[发明专利]水合碳材料粉末及其用于制备电存储装置的电极的用途

说明书

本申请通常涉及包含碳材料和水的水合碳材料粉末以及含有水合碳材料粉末的装置。发现了所述水合碳材料粉末在任何数量的装置中的效用，例如在双电层电容装置和电池中。还公开了用于制备所述水合碳材料粉末的方法和所述水合碳材料粉末的用途。

背景

技术领域

本发明的实施方案通常涉及水合碳材料粉末以及含有水合碳材料粉末的装置和与其相关的方法。

相关技术的描述

含有活化的碳、硅、硫、锂及其组合的装置在整个电力工业中无处不在。其中，活性碳颗粒在许多装置中具有特定用途，因为活性碳的高的表面积、导电率和孔隙率使得电力装置的设计具有比采用其它材料的装置更高的能量密度。

双电层电容器(EDLC)是含有活性碳颗粒的装置的实例。EDLC通常具有由活性碳材料和合适的电解质制备的电极，并且与更常用的电容器相比具有极高的能量密度。EDLC的典型用途包括在需要用于数据传输或峰值功率运行的功率短脉冲的装置中的能量存储和分配，所述装置例如无线调制解调器、移动电话、数码相机和其它手提电子装置。EDLC还通常用于诸如电动汽车、火车、公共汽车等的电动车辆中。

电池是另一种常用的能量存储和分配装置，其通常含有活性碳颗粒(例如，作为阳极材料、集电器或导电率增强器)。含碳的电池的实例包括将多孔碳用作用于空气电极的集电器的锂空气电池，以及通常在阳极或阴极中包含碳添加剂的铅酸电池。电池用于许多需要低电流密度电力(与EDLC的高电流密度相比)的电子装置中。

基于碳颗粒的材料的使用通常要求活性碳材料被水合或“润湿”。未充分水合的碳材料可以从周围的材料中渗出水，这可能导致损坏的组件和/或装置故障。例如，当在铅酸糊料中使用不适当的水合碳材料时，渗出导致干燥点，这可能损害最终固化和形成的板的完整性。

水合过程(例如，通过形成水性浆料)通常涉及在数小时的过程内将碳材料浸入过量的水中。必须对碳材料进行监测并且持续混合以确保均匀且完全的水合，这在时间、精力和设备方面均是资源密集型的。因为高的运输成本和处理难度，通过以水分散体(即预浸湿)制造和运输碳材料来节约时间是不切实际的。处理干燥碳材料也具有缺点，因为处理干燥碳材料可以释放潜在有害的微粒，该过程称为“起尘”。

因此，本领域对可以在制造过程中容易处理的水合碳材料粉末，以及制造所述水合碳材料粉末的方法和含有所述水合碳材料粉末的装置存在需求。本发明的实施方案满足了这些需求并且提供了其它相关的优点。

简述

一般而言，本发明的实施方案涉及包含碳材料和水的水合碳材料粉末。具体地，一个实施方案提供了包含具有孔体积的多孔碳材料和体积大于孔体积的水的水合碳材料粉末。

另一个实施方案提供了包含多孔碳材料和水的分离的固体组合物，其中所述组合物包含体积大于多孔碳材料的总孔体积的水。

另一个实施方案提供了用于制备水合碳材料粉末的方法，所述方法包括：

使具有孔体积的多孔碳材料与大于孔体积的第一体积的水接触，从而用水基本上填充孔体积；

去除第一体积的水的一部分；以及

以粉末形式分离水合碳材料，

其中水合碳材料粉末包含大于孔体积的第二体积的水。

另一个实施方案提供了用于制备用于铅酸电池的负活化材料的方法，所述方法包括将根据本文公开的实施方案的水合碳材料粉末或根据本文公开的实施方案的分离的固体组合物与铅、水和硫酸混合，从而形成糊料。

另一个实施方案提供了如本文公开的水合碳材料粉末或根据本文公开的实施方案的分离的固体组合物用于制备用于电存储装置(例如EDLC)的电极的用途。

参考以下详细描述，这些和其它方面将是显而易见的。