[發明專利]可充電的電化學單元

無效

• 申請號: 00812677.1
• 申請日: 2000-09-04
• 公開（公告）號: CN1373909A
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發明（設計）人: 利雷特金·瓦拉迪米
• 申請（專利權）人: 尤尼百特有限公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M8/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡洪貴

技術領域

本發明涉及基于特殊編織纖維形式的超輕、超強傳導和絕緣材料的蓄電池、燃料電池和電解裝置的柔性結構。這種結構能承受高達50000g加速度的非常重的過載(特征重量)。因而可增加這種蓄電池的動力使用。設在單片電路中的絕緣及電池材料也是如此。這種結構能夠承受高達55000g的加速度，也即包括炮彈殼等的已知產品。鉛酸蓄電池電極之間距離的大幅度減少(10-50倍)，可導致蓄電池中內部阻抗(蓄電池內阻的主要部分)下降，進而形成一種具有高的電效率的元件。所使用的活性材料可以實現深度充放電循環，是半剛性電極的兩倍，還可實現蓄電池多路循環工作的能力。特殊的電極材料層允許使用適于多周期電池的帶有樹枝狀結晶問題的電極對材料。本發明也適合于視重量和成本為重要因素的鉛酸或銀鋅蓄電池、燃料電池和電解裝置。

背景技術

在蓄電池、燃料電池和電解裝置中，由于使用了例如鉛、銀、鋅、鉑等重金屬電極，所以出現了單位重量特別大的問題。這些金屬的密度極高而機械強度極低。因活性材料也是電極結構的一部分，所以放電深度受到電極強度的限制。

這些金屬也具有大的活性表面面積。在特定電極(例如孔隙電極、漿體或粉末電極)中具有表面面積是有好處的，并且，有催化板或無催化板均可使用。

有些電極對，例如鋅-銀電極對，也有樹枝狀結晶問題。結果，樹枝狀結晶引起的短路限制了可充電電池在有效期內的循環次數。

本發明的目的是使蓄電池、燃料電池和電解裝置電極的重量減少、強度增強。美國專利4894355中描述了一種使用碳紙的結構，該專利建議通過切割由碳紙/聚四氟乙烯組分組成的纖維來減少活性表面積。在此情形下，結構的主要負載采用了碳載體材料-紙，而導電性參數確定了電極的厚度和跨度。

發明內容

本發明的一個目的，是在一個單位中將導電或絕緣參數與高強度/低重量比率進行結合?；钚圆牧虾?或催化材料可用于平板(催化燃料電池或電解裝置)或脆性形式(蓄電池)中。脆性材料能夠更好地利用化學活性材料而不會減弱電極的結構。由于利用外部或內部的彈簧或類彈簧元件和/或利用電池的外部殼體，使得晶粒間接觸得以加強，因而增加了電極的效率。本發明使這些參數一體化，從而降低了單位放電能量的重量。

按照本發明，電池單元包含外部或內部的柔性封裝或扁平層，在該扁平層中，有一個扁平的電傳導的柔性導線或纖維柵格嵌在活性材料粒狀或粉末粒子的母板內。還提出了另一封裝，它包含電傳導的導線或纖維柵格，其中定位設有互補的活性金屬或化合物的粒子或顆粒。封裝間用可滲透適當電解液離子的絕緣膜分隔。從每個電池單元還引出有導線。還設有柔性機械彈簧或電解液膨脹元件，用于提供消解由單元中化學反應產生的電極容積的變化所需的壓力。

可將活性材料設置在膜腔內或膜層之間?；钚圆牧项w?？梢酝ㄟ^焊接蓋體定位成分離的單位。

本發明提供了用于將壓力施加到組裝單元外表面的裝置，以保證粒狀或粉末顆粒之間以及顆粒與電極之間在充放電的時能緊密接觸。即使在反應期間活性材料的體積有明顯變化，這種接觸也能保持不變。

可使用各種金屬或化合物對，例如銀-鋅(Ag/Zn)、鉛-氧化鉛(Pb/PbO)等。

電極可制作成被卷為螺旋結構形式的長度帶。在這種結構中，其優點是提供了將壓力施加于電極外部表面的彈簧或類彈簧裝置以及將電池單元制作成圓柱體形式。

彈簧或類彈簧元件可以是包含在電池中或與膨脹分隔器關聯的全分離元件。還可以將可電池單元的彈性壁用作彈簧元件。分離彈簧元件最適用于單元壁高度有限的扁平電池。當電池為正方體或至少為矩形時，其電池側壁最適于用作彈簧元件。彈性的外圓柱容器可用作螺旋電極電池的彈簧元件。

活性材料的粉末或粒子最好在5-10微米范圍，雖然其他尺寸也可用。

所述柵格板可用擴展金屬制造，例如用銀(對于Ag-Zn元件)。對相應的陰極或陽極活性材料，用擴展的金屬箔制作。導電纖維厚度一般為10μ-500μ，最好為100μ。該纖維可以用碳纖維編織。導電材料可涂覆適合的金屬，確切的金屬取決于電池工作的環境。

對多單元情況，導電線可與非導電纖維組合使用。在這種導電纖維中，可以使用與凱芙拉、尼龍、聚酯等纖維交織的多個并行碳纖維。該配置可以是每個碳纖維構成一個電極的配置。顯然，碳纖維必須被連接，并提供用于輸出電流的導線。