(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛酸蓄電池の電極に用いられる電極組成物であって、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し；かつ、
以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する酸化カーボンブラックを含む電極組成物。
【請求項２】
前記酸化カーボンブラックが、３５〜３６０ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項３】
前記酸化カーボンブラックが、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１５ｍｍоｌ／ｇ〜１．５ｍｍоｌ／ｇの範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項４】
鉛、ＰｂＯ、鉛酸化物、Ｐｂ3Ｏ4、及びＰｂＳＯ4、これらの水酸化物、酸、及び金属錯体から選択される鉛含有材料をさらに含む、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項５】
少なくとも１種の有機分子エキスパンダーをさらに含む、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項６】
ＢａＳＯ4をさらに含む、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項７】
前記酸化カーボンブラックが、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される６以下のｐＨを有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項８】
前記酸化カーボンブラックが、２５ｍＪ／ｍ2〜５０ｍＪ／ｍ2の範囲の表面エネルギーを有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項９】
前記酸化カーボンブラックが、ラマン分光法により決定される１６Å〜２３Åの範囲の結晶子サイズ（Ｌa）を有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項１０】
前記酸化カーボンブラックが、１０〜７５の範囲の伝導率を有し、前記伝導率が、以下の式：
伝導率＝［ＢＥＴ×ＯＡＮ］1/2／［１＋揮発性物質含有量］
式中、ＢＥＴはｍ２／ｇの単位、ＯＡＮはｍＬ／１００ｇの単位、そして揮発性物質含有量は質量％の単位で表される、
から得られる、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項１１】
前記酸化カーボンブラックが少なくとも０．２Ω‐ｃｍの粉末抵抗率を有する、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項１２】
前記酸化カーボンブラックが、６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積、及び３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有するベースカーボンブラックを、酸素ガス、オゾン、式ＮxＯy（式中、ｘ＝１〜２かつｙ＝１〜４）の窒素酸化物、過硫酸塩、次亜ハロゲン酸塩、過ハロゲン酸塩、酸化性酸、及び遷移金属含有酸化剤から選択される少なくとも１種の試薬に供することによって酸化することにより製造された、請求項１に記載の電極組成物。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組成物を含む電極。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電極を含む鉛酸蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本件は、参照により本開示に組み入れられる、２０１５年７月１７日に出願された米国仮出願第６２／１９３８４４号、及び２０１５年９月２２日に出願された米国仮出願第６１／２２１８２４号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本開示に開示されるのは、電極及び鉛酸蓄電池応用に有用であることができる酸化カーボンブラックである。
【背景技術】
【０００３】
背景
鉛酸蓄電池組成物（例えばアノード組成物）への炭素質材料の添加の使用が増大している。炭素が、電荷受容性及びサイクル寿命を改善することができることが発見された。しかし、炭素の存在は、過充電電圧化での自動車用途及び静止用途に関連する高温過充電条件中の水損失の増大をもたらす可能性がある。したがって、水損失の増大を防止しつつ、適切な電荷受容性及びサイクル寿命を達成する鉛酸蓄電池用の新たな添加剤を開発する継続した必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
１つの実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）；及び
９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量
を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【０００５】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）；及び
酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量
を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【０００６】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）；
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量
を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【０００７】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）；及び
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【０００８】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックであって、
９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【０００９】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックであって、
酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００１０】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックであって、
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００１１】
別の実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックであって、
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００１２】
別の実施態様は、
本開示に開示される酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００１３】
別の実施態様は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３質量％の揮発性物質含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００１４】
別の実施態様は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００１５】
別の実施態様は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００１６】
別の実施態様は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００１７】
別の実施態様は、本開示に開示される酸化カーボンブラック又は電極組成物を含む電極を提供する。別の実施態様は、本開示に開示される電極を含むセル又は鉛酸蓄電池を提供する。
【００１８】
別の実施態様は、
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積、及び３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラックを酸化することを含む酸化カーボンブラックの製造方法であって、
酸化カーボンブラックが、以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する酸化カーボンブラックの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、例４のサンプルに関する粉末抵抗率（Ω‐ｃｍ）対密度（ｇ／ｃｍ3）のプロットである。
【図２】図２は、例４のサンプルに関する粉末抵抗率（Ω‐ｃｍ）対規格化された酸素含有量（［酸素］／ＢＥＴ、μｍоｌ／ｍ2）のプロットである。
【図３】図３は、例４のサンプルに関する粉末抵抗率（Ω‐ｃｍ）対規格化された揮発性物質含有量（揮発性物質含有量／ＢＥＴ、％ｇ／ｍ2）のプロットである。
【図４】図４は、例５の組成物に関する−０．６Ｖ（対ＳＣＥ）における規格化された水素発生反応電流（Ｉ  ＨＥＲ）（ｍＡ／ｍＡ）対酸素含有量（質量％）のプロットである。
【図５】図５は、例５による−０．６Ｖ（対ＳＣＥ）における規格化された水素発生反応電流（Ｉ  ＨＥＲ）（ｍＡ／ｍＡ）対伝導率のプロットである。
【図６】図６は、カーボンブラックなし（コントロール）、０．５質量％のカーボンブラック（ＣＢ）、及び０．５質量％の酸化カーボンブラック（サンプル「酸化Ｂ」）の鉛酸蓄電池に関する例６の動的電荷受容性（ＤＣＡ）、冷間クランク（ＣＣＡ）、及び３週間水損失結果の棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
詳細な説明
ある種の酸化カーボンブラックが、他の炭素添加剤を加えた際にみられる水損失を低減しつつ、高い動的電荷受容性を与えることが見いだされた。したがって、本開示に開示されるのは、鉛酸蓄電池用途用の電極に組み入れることができる酸化炭素質材料である。
【００２１】
概して、負極板への炭素の添加により、鉛酸蓄電池の電荷受容性及びサイクル寿命を改善することができる。鉛酸蓄電池の電荷受容性及びサイクル寿命は、より熱力学的に有利な表面対体積比を有する硫酸鉛の大きな結晶の形成により制限される。形成された硫酸鉛結晶の表面対体積比が減少すると、鉛に戻すＰｂＳＯ4の還元を逆にする負極の性能は、特に、典型的には急速充電と関連する短いタイムスケールで損なわれ、その結果電荷受容性は低下する。大きな硫酸鉛結晶の形成は、したがって充電及び放電速度における動的不可逆性、「サルフェーション」として知られている状態をもたらす。動的に不可逆性な硫酸鉛結晶の過剰な蓄積は、次いで負極板／電極構造の劣化をもたらし、それは、早期故障及びサイクル寿命の損失をもたらす可能性がある。
【００２２】
