形成用于铅碳电池的阳极的碳基活性层的方法以及由其形成的活性层

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月7日提交的美国临时专利申请序列第62/667,799号的权益。相关申请通过引用整体并入本文。

背景技术

常规的商用铅酸电池依靠由铅金属构成的负电极(阳极)和由二氧化铅构成的正电极(阴极)来生成电流。铅酸电池的局限性包括难以实现大量的充电放电循环以及倍率性能的降低。虽然阳极和阴极两者对于这些局限性均有贡献，但是由于在重镀过程中会损失一定量铅金属，因此铅金属阳极容易受到不完全充电的影响，从而导致电池容量的损失。另外，阳极的结构发生变化，这通常导致较低的完整性和较低的连接性，从而导致另外的倍率性能的损失。

这些问题在由具有铅箔集流体的双极电极构造的电池中进一步恶化，所述双极电极在箔的一侧具有阳极电极涂层，而在相反侧具有阴极电极涂层。双极电极被设计用于如汽车应用中经常需要的高倍率操作。由于两个电极涂层可以使用同一集流体，因此铅金属阳极的不完全充电会影响箔的相反侧上的阴极电极的机械性能。此外，即使在没有任何阴极电极退化的情况下，连接性的损失以及由此导致的倍率性能的损失也限制了可用于阴极的电流。

为了克服这些问题，已经开发了在存在铅和不存在铅的两种情况下包括活性炭的阳极。这些活性炭阳极可以利用双法拉第电容现象，从而使活性炭用于产生电荷分离，该电荷分离可以在高倍率充电的时刻吸收高电流流入。这种高电流流入的吸收已经显示出使得通常与在阳极上反复施加的高电流流入相关联的耗损减少。然而，不幸的是，现有的活性炭阳极并未示出能够实现期望的高存储能力。

因此，在本领域中仍然需要能够实现改进的存储能力的包括活性炭电极的阳极。

发明内容

本文公开了一种形成铅碳电池用阳极的碳基活性层的方法以及由其形成的活性层。

在一方面，一种制备用于铅碳电池中的活性炭阳极的活性层的方法包括：形成包含聚(偏二氟乙烯)、任选的导电填料和溶剂的溶剂混合物；将溶剂混合物与非溶剂进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭的沉淀物，其中溶剂混合物和非溶剂中的至少之一包含活性炭；将沉淀物与溶剂和非溶剂分离；以及由沉淀物形成活性层。活性层包含：大于或等于85重量百分比的活性炭；1重量百分比至15重量百分比的原纤化聚(偏二氟乙烯)；以及0重量百分比至10重量百分比的导电填料，其中重量基于活性层的总重量。

在另一方面，通过该方法形成活性层。

在又一方面，铅碳电池包括：活性炭阳极，其包括活性层和集流体，其中活性层与集流体电接触；与阴极侧集流体电接触的铅氧化物阴极；位于活性炭阳极与阴极之间的酸；以及壳体，其封装活性炭阳极、阴极和酸。

通过以下附图、详细描述和所附权利要求书例示了上述特征和其他特征。

附图说明

以下附图是示例性方面，提供其是为了说明本公开内容。附图中的至少一个为说明性实例，其不旨在将根据本公开内容制备的装置限于本文阐述的材料、条件或过程参数。

图1是铅碳电池的图示；

图2是活性炭阳极的图示；

图3是活性层的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图4是活性层的扫描电子显微镜(SEM)图像；以及

