[發明專利]具有無紡玻璃氈的氧化鉛蓄電池板

有效

• 申請號: 201110177583.1
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102263252B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 克里斯汀·F·G·歐貝內爾;大衛·E·瓦勒
• 申請（專利權）人: 約翰斯曼維爾公司
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/20
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 楊海榮,穆德駿

背景技術

本發明涉及涂膏(pasted)型鉛酸蓄電池(battery)的改進。更具體地，本發明涉及用于制造涂膏型鉛酸蓄電池板的方法。

技術領域

與管型鉛酸蓄電池相比，涂膏型鉛酸蓄電池具有優良的放電容量、特別是高倍率放電容量。因此，這些蓄電池已經被廣泛地用作電動汽車等中的驅動電源。然而，如果重復進行深度放電，則涂膏型鉛酸蓄電池的使用壽命短于管型鉛酸蓄電池的使用壽命。此外，在涂膏型鉛酸蓄電池中，為了增加蓄電池的能量密度，降低了某些部件如不涉及充電或放電反應的板柵(grid)的重量。結果，降低了用于活性材料的板柵的結構支撐能力并相應地降低了蓄電池的使用壽命。另一方面，活性材料利用的改進可有效地增加能量密度，但不幸的是，在不降低用于循環使用的蓄電池的使用壽命的情況下，不能獲得該改進。因而，如果增加涂膏型鉛酸蓄電池的能量密度，則循環使用中的使用壽命相應地下降。

涂膏型鉛酸蓄電池的循環使用中的使用壽命通常主要取決于正極板的使用壽命。因此，為了提高涂膏型鉛酸蓄電池的使用壽命，必須提高正極板的使用壽命。涂膏型正極板在充放電循環期間的容量損耗歸因于活性材料軟化并因此脫落的事實。即，正極板活性材料(PbO₂)的體積因充電和放電而變化。更具體地，當通過放電將活性材料PbO₂變成PbSO₄時，分子體積增加1.92倍。與此相反，在充電PbSO₄變成PbO₂期間，材料的體積縮小為1/1.92(contracts by a factor of 1/1.92)。然而，應注意，由于充電和放電而導致的活性材料層中的體積變化是不可逆的。換句話說，當重復充電和放電時，板由于在活性材料中形成大的孔或空隙而逐漸膨脹且所述板變得更加多孔。當孔隙率增加時，活性材料粒子的內聚力逐漸降低，從而降低對活性材料粒子的電接觸，這減少了正極板的容量。在這種條件下，活性材料層軟化，并且導致活性材料粒子從板上脫落。這導致正極板在深度充放電循環使用期間連續退化。

為了開發具有可接受性能且經濟的電動汽車，必須提供具有高能量和功率密度且具有長循環充放電壽命的鉛酸蓄電池。為了實現這個目的，必須提供具有長使用壽命的涂膏型正極板。

為了改善涂膏型鉛酸蓄電池的循環使用中的使用壽命，必須防止由于充電和放電而導致的正極活性材料的結構變化，具體地，防止其膨脹。存在多種用于防止活性材料的膨脹的目前可得的技術。在可被用于涂膏型正極板的一種公知技術中，圍繞板的表面包裹由具有耐酸性的合成纖維或玻璃制成的布，或在板的表面上放置所述布，從而對活性材料的表面施加壓力。在另一種技術中，使用這種布形成袋，并與管型板相似，將正極板布置在所述袋的內側。當降低正極活性材料粒子的內聚力時，這些技術可以有效地防止正極活性材料粒子從板上脫落。然而，這些技術對于防止活性材料的膨脹的幫助不大，因此不能如期望的那樣有效地增加蓄電池的使用壽命。

在典型的傳統技術中，在壓力下將多孔材料如具有一些撓性的玻璃氈(glass mat)布置為與正極板的表面接觸。利用這種技術，典型地將5～20kg/dm²的壓力施加至處于干燥狀態的裝配元件。與不具有玻璃氈的涂膏型鉛酸蓄電池的使用壽命相比，使用這種玻璃氈的涂膏型鉛酸蓄電池的使用壽命更長。然而，其仍然遠低于管型鉛酸蓄電池的使用壽命。因此可理解，僅通過使用玻璃氈不能充分增加深度充放電壽命。

已經發現，玻璃和紙氈在氧化鉛蓄電池板的制造中是有用的。使用紙作為手段來改進將氧化鉛糊膏(paste)施用至鉛酸蓄電池板的板柵的制造方法在鉛酸蓄電池工業中是熟知的。作為廣泛使用的輕質的、低成本涂膏紙的替代品，已經評價了大量的無紡布，但通常都沒有成功。近來，輕質的、低成本耐化學性的玻璃氈無紡布(glass mat nonwoven)對通過主要的電池制造而采納的優點提供了充分的工藝改進。除了得自涂膏紙的使用的工藝優點之外，所述耐化學性玻璃氈還增強了氧化鉛糊膏，使其能夠更好地承受在放電和再充電期間帶來的膨脹和收縮應力，從而提高如上所述的蓄電池的壽命。然而，仍在不斷地探索制造方法以及氧化鉛蓄電池板和整個蓄電池的性能的改進。

發明內容