炭素質材料（例えばカーボンブラック、グラファイト、活性炭、又はグラフェン若しくはカーボンナノチューブ等の炭素の他の形態）の添加により、負極モルフォロジーの変更をもたらして、形成された硫酸鉛結晶の形成及び溶解の動的可逆性、並びに複数サイクルの充填及び放電中の保存電極安定性を改善することができ、これにより、電荷受容性及びサイクル寿命を改善することができる。しかし、変更された負極モルフォロジーは、水電解の速度の増大、及び水損失の全体の速度の増大を、特に過充電条件においてもたらす場合がある。１つの実施態様において、このトレードオフが軽減され、例えば水損失を低減することにより、電荷受容性及びサイクル寿命を改善するという炭素添加剤の利益を向上させる。
【００２３】
本開示に開示されるように、高いＤＣＡ及び低減された水損失を、ある種のモルフォロジーを有する酸化カーボンブラックにより達成することができることが見いだされた。
【００２４】
したがって、１つの実施態様は、以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００２５】
本開示で用いられる「酸化カーボンブラック」は、多数の酸素原子を有するカーボンブラックを指す。酸素原子の存在は、本開示でより詳細に記載される揮発性物質試験、不活性ガス溶融法による酸素含有量、又はＢｏｅｈｍ滴定法により決定される全滴定可能酸性基含有量等の当分野で知られている数多くの方法により決定することができる。
【００２６】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、最小揮発性物質含有量を有する。酸化カーボンブラックの揮発性物質含有量は、不活性雰囲気中で９５０℃に曝露した際の材料質量の損失に関し、質量％で報告される。
【００２７】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量を有する。１つの実施態様において、揮発性物質含有量は、ＤＩＮ５３５５２に準拠した９５０℃における揮発性物質試験により決定される。１つの実施態様において、揮発性物質含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも６質量％、少なくとも８質量％、少なくとも１０質量％、少なくとも１２質量％、少なくとも１５質量％、少なくとも２０質量％である。１つの実施態様において、揮発性物質含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して５．５〜２５質量％、例えば８〜２５質量％、１０〜２５質量％、１２〜２５質量％、１５〜２５質量％、２０〜２５質量％、５．５〜２０質量％、８〜２０質量％、１０〜２０質量％、１２〜２０質量％、又は１５〜２０質量％の範囲である。
【００２８】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、当分野で知られている任意の方法により決定することができる最小酸素含有量を有する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、不活性ガス溶融法により決定される、酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量を有する。不活性ガス溶融法による全酸素含有量は、不活性ガス条件下において、酸化カーボンサンプルを非常に高い温度（例えば約３０００℃）に曝露することにより決定することができる。サンプル中の酸素は炭素と反応してＣＯ及びＣＯ2を形成し、それは非分散型赤外法によりモニターすることができる。全酸素含有量は、酸化カーボンの全質量に対する質量パーセントで報告される。不活性ガス溶融法に基づく種々の酸素分析器は当分野で知られており、市販で入手可能である（例えばＬＥＣＯ（登録商標）ＴＣＨ６００アナライザー）。１つの実施態様において、全酸素含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも３．７質量％、少なくとも４質量％、少なくとも４．２質量％、少なくとも４．３質量％、又は少なくとも４．５質量％である。１つの実施態様において、全酸素含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して３．５〜２０質量％、例えば３．７〜２０質量％、４〜２０質量％、４．２〜２０質量％、４．３〜２０質量％、又は４．５〜２０質量％の範囲である。
【００２９】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される最小全滴定可能酸性基含有量を有する。Ｂｏｅｈｍ滴定法は、酸化カーボン上の種々の表面酸性基の濃度を測定する当分野で知られている方法である（Ｂｏｅｈｍ，Ｈ．Ｐ．、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．１０，６６９、（１９６４）；Ｂｏｅｈｍ，Ｈ．Ｐ．、Ｃａｒｂｏｎ３２，７５９（１９９４）；Ｇｏｅｒｔｚｅｎ，Ｓ．Ｌ．、Ｃａｒｂｏｎ、４８，１２５２（２０１０）；及びＯｉｃｋｌｅ，Ａ．Ｍ．、Ｃａｒｂｏｎ、４８，３３１３（２０１０）参照）。この方法は、１種又はそれより多くの塩基、例えば異なる強度の３種の塩基（ＮａＯＨが酸化カーボンの表面カルボン酸、ラクトン、及びフェノール基を中和し、Ｎａ2ＣＯ3が表面カルボン酸及びラクトン基を中和するのに対し、ＮａＨＣＯ3が表面カルボン酸基のみを中和するという仮定で、ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3及びＮａＨＣＯ3）による酸化カーボンの酸‐塩基滴定に基づく。１つの実施態様において、全滴定可能酸性基含有量は、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定されるカルボン酸基、ラクトン基、及びフェノール基の含有量の合計である。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックの全滴定可能酸性基含有量は、Ｂｏｅｈｍ法にしたがうＮａＯＨによる滴定から得られる。
【００３０】
１つの実施態様において、Ｂｏｅｈｍ滴定法による酸化カーボンブラックの全滴定可能酸性基含有量は表面積基準で決定され、酸化カーボンブラックのＢＥＴ表面積が用いられる。１つの実施態様において、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される全滴定可能酸性基含有量（例えば表面カルボン酸、ラクトン及びフェノール基の合計）は、少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2、例えば少なくとも０．７μｍоｌ／ｍ2、少なくとも１μｍоｌ／ｍ2、少なくとも１．１μｍоｌ／ｍ2、又は少なくとも１．２μｍоｌ／ｍ2である。別の実施態様において、Ｂｏｅｈｍ滴定法による全滴定可能酸性基含有量は質量基準で決定され、例えばＢｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇ、例えば少なくとも０．７ｍｍоｌ／ｇ、少なくとも１．１ｍｍоｌ／ｇ、少なくとも１．２ｍｍоｌ／ｇ、少なくとも１．３ｍｍоｌ／ｇ、少なくとも１．４ｍｍоｌ／ｇ、又は少なくとも１．５ｍｍоｌ／ｇである。
【００３１】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１５ｍｍоｌ／ｇ〜１．５ｍｍоｌ／ｇの範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する。別の実施態様において、酸化カーボンブラックは、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１μｍоｌ／ｍ2〜１．２μｍоｌ／ｍ2の範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する。
【００３２】
概して、酸化ブラックは、酸素含有基、たとえばフェノール、ラクトン、カルボニル、カルボン酸、無水物、エーテル及びキノンのうちの１種又はそれより多くを有する表面を特徴とする。カーボンブラックの酸化の程度は、このような酸素含有基の表面濃度を決定することができる。本開示に開示されるカーボンブラックを、当分野で知られている種々の酸化剤により酸化することができる。カーボンブラックの例示的な酸化剤としては、酸素ガス、オゾン、窒素酸化物（ＮxＯy、式中、ｘ＝１〜２、ｙ＝１〜４、例えばＮＯ、ＮＯ2、（空気との混合物を含む））、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、次亜塩素酸ナトリウム等の次亜ハロゲン酸塩（ｈｙｐｏｈａｌｉｔｅ）、岩塩（ｈａｌｉｔｅ）、ハロゲン酸塩（ｈａｌａｔｅ）、又は過ハロゲン酸塩（ｐｅｒｈａｌａｔｅ）（たとえば亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、又は過塩素酸ナトリウム）、硝酸等の酸化性酸、及び過マンガン酸塩、四酸化オスミウム、酸化クロム、又は硝酸セリウムアンモニウム等の遷移金属含有酸化剤、及びこれらの混合物、例えば酸素及びオゾン等のガス状酸化剤の混合物が挙げられる。
【００３３】
カーボンブラック粒子の酸化は、種々の表面炭素‐酸素基の形成のために、材料揮発性物質含有量及び全酸素含有量を増大させることが知られている。これらの基のほとんどは、不活性雰囲気中で酸化カーボンブラックを高温（たとえば９５０℃以上）に曝露した際にＣＯ及び／又はＣＯ2に転化する。酸化カーボンブラックの形成された表面炭素‐酸素含有基の幾らかはイオン化可能である。
【００３４】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、例えば６５０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、又は１２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ）表面積は、ＡＳＴＭ‐Ｄ６５５６に準拠して決定することができる。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは粒状である。１つの実施態様において、カーボンブラック又は酸化カーボンブラック粒子は、一次粒子の凝集体を指し、一次粒子自体を指さない。
【００３５】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、３５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、例えば５０〜５００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜５００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜４００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜４００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、又は１００〜１７０ｃｍ3／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有する。ＯＡＮは、ＡＳＴＭ‐Ｄ２４１４に準拠して決定することができる。
【００３６】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０〜１５００ｍ2／ｇ、例えば６５０〜１４５０ｍ2／ｇ、７００〜１５００ｍ2／ｇ、又は７００〜１４５０ｍ2／ｇの範囲の表面積、及び３５〜１７０ｍＬ／１００ｇ、５０〜２００ｍＬ／１００ｇ、５０〜１７０ｍＬ／１００ｇ、１００〜２００ｍＬ／１００ｇ、又は１００〜１７０ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有する。
【００３７】
また、本開示に開示されるのは、ベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックである。１つの実施態様において、ベースカーボンブラックは以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有する。