图5是实施例2的放电容量对孔隙率的图。

具体实施方式

开发了制备用于铅碳电池中的阳极(称为活性炭阳极)(其中阳极包括活性炭阳极)的包括活性炭的活性层的方法。该方法包括：形成包含聚(偏二氟乙烯)、活性炭、任选的导电填料和溶剂的溶剂混合物；将溶剂混合物与非溶剂进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭的沉淀物；将沉淀物相对溶剂和非溶剂分离；以及由沉淀物形成活性层。活性层可以包含：大于或等于85重量百分比的活性炭；1重量百分比至15重量百分比的原纤化聚(偏二氟乙烯)；以及0重量百分比至10重量百分比的导电填料，其中重量基于活性层的总重量。令人惊讶地发现，仅通过使用本发明的方法，就可以制备改进的活性层，从而引起铅碳电池性能的显著改进。不受理论约束，据信与通过不同方法制备的活性层相比，本申请活性层的不同形态——包括较高比例的活性炭的露出的表面积或多尺度孔隙率——产生了这些改进。还据信聚(偏二氟乙烯)原纤维的存在用作基质稳定剂，在活性颗粒上施加各种应力以保持活性层的结构完整性，从而使其成为自支撑的层。例如，原纤维可以穿过活性颗粒以保持其互联性。

包括活性炭阳极的铅碳电池可以得到改进的比容量(每单位质量存储的电荷量)或改进的倍率性能(功率输出、动态电荷接受能力)中的至少之一。高比容量的活性炭阳极可以提供充足的还原剂来源，其可以帮助延迟集流体的腐蚀，最终可以延长电池寿命。它还可以有助于在活性炭阳极中的活性层与集流体之间保持低界面电阻，以保持高功率电池性能。此外，通过用本发明的活性层代替铅活性层引起的铅含量的减少可以产生节省材料成本或电池回收优势。最终，这些改进可以为许多铅酸电池应用提供性能优势，尤其为汽车平台中的应用例如用于内燃机的点火开关、用于混合动力电动车辆驱动系统的功率调配或工业电动车辆提供性能优势。

这种改进的活性材料提供了制造铅碳电池的适时的方法，该铅碳电池可以超过常规铅酸电池的性能以及还超过现有铅碳电池的性能。例如，包括活性炭阳极的铅碳电池可以与基于锂离子的电池化学物质和基于镍金属氢化物的电池化学物质竞争，这些化学物质目前被定位用于起停汽车和用于48伏特轻度混合动力电动车辆系统以及类似的汽车平台。

本方法包括形成包含聚(偏二氟乙烯)、任选的活性炭、任选的导电填料和溶剂的溶剂混合物。溶剂混合物可以通过使聚(偏二氟乙烯)、活性炭和任选的导电填料与溶剂混合以溶解聚(偏二氟乙烯)并且形成溶剂混合物来形成。溶剂混合物可以通过将聚(偏二氟乙烯)溶解在溶剂中并且然后添加活性炭和任选的导电填料以形成溶剂混合物来形成。溶剂混合物可以通过将聚(偏二氟乙烯)溶解在溶剂中来形成，并且活性炭可以与非溶剂混合。

如本领域那些普通技术人员容易确定的，溶剂混合物可以包括用于溶解聚(偏二氟乙烯)的足够量的溶剂。形成溶剂混合物可以包括混合达用于溶解聚(偏二氟乙烯)的足够量的时间，所述足够量的时间可以根据混合的强度以及溶剂和聚(偏二氟乙烯)的相对量在数分钟至数小时范围内。可以使溶剂混合物混合直至形成浆料，其中活性炭和任选的导电填料悬浮在溶剂混合物中。混合步骤中的一个或更多个可以包括超声混合。

基于混合物减去溶剂的总重量，溶剂混合物可以包含85重量百分比(wt％)至98wt％、或者90wt％至96wt％的活性炭。基于混合物减去溶剂的总重量，溶剂混合物可以包含2wt％至15wt％、或者4wt％至10wt％的聚(偏二氟乙烯)。基于混合物减去溶剂的总重量，溶剂混合物可以包含0wt％至10wt％、或者1wt％至10wt％的导电填料。

