[發(fā)明專利]雙極電池組件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080004102.0
• 申請日: 2010-01-20
• 公開（公告）號: CN102272978A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: E·O·謝弗;W·B·布雷赫特
• 申請（專利權(quán)）人: 高級電池概念有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/18;H01M2/20;H01M2/24;H01M2/28;H01M2/34;H01M6/50;H01M10/04;H01M10/12;H01M10/14;H01M10/18;H01M10/50
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 劉興鵬

優(yōu)先權(quán)聲明

本申請要求2009年1月21日申請的美國臨時申請序列號No.61/146,270的申請日的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容特別地通過參考結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

這里所公開和示出的發(fā)明總體上涉及電池，并且更具體地涉及雙極鉛酸電池設(shè)備。

背景技術(shù)

雖然替代電池材料已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)难芯亢桶l(fā)展，但是鉛酸電池仍然是很多需要可更換電池能量的運(yùn)行的最常見選擇，尤其是在尋求高電流容量時。常規(guī)鉛酸電池常見的是多單元結(jié)構(gòu)，其中每個單元包括一組由包含一層或多層電化學(xué)活性膏或活性材料的鉛或鉛合金柵格所形成的交叉型單極正極和負(fù)極板。正極和負(fù)極板通常共享其間的共用隔板以防止短路。

正極電極板上的膏通常將包括提供二氧化鉛(PbO₂)的材料，其在充電時能用作正極活性材料。負(fù)極板包含負(fù)極活性材料，比如海綿鉛。酸性電解液比如硫酸插入在正極和負(fù)極板之間。

傳統(tǒng)的鉛酸電池在構(gòu)造板時使用重金屬鉛。從而，隨著電能需求增大(因而增大所需板的數(shù)目)，電池變得極重，使得其不適合用于減重很關(guān)鍵的場合中，比如飛行器、電動汽車和車輛領(lǐng)域。為了解決與使用重鉛板相關(guān)的重量問題的努力中，已經(jīng)從重量較輕的材料開發(fā)了較薄的板，用于代替鉛和與鉛組合。較薄輕質(zhì)板的使用產(chǎn)生了增大板數(shù)目從而提高鉛酸電池功率密度的機(jī)會。然而，常規(guī)電池性能可提高的程度是有限的，因為其功率和能量密度受到其構(gòu)造的限制。

為了克服常規(guī)鉛酸電池的這些構(gòu)造限制，已經(jīng)開發(fā)了相比單極電池技術(shù)而言提供提高潛能的雙極電池。與常規(guī)鉛酸電池構(gòu)造不同，雙極電池構(gòu)造包括一組電極板都包含在一側(cè)上的負(fù)極活性材料和在另一側(cè)上的正極活性材料的電極板，從此使用詞語“雙極”和“雙板”。雙板一般以如此的方式連續(xù)地布置以使得一個板的正極側(cè)指向相對板的負(fù)極側(cè)。雙極電池由通過相對極性的雙板限定的分離電解單元構(gòu)成。雙板是導(dǎo)電的以在單元之間提供串聯(lián)連接。

雙板通常視為能提供相比常規(guī)單極電池而言提高的電流。提高的電流相信是從雙板的一個極性至另一個極性的穿板電流傳輸?shù)慕Y(jié)果。也就是，在常規(guī)單極電池中，電流必須從一個電極板經(jīng)由常見地為曲折的并且具有相對顯著長度的導(dǎo)電路徑行進(jìn)至另一相對極性的電極板。雙極電池顯著縮短的單元間電流路徑從而能降低電池的內(nèi)部電阻，使得其在放電和充電運(yùn)行模式下都比常規(guī)單極電池更有效率。于是，降低內(nèi)部電阻的能力允許構(gòu)造相比其等同單極電池而言較小且較輕的雙極電池，使得其是用于對于尺寸、重量或這兩個問題而言都非常重要的飛行器、軍用和電動車輛工業(yè)中的高度期望的替代方案。

然而，雙極電池并非沒有其自身的困難和問題。第一個困難涉及電池內(nèi)的熱溫度控制以及能控制電池內(nèi)溫度以產(chǎn)生優(yōu)化電池運(yùn)行效率的相關(guān)希望。另一相關(guān)問題涉及當(dāng)電池在不希望的溫度狀況下運(yùn)行時斷開電流以有效地切斷電池從而幫助避免潛在有害狀況的希望。

而且，以前的雙極電池構(gòu)造一直使用通過麻煩的外部結(jié)構(gòu)緊固的龐大端板來確保沒有邊緣密封斷裂。這種雙極電池通常是不可升級的，因為端板的厚度必須隨著更大的雙極板尺寸而增大以防止發(fā)生端部密封斷裂和隨后泄漏。于是，雙極電池通常實(shí)際上限制于小容量以維持高的功率密度。

常見涉及雙極電池設(shè)計的其他問題包括一直希望通過一個或多個用于增大能量產(chǎn)生、降低重量、降低總體構(gòu)造尺寸、提高支撐內(nèi)部壓縮負(fù)載的構(gòu)造設(shè)計、減少構(gòu)造材料、或減少組配運(yùn)行的變型來提高電池效率。

美國專利No.4,275,130公開了一種雙極鉛酸電池構(gòu)造，其包括導(dǎo)電熱塑性材料的雙板、適合于承載活性材料的隔板、以及用于包含和維持活性材料和導(dǎo)電雙板運(yùn)行地組裝和電氣接觸的裝置。教導(dǎo)并沒有顯示為討論解決溫度問題的任何電池組件。

美國專利No.4,510,219公開了一種用于單極或雙極電池中的鉛酸電池板構(gòu)造。這里所述的板包括具有氧化錫顆粒覆層的玻璃纖維片材。該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決電池溫度問題。

美國專利No.4,658,499公開了一種包括嵌入在穿孔熱塑性片材中的金屬丸的雙極金屬板。所公開的熱塑性材料描述為熔點(diǎn)低于作為優(yōu)選金屬丸材料的鉛的熔點(diǎn)。然而，該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決電池溫度問題。

美國專利No.5,585,209公開了一種包括鈦芯表面作為防腐蝕手段的雙極電池板。雖然優(yōu)選材料描述為提高電池內(nèi)的溫度穩(wěn)定性，但是該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決在電池內(nèi)的溫度超過預(yù)定閾值的情況下自動控制地關(guān)閉的問題。