【００３８】
係るベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックは、本開示に開示される値のいずれかを有する揮発性物質含有量、全酸素含有量、又は全滴定可能酸性基含有量を有することができる。１つの実施態様において、「ベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラック」は、かなりの酸素含有量を有さないベースカーボンブラックの酸化により生じる生成物を指し、例えばベースカーボンブラックは、本開示に開示される値未満の揮発性物質含有量、全酸素含有量、又は全滴定可能酸性基含有量を有する。１つの実施態様において、ベースカーボンブラックは、以下の特性：９５０℃における質量損失により決定されるベースカーボンブラックの全質量に対する５．５質量％未満の揮発性物質含有量、ベースカーボンブラックの全質量に対する３．５質量％未満の全酸素含有量、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．５μｍоｌ／ｍ2未満の全滴定可能酸性基含有量、及びＢｏｅｈｍ滴定法により決定される０．５ｍｍоｌ／ｇ未満の全滴定可能酸性基含有量のうちの少なくとも１つを有する。
【００３９】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、例えば６５０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、又は１２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を有するベースカーボンブラック由来である。ＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ‐Ｄ６５５６に準拠して決定することができる。
【００４０】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、それを誘導するベースカーボンブラックのものより低いＢＥＴ表面積を有する。
【００４１】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、３５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、例えば５０〜５００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜５００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜４００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜４００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、又は１００〜１７０ｃｍ3／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有するベースカーボンブラック由来である。ＯＡＮは、ＡＳＴＭ‐Ｄ２４１４に準拠して決定することができる。
【００４２】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０〜１５００ｍ2／ｇ、例えば６５０〜１４５０ｍ2／ｇ、７００〜１５００ｍ2／ｇ、又は７００〜１４５０ｍ2／ｇの範囲の表面積、及び３５〜１７０ｍＬ／１００ｇ、５０〜２００ｍＬ／１００ｇ、５０〜１７０ｍＬ／１００ｇ、１００〜２００ｍＬ／１００ｇ、又は１００〜１７０ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有するベースカーボンブラック由来である。
【００４３】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、８〜５０ｎｍ、例えば８〜４０ｎｍ、８〜３０ｎｍ、又は８〜２０ｎｍの範囲の一次粒子サイズを有するベースカーボンブラック由来である。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、８〜５０ｎｍ、例えば８〜４０ｎｍ、８〜３０ｎｍ、又は８〜２０ｎｍの範囲の一次粒子サイズを有する。
【００４４】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される６以下のｐＨを有する。酸化カーボンブラックが水中に分散された際、得られる上澄みのｐＨは、増大する酸又はフェノール基により典型的には低下する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される１．５〜６の範囲のｐＨ、又は２〜６の範囲のｐＨを有する。
【００４５】
酸化カーボンブラックは、重量装置を用いた水蒸気吸着の測定（動的水蒸気吸着法）による表面エネルギー分析（ＳＥＰ）により特徴づけることもできる。この方法において、サンプルを湿度室内で秤量し、質量の変化を記録しつつ、相対湿度の一連のステップ変化において平衡にさせる。平衡質量は、相対湿度の関数として増大し、蒸気吸着等温線を生成するのに用いることができる。サンプルの拡張圧（ｍＪ／ｍ2）はπe／ＢＥＴ（式中、
【００４６】
【数１】
0006666425.tif 000002
【００４７】
、かつ、Ｒは理想気体定数であり、Ｔは温度であり、Γは吸着された水のモルであり、ｐ0は蒸気圧であり、ｐは各増加ステップにおける蒸気の分圧である。）
として算出される。拡張圧は固体の表面エネルギーに関し、固体の疎水性／親水性特性の指標であり、より低い表面エネルギー（ＳＥ）は、より高い疎水性に対応する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、少なくとも２５ｍＪ／ｍ2の表面エネルギー、例えば２５ｍＪ／ｍ2〜７０ｍＪ／ｍ2、２５ｍＪ／ｍ2〜６０ｍＪ／ｍ2、又は２５ｍＪ／ｍ2〜５０ｍＪ／ｍ2の範囲の表面エネルギーを有する。
【００４８】
酸化カーボンブラックの結晶子サイズは、ラマン分光法、例えばそれぞれ「Ｄ」及び「Ｇ」バンドと表記される約１３４０ｃｍ-1及び１５８０ｃｍ-1におけるラマンスペクトルの２つの主要な「共鳴」バンドをモニターすることにより決定することができる。結晶子サイズ（Ｌa）は、式：
Ｌa＝４３．５×（Ｇバンドの面積／Ｄバンドの面積）
からオングストロームで算出することができる。
【００４９】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、ラマン分光法により決定される少なくとも１６Åの結晶子サイズ（Ｌa）を有する。別の実施態様において、酸化カーボンブラックは、ラマン分光法により決定される１６Å〜２３Åの範囲の結晶子サイズ（Ｌa）を有する。
【００５０】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックの抵抗は、以下の式：
伝導率＝［ＢＥＴ×ＯＡＮ］1/2／［１＋揮発性物質含有量］
（米国特許第６８２０７３８号参照）にしたがって定義される伝導率により特徴づけられる。伝導率は、本開示に記載のＢＥＴ、ＯＡＮ及び揮発性物質含有量に依存する。ＢＥＴ及びＯＡＮがより低く、伝導率がより低いほど、したがって抵抗はより高く、一方でより低い揮発性物質含有量は、酸化カーボンブラックのより低い抵抗をもたらす。
【００５１】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、１０〜７５、１５〜７５、２０〜７５、２５〜７５、１０〜７０、１５〜７０、２０〜７０、２５〜７０、１０〜６０、１５〜６０、２０〜６０、２５〜６０、１０〜５０、１５〜５０、２０〜５０、又は２５〜５０の範囲の伝導率を有する。
【００５２】
別の実施態様において、酸化カーボンブラックの電気抵抗は、その粉末抵抗率により特徴づけられる。１つの実施態様において、粉末抵抗率は、当分野で知られている方法による定義された圧縮において得られる。粉末体積電気抵抗率は、以下の式：
ρ＝Ｒ×Ａ／Ｉ
（式中、ρは体積電気抵抗率（Ω‐ｃｍ）であり、Ｒは粉末の電気抵抗（Ω）であり、Ａはセルの断面積（ｃｍ2）であり、Ｉは２つの電極間の距離（ｃｍ）である。）
を用いてある圧力において算出することができる。
【００５３】
１つの実施態様において、０．８ｃｍ3／ｇの密度において、酸化カーボンブラックは少なくとも０．２Ω‐ｃｍ又は少なくとも０．２５Ω‐ｃｍの粉末抵抗率、例えば０．２〜１．５Ω‐ｃｍ、０．２〜１．４Ω‐ｃｍ、０．２〜１．３Ω‐ｃｍ、０．２〜１．２Ω‐ｃｍ、０．２〜１．１Ω‐ｃｍ、０．３〜１．５Ω‐ｃｍ、０．３〜１．４Ω‐ｃｍ、０．３〜１．３Ω‐ｃｍ、０．３〜１．２Ω‐ｃｍ、又は０．３〜１．１Ω‐ｃｍの範囲の粉末抵抗率を有する。
【００５４】
別の実施態様は、
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有するベースカーボンブラックを酸化することを含む酸化カーボンブラックの製造方法であって、
酸化カーボンブラックが、以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する、酸化カーボンブラックの製造方法を提供する。
【００５５】
１つの実施態様において、酸化することは、ベースカーボンブラックを、酸素ガス、オゾン、式ＮxＯy（式中、ｘ＝１〜２、ｙ＝１〜４）の窒素酸化物（例えばＮＯ、ＮＯ2、（空気との混合物を含む））、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、次亜塩素酸ナトリウム等の次亜ハロゲン酸塩、岩塩、ハロゲン酸塩、亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、又は過塩素酸ナトリウム等の過ハロゲン酸塩、硝酸等の酸化性酸、及び過マンガン酸塩、四酸化オスミウム、酸化クロム、硝酸セリウムアンモニウム等の遷移金属含有酸化剤から選択される少なくとも１種の試薬に供することを含む。１つの実施態様において、少なくとも１種の試薬は、少なくとも２種又はそれより多くの試薬、例えば酸素及びオゾン等を含む。別の実施態様において、酸化することは、ベースカーボンブラックを、空気と混合された少なくとも１種の試薬に供することを含む。１つの実施態様において、少なくとも１種の試薬は、少なくとも２種又はそれより多くの試薬、例えば酸素及びオゾン等を含む。別の実施態様において、酸化することは、ベースカーボンブラックを、空気と混合された少なくとも１種の試薬に供することを含む。
【００５６】
別の実施態様は、電極組成物を提供する。電極組成物は、電極板又は電流コレクターをコーティングすることができる。組成物を他の構成要素と組み合わせて鉛酸蓄電池用の電極を形成することができる。したがって、別の実施態様は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも３質量％の揮発性物質含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む電極組成物を提供する。
【００５７】
別の実施態様において、電極組成物は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも３．５質量％の全酸素含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む。
【００５８】
別の実施態様において、電極組成物は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む。
【００５９】
別の実施態様において、電極組成物は、
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量を有する酸化カーボンブラック；及び