溶剂可以具有15兆帕斯卡

在形成溶剂混合物之后，将溶剂混合物与非溶剂进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭和任选的导电填料的沉淀物。注意，在与非溶剂组合之后，沉淀物不是以层的形式，而是可以被认为是颗粒状的。与非溶剂的组合引起溶解在溶剂中的聚(偏二氟乙烯)的相转化成非溶剂中存在的沉淀的聚(偏二氟乙烯)，这是因为溶剂从溶剂混合物中扩散出。组合可以包括在组合期间经由注射管嘴将溶剂混合物注入非溶剂中以在溶剂混合物上引起剪切。组合可以包括在组合期间进行混合以在溶剂混合物上引起剪切。剪切的施加可以促进聚(偏二氟乙烯)的原纤化。可以在不将溶剂混合物与非溶剂主动混合的情况下发生溶剂混合物与非溶剂的组合，例如，可以在不主动混合的情况下(例如，在不用搅拌棒进行搅拌的情况下)将溶剂混合物或非溶剂中的至少之一仅添加(例如，倾倒入或注入或以其他方式)至溶剂混合物或非溶剂中的另一个。

非溶剂可以具有12MPa

然后可以将沉淀物与溶剂和非溶剂分离。分离可以包括从沉淀物中对溶剂和非溶剂进行沥干、过滤或离心中的至少之一。

然后分离的沉淀物可以形成活性层。活性层可以通过将沉淀物沉积在基底(例如，平坦的基底)上并且将沉淀物干燥以去除残留的溶剂和非溶剂来形成。形成活性层可以包括热成型、压延、层压或辊涂中的至少之一。形成活性层可以包括挤出、模制、浇铸、热成型、压延、层压或辊涂中的至少之一。例如，可以将沉淀物挤出、干燥并且然后压延以形成活性层。

活性层可以具有如基于活性层的总体积计算的50体积百分比至75体积百分比的孔隙率。活性层可以具有大孔(具有在微米长度尺度上的平均孔径)、中孔(具有2纳米至50纳米的孔径)和微孔(具有小于2纳米的孔径)的组合。可以例如通过压延来压缩活性层以降低孔隙率。基于活性层的总体积，降低后的孔隙率可以为35体积百分比至50体积百分比。

活性层可以具有0.01毫米至10毫米、或者0.1毫米至8毫米的厚度。活性层可以具有大于或等于0.5毫米、或者0.5毫米至10毫米、或者1毫米至5毫米、或者1.5毫米至2.5毫米、或者2.5毫米至5毫米的增加的厚度。形成包含聚(偏二氟乙烯)和活性炭的具有这些增加的厚度的活性层材料的能力是具有挑战性的，但是使用本方法容易形成。本发明的活性层的增加的厚度可以使得活性层能够独立，这是因为它不需要由支承物支承以保持其结构完整性。该特征可以使得能够更容易地处理和加工活性层材料。

聚(偏二氟乙烯)可以包含聚(偏二氟乙烯)均聚物或聚(偏二氟乙烯)共聚物中的至少之一。聚(偏二氟乙烯)共聚物可以包含从三氟氯乙烯、四氟乙烯(CF

活性炭可以具有大于或等于500平方米每克(m

可以存在导电填料，并且导电填料可以引起活性炭阳极中电压降的有益降低，这可以使所得的电池单元以高功率操作而能量较少地转换为热量，并且还可以在给定的操作电压范围内增加单电池容量。导电填料可以包含石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或炭黑中的至少之一。炭黑的实例是来自益瑞石(Imersys)的SUPER-P、来自卡博特公司(CabotCorporation)的VULCAN XC-72和来自雪佛龙公司(Chevron Corporation)的SHAWINIGANBLACK。碳纳米管的实例是可从Showa Denko K.K.和拜耳(Bayer)AG商业获得的那些。

基于活性层的总重量，活性层可以包含85wt％至99wt％、或者90wt％至98wt％、或者90wt％至96wt％的活性炭。基于活性层的总重量，活性层可以包含1wt％至15wt％、或者2wt％至10wt％、或者4wt％至10wt％的聚(偏二氟乙烯)。活性炭与聚(偏二氟乙烯)的重量比可以大于或等于8:1、或者9:1至50:1。基于活性层的总重量，活性层可以包含0wt％至10wt％、或者1wt％至5wt％的导电填料。

