[发明专利]用于制造电极糊的方法

说明书

本发明关于用于制造适合用于生产铅酸电池用电极的糊组合物的方法，包括将碳纳米填料/第一粒度的铅氧化物复合材料与硫酸、水和另外的第二粒度的铅氧化物混合。其还关于由此获得的糊、在其制造中使用的所述复合材料以及由该糊获得的电极和铅酸电池。

技术领域

本发明关于用于制造适合用于生产铅酸电池用电极的糊组合物的方法，包括将碳纳米填料/铅氧化物复合材料与硫酸、水以及另外的铅氧化物混合。其还关于由此获得的糊、在其制造中使用的所述复合材料以及由该糊获得的电极和铅酸电池。

背景技术

从商业角度来看，铅酸电池与近来的电化学系统例如锂离子电池相比由于其高的可靠性和低的成本而是最重要的可再充电电化学系统。它们主要用于起动内燃机，尽管其它应用包括间歇产生的能量例如太阳能或风能的存储。

铅酸电池典型地包括包含如下的电极组件：通过膜隔开的至少一个负极(当对电池充电时，其为阴极，通常由PbO₂制成)和至少一个正极(当对电池充电时，其为阳极，通常由海绵铅制成)，所述膜可例如由聚丙烯或玻璃纤维制成。电池还包括汇流条、电解质溶液(通常为硫酸的水溶液)和外壳。电极各自通过集流体承载，所述集流体通常由铅合金例如Pb/Sb或Pb/Ca合金制成。

过去十年中已经进行了研究来提高铅酸电池的正极的导电性和避免形成大的PbSO₄晶体(其阻碍在充电期间铅氧化成PbO₂)，目的是改善电池充电/放电性质和因此改善正极的活性物质利用。为此，已经尝试在用于制造该电极的糊中引入碳纳米管。碳纳米管由卷起的石墨烯片(由sp²杂化的碳原子构成)组成，其已知是导电的并且在硫酸电解质环境中是稳定的。

因此Wang等(Effect of MWCNTs as Additives in Lead Acid Battery,Journalof Materials Science&Engineering,Vol.25,n°6,2007)已经表明，通过酸处理、任选地之后进行石墨化而获得的经改性的多壁碳纳米管在以0.16重量％引入到PbO₂正极的配方(配制物)中时改善了电极的导电性以及电池的活性材料的利用。

Endo等(Applications of Carbon Nanotubes in the Twenty-First century,Phil.Trans.R.Soc.Lond.A,Vol.362,pp.2223-2238,2004)也报道了既在铅酸电池的正极中添加1.5重量％的碳纳米管以改善其导电性，又在负极中添加1.5重量％的碳纳米管以改善嵌入到聚合物中时的循环特性。

然而，通过化学气相沉积(CVD)(其为通常用于大规模制造碳纳米管的方法)获得的碳纳米管具有由单独的碳纳米管之间的范德华相互作用导致的缠结结构，这阻碍了它们在含水(水性)溶剂例如电极糊的制造中使用的那些中的均匀分散。该差的分散可进而影响电极和电解质之间的电荷迁移的效力，并且因此影响铅酸电池的性能和寿命。

为了克服该缺点，已经提出将碳纳米管用改善它们与糊介质的相容性的表面活性剂和/或聚合物包裹。

还已经提出通过如下制备电极糊：将铅氧化物与氧化的碳纳米管在行星式离心混合器中共混，之后向其添加合成纤维、水和硫酸。由于应研磨的铅氧化物的大的量，该方法太复杂而无法工业化。

因此，仍然需要提供用于制造如下电极糊的简单且经济的方法：其包含均匀地分散在其中的碳纳米管并且其使得能够制造具有良好的性能(高的电流密度和大的PbSO₄晶体的可能低的形成)和高的寿命(良好的机械性质和高的充电/放电循环次数)的铅酸电池。

本发明人现已表明，该需要可通过提供其中通过将铅氧化物/纳米填料复合材料与糊配方的剩余物混合而制备电极糊的方法得以满足。在通过球磨获得该复合材料的情况下，可获得尤其良好的结果。

参考文献