少なくとも１種の鉛含有材料
を含む。
【００６０】
これらの実施態様の１つ又はそれより多くにおいて、組成物は、本開示に記載の１種又はそれより多くの追加の構成要素、例えば有機分子エキスパンダー、ＢａＳＯ4、及び／又はＨ2ＳＯ4のうちの１種又はそれより多くをさらに含むことができる。
【００６１】
１つの実施態様において、電極組成物は、あるＢＥＴ表面積範囲を有する酸化カーボンブラックを含む。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、８０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、例えば８０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、又は１２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する。
【００６２】
別の実施態様は、８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラック、及び少なくとも１種の鉛含有材料を含む電極組成物を提供する。係るベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックは、本開示に開示される値のいずれかを有する揮発性物質含有量、全酸素含有量、又は全滴定可能酸性基含有量を有することができる。
【００６３】
１つの実施態様において、電極組成物は、８０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、例えば８０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、３００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、４００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、５００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、６５０ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、７００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、８００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、１０００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２１００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜２０００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１８００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１６００ｍ2／ｇ、１２００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇ、又は１２００ｍ2／ｇ〜１４５０ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有するベースカーボンブラック由来の酸化カーボンブラックを含む。
【００６４】
別の実施態様において、電極組成物は、３５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、例えば５０〜５００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜５００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜５００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜４００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜４００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜４００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３６０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜３００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜３００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜３００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２７５ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２５０ｃｍ3／１００ｇ、３５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、５０〜２００ｃｍ3／１００ｇ、７５〜２００ｃｍ3／１００ｇ、１００〜２００ｃｍ3／１００ｇ、３５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、５０〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、７５〜１７０ｃｍ3／１００ｇ、又は１００〜１７０ｃｍ3／１００ｇの範囲のオイル吸収数を有する酸化カーボンブラックを含む。
【００６５】
１つの実施態様において、電極組成物は、ＤＩＮ５３５５２に準拠した９５０℃における揮発性物質試験により決定される、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも３質量％の揮発性物質含有量を有する酸化カーボンブラックを含む。１つの実施態様において、揮発性物質含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して少なくとも３．５質量％、少なくとも４質量％、少なくとも４．５質量％、少なくとも５質量％、少なくとも５．５質量％、少なくとも６質量％、少なくとも８質量％、少なくとも１０質量％、少なくとも１２質量％、少なくとも１５質量％、少なくとも２０質量％である。１つの実施態様において、揮発性物質含有量は、酸化カーボンブラックの全質量に対して３〜２５質量％、例えば３．５〜２５質量％、４〜２５質量％、５〜２５質量％、５．５〜２５質量％、６〜２５質量％、８〜２５質量％、１０〜２５質量％、１２〜２５質量％、１５〜２５質量％、２０〜２５質量％、３〜２０質量％、３．５〜２０質量％、４〜２０質量％、５〜２０質量％、５．５〜２０質量％、６〜２０質量％、８〜２０質量％、１０〜２０質量％、１２〜２０質量％、又は１５〜２０質量％の範囲である。
【００６６】
１つの実施態様において、少なくとも１種の鉛含有材料は、鉛、ＰｂＯ、鉛酸化物、Ｐｂ3Ｏ4、及びＰｂＳＯ4、これらの水酸化物、これらの酸、他のこれらのポリ金属鉛錯体から選択される。１つの実施態様において、少なくとも１種の鉛含有材料は、主にＰｂＯ及び鉛を含む鉛酸化物であることができる。電極組成物の製造中、ＰｂＳＯ4は鉛酸化物とＨ2ＳＯ4との反応において生成する。
【００６７】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、組成物の全質量に対して０．０５質量％〜３質量％の範囲の（添加）量、例えば、組成物の全質量に対して０．０５質量％〜２．５質量％、０．０５質量％〜２質量％、０．０５質量％〜１．５質量％、０．０５質量％〜１質量％、０．０５質量％〜０．５質量％、０．１質量％〜３質量％、０．１質量％〜２．５質量％、０．１質量％〜２質量％、０．１質量％〜１．５質量％、０．１質量％〜１質量％、０．１質量％〜０．５質量％、０．２質量％〜３質量％、０．２質量％〜２．５質量％、０．２質量％〜２質量％、０．２質量％〜１．５質量％、０．２質量％〜１質量％、０．２質量％〜０．５質量％、０．５質量％〜３質量％、０．５質量％〜２．５質量％、０．５質量％〜２質量％、０．５質量％〜１．５質量％、０．５質量％〜１質量％、１質量％〜３質量％、１質量％〜２．５質量％、１質量％〜２質量％、１質量％〜１．５質量％、１．５質量％〜３質量％、１．５質量％〜２．５質量％、１．５質量％〜２質量％、２質量％〜３質量％、又は２質量％〜２．５質量％の範囲の量で組成物中に存在する。
【００６８】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、酸化カーボンブラックの量が、本開示に開示される量、例えば組成物の全質量に対して０．０５〜３質量％の範囲で存在する限り、以下に制限されないが、カーボンブラック、活性炭、膨張グラファイト、グラフェン、数層グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンナノファイバー、及びグラファイトを含む炭素の他の形態と混合されることができる。
【００６９】
組成物は、少なくとも１種の有機分子エキスパンダー、Ｈ2ＳＯ4、及びＢａＳＯ4のうちの１種又はそれより多くを含む他の構成要素をさらに含むことができる。１つの実施態様において、電極組成物は、少なくとも、互いに散在した（例えば均一に散在した）鉛含有材料と酸化カーボンブラックとを含み、例えば酸化カーボンブラック及び鉛含有物は粒状である。１つの実施態様において、混合物の構成要素は層又はコーティングとして与えられない。１つの実施態様において、電極組成物の他の構成要素（例えばＢａＳＯ4及び／又はＨ2ＳＯ4）に、鉛含有材料及び酸化カーボンブラックが均一に散在している。
【００７０】
本開示で規定される「有機分子エキスパンダー」は、鉛含有種の表面に吸着又は共有結合して、鉛含有種の表面におけるＰｂＳＯ4の滑らかな層の形成の速度を抑制するか実質的に低下させる多孔質網目を形成することができる分子である。１つの実施態様において、有機分子エキスパンダーは、３００ｇ／モル超の分子量を有する。例示的な有機分子エキスパンダーとしては、リグノスルホネート、リグニン、木粉、パルプ、フミン酸、及び木製品、並びにこれらの誘導体又は分解生成物が挙げられる。１つの実施態様において、エキスパンダーは、リグノスルホネート、リグニン構造を含有するかなりの部分を有する分子から選択される。リグニンは、幾つかのメトキシ、フェノール、硫黄（有機及び無機）、及びカルボン酸基を含むプライマリーフェニルプロパン基を含むポリマー種である。典型的には、リグノスルホネートはスルホン化されたリグニン分子である。典型的には、リグノスルホネートとしては、Ｂｏｒｒｅｇａｒｄ  Ｌｉｇｎｏｔｅｃｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ＵＰ‐３９３、ＵＰ‐４１３、ＵＰ‐４１４、ＵＰ‐４１６、ＵＰ‐４１７、Ｍ，Ｄ，ＶＳ‐Ａ（Ｖａｎｉｓｐｅｒｓｅ  Ａ）、ＶＳ‐ＨＴなどが挙げられる。他の有用な例示的なリグノスルホネートは、参照により本開示に組み入れられる「Ｌｅａｄ  Ａｃｉｄ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｐａｖｌоｖ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、２０１１に列記されている。
【００７１】
１つの実施態様において、有機分子エキスパンダーは、組成物の全質量に対して０．１質量％〜１．５質量％、例えば組成物の全質量に対して０．２質量％〜１．５質量％、０．２質量％〜１質量％、０．３質量％〜１．５質量％、０．３質量％〜１質量％、又は０．３質量％〜０．８質量％の範囲の量で電極組成物中に存在する。
