[發(fā)明專利]蓄電池用三維孔隙電極

無效

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• 申請日: 2007-11-22
• 公開（公告）號: CN101442113A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 戴志強
• 申請（專利權）人: 戴志強
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于二次電源技術領域，涉及蓄電池正負電極(極板)構成材料，特別是涉及蓄電池中的三維多孔電極構成材料，以及制造這種三維孔隙電極的方法。

背景技術

蓄電池也稱二次電池，是電能—化學能—電能貯存轉化裝置。其種類很多，有鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鎳鋅電池、鋰聚合物電池以及超級電容器等等。鉛酸蓄電池經過百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的二次電池，在二次電池領域中占統(tǒng)治地位。

國內外鉛酸蓄電池極板已工業(yè)化的生產方式有兩種，一種是涂膏平板式，一種是管狀灌粉式。涂膏式工藝是將鉛粉、水、硫酸、添加劑等物質經特定工藝制成鉛膏，將其涂覆在板柵上，構成活性物質的基礎材料，然后經化成生成活性物質。作成的極板愈薄，電池效率愈高，理論厚度應小于2mm，利用率可保持30％——35％。管狀灌粉式是將鉛粉或經特定工藝制成鉛顆粒(活性物)裝入制好的管中，經后期工藝處理將其裝入電池槽中制成電池。鉛管理論直徑要小于6mm，利用率可保持35～42％，這種結構大都用在較大電池中，小型電池還沒有此結構的電池。無論是成膏還是制管，其最終目的都是使構成活性物質顆粒、顆粒與顆粒之間形成最大的表面積，具有良好的保酸性，使電池的電化學反應充分進行，達到提高電池性能的目的。但鉛酸蓄電池自身存在的問題還是較多的，如活性物質利用率較低、比能量低、壽命短、深充放電能力差等問題。為提高鉛酸蓄電池的性能各國做了大量的工作，從材料、結構、工藝等各方面不斷溶入新技術。

電池制造技術以電極制造為核心，總體要求是有良好的導電性、有足夠大的表面積、有足夠進行電化學反應的反應介質，鉛酸蓄電池反應介質為硫酸。具有這些優(yōu)點的電極能使蓄電池性能，如活性物質利用率、比能量、容量、深充放電能力等指標明顯提高。為實現(xiàn)這一目標，一百多年來，眾多的專家、學者已針對鉛酸蓄電池的電極制造方法的改進進行了大量的研究與實驗，自2000年以來美國、日本相繼公開了大量專利，以及國內公開的多項專利中大部分是提高電極性能的，這些專利的特點是沿用已具備產業(yè)規(guī)模的傳統(tǒng)蓄電池制造設備、材料、工藝等所進行的改進。

此外，不采用傳統(tǒng)制造設備、工藝，另辟蹊徑的專利也有報道，如美國的“多孔電極及其制造方法”，是把大量鎘熔入鉛中，冷卻后熱處理使鎘重新結晶，把超出溶解度部分的鎘用硫酸電解液電解出來，形成多孔電極，以達到增加極板表面積的目的。“鉛晶體蓄電池制造方法”專利，利用鎘在陽極催化生成β一P?b0?2，鎘被硫酸溶掉，在極板上產生造孔的作用，提高極板表面積。該技術工藝制作復雜，制作成本高，而且只能用于鉛酸電池。專利號為95109703.2“鉛酸蓄電池極板及其制造方法”中提出將鉛制作成鉛纖維和鉛合成纖維，以這些材料制造電池極板，提高電池性能。這類材料配方的改變，雖然有利于電解液擴散，但并沒有有效改善使微孔表面積增大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是改進了傳統(tǒng)電池電極材料以金屬為主的構成，提供一種高比能、高功率、長壽命、耐過放電和可以快速充電的蓄電池電極(極板)、特別是鉛酸蓄電池用三維電極及其制造方法。發(fā)明大量應用了非金屬材料，通過增加微孔表面積，大幅度提高了活性物利用率，可使電極增厚至目前厚度的2-3倍，降低成本，提高生產效率。

本發(fā)明主要是為蓄電池提供改進的電極，這種電極大量應用非金屬材料，將非金屬材料預制成具有優(yōu)良導電性的三維孔隙結構基體，再將活性物鑲嵌于三維孔結構中。本發(fā)明包括板柵、三維孔基體和活性物，其技術特點是：該電極極板的構成是以非金屬材料摻加量占活性物體積的10～90％形成的三維網(wǎng)基體，活性物鑲嵌在網(wǎng)孔中，得到具有三維孔隙結構的多孔電極基體。該蓄電池用三維孔隙電極，所用非金屬材料的摻加量占活性物體積的優(yōu)選量為20～60％。

本發(fā)明電極基體主要由聚烯烴類骨架材料、微孔材料和粘結材料構成，三種材料的重量比為10～20:3～10:1，三維多孔電極基體的微孔直徑為590～74微米。骨架材料選用聚乙烯、聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯；微孔材料選用沸石、珍珠巖、活性炭；粘結材料選用偏硅酸鈉、聚四氟乙烯乳液。通過溶絲或熱壓方法形成孔徑為590—74um的三維網(wǎng)基體。

本發(fā)明電極是按以下方法制備：

a)先將骨架、微孔和粘接材料按以上配比進行機械混合，再裝入模具中于100～300℃壓熱2～5分鐘脫模，再入加熱爐中于100～300℃燒制成590～74微米的微孔材料，作為三維網(wǎng)基體備用；