硫酸凝膠化，通常使電解質固定。

現有鉛酸電池的一個主要問題是它們在先進應用(如混合動力電動車和 分布式存儲)所需的高速充電/放電條件下的循環能力低。在這些操作條件下 的主要故障模式稱為"負極板硫酸化"，其是用于描述硫酸鉛(PbSO₄)晶粒的動 力學不可逆形成現象的術語。理想地，在每次充電/放電循環期間，負極板上 的所有硫酸鉛可逆地轉變為鉛并然后轉變回硫酸鉛。然而，實際上不是該情 況，在每次循環期間，越來越多的硫酸鉛不可逆地形成在負極板中。所形成 的硫酸鉛的量的提高導致若干不期望的效果：板的電導率和孔隙率降低；硫 酸向活性相的可接近性受阻；且較少的Pb可用于參與放電過程，所有這些 的組合導致電池無法放出所需的電壓和功率(電能，power)。當采用快速充電 /放電循環時，這一現象尤其顯著。

用于減輕"負極板硫酸化"問題的一個已知方法是向用于制造負極板的糊膏中加入碳(通常為石墨、炭黑和/或活性炭的形式)。碳提高了活性物質在放電狀態下的電導率，從而改善了其充電接收能力。在"Mechanismofactionofelectrochemicallyactivecarbonsontheprocessesthattakeplaceatthenegativeplatesoflead-acidbatteries"(Pavlov等人，JournalofPowerSources,191,2009,58-75)中討論了這樣的方法的實例，其中，研究了以負極板糊膏的0.2-2重量％的可變含量加入不同形式的碳的效果。所研究的碳材料為NORITAZO活性炭和炭黑VULCANXC72R、BlackPearls2000和XE2。

此外，美國專利申請公開No.2009/0325068公開了用于鉛酸電池用電池 板的電池糊膏的膨脹劑(expander)，其包含硫酸鋇、約0.2％-6％的炭和/或石 墨、以及有機材料(如木質素磺酸鹽)。

進一步地，美國專利申請公開No.2010/0015531公開了適用于電池負極 板的糊膏，其包含具有大于約0.1cm³/g的中孔體積和約20埃-約320埃的中 孔尺寸范圍的活性炭，所述中孔尺寸范圍由DFT氮吸附等溫線確定。