【００７２】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラック及び有機分子エキスパンダーの両方は、組成物の全質量に対して０．１〜５質量％、例えば０．１質量％〜４質量％、０．１質量％〜３質量％、０．１質量％〜２質量％、０．１質量％〜１．５質量％の範囲の量で電極組成物中に存在する。別の実施態様において、酸化カーボンブラックは、組成物の全質量に対して０．２質量％〜１．５質量％、例えば０．３質量％〜１．５質量％の範囲の量で存在し、有機分子エキスパンダーは、組成物の全質量に対して０．２質量％〜１．５質量％、０．３質量％〜１．５質量％、０．２質量％〜１質量％、又は０．３質量％〜１質量％の範囲の量で存在する。
【００７３】
別の実施態様は、電極組成物の製造方法を提供する。１つの実施態様において、方法は、酸化カーボンブラックを鉛含有材料、エキスパンダー、及び任意選択的に他の構成要素（例えばＢａＳｏ4）と乾燥混合物として混合し、その後この乾燥混合物に硫酸及び／又は水を（同時に又は任意の順序で逐次的に）加えること含む。別の実施態様において、方法は、鉛含有材料、有機分子エキスパンダー、ＢａＳＯ4、並びにその後（同時に又は任意の順序で逐次的に）硫酸及び／又は水を混合してスラリーを形成することを含む。用いられる方法に関わらず、結果はペースト又はスラリーの形態の中間体であり、それを、基材をコーティングするのに用いることができる。
【００７４】
１つの実施態様において、ペースト又はスラリーを基材、例えば電極板、又はグリッド等の電流コレクターの上に堆積させ、基材上で乾燥させて電極を形成する。１つの実施態様において、グリッドは、（例えば穿孔され、又はシートから延伸された）無数の設計及び形状がある金属構造であり、活物質のための固体永久支持体として機能する。また、グリッドは、活物質へ向かい、また遠ざかる電気又は電子を伝導する。グリッドは、純粋な金属（例えばＰｂ）又はこれらのアロイを含むことができる。これらのアロイの構成要素は、参照により本開示に組み入れられる「Ｌｅａｄ  Ａｃｉｄ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｐａｖｌоｖ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、２０１１に記載の金属の中でも特に、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ａｇを含むことができる。
【００７５】
１つの実施態様において、基材の上への堆積の後に、ペースト中間体を乾燥させる。１つの実施態様において、乾燥させることは、制御された湿度条件下等でゆっくりとキュアすることにより達成され、制御された湿度下での中程度の量の加熱（例えば３０℃〜８０℃、又は３５℃〜６０℃）は多孔質固体をもたらす。キュア工程には、次いで極端に低い湿度、又はゼロ湿度における高温（例えば５０℃〜１４０℃、又は６５℃〜９５℃）での第二の加熱工程（乾燥）が続くことができる。１つの実施態様において、組成物はモノリスである。他のペースト化すること、キュアすること、形成の手順は、参照により本開示に組み入れられる「Ｌｅａｄ  Ａｃｉｄ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｐａｖｌоｖ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、２０１１に記載される。
【００７６】
別の実施態様は、本開示に開示される酸化カーボンブラックを含む電極を含む。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックを含む電極は、酸化カーボンブラックを含む組成物によりコーティングされた電極板を指す。電極はアノードであることができる。別の実施態様は、本開示に開示される電極又は組成物を含むセル又は鉛酸蓄電池、例えば酸化カーボンブラックを含む組成物によりコーティングされた電極板を含む。鉛酸蓄電池は、亜鉛、ナトリウム、及びカリウムイオンから選択される少なくとも１種の電解質添加剤を含む電解質をさらに含むことができる。１つの実施態様において、少なくとも１種の電解質添加剤は、電解質の全質量に対して０．１〜３質量％の範囲の量で電解質中に存在する。
【００７７】
水損失を制御することは、あまりメンテナンスが必要でないか、メンテナンスが必要でない鉛酸蓄電池の設計における１つの検討事項である。鉛酸蓄電池における水損失は、大部分は充電及び過充電中に起こり、典型的には負極板上の水素の発生及び／又はグリッド腐食、並びに正極板上の酸素発生により生じる。負極板における炭素質材料の添加は、典型的には、大部分は炭素の量及び種類（例えば表面積及びモルフォロジー）に依存して水損失の増大をもたらす。一般的に、水素発生の速度と負極板電位との関係は、バトラー・ボルマー式：
Ｉ＝−Ａ．ｉ0．ｅｘｐ［−αcｎＦ／ＲＴ（Ｅ−Ｅeq）］（１）
（式中、水素発生の速度は（カソード）電流Ｉにより与えられ；（電気化学的に活性な）表面積はＡにより与えられ；ｉ0は交換電流密度であり；ｎは反応中に交換された電子の数を表し；αcは反応に関する対称性因子であり；Ｅeqは反応に関する平衡電位を表し；Ｅは過充電条件中の電極電位である。）
により示すことができる。
【００７８】
式（１）から、水素発生の速度に影響を及ぼす２つの材料特有のパラメータ（（ｉ）交換電流密度（ｉ0）により示される水素発生に対する電極構成要素の材料特有の固有活性、及び（ｉｉ）（電気化学的に活性な）表面積Ａに影響を及ぼす材料のモルフォロジー特性）があることを理解することができる。炭素質材料を含有する負極の場合において、水素発生は鉛及び炭素表面の両方で起こることができる。個々の構成要素の相対的な寄与は、与えられた電極電位における（固有の触媒活性及び表面積の組み合わせである）固有の活性により決定される。
【００７９】
１つの実施態様は、本開示に開示される酸化カーボンブラックを含む電極を含むセル又は電池、例えば本開示に開示される酸化カーボンブラックを含む組成物によりコーティングされた電極板を提供し、セルまたは電池は、ベースカーボンブラックを含む電極を有するセル又は電池と比べて低い水損失（例えば少なくとも１０％）を有する。水損失を、ある時間、例えば少なくとも３、４又は６週間、６０℃の水浴中で１４．４Ｖにて電池を過充電した後の質量損失として測定することができる。水損失の程度は、（過）充電中の正極及び負極板電位等の他の因子、並びに酸電解質、グリッド、及び他の電極構成要素中のある種の金属不純物の存在に加えて、電極材料に固有の因子、例えば酸化カーボンブラックの表面積、及びペースト配合物中の添加量に依存する可能性がある。ベースカーボンブラックを有する電極を含むセル又は電池は、典型的にはベースカーボンブラックを含まないセル又は電池と比べて増大した水損失をもたらす。本組成物は、セル及び鉛酸蓄電池用の電極に組み入れられた際に、ベースカーボンブラックを含む電極を有するセル又は電池と比べて少なくとも１０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、又は少なくとも９０％、水損失の水準を低減する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックを含む電極を有する電池は、ベースカーボンブラックを含む電極を有する電池と比べて少なくとも１０％（例えば少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、又は少なくとも９０％）、少なくとも３週間の期間に亘って低減された水損失を達成する。
【００８０】
任意の理論により束縛されることは望まないが、負極板への炭素の添加は、電極モルフォロジーを変化させる。この変化は、典型的には式（１）にしたがって負極板の表面積Ａの増大をもたらし、水素発生の増大した速度、及び加速された水損失をさらにもたらす。任意の理論により束縛されることは望まないが、表面積の増大は、高表面積構成要素であることができる炭素の単純な物理的添加から、又は負極板への炭素粒子の添加により作製された鉛相の増大した表面積から生じる可能性がある。他の相互作用がない場合（例えば個々の構成要素の交換電流密度（ｉ0）は混合の結果として変化しない）において、全水素発生速度及び付随する水損失を、主に２つの相（鉛及び炭素）間の（電気化学的に）活性な全表面積Ａの区画により決定することができる。しかし、鉛及び炭素相により形成された粒子が、水素発生の異なる固有の速度を有することができることも可能である。水損失の緩和は、したがって幾つかの異なる経路により進めることができる。任意の理論により束縛されることは望まないが、水損失の緩和は、酸化工程の結果として表面炭素‐酸素含有基を形成した後に、炭素の固有の活性を改質することにより達成することができる。代わりに、鉛と炭素との相互作用を、カーボンブラック上の炭素‐酸素表面基の存在において変化させることができる。この改質は、電気化学的に活性な表面積Ａの低減、又は水素発生に関する炭素表面の固有の（電気触媒）活性の選択的な改質を選択的に目的とすることができる。
【００８１】
１つの実施態様は、以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有し、
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲の表面積、及び３５〜２００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００８２】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０〜１５００ｍ2／ｇ、例えば６５０〜１４５０ｍ2／ｇ、７００〜１５００ｍ2／ｇ、又は７００〜１４５０ｍ2／ｇの範囲の表面積を有する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、３５〜１７０ｍＬ／１００ｇ、５０〜２００ｍＬ／１００ｇ、５０〜１７０ｍＬ／１００ｇ、１００〜２００ｍＬ／１００ｇ、又は１００〜１７０ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、１０〜７０又は２０〜７０の範囲の伝導率を有する。
【００８３】
別の実施態様は、以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有し、
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲の表面積、及び１０〜７０（例えば２０〜７０）の範囲の伝導率を有する酸化カーボンブラックを提供する。
【００８４】
１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、６５０〜１５００ｍ2／ｇ、例えば６５０〜１４５０ｍ2／ｇ、７００〜１５００ｍ2／ｇ、又は７００〜１４５０ｍ2／ｇの範囲の表面積を有する。１つの実施態様において、酸化カーボンブラックは、３５〜１７０ｍＬ／１００ｇ、５０〜２００ｍＬ／１００ｇ、５０〜１７０ｍＬ／１００ｇ、１００〜２００ｍＬ／１００ｇ、又は１００〜１７０ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有する。
【実施例】
【００８５】
例
例１
この例は、過酸化水素プロセスからの酸化カーボンブラックの調製を記載する（「酸化Ａ」）。
【００８６】
４Ｌのプラウミキサー（Ｐｒｏｃｅｓｓａｌｌ、４Ｈ／Ｖ  Ｔｉｌｔ‐Ａ‐Ｍｉｘ（登録商標）ミキサー）に２００ｇのＰＢＸTM５１カーボンブラック（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能；１５４０ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積及び１６０ｍＬ／１００ｇのＯＡＮ）を入れた。温度を６５℃に設定した。プラウ回転により、３００ｇの３５質量％過酸化水素（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）をゆっくりとミキサーに加えた。生成物を６５℃、１００ｒｐｍにて３０分間混合し、Ｐｙｒｅｘ（登録商標）トレー上に排出した。材料をオーブン中に置き、１００℃にて２時間乾燥させた。
