[發(fā)明專利]具有通用外形要素的鉛酸蓄電池設(shè)計

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380013469.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN104160526A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇巴什·達爾;威廉姆·克廷;夸克·湯姆;富蘭克林·馬丁;約爾格·埃斯皮內(nèi)爾;邁克爾·尼爾森;法比奧·阿爾巴諾
• 申請（專利權(quán)）人: 能量動力系統(tǒng)有限責任公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H02J7/00
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

相關(guān)申請

本申請是于2012年9月25日提交的標題為“Lead-acid?battery?design?having?versatile?form?factor(具有通用外形要素的鉛酸蓄電池設(shè)計)”的申請No.13/626426的部分繼續(xù)申請，該申請No.13/626426為于2012年1月13日提交的標題也為“Lead-acid?battery?design?having?versatile?form?factor(具有通用外形要素的鉛酸蓄電池設(shè)計)”的申請No.13/350,686的部分繼續(xù)申請，該申請No.13/350,686合并了同時提交的標題為“Improved?Substrate?for?Electrode?of?Electrochemical?Cell(用于電化學電池的電極的改進的襯底)”的美國申請No.13/350,505的整個公開內(nèi)容。本申請通過引用而合并所有以上列出的申請的整個內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的實施例大體涉及電化學電池。更具體地，本公開的實施例涉及鉛酸電化學電池的設(shè)計。

背景技術(shù)

鉛酸電化學電池在商業(yè)上已經(jīng)成功作為能量電池超過一百年。例如，鉛酸蓄電池廣泛用于汽車工業(yè)中的起動、照明、和點火(SLI)應(yīng)用。

作為鉛酸蓄電池的替代，鎳金屬氫化物(“Ni-MH”)和鋰離子(“Li離子”)電池已經(jīng)用于混合車輛應(yīng)用和電動車輛應(yīng)用。盡管它們較高的成本，但是由于與鉛酸蓄電池相比，Ni-MH和Li離子的較高比能和能量密度，所以對于混合車輛應(yīng)用和電動車輛應(yīng)用，Ni-MH和Li離子電化學品一直比鉛酸電化學品更受親睞。

雖然鉛酸蓄電池、Ni-MH蓄電池、和Li離子蓄電池各自已經(jīng)經(jīng)歷了商業(yè)化成功，但是傳統(tǒng)上，這三個類型的電化學品中的每一個均已經(jīng)被限制于某些應(yīng)用。圖18示出已經(jīng)在汽車應(yīng)用中使用的各種類型的電化學電池的能量比較圖(Ragone?plot)，其描繪出與其它技術(shù)相比它們各自的比功率和比能。

鉛酸蓄電池技術(shù)低成本、可靠、并且相對安全。諸如車輛的全面電氣化或局部電氣化的某些應(yīng)用和備用電源應(yīng)用需要比傳統(tǒng)SLI鉛酸蓄電池所具有的比能更高的比能。如表1所示，鉛酸蓄電池由于部件的重量而遭受低比能。因此，對于需要高比能的各種應(yīng)用，包括某些汽車和備用電源應(yīng)用，仍然存在對低成本、可靠的并且相對安全的電化學電池的需要。

鉛酸蓄電池具有許多優(yōu)勢。首先，它們是能夠在世界上任何地方被制造的低成本技術(shù)。因此，鉛酸蓄電池的生產(chǎn)能夠容易地擴大規(guī)模。在各種尺寸和設(shè)計中，大量鉛酸蓄電池是可用的。此外，它們具有良好的高速率性能和中等良好的低溫和高溫性能。鉛酸蓄電池是電效率高的，具有75％至80％的周轉(zhuǎn)效率，提供良好的“浮動”服務(wù)(在這種情況下，電荷通過涓流充電而被維持在滿電荷水平附近)，并且呈現(xiàn)良好的電荷保持。此外，雖然鉛是有毒的，但是鉛酸蓄電池部件容易回收。極端高比例的鉛酸蓄電池部件(超過95％)通常被回收。

鉛酸蓄電池還具有某些缺點。它們特別在深放電應(yīng)用中提供相對低的循環(huán)壽命。由于鉛部件和需要用來加固板的其它結(jié)構(gòu)部件的重量，鉛酸蓄電池通常具有有限的能量密度。如果鉛酸蓄電池在放電條件下被存儲持續(xù)很久的周期，則會發(fā)生電極的硫酸化，從而損害電池并且削弱其性能。此外，在一些設(shè)計中，能夠析出氫氣。

與鉛酸蓄電池相反，Ni-MH蓄電池使用金屬氫化物，該金屬氫化物與諸如氫氧化鎳的常規(guī)正電極一起作為有源負材料。Ni-MH蓄電池特別是在相對低深度的放電下具有相對長的循環(huán)壽命。Ni-MH蓄電池的比能和能量密度高于鉛酸蓄電池的比能和能量密度。此外，Ni-MH蓄電池以小棱柱形和柱形電池被制造用于各種應(yīng)用并且已經(jīng)在混合電動車輛中被廣泛采用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)尺寸較大的Ni-MH電池在電動車輛中使用受到限制。

Ni-MH電化學電池的主要缺點是它們的高成本。Li離子蓄電池也有該缺點。此外，Li離子設(shè)計的能量密度和比能的改進已經(jīng)超越最近幾年中在Ni-MH設(shè)計上的前進。因此，雖然鎳金屬氫化物蓄電池當前具有比較十年前的設(shè)計大得多的功率，但是除了Li離子蓄電池的固有的較高工作電壓之外，對于可能已經(jīng)采用Ni-MH蓄電池的許多混合應(yīng)用而言，Li離子蓄電池的進步已經(jīng)使得Li離子蓄電池在技術(shù)上更具競爭性。

Li離子蓄電池已經(jīng)不僅占據(jù)了二級消費電池市場的大量份額，而且還占據(jù)了OEM混合蓄電池、車輛、和電動車輛應(yīng)用的大部分份額。Li離子蓄電池提供高能量密度和高比能，以及長循環(huán)壽命。例如，Li離子蓄電池在80％的深度放電下能夠具有大于1000個循環(huán)。