在一方面，制备用于铅碳电池中的活性炭阳极的活性层的方法包括：形成包含丙酮、环己酮、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、四甲基脲、或磷酸三甲酯中的至少之一以及聚(偏二氟乙烯)的溶剂混合物；将溶剂混合物与非溶剂特别是酸溶液、醇、脂族烃、芳族烃、碱溶液、丁内酯、N-乙酸丁酯、卡必醇乙酸酯、二异丁基酮、邻苯二甲酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙二醇醚、乙二醇醚酯、三乙酸甘油酯、卤代溶剂、异佛尔酮、甲基异丁基酮、碳酸亚丙酯、磷酸三乙酯、或水中的至少之一进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭的沉淀物，该活性炭具有大于或等于500m

在另一方面，制备用于铅碳电池中的活性炭阳极的活性层的方法包括：形成下述溶剂混合物，该溶剂混合物包含：聚(偏二氟乙烯)共聚物，最优选地具有三氟氯乙烯的聚(偏二氟乙烯)共聚物；以及二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、或二甲基亚砜中的至少之一；将溶剂混合物与非溶剂特别是酸溶液、醇、脂族烃、芳族烃、碱溶液、丁内酯、N-乙酸丁酯、卡必醇乙酸酯、二异丁基酮、邻苯二甲酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙二醇醚、乙二醇醚酯、三乙酸甘油酯、卤代溶剂、异佛尔酮、甲基异丁基酮、碳酸亚丙酯、磷酸三乙酯、或水中的至少之一进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭的沉淀物，该活性炭具有大于或等于500m

活性层可以用于铅碳电池的活性炭阳极中。铅碳电池的实例在图1中示出。图1示出了铅碳电池2包括阴极4和活性炭阳极6。电极的至少一部分浸入包含硫酸的介质8中。图2是活性炭阳极6的截面的图示。图2示出了活性炭阳极6可以包括具有位于其上的保护层12的集流体10。活性层14可以位于活性炭阳极6的至少一侧上，使得保护层12位于集流体10与活性层14之间。与之相比，活性层14可以与集流体20直接物理接触。无论哪种方式，活性层都与集流体电接触。尽管未示出，但是注意阴极4可以包括位于阴极侧集流体上的铅氧化物活性层。铅碳电池还可以包括位于活性炭阳极与阴极之间的任选的隔离件。

集流体可以包含铜、镍、银、金、不锈钢、钛或铝中的至少之一。集流体可以包含金属化聚合物，例如金属化聚酯、金属化聚酰亚胺、金属化聚烯烃或金属化乙烯基片中的至少之一。集流体可以是以基片(例如，具有大于或等于1毫米的厚度)、箔(例如，具有小于1毫米，例如15微米至25微米的厚度)或网格(例如，编织金属丝网格或非编织金属丝网格)的形式。

保护层是任选的，并且如果存在的话，保护层可以与集流体直接物理接触而没有中间层存在。保护层可以覆盖集流体的浸入部分的基本上所有表面区域。例如，保护层可以覆盖集流体的浸入在介质中的表面区域的90％至100％。保护层还可以涂覆集流体的未浸入在介质中的表面区域的至少一部分。保护层可以位于集流体的两个宽表面上以及位于边缘的表面上。保护层可以包含导电填料以保持活性层与集流体之间的电连接。导电填料可以包含炭黑、石墨、碳纳米管或石墨烯中的至少之一。

铅碳电池的介质可以包含硫酸，例如液态硫酸。介质可以包含凝胶电解质，该凝胶电解质包含足以致使电解质变成凝胶的量的硫酸水溶液和增稠剂。凝胶电解质可以包含碱土金属(例如，钙或锶的硅酸盐、硫酸盐或磷酸盐)。活性层可以与介质直接物理接触。