【００８７】
例２
この例は、５質量％の硝酸による酸化カーボンブラックの調製を記載する（サンプル「酸化Ｂ」）。
【００８８】
例１のカーボンブラック（５０ｇ）を、遠心分離管中で５０ｍＬの硝酸（５質量％水溶液）と接触させた。遠心分離管を振とうさせてカーボンブラックの全てを湿らせ、次いでボルテックスミキサーにより１分間混合した。２４時間後、混合物を次いで３０００ｒｐｍにて２分間遠心分離した。上澄みを捨て、遠心分離管を水洗浄として５０ｍＬの体積までナノピュア水により補充した。ボルテックスミキサーを用いて遠心分離工程からの塊を壊し、カーボンブラックを水中に部分的に分散させた。混合物を次いで３０００ｒｐｍにて２分間遠心分離した。水洗浄工程をさらに２回繰り返し、得られたサンプルを１００℃にて終夜乾燥させた。
【００８９】
例３
この例は、７０質量％の硝酸による酸化カーボンブラックの調製を記載する（サンプル「酸化Ｃ〜Ｆ」）。
【００９０】
例１のカーボンブラック（５０ｇ）をテフロン（登録商標）混合カップ（０．５Ｌ）に入れた。２０ｒｐｍにてオーバーヘッドピンミキサーにより実施される混合を伴って、硝酸（７０％強度、Ｓｉｇｍａ  ＡｌｄｒｉｃｈからのＡＣＳ試薬グレード）をカーボンブラックに滴下した。硝酸の量を変化させて、表面酸化の種々の水準を有する表面酸化カーボンブラックを生成させた。例えば、「酸化Ｃ」を、５０ｇのカーボンブラック当たり４９ｇの硝酸溶液により調製し、「酸化Ｄ」を、５０ｇのカーボンブラック当たり６７ｇの硝酸により調製し、「酸化Ｅ」を、５０ｇのカーボンブラック当たり８１ｇの硝酸により調製した。
【００９１】
５００ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積及び１００ｍＬ／１００ｇのＯＡＮを有するカーボンブラックを、５０ｇのカーボンブラック当たり５０ｇの硝酸溶液を用いる類似のプロセスに供した（「酸化Ｆ」）。
【００９２】
硝酸の添加後、混合を３０分間続け、その後混合物を次いで慎重にＰｙｒｅｘ（登録商標）トレー上に排出した。サンプルを２００℃のオーブン中に２時間入れた。残留硝酸塩に関する試験をして酸化反応の完全な完了を確認するために、水によるソックレー抽出を、得られた酸化カーボンブラック粒子５ｇに対して１６時間に亘り実施し、次いで抽出溶液のイオンクロマトグラフィー分析を実施した。典型的に、硝酸塩濃度は２５０ｐｐｍ未満であった。
【００９３】
例４
この例は、例１〜３の酸化カーボンブラックサンプルの特性評価を記載する。
【００９４】
ＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ‐Ｄ６５５６に準拠して決定された。ｐＨは、既知の量のカーボンブラックを水中に分散させること、及びｐＨプローブを用いて水相のｐＨを測定することにより決定された（ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２）。オイル吸収数（ＯＡＮ）は、標準試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ２４１４により測定された。揮発性物質（揮発性物質含有量は）は、ＤＩＮ５３５５２に準拠して９５０℃にて決定された。表面エネルギーは、表面測定システム（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ＤＶＳ１装置（ＳＭＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｍｏｎａｒｃｈ  Ｂｅａｃｈ、ＣＡ）を用いた動的蒸気吸着により測定された。表面エネルギー測定のさらなる詳細は、ＰＣＴ公報第ＷＯ２００６／１２４７７３号（例えば段落［００２１］及び［００２２］）において見ることができ、その開示は参照により本開示に組み入れられる。
【００９５】
分析されるカーボンブラック（１００ｍｇ）を３０分間１２５℃にてオーブン中で乾燥させた。（ＳＭＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｍｏｎａｒｃｈ  Ｂｅａｃｈ、カリフォルニアにより供給される）表面測定システムＤＶＳＩ装置におけるインキュベーターが、２５℃にて２時間安定であったことを確実にした後、サンプルカップをサンプル及び参照チャンバーの両方に入れた。ターゲットＲＨを１０分間０％に設定してカップを乾燥させ、安定な質量ベースラインを確立した。静電気を放電して天びんの風袋を測定した後、約８ｍｇのカーボンブラックをサンプルチャンバー中のカップに入れた。サンプルチャンバーを封止した後、サンプルを０％ＲＨにて平衡にした。平衡にした後、サンプルの初期質量を記録した。次いで、システムを、各ＲＨ水準にて２０分間平衡にさせつつ、窒素雰囲気の相対湿度を約５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、７８、８７、及び９２％ＲＨの水準に逐次的に増大させた。各湿度水準にて吸着された水の質量を記録し、そこから水拡張圧を算出した（上記参照）。測定を２つの別個のサンプルで２回実施した。その平均値が報告される。
【００９６】
カーボンブラックの結晶子サイズ（マイクロ結晶性カーボンブラックの規則ドメインのサイズ）は、参照により本開示に組み入れられるＧｒｕｂｅｒらの「Ｒａｍａｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｈｅａｔ‐ｔｒｅａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋｓ」、Ｃａｒｂｏｎ  Ｖｏｌ．３２（７）、第１３７７〜１３８２頁、１９９４にしたがってラマン分光法により決定することができる。炭素のラマンスペクトルは、約１３４０ｃｍ-1及び１５８０ｃｍ-1に２つの主要な「共鳴」バンドを含み、それぞれ「Ｄ」及び「Ｇ」バンドと表記される。一般的に、Ｄバンドが不規則的ｓｐ2炭素に帰属され、Ｇバンドがグラファイト性、すなわち「規則的」ｓｐ2炭素に帰属されると考えられている。実証的アプローチを用いて、Ｇ／Ｄバンドの比及びＸ線回折（ＸＲＤ）により測定された結晶子サイズは高度に相関性があり、回帰分析は経験式：
Ｌa＝４３．５×（Ｇバンドの面積／Ｄバンドの面積）
（式中、Ｌaはオングストロームで算出された結晶子サイズである。）
を与える。したがって、より高いＬa値は、より規則的な結晶構造に対応する。
【００９７】
全酸素含有量は、ＬＥＣＯ（登録商標）ＴＣＨ６００アナライザーを用いる標準不活性ガス溶融法により決定され、質量パーセントで報告された。カーボンブラックのサンプルを、分析より前に１２５℃にて１時間乾燥させた。ＬＥＣＯ（登録商標）るつぼ（モデル＃７８２‐７２０）を用いて、ニッケルカプセル中で測定を実施した。サンプルをインパルス炉内に置き、サンプルを含有するカプセルを、まず約２０秒間ヘリウムによりフラッシングし、次いで不活性ヘリウム雰囲気中で３０００℃に加熱した。ＣＯ及びＣＯ2の形態で放出された酸素は、非分散型赤外ガスアナライザーにより決定された。酸素標準（１．０９質量％の全酸素を含むＬＥＣＯ５０２‐３９９）を測定のコントロールとして用いた。
【００９８】
ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）と比較されたサンプル酸化Ａ〜Ｆに関するデータを以下の表１に列記する。
【００９９】
【表１】
0006666425.tif 000003
【０１００】
異なる酸化の水準を有するカーボンブラックサンプルを調製した。酸化Ａサンプルは、調査中の酸化カーボンブラックの中で最も低い酸素含有量を有していた。硝酸により酸化されたサンプルは、表面酸化の結果として、生成物ｐＨ、揮発性物質含有量、全酸素含有量、ＳＥＰ及びＢＥＴの顕著な変化を示した。最後に、表面エネルギーが、酸化の増大に伴い増大することを理解することができ、それは、酸化された炭素表面のより大きい親水性と一致する。
【０１０１】
酸化カーボンブラック上の全滴定可能酸性基含有量は、０．３グラムのカーボンブラックを、２４時間６０ｍＬのＮａｌｇｅｎｅボトル中で、ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3、ＮａＨＣＯ3塩基の５０ｍＬの水溶液を用いて別個に平衡にした、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定された。各混合物を次いで０．２μｍの使い捨てフィルターを用いてろ過し、過剰量のＨＣｌを既知の量のろ液に加えた。各溶液を次いで３０分間沸騰させて全ての吸着されたＣＯ2を除去した。次いで、各溶液を０．０５ＭＮａＯＨにより「逆」滴定した。滴定に用いられた水酸化ナトリウムの量から加えられた塩酸の元々の量を差し引くことにより、残っている元々の塩基の量を算出した。３種の塩基のＣＯ2汚染を最小にするための追加の予防策がとられた。全ての塩基の希釈を窒素充填されたグローブバッグ中で扱い、希釈は、沸騰させ、窒素により脱気した水により行った。各塩基に、それ自体のＭｅｔｒｏｈｍ投与ユニットが割り当てられ、これらの投与ユニットは満たされ、次いでグローブバッグの内側で封止され、したがって塩基溶液のあらゆる空気への曝露を防止した。Ｂｏｅｈｍ滴定の詳細な手順は良好に記載されてきた。例えばＧｏｅｒｔｚｅｎ，Ｓ．Ｌ．、Ｃａｒｂｏｎ、４８、１２５２（２０１０）；及びＯｉｃｋｌｅ，Ａ．Ｍ．、Ｃａｒｂｏｎ、４８、３３１３（２０１０）を参照されたい。酸化カーボンブラックの表面カルボン酸、ラクトン、及びフェノール基の量は、Ｂｏｅｈｍ法（例えばＢｏｅｈｍ，Ｈ．Ｐ．、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．１０６６９、（１９６４）；Ｂｏｅｈｍ，Ｈ．Ｐ．、Ｃａｒｂｏｎ３２７５９（１９９４）を参照されたい）に準拠した滴定結果から算出された。全滴定可能酸性基含有量は、カルボン酸、ラクトン、及びフェノールの合計として算出された。定義により、全滴定可能酸性基含有量は、酸化カーボンブラックの中和に用いられた（Ｂｏｅｈｍ法による酸化カーボンブラックの与えられた質量の中和に用いられるＮａＯＨのｍｍоｌとして決定される）ＮａＯＨの量にも等しい。
【０１０２】
サンプル酸化Ａ〜Ｆの官能基の含有量は、表２にｍｍоｌ／ｇ及びμｍоｌ／ｍ2として報告され、ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）に対して比較される。
【０１０３】
【表２】
0006666425.tif 000004
【０１０４】
Ｂｏｅｈｍ滴定法は、酸化Ａサンプルが、質量基準であろうと表面積基準であろうと、本開示で試験された酸化カーボンブラックの最も低い全酸素含有量を有するという点で、不活性ガス溶融法に類似の傾向を示す。これらのサンプルに関する入手可能な揮発性物質含有量データ及び全酸素の結果と一致して、表面酸性基の水準が徐々に高くなることが観察された。「酸化Ｆ」に関して、材料（ＢＥＴ）表面積に対する表面酸性基の濃度の規格化は、「酸化Ｅ」サンプルの場合と非常に類似した表面処理の水準を示した。
【０１０５】
粉末電気抵抗率測定は、４つのプローブセットアップを用いることにより、圧縮下で実施された。カーボンブラック及び炭素粉末に関する手順は、Ｊ．Ｓａｎｃｈｅｚ‐Ｇｏｎｚａｌｅｓら、Ｃａｒｂｏｎ４３（２００５）、７４１〜７４７、及びＡ．Ｃｅｌｚａｒｄら、Ｃａｒｂｏｎ４０（２００２）、２８０１に記載される。
【０１０６】
ここでは、粉末サンプルを１２５℃にて３０分間前乾燥させた。サンプルを１．１３ｃｍの内径を有する中空ＨＤＰＥ円筒状セル内に置き、秤量した。各サンプルをデジタルロードセルプレス（Ｌｏａｄ  Ｃｅｌｌ  Ｅ‐Ｚ  Ｐｒｅｓｓ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）を用いて管の２つの真鍮位置間で圧縮した。
