[發明專利]鉛碳接合的制作方法、鉛碳電極片的結構以及鉛碳電池的結構

有效

• 申請號: 201610167890.4
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN107230776B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 曾怡仁;江勝祥;廖文珍;沈安婷;謝淑惠;蘇怡誠;詹雅雯;蔣孝澈
• 申請（專利權）人: 曾怡仁;謝淑惠;蔣孝澈
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/16;H01M4/36;H01M4/56;H01M4/57;H01M4/583;H01M10/06
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

本發明所揭示的一種鉛碳接合的制作方法、鉛碳電極片的結構以及鉛碳電池的結構在將碳材與鉛材接觸后，透過加熱而使碳材的碳所具備的氧基部分脫離而使部分鉛材氧化為氧化鉛，作為接口層而使碳材與鉛材相結合。此氧化鉛接口層作為碳材與鉛材之間的穩定接面，使鉛碳接合結構得作為鉛碳電極片，并且可進一步經導線焊接而作為鉛碳電池的電極片。

技術領域

本發明是關于一種制作方法，尤指一種得讓碳材與鉛材穩定接合的制作方法，并得使此種鉛碳接合結構作為鉛碳電極片，且可進一步經導線焊接而作為鉛碳電池的電極片。

背景技術

電力儲存是電源管理與推升再生能源廣泛使用的關鍵技術。ㄧ般而言，電力的儲存可分為物理與電化學方式兩種，而在兼具快速充放電與高儲能容量的需求下，電化學電池成為微電網儲能的優先選擇。

在電化學電池領域中，蓬勃發展的復合式鉛碳電池，也就是傳統鉛酸電池與非對稱超級電容的組合，是一種有可能達到真正符合經濟效益的電力儲存方式。其中，傳統鉛酸電池所結合的具快速充放電功能的超級電容，能在快速率部分充電(high rate partialstate of charge,HRPSoC)過程中，抑制電池負極(鉛板)硫化反應的發生，大大降低每次充放電時所需的電池成本。所謂硫化效應，就是負極上的固態金屬鉛(Pb_(s))，在氧化的過程中與硫酸溶液中的亞硫酸根離子(HSO₄^–_(aq))，發生反應而轉換成不導電的固態硫酸鉛(PbSO_4(s))。在深度放電或是在HRPSoC情況下，硫酸鉛容易結晶生長，隨著不導電的硫酸鉛晶粒逐漸覆蓋鉛電極的表面，而逆向的還原反應就因導電不佳而無法將所有的硫酸鉛還原成金屬鉛，因而降低電池儲能效能與縮短使用壽命。

目前一種改善負極硫化的方法是在鉛電極上添加碳材來增加硫酸鉛與導電碳材的接觸面積。這個方法能將鉛酸電池的壽命提升；然而，由于碳材粉體之間須分別經高壓(約400MPa)與高溫(約950℃)兩道步驟，且需使用特殊微孔隙結構的碳材先驅物才能接合成導電塊材，因此一般制程所形成的碳材的結構相當松散，也就是說鉛電極的結構強度隨著碳材添加量的增加而減少，因此碳材的添加比例有一定的限制。

另外，這種復合式鉛碳電池在制作上，將傳統鉛酸電池在負極電極上的鉛電池膏以高比面積孔隙的碳材電容膏作一部份或全部取代。也就是說，這種復合式鉛碳電池的制作可以經由高度工業化的傳統鉛酸電池制程來完成，因此具有低制作成本的特點。再加上鉛酸電池本身所原具有的極高穩定度(即低維護成本)，以及高循環充放電效率(～75％)的特性，復合式鉛碳電池可作為一種實現最低成本的微電網級儲能設備。

雖然傳統鉛酸電池與非對稱超級電容的結合，能提供低成本的電力儲存，但因為負極極板同時存在碳材與鉛板兩種無法相互結合的材料，導致電池負極的鉛碳接面上較易因發生電極接面腐蝕等現象，而降低電池的使用效能與壽命。

因此，一個能讓碳材與鉛材有效接合的方法，對于制備復合式鉛碳電池的電極片以及進一步形成復合式鉛碳電池，即對于實現復合式鉛碳電池的量產開發目標，占有一個很重要的地位。

發明內容

本發明的主要目的，在于提供一種鉛碳接合的制作方法，其為了提升鉛碳接面的接合特性，采用氧化的方式產生氧化鉛作為媒介，改變了接合面的化學特性，使碳材以及鉛材得以穩定接合。

本發明的另一目的，在于提供一種鉛碳接合的制作方法，其利用碳材本身結構中，與碳相接的氧基作為氧化反應的氧原子來源基礎，因此氧化過程得以在無氧下進行，大幅降低因溫度過高而使碳材在氧化過程中燃燒損毀的可能性。

本發明的再一目的，在于提供一種鉛碳接合的制作方法，其可使用附著有鎢材的碳材作為原料，進而在升溫后使碳材的表面形成碳化鎢，再利用鉛材與碳化鎢的穩定結合特性而使鉛材達到被固定的效果。