铅碳电池可以以由C倍率(与在给定电流下完全充电将花费的时间成反比的度量)量化的高倍率充电。例如，7C充电倍率意味着电池可以在1/7小时或约8.5分钟内充电。包括活性炭阳极的铅碳电池可以具有大于或等于5C、或者大于或等于7C、或者5C至10C的C倍率。充电倍率的这种改进是显著的，这是因为铅碳电池通常具有小于2C充电倍率。

铅碳电池在活性层中可以存储超过125毫安时电荷每克活性炭(mAh/g)。在标准的商用铅碳电池1伏特至2.1伏特每单电池的电压范围内实现了这种存储能力。

提供以下实施例以说明本公开内容。实施例仅是说明性的，并且不旨在将根据本公开内容制备的装置限制于其中阐述的材料、条件或过程参数。

实施例

实施例中使用了以下组分。

实施例1：使用相转化技术制备活性炭阳极

使用相转化技术使用水作为非溶剂制备多孔活性炭(AC)-PVDF阳极。具体地，在室温(约23摄氏度(℃))下使用转子-定子混合器将1克PVDF溶解在42.5克丙酮中以形成按质量计的20％的溶液。注意，也考虑了其他混合装置，例如，FlackTek行星式混合器。将19克活性炭添加至PVDF混合物。通过经由移液管将溶剂混合物快速喷入水中并且将沉淀物过滤直至所有溶剂混合物沉淀来将部分溶剂混合物注入25毫升的水中。在注入过程中经由搅拌棒将水主动混合。在相转化过程中，丙酮从AC-PVDF混合物中迅速扩散出并且形成大孔AC-PVDF材料，其中PVDF在活性炭存在下原纤化并且形成了组合物。通过倾倒在咖啡过滤器上来执行过滤。将沉淀物在90℃下干燥以去除丙酮和水，并且将沉淀物压缩以形成具有2毫米的厚度的自支撑的活性材料层。然后将活性材料层再次在130℃下干燥。

与常规的“混合与浇铸”方法相比，相转化方法在制备厚电极方面具有较小的局限性。然后将活性炭阳极放置在铅金属合金集流体箔上并且压缩以实现基于活性炭阳极的总体积的约65体积百分比的孔隙率。相对于标准的商用铅酸电池阴极测试了由此形成的电极，并且发现产生了大于120mAh/g的活性炭以及超过7倒时数(inverse hours)(hr

拍摄了使用该方法形成的两个填充的PVDF层的SEM图像并且SEM图像如图4和图5所示。图3是包含活性炭与PVDF的重量比为95:5的样品的SEM图像。图4是包含炭黑与PVDF的重量比为85:15的样品的SEM图像，以说明该比例可以变化并且引起填料在原纤化PVDF中具有高表面区域露出度。图3示出了存在互连至活性炭颗粒的小的PVDF原纤维。图4示出了存在互连至炭黑颗粒的较大的PVDF纤维。

实施例2：孔隙率对放电容量的影响

使用相转化方法制备了十二个活性炭阳极，其中PVDF和活性炭的浓度不同。确定了活性炭阳极的孔隙率和放电容量，并且结果在图5中示出。在图5中，用菱形表示的样品包含9wt％的原纤化聚(偏二氟乙烯)和91wt％的活性炭；用圆形表示的样品包含7wt％的原纤化聚(偏二氟乙烯)和93wt％的活性炭；以及由三角形表示的样品包含5wt％的原纤化聚(偏二氟乙烯)和95wt％的活性炭；以及由正方形表示的样品表明能够制备几乎70体积百分比的孔隙率。图5示出了增加活性炭阳极孔隙率引起了放电容量的增加。

放电曲线显示出低的倾斜平稳期，指示存在法拉第电荷存储现象。包括活性炭层的现有阳极描述了具有高得多的斜率的放电曲线，指示电荷分离现象作为存储电荷的手段，这导致了对于商用铅酸电池在2.1伏特降低至1伏特的期望电压范围内的较低的比容量。