【０１０７】
圧縮圧力を、プレスに垂直に固定されたセル上で、荷重を１００ｌｂｓの増分で最大２０００ｌｂｓ適用することにより調節した。全ての圧縮において、（１ｍＡの電源電流、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２６０１Ａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｅｔｅｒにおいて）２つの電極間の圧力降下を測定し、電気抵抗を算出した。測定を幾つかの電流値にて実施して伝導がオームの法則にしたがうことを確実にした。
【０１０８】
既知の質量を有する圧縮粉末の密度の算出は、その体積の情報を要求する。カセトメーターを用いて全ての圧力設定における最上位置の変位を測定した。それは、以下の式：
Ｖ＝Ａ×ｈ
（式中、Ａはセルの断面積（ｃｍ2）であり、ｈはカセトメーターにより得られた圧縮粉末の高さ（ｃｍ）である。）
にしたがう圧縮サンプルの体積（Ｖ）の算出を可能にする。図１は、粉末抵抗率対圧縮粉末の密度のプロットであり、抵抗率は密度の増大に伴い減少した。
【０１０９】
以下の表３は、粉末抵抗率測定の結果及び表１のサンプルの伝導率を列記する。粉末抵抗率値は、０．８ｃｍ3／ｇの密度にて列記される。
【０１１０】
【表３】
0006666425.tif 000005
【０１１１】
酸化水準の増大に伴い、粉末抵抗率は、伝導率の減少と同時に増大することを理解することができる。この傾向は、粉末抵抗率（ＰＲ）対規格化された酸素含有量のプロット（図２）、又は規格化された揮発性物質含有量（図３）においてさらに示される。図２の規格化された酸素含有量データは、表１の全酸素含有量／ＢＥＴ表面積データから算出され、μｍоｌ／ｍ2の単位で報告された。図３の規格化された揮発性物質含有量は、表１の揮発性物質含有量／ＢＥＴ表面積値から算出され、ｇ／ｍ2の単位で報告された。図２及び３の両方において、近似曲線は、酸素濃度及び揮発性物質含有量の関数として粉末抵抗率間の線形関係を示す。プロットは、カーボンの酸素又は揮発性物質含有量の増大に伴い、粉末抵抗率が増大することを示す。
【０１１２】
例５
この例は、ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）と比較したサンプル酸化Ａ〜Ｆのサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）測定を記載する。
【０１１３】
各サンプルに関して、カーボンブラック又は酸化カーボンブラック（０．４５ｇ）をポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｅｎｅｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）（ＰＶＤＦ、０．５ｇの１０質量％溶液（Ｎ‐メチルピロリジノン（ＮＭＰ）中））及びＮＭＰ（９ｇ）と２０分間ＴＨＩＮＫＹTMＡＲＥ‐３１０プラネタリーミキサー中で混合することにより、５質量％固体のスラリーを調製した。グラファイトロッドを４０μＬのスラリーによりコーティングして、２．７５＋／０．０５ｍｇのコーティング量をもたらした。８０℃にて１時間ＮＭＰを蒸発させて、９０質量％のカーボンブラックと１０質量％のＰＶＤＦとを含有する乾燥コーティングを得た。コーティングされたグラファイトロッドを、対電極として未コーティングのグラファイトロッド、及び参照電極として標準カロメル電極（ＳＣＥ）を用いた３電極ジャケット付き電気化学セルにおいて作用電極として用いた。セル温度を水循環により６０℃にて維持し、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）実験を、ＳＣＥに対して平衡電位〜＋０．４Ｖ、次いで−０．８Ｖ、１０ｍＶ／秒にて３サイクル作用電極をスキャンすることにより実施した。プロットを＋０．４Ｖにて容量性電流に対して規格化して、同じ電気化学表面積における全ての電流の比較を可能にした。これは、カーボンブラックのコーティング質量又はＢＥＴ比表面積のばらつきの効果をなくす。
【０１１４】
以下の表４は、ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）に対して比較されたサンプル酸化Ａ〜Ｆに関する第三のＣＶサイクル（Ｉ  ＨＥＲ、ｍＡ／ｍＡ）の−０．６Ｖ対ＳＣＥにおける水素放出反応の電流値を示す。
【０１１５】
【表４】
0006666425.tif 000006
【０１１６】
表４の結果は図４にプロットされ、それは、酸素含有量の関数として、規格化されたＩ  ＨＥＲを示す。水素還元電流が酸素含有量の増大に伴い減少することを理解することができ、それは、水素放出の減少を示す。水損失は、より高い酸素含有量の酸化カーボンブラックを組み入れることにより、それに応じて減少することが予想される。このことは、規格化されたＩ  ＨＥＲ対伝導率のプロットである図５において示される（表３参照）。より高い酸素含有量を有するサンプル（サンプル酸化Ｂ〜Ｆ）が、それに応じてより小さい伝導率値を有し、より低いＩ  ＨＥＲを生成することを理解することができ（図５）水損失を低減することが予想される。これらのサンプルは、図５のアウトライン領域により示されるように、明確な象限を占有する。対して、より低い酸素含有量を有するサンプル（サンプル酸化Ａ及びコントロールカーボンブラック「ＣＢ」）はより高い伝導率を有し、高い水素還元電流を生成し、それは、低い伝導率及び低下した水損失を有するサンプルに関して定義された明確に異なる象限の外側にある。したがって、酸化Ａ及びコントロールカーボンブラック「ＣＢ」サンプルは、より高い水損失をもたらすことが予想される。
【０１１７】
例６
この例は、ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）に対して比較されたサンプル酸化Ｂを含有する単セル、及びいかなるカーボンブラックも含まないコントロールセルの調製を記載する。単セルを、過充電、動的電荷受容性（ＤＣＡ）、及び冷間クランク試験に関して試験した。
【０１１８】
負極活性マス（ＮＡＭ）ペーストの混合を１ｋｇスケールで実施した。ＰｂＯ（１ｋｇ）をＥｉｒｉｃｈ  ＥＬ１ミキサーに加え、１分間混合し、次いでナトリウムリグノスルホネート（ＶａｎｉｓｐｅｒｓｅＡ、０．２質量％に関して２ｇ）、及びバリウムサルフェート（０．８質量％に関して８ｇ）を加えた。全ての質量％量はＰｂＯに対するものである。１２ｇの水により予め湿らせたカーボンブラック（０．５質量％に関して５ｇ）を、次いでミキサーに加えて３分間混合し、次いで水（１４０ｍＬ）を加え、さらに１０分間混合した。最後に、硫酸（８０ｍＬ、１．４ｇ／ｃｍ3）を、濃度調節の必要に応じて追加の水を添加しつつ、１３分間に亘りゆっくりと加えた。ペーストを次いで２５分間混合した。正極ペーストを、カーボンブラック、バリウムサルフェート、又はナトリウムリグノスルホネートを含まない以外は同じ手順にしたがって製造した。
【０１１９】
電極は、５．５ｘ５ｃｍ2のＰｂ‐Ｓｎ‐Ｃａアロイグリッド（９８．８６％鉛、１．１％スズ、及び０．０４％カルシウム）上に２２ｇの湿ったペーストを用いて手で糊付けされた。電極をＴｅｎｎｅｙ  ＴＲ２Ｃ湿度制御オーブン中でキュアした。キュアプロトコルは、正極及び負極板に関して同じであった（３５℃において７２時間、９５％ＲＨ、次いで６０℃において２４時間、１０％ＲＨ）。キュア後のＮＡＭ質量は、典型的には板当たり２０ｇであった。
【０１２０】
セルを、２つの負極板及び３つの正極板を共にトーチ溶接することにより組み立てた。正極板を市販で入手可能な自動車用ポリエチレン‐ゴムセパレーター（Ｄａｒａｍｉｃ  ＤＲＣＭ‐２００Ａ３２８）で覆った。電極及びセパレータースタックをポリメチルメタクリレートケースに挿入し、ナイロンメッシュシムで圧縮した。ケースの蓋を２ｍｍ直径の通気開口部をもってねじ留めした。完成したセルは、２Ｖ、４．６Ａｈ名目容量の単セルであった。
【０１２１】
形成は、１．１８ｇ／ｃｃ硫酸（典型的には８５ｍＬ）によりケース中で実施された。形成アルゴリズムは、６５時間の全継続時間及び２６．７６Ａｈの全容量に関して９つの充電工程を含んでいた。形成後の電解質密度目標は１．２８ｇ／ｃｃであった。
【０１２２】
形成後、セルを以下のシーケンスにより予め調整した：完全充電、Ｃ２０容量、完全充電、冷間クランク試験、完全充電、Ｃ２０容量、完全充電、及び冷間クランク試験。Ｃ２０は２５℃における０．０５ｘＣｎの低電流放電であり、冷間クランクは−１８℃における５ｘＣｎの高電流放電である。Ｃｎは名目容量である。冷間クランク試験を−１８℃にて５*Ｃｎ電流で完全に充電されたセルを放電することにより実施した。報告された冷間クランクデータ（ＣＣＡ）は、１Ｖに到達するまでの時間（秒）である。動的電荷受容性は、２５℃における２．４Ｖ充電の５秒後に測定された電流であり、８０％充電状態（ＳＯＣ）が、Ｃｎ電流によるセルの放電によって達成された。データはＡ／Ａｈ（式中、Ａｈはセル名目容量である）で報告される。Ｃｎは、セル名目容量に基づく１時間放電電流である。
【０１２３】
予め調整した後に、電解質体積を１．２８ｇ／ｃｃの硫酸により再調節した。セルを秤量し、６０℃に加熱された水浴中に置いた。セル電圧を０．５Ａ電流で２．４Ｖに再調節し、２．４Ｖにて３週間の継続時間で維持した。セル質量損失を週毎に測定し、セル過充電電流を全体の試験中に観察した。セルの過充電容量を過充電時間に亘って過充電電流を積算することにより算出した。過充電容量データを３週間に亘り集めた。
【０１２４】
ＰＢＸTM５１カーボンブラック（「ＣＢ」）及びコントロール（炭素なし）に対して比較されたサンプル酸化Ａ〜Ｆを含有する単セルのデータを表５に列記する。
【０１２５】
【表５】
0006666425.tif 000007
【０１２６】
カーボンブラックの負極への添加が、カーボンブラックを含有しないセルに比べてＤＣＡを増大させることを理解することができる。しかし、ＣＣＡは減少し、水損失は増大し、このことは大いに望ましくない。対して、開示される酸化カーボンブラックを含有するセルは、ベースカーボンブラック含有セルに比べて３週間過充電容量及び３週間水損失を低減しつつ、増大したＤＣＡ及びＣＣＡをもたらす。この傾向は、０．２％のナトリウムリグノスルホネートの一定濃度における負極活物質の一部として炭素を含む、及び含まないバッテリーのＤＣＡ、ＣＣＡ及び３週間水損失放出の結果を示す図６の棒グラフにおいて示される。
【０１２７】
本開示で開示されるように、改善された動的電荷受容性及び最小化された水損失は、開示される粒子モルフォロジー及び酸化の水準を有する酸化カーボンブラックを組み入れることにより達成することができる。
【０１２８】
用語「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」の使用は、本開示で別段の示唆がされ、又は文脈により明確に否定されない限り、単数及び複数の両方を含むように解釈されるべきである。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含有する」は、別段の記載がない限りオープンエンドの用語（すなわち、含むが、これに制限さないことを意味する）として解釈されるべきである。本開示の値の範囲の列挙は、本開示で別段の示唆がない限り、範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡易的な方法として働くことを意図するにすぎず、各別個の値は、それが本開示に個々に記載されたかのように本明細書に組み入れられる。本開示に記載の全ての方法は、本開示で別段の示唆がなく、又は文脈により明確に否定されない限り、任意の適した順序で実施することができる。本開示に与えられる任意の及び全ての例、又は例示的な言葉（例えば「等」）の使用は、本発明をより良好に説明することを意図するに過ぎず、別段の請求がない限り、本発明の範囲に制限を与えない。本明細書中の言葉は、本発明の実施に必須として任意の請求されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
