[發明專利]板柵復合纖維

在審

• 申請號: 201711457021.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108336360A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 何幸華;李政文;黎少偉;何可立;馬俊
• 申請（專利權）人: 廣州倬粵動力新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/68;H01M4/73;H01M4/74;H01M10/06
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 王典彪

本發明屬于蓄電池技術領域，具體公開了一種板柵復合纖維，包括芯材和固定在芯材表面的固定層，所述芯材為碳纖維，所述固定層包括鋅合金包敷料和復合材料，所述復合材料包括石墨纖維、聚丙烯和氮化硅。該板柵復合纖維不含鉛，具有安全、環保的性能，同時該板柵復合纖維強度高、導電性能好，利用該板柵復合纖維制備得到的板柵具有高強度和高承載能力，能夠避免活性物質的脫落。

技術領域

本發明屬于蓄電池技術領域，尤其涉及一種板柵復合纖維。

背景技術

科技的發展、人類生活質量的提高，石油資源面臨危機、地球生態環境日益惡化，形成了新型二次電池及相關材料領域的科技和產業快速發展的雙重社會背景。市場的迫切需求，使新型二次電池應運而生。其中蓄電池具有電壓平穩、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優點，是世界上各類電池中產量最大、用途最廣的一種電池。

鉛酸蓄電池是蓄電池中最常用的一種，其工作原理：充電時利用外部的電能使內部活性物質再生，把電能儲存為化學能，需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出。鉛酸蓄電池雖然有眾多優點，但是相對鎳-金屬氫化物電池或鋰電池等電池體系來說，所述鉛酸蓄電池又具有使用壽命短的缺點。根據多項研究表明，造成鉛酸蓄電池壽命短的主要原因為：鉛酸蓄電池正極活性物質軟化，進而使得活性物質脫落到電解液中，在電池內部形成短路，從而使電池失去容量，造成電池失效。而造成正極活性物質軟化、脫落的原因跟板柵的腐蝕變形有很大的關系。

板柵是鉛酸蓄電池主要組成部件，約占電池總質量的四分之一，板柵在蓄電池中的作用主要有三點：第一，作為活性物質的載體，活性物質涂覆在板柵上，活性物質靠板柵來保持和支撐；第二，作為電流的傳導體起著集流、匯流和輸流的作用；第三，作為極板的均流起著使電流均勻分布到活性物質中作用。目前生產上常見的板柵的材料有鉛銻合金、低銻或超低銻合金、鉛鈣等，由這些材料形成的板柵在蓄電池的充電過程中都會被腐蝕成PbO₂，而PbO₂的分子體積大約為鉛體積的1.4倍，加之PbO₂薄膜具有一定的孔隙，因此，腐蝕產物的體積比鉛合金體積大得多，從而使得正極板柵處于應力狀態下，進而逐漸發生蠕變而線性長大，最終喪失支撐活性物質的作用，使得所述活性物質軟化、脫落，致使鉛酸蓄電池失效，降低了鉛酸蓄電池的使用壽命。另外，板柵與金屬匯流排中含有大量的鉛，在澆鑄、化成、焊接階段容易造成重金屬鉛污染。

發明內容

本發明的目的在于提供一種板柵復合纖維，使利用該板柵復合纖維制備得到的板柵具有高強度和高承載能力，避免活性物質的脫落。

為了達到上述目的，本發明的基礎方案為：板柵復合纖維，包括芯材和固定在芯材表面的固定層，所述芯材為碳纖維，所述固定層包括鋅合金包敷料和復合材料，所述復合材料包括石墨纖維、聚丙烯和氮化硅。

本基礎方案的有益效果在于：

1、本發明申請的板柵復合纖維不含鉛，大大減少了鉛酸蓄電池中重金屬鉛的用量，大大減少了重金屬污染，安全、環保。

2、本發明申請中的板柵復合纖維具有雙層結構，包括芯材和固定層，固定層中的石墨纖維、氮化硅的強度高，而聚丙烯增強了固定層各組分之間的粘結性，使固定層作為一個整體具有高強度；而碳纖維作為芯材，由于碳纖維的性能，芯材的強度、承載能力也極高，在芯材和固定層的雙重作用下，保證板柵具有高強度和高強承載能力，因此，利用該板柵制成極板也具有極好的結構強度和尺寸穩定性。

3、本板柵復合纖維中不含鉛合金，因此在蓄電池的充電過程中不會被腐蝕成PbO₂，有效避免板柵逐漸發生蠕變而線性長大。

4、本發明所提供的板柵復合纖維，在電池充放電過程中能夠保持其結構強度不變，因此大大提高了板柵的抗蠕變能力，延緩了板柵長大的進程，使板柵表面的活性物質與板柵之間的結合力不會受到破壞，防止了板柵表面活性物質的脫落而導致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。