实施例3至实施例6：通过其他方法形成的活性炭电极

通过使用超声混合器使PVDF在丙酮中混合来形成实施例3的层。将活性炭添加至溶液并且混合以形成下述溶剂混合物，该溶剂混合物包含有活性炭与PDVF的重量比为90:10。使用具有间隙高度为3毫米至4毫米的刮涂棒将溶剂混合物浇铸至聚酯膜上。将该混合物在室温下在空气中干燥，并且使用25mm的圆形模具切割样品并且形成实施例3的层。实施例3的层产生无法测试的断裂的、脆性的样品。

通过使用超声混合器使PVDF在丙酮中混合来形成实施例4至实施例6的层。将活性炭添加至溶液并且混合以形成下述溶剂混合物，该溶剂混合物对于实施例4包含有活性炭与PDVF的重量比为80:20；对于实施例5包含有活性炭与PDVF的重量比为90:10；以及对于实施例6包含有活性炭与PDVF的重量比为95:5。将溶剂混合物放入具有直径为25mm的模具中。通过在100℃下加热达5分钟并且然后在室温下加热达15分钟来使溶剂混合物干燥。将干燥的样品在Carver压力机中以200磅的力压缩，以施加1750千帕的压力。将样品从模具中去除以形成实施例4至实施例6的层。具有增加的PVDF量的实施例5或实施例6的层均未产生相干样品。

以下阐述本公开内容的非限制性方面。

方面1：一种制备用于铅碳电池中的活性炭阳极的活性层的方法，包括：形成包含聚(偏二氟乙烯)和溶剂的溶剂混合物；将所述溶剂混合物与非溶剂进行组合以在原纤化聚(偏二氟乙烯)基质中形成包含活性炭的沉淀物，其中所述溶剂混合物和所述非溶剂中的至少之一包含所述活性炭或任选的导电填料；将所述沉淀物相对所述溶剂和所述非溶剂分离；以及由所述沉淀物形成所述活性层。所述活性层包含：大于或等于85重量百分比的所述活性炭；1重量百分比至15重量百分比的所述原纤化聚(偏二氟乙烯)；以及0重量百分比至10重量百分比的导电填料，其中重量基于所述活性层的总重量。

方面2：根据方面1所述的方法，其中所述溶剂具有15MPa

方面3：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中所述溶剂包含丙酮、环己酮、二甲基乙酰胺(DMAc)、甲基乙基酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、四甲基脲、或磷酸三甲酯中的至少之一。优选地，所述溶剂包含二甲基乙酰胺(DMAc)、甲基乙基酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、或二甲基亚砜(DMSO)中的至少之一。

方面4：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中所述非溶剂具有12MPa

方面5：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中所述非溶剂包含酸溶液、醇(例如，烷基醇)、脂族烃、芳族烃、碱溶液、丁内酯、N-乙酸丁酯、卡必醇乙酸酯、二异丁基酮、邻苯二甲酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙二醇醚、乙二醇醚酯、三乙酸甘油酯、卤代溶剂、异佛尔酮、甲基异丁基酮、碳酸亚丙酯、磷酸三乙酯、或水中的至少之一。

方面6：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中将所述溶剂混合物与所述非溶剂进行组合包括将所述溶剂混合物倾倒入或注入至所述非溶剂中。

方面7：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中将所述溶剂混合物与所述非溶剂进行组合不包括使所述溶剂混合物与所述非溶剂主动混合。

方面8：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中将所述沉淀物分离包括从所述沉淀物中对所述溶剂和所述非溶剂进行以下中的至少之一：沥干、过滤或离心。

方面9：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，还包括将所述沉淀物或所述活性层中的至少之一干燥。

方面10：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中存在所述导电填料，并且所述导电填料包含石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、或炭黑中的至少之一。

方面11：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中形成所述活性层包括对所述活性层进行挤出、模制、浇铸、热成型、压延、层压或辊涂中的至少之一。

方面12：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中所述聚(偏二氟乙烯)包含聚(偏二氟乙烯)共聚物，例如，具有三氟氯乙烯的聚(偏二氟乙烯)共聚物。