本開示は以下も包含する。
［１］
以下の特性：
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）
を有し；かつ、
以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する酸化カーボンブラック。
［２］
６５０〜１５００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する、上記態様１に記載の酸化カーボンブラック。
［３］
７００〜１５００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する、上記態様１に記載の酸化カーボンブラック。
［４］
３５〜２００ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有する、上記態様１〜３のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［５］
３５〜１７０ｍＬ／１００ｇの範囲のＯＡＮを有する、上記態様１〜３のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［６］
ベースカーボンブラック由来であり、前記ベースカーボンブラックが、８〜５０ｎｍの範囲の一次粒子サイズを有する、上記態様１〜５のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［７］
１０〜７５の範囲の伝導率を有し、前記伝導率が、以下の式：
伝導率＝［ＢＥＴ×ＯＡＮ］1/2／［１＋揮発性物質含有量］
から得られる、上記態様１〜６のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［８］
１０〜７０の範囲の伝導率を有する、上記態様７に記載の酸化カーボンブラック。
［９］
少なくとも０．２Ω‐ｃｍの粉末抵抗率を有する、上記態様１〜８のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１０］
少なくとも０．２５Ω‐ｃｍの粉末抵抗率を有する、上記態様１〜８のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１１］
ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される６以下のｐＨを有する、上記態様１〜１０のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１２］
ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される１．５〜６の範囲のｐＨを有する、上記態様１〜１０のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１３］
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１５ｍｍоｌ／ｇ〜１．５ｍｍоｌ／ｇの範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様１〜１２のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１４］
Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１μｍоｌ／ｍ2〜１．２μｍоｌ／ｍ2の範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様１〜１２のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１５］
少なくとも２５ｍＪ／ｍ2の表面エネルギーを有する、上記態様１〜１４のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１６］
２５ｍＪ／ｍ2〜５０ｍＪ／ｍ2の範囲の表面エネルギーを有する、上記態様１〜１４のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１７］
ラマン分光法により決定される少なくとも１６Åの結晶子サイズ（Ｌa）を有する、上記態様１〜１６のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１８］
ラマン分光法により決定される１６Å〜２３Åの範囲の結晶子サイズ（Ｌa）を有する、上記態様１〜１６のいずれかに記載の酸化カーボンブラック。
［１９］
上記態様１〜１８のいずれかに記載の酸化カーボンブラックを含む電極。
［２０］
上記態様１９に記載の電極を含む鉛酸蓄電池。
［２１］
上記態様１〜１８のいずれかに記載の酸化カーボンブラック；及び少なくとも１種の鉛含有材料を含む電極組成物。
［２２］
８０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有し；かつ、
以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する酸化カーボンブラックを含む電極組成物。
［２３］
前記酸化カーボンブラックが、３５〜３６０ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有する、上記態様２２に記載の電極組成物。
［２４］
前記酸化カーボンブラックが、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１５ｍｍоｌ／ｇ〜１．５ｍｍоｌ／ｇの範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様２２又は２３に記載の電極組成物。
［２５］
前記酸化カーボンブラックが、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１μｍоｌ／ｍ2〜１．２μｍоｌ／ｍ2の範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様２２〜２４のいずれかに記載の電極組成物。
［２６］
鉛、ＰｂＯ、鉛酸化物、Ｐｂ3Ｏ4、及びＰｂＳＯ4、これらの水酸化物、酸、及び金属錯体から選択される鉛含有材料をさらに含む、上記態様２２〜２５のいずれかに記載の電極組成物。
［２７］
少なくとも１種の有機分子エキスパンダーをさらに含む、上記態様２６に記載の電極組成物。
［２８］
ＢａＳＯ4をさらに含む、上記態様２６又は２７に記載の電極組成物。
［２９］
前記混合物が、スラリー、ペースト、又は乾燥ブレンドを含む、上記態様２２〜２８のいずれかに記載の電極組成物。
［３０］
前記酸化カーボンブラックが、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される６以下のｐＨを有する、上記態様２２〜２９のいずれかに記載の電極組成物。
［３１］
前記酸化カーボンブラックが、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される１．５〜６の範囲のｐＨを有する、上記態様２２〜３０のいずれかに記載の電極組成物。
［３２］
前記酸化カーボンブラックが、少なくとも２５ｍＪ／ｍ2の表面エネルギーを有する、上記態様２２〜３１のいずれかに記載の電極組成物。
［３３］
前記酸化カーボンブラックが、２５ｍＪ／ｍ2〜５０ｍＪ／ｍ2の範囲の表面エネルギーを有する、上記態様２２〜３１のいずれかに記載の電極組成物。
［３４］
前記酸化カーボンブラックが、ラマン分光法により決定される少なくとも１６Åの結晶子サイズ（Ｌa）を有する、上記態様２２〜３３のいずれかに記載の電極組成物。
［３５］
前記酸化カーボンブラックが、ラマン分光法により決定される１６Å〜２３Åの範囲の結晶子サイズ（Ｌa）を有する、上記態様２２〜３３のいずれかに記載の電極組成物。
［３６］
上記態様２２〜３５のいずれかに記載の組成物を含む電極。
［３７］
上記態様３６に記載の電極を含む鉛酸蓄電池。
［３８］
６５０〜２１００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積、及び３５〜５００ｍＬ／１００ｇの範囲のオイル吸収数（ＯＡＮ）を有するベースカーボンブラックを酸化することを含む酸化カーボンブラックの製造方法であって、
前記酸化カーボンブラックが、以下の特性：
（ａ）９５０℃における質量損失により決定される酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも５．５質量％の揮発性物質含有量；
（ｂ）酸化カーボンブラックの全質量に対する少なくとも３．５質量％の全酸素含有量；
（ｃ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５μｍоｌ／ｍ2の全滴定可能酸性基含有量；及び
（ｄ）Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される少なくとも０．５ｍｍоｌ／ｇの全滴定可能酸性基含有量
のうちの少なくとも１つを有する方法。
［３９］
前記酸化することが、前記ベースカーボンブラックを、酸素ガス、オゾン、式ＮxＯy（式中、ｘ＝１〜２かつｙ＝１〜４）の窒素酸化物、過硫酸塩、次亜ハロゲン酸塩、過ハロゲン酸塩、酸化性酸、及び遷移金属含有酸化剤から選択される少なくとも１種の試薬に供することを含む、上記態様３８に記載の方法。
［４０］
前記ベースカーボンブラックが、８〜５０ｎｍの範囲の一次粒子サイズを有する、上記態様３８又は３９に記載の方法。
［４１］
前記酸化カーボンブラックが、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される６以下のｐＨを有する、上記態様３８〜４０のいずれかに記載の方法。
［４２］
前記酸化カーボンブラックが、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１２により決定される１．５〜６の範囲のｐＨを有する、上記態様３８〜４０のいずれかに記載の方法。
［４３］
前記酸化カーボンブラックが、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１５ｍｍоｌ／ｇ〜１．５ｍｍоｌ／ｇの範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様３８〜４２のいずれかに記載の方法。
［４４］
前記酸化カーボンブラックが、Ｂｏｅｈｍ滴定法により決定される０．１μｍоｌ／ｍ2〜１．２μｍоｌ／ｍ2の範囲の表面カルボン酸基の濃度を有する、上記態様３８〜４２のいずれかに記載の方法。
［４５］
前記酸化カーボンブラックが、少なくとも２５ｍＪ／ｍ2の表面エネルギーを有する、上記態様３８〜４４のいずれかに記載の方法。
［４６］
前記酸化カーボンブラックが、２５ｍＪ／ｍ2〜５０ｍＪ／ｍ2の範囲の表面エネルギーを有する、上記態様３８〜４４のいずれかに記載の方法。
［４７］
前記酸化カーボンブラックが、ラマン分光法により決定される少なくとも１６Åの結晶子サイズ（Ｌａ）を有する、上記態様３８〜４６のいずれかに記載の方法。
［４８］
前記酸化カーボンブラックが、ラマン分光法により決定される１６Å〜２３Åの範囲の結晶子サイズ（Ｌａ）を有する、上記態様３８〜４６のいずれかに記載の方法。
【図１】
0006666425.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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