[其他]多孔電極及其制造方法

無效

• 申請號: 86105478
• 申請日: 1986-07-29
• 公開（公告）號: CN86105478A
• 公開（公告）日: 1987-05-27
• 發明（設計）人: 弗雷德里克·P·科伯;奧斯卡·V·蒙蒂富斯科
• 申請（專利權）人: 多晶體工藝公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/16
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 楊鋼,盧新華

本發明通常涉及電池的電極，特別是涉及蓄電池中的自承式多孔電極。本發明的一個具體方面是針對用于鉛酸式二次蓄電池中經過改進的自承式多孔電極。

本發明也同時包括制造這種自承式多孔電極的方法。

電池技術的早期歷史至少可追朔到1800年前原電池的發明。從那時起，為了開發適用于各類電池的電極，眾多的研究者在電化學或電池化學領域進行了廣泛的研究和實驗。確實，大多數新型電池電極，其優點已明顯超過了1859年普蘭特（G.Planté）所發明的電極，采用新型電極的電池與早期電池相比，具有明顯的優點，其特性得到了改善。

雖然，鉛酸蓄電池多年來已得到了明顯的改進，但它們仍受到一些重大的局限性，特別在實際使用中，電池經受劇烈的充電一放電周期變化。劇烈的充電一放電周期意味著電池在高放電率，即超過4小時放電率（C/4）下承受重復的極度放電，幾乎接近其標稱容量的百分之百。為了使常規的沒有或有微小變質的鉛酸蓄電池有效地再充電，充電電流必須低于該電池的額定容量所容許的值。但是，以這樣低的電流充電，就需要長達8小時或更長的時間才能充足常規的電池。即使在最精確控制的充電一放電條件下，目前的鉛酸蓄電池的使用壽命，在適當的放電率下最多只有幾百個周期。

在常規的鉛酸型電池中，固有的上述局限性和其它局限性，基本上是由于該電池中所采用的電極類型的影響所造成的，其中正電極影響較大，負電極影響較小。常規技術水平的鉛酸電池電極，其正極和負極都是由電化學活性材料的沉積層制成的，例如，在一個載體板上或格柵結構上的氧化鉛。由于鉛酸蓄電池中的電解質（硫酸）有很強的腐蝕性，該電極（特別是正電極）被慢慢腐蝕，它的表面被氧化，在載體板和它上面的活性材料之間形成一種電子阻擋層。這種阻擋層的形成會限制電池充電或放電時的電流。當格柵隨著電池使用壽命的增加而逐漸被腐蝕時（被氧化），充電和放電的電流強度進一步受到限制，因而，電池的總效率明顯降低。如果電池在該條件下使用，結果就會使正極板明顯腐蝕，阻擋層明顯形成，以致該電池在任何條件下不能再充分充電或放電。

載體板的腐蝕也損傷該電極結構的機械完整性，最終使電極發生破裂。此外，甚至在載體板腐蝕的初始階段，活性材料被剝落，特別是從正極上剝落，這現象被稱為硫酸化作用。這種電化學活性材料從電極上的剝落和硫酸化是不可逆的，因此，隨著使用壽命的延續，電池將不可逆地漸漸喪失它的容量。

由于鉛酸蓄電池經常處于惡劣的條件中，該電池中使用的載體板必須足夠大和結實以達到必要的機械強度。因此，該載體板大大增加了電池的重量，而對其容量（安培-小時）沒有改進。此外，這種重量的增加，往往降低電池可達到的能量密度（瓦特-小時/磅或瓦特-小時/立方英寸）。

自從發明普蘭特載體板以來的一個多世紀中，眾多的研究者已針對鉛酸蓄電池的電極或制造方法的改進進行了大量的實驗，并在許多專利和出版物中發表。然而早在1889年11月19日克萊曼特·佩恩（Clement????Payen）提出的一種用于鉛酸蓄電池的多孔結晶態金屬板的生產方法被授予專利權。佩恩的方法包括使某些金屬鹽類和某種金屬一起熔化，然后將熔化物質倒入鑄模，使結晶態結構化學還原為某種金屬態，再用電解作用去除其中的雜質。

另一個早期專利是1895年9月24日授予詹姆斯·哈特·羅伯特遜（James????Hart????Robertson）的有關制造多孔板即多孔電極的方法，根據該專利，某種金屬（例如鉛）被加熱至熔化狀態，然后向其中加入粒狀或粉狀的人造多孔物質或天然多孔物質，例如浮石，磚灰，高嶺土，珊瑚等物質。然后，攪拌所產生的粘性混合物，以使粒狀物質在整體材料中充分摻和并均勻散布。然后，將該物料在指定尺寸的模具中模鑄或擠壓成型。隨后，將模具加熱，使加入的多孔材料中的氣泡膨脹，從而在鑄體中產生了氣體空間，即一種“多孔”鑄體。當該混合物仍留在模具中時，將模具和鑄體稍為升溫，以獲得較平滑的板，再將所產生的多孔板移出模具。如果該板是用來作為一個電池中的電極，羅伯特遜的專利說明，所制成的板可以受到可能是必須的作用，例如電解作用，以產生遍及板中孔洞的“活性材料”。