方面13：根据前述方面中任一个或更多个所述的方法，其中所述活性炭具有大于或等于500m

方面14：一种活性层，包含：大于或等于85重量百分比的活性炭；1重量百分比至15重量百分比的原纤化聚(偏二氟乙烯)；以及0重量百分比至10重量百分比的导电填料，其中重量基于所述活性层的总重量，其中所述活性层可选地通过前述方面中任一个或更多个所述的方法形成。

方面15：根据前一方面所述的活性层，其中所述活性层具有以下中的至少之一：50体积百分比至75体积百分比的孔隙率；或者0.5毫米至10毫米、或者2.5毫米至5毫米的厚度，或者其中所述活性层是自支撑的。

方面16：一种铅碳电池，包括：活性炭阳极，包括活性层——任选的根据方面14或15所述的活性层；和集流体，其中所述活性层与所述集流体电接触；与阴极侧集流体电接触的铅氧化物阴极；位于所述活性炭阳极与所述阴极之间的酸(例如，硫酸)；以及壳体，其封装所述活性炭阳极、所述阴极和所述酸。

方面17：根据方面16所述的铅碳电池，其中所述活性层与所述集流体直接物理接触。

方面18：根据方面16或方面17所述的铅碳电池，其中所述活性层与所述酸直接物理接触。

方面19：根据方面16至18中任一个或更多个所述的铅碳电池，还包括位于所述活性炭阳极与所述阴极之间的隔离件。

方面20：根据方面16至19中任一个或更多个所述的铅碳电池，其中所述铅碳电池具有大于或等于5C、或者大于或等于7C的C倍率；或者其中所述铅碳电池在所述活性层中可以存储超过125毫安时电荷每克活性炭；在标准的商用铅碳电池的1伏特至2.1伏特每单电池的电压范围内实现所述存储能力。

组合物、方法和制品可以可替选地包括本文公开的任何合适的材料、步骤或组分，由本文公开的任何合适的材料、步骤或组分组成，或者基本上由本文公开的任何合适的材料、步骤或组分组成。组合物、方法和制品可以另外地或替选地被配制成不含或基本上不含对实现组合物、方法和制品的功能或目的而言不是必需的任何材料(或物质)、步骤或组分。

术语“一种”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在所引用的项目中的至少一个。除非上下文另外明确指出，否则术语“或”意指“和/或”。在整个说明书中对“方面”、“实施方案”、“另一实施方案”、“一些实施方案”等的引用意指关于该实施方案描述的特定要素(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文所描述的至少一个实施方案中，并且可以存在或可以不存在于其他实施方案中。另外，应当理解，所描述的要素可以在各个实施方案中以任何合适的方式组合。

当要素例如层、膜、区域或基底被称为在另一要素“上”时，其可以直接在另一要素上，或者也可以存在中间要素。相比之下，当要素被称为“直接在”另一要素“上”时，不存在中间要素。

除非本文中相反地指出，否则所有的测试标准都是本申请的提交日期中有效的最新标准，或者，如果要求优先权，则是出现测试标准的最早优先权申请的提交日期中有效的最新标准。

涉及同一组分或特性的所有范围的端点包括该端点，可以独立组合，并且包括所有中间点和范围。例如，“高至25wt％、或者5wt％至20wt％”的范围包括“5wt％至25wt％”的范围的端点和所有中间值，例如10wt％至23wt％等)。术语“其组合”或“至少一个”意指列表包括自支撑的每个要素，以及该列表的两个或更多个要素的组合，以及该列表的至少一个要素与未命名的相似要素的组合。此外，术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。

除非另有限定，否则本文所使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常所理解的含义相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其他参考文献通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则本申请中的术语优先于所并入的参考文献的冲突的术语。

虽然已经描述了特定的实施方案，但是对于申请人或本领域的其他技术人员可能会出现目前无法预见或可能无法预见的替选方案、修改、变型、改进和实质等同内容。因此，所提交的以及可能被修改的所附权利要求书旨在涵盖所有这样的替选方案、修改、变型、改进和实质等同内容。