改进的铅酸电池结构制造技术

本公开的一个方面涉及改进的铅酸电池结构。电池包括本发明专利技术的碳纤维电极结构，改进了DCA和/或CCA，和/或可以在充电‑放电周期的次数越来越多的情况下保持DCA，因此可以特别适用于混合动力汽车。

Improved structure of lead-acid battery

One aspect of the present disclosure relates to the improved structure of the lead-acid battery. The battery comprises a carbon fiber electrode structure of the invention, the improvement of DCA and / or CCA, DCA and / or in the increasing number of charge discharge cycles of the case, so it can be especially suitable for hybrid electric vehicle.

【技术实现步骤摘要】
改进的铅酸电池结构本申请是于2014年11月4日提交的题为“改进的铅酸电池结构”的专利技术专利申请No.201380023455.9的分案申请。
本专利技术涉及铅酸性电池的改进的电池结构，具体但不排他地涉及混合动力汽车的汽车电池。
技术介绍
铅酸电池通过其电极表面上的电化学反应来存储和释放能量。处于满充电状态的每一电池都包含在稀硫酸(H2SO4)的电解液中的元素铅(Pb)和二氧化铅(IV)(PbO2)的电极。在放电状态，两种电极都变成硫酸铅(II)(PbSO4)，电解液丧失其溶解的硫酸并主要变为水。在涂膏式极板结构中，每个极板包括最初用包括含铅的氧化物(Pb和PbO)和稀硫酸的混合物的膏状物填充的铅栅格。此结构在电池(cell)形成过程中(第一充电和放电周期，在该过程中，在相邻粒子之间产生联接(linkage))允许膏状物中的酸与极板内的铅氧化物起反应，增大了导电性和有效表面面积，如此，增大了电池容量。膏状物也可以包含碳黑、硫酸钡粉(精细硫酸钡)、以及木素磺化盐。由世界范围内的越来越大的对较低汽车排放和/或增大的燃料经济性的需求驱动的汽车动力混合化增大了对汽车电池(最常见的是铅酸电池)的需求。例如，欧盟为新汽车确立了在2020年之前达到不超过95g二氧化碳/km的长期排放目标。许多以新内燃机(汽油、柴油机或燃气)为动力的汽车还具有怠速消除功能——发动机被配置为当汽车静止或以低速度行驶时关闭。这样的汽车被称为停止-启动汽车或微混合动力汽车。每次发动机重新启动都从电池吸收能量，如果这比能量可通过再充电来替换发生得更快，只在相对短的发动机运转的时间段，例如，在上下班交通中，那么电池电量(或电量状态)将不能被保持。在车辆发动机关闭的时间段也从电池吸收电流，以保持汽车中的其他功能，诸如空调、收音机等等(被称为“宾馆负载”)。电池电量可能会下降得足以使得车用电池管理系统将接着拒绝怠速消除功能以防止任何进一步的发动机停止-启动，直到电池的电量的状态恢复。如此，为了甚至例如在繁忙的上下班交通中保持电池电量，用于这样的停止-启动或微混合动力汽车的电池应该具有高动态充电接受(DCA)率，这是指电池将接受充电的速率。具有较高级别的混合动力的汽车，包括具有内燃发动机和电动机两者的汽车，通常包括再生制动，其中，刹车力由发电机施加，来自发电机的电能存储在车用电池中。在驱动发电机(这里包括交流发电机)的内燃发动机不运转的时段期间，车用电池只通过来自再生制动的电流充电。在再生制动下，相对高的充电电流在短时间被提供给车用电池，因此，具有再生制动的混合动力汽车的电池也应该具有高DCA。完全电动车辆也包括再生制动。混合动力汽车的充电系统被配置为使用发动机驱动的发电机，以将车用电池的充电状态保持在小于完全充电，诸如，例如，约80％充电，以便一般有可以用来接受来自再生制动的额外的充电能量的容量。然而，电池DCA通常会随着时间的推移，随着放电和充电(小于完全充电)周期的次数的增多，而下降，AGM电池通常在几千个周期内在约0.1到0.3A/Ah(或0.1到0.3C)操作。这种充电接受率的损失降低了汽车的燃油节约能力；汽车制造者理想地希望电池能够在5到10秒的时间段内接受高达2A/ah，或者甚至3A/Ah，以最大化启动/停止和再生制动功能的燃油节约潜力。然而，高于0.1到0.3A/Ah的任何改进都是有价值的改进。通常，混合动力汽车的充电系统被配置为允许电池放电并接着(使用发动机驱动的发电机)给电池充电。一般而言，汽车电池管理系统将周期性地给电池完全充电(或“还原”电池)，以恢复电池DCA，诸如每隔三个月。理想的铅酸电池，特别是用于混合动力汽车的铅酸电池，将保持DCA而无需周期性的完全充电，或至少将在还原周期之间保持较高的DCA率。在铅酸电池中，DCA主要由负电极中的充电反应确定。电池还应该满足其他要求，诸如具有高体积能量密度。体积能量密度(VED)是指电极的每单位体积所提供的能量。封闭的铅酸电池系统还应该具有低水消耗量。特别是，车用电池应该能够在低温度时提供用于发电机起动的高电流。冷起动安培数(CCA)测试可测试电池这方面的能力。美国专利No.7569514描述了利用活性碳作为吸附式玻璃纤维棉电池中的电极，以克服硫酸化，以由此提高电池的动态充电接受率。美国专利No.4429442描述了一种铅酸电池极板，包括金属栅格和活性物质(activemass)，以及在活性物质的一侧包括一层碳纤维材料，以增强活性物质的机械完整性。美国专利No.4342343描述了在涂膏极板的面上带有互连的碳纤维的负的铅酸蓄电池极板。在制造过程中，通过将纤维固定到纸载体然后将它按压到极板上来增强可成形性。美国专利No.6617071描述了具有在栅板的表面上形成的导电聚合物基体的电极，其中，导电聚合物基体包括活性材料的超细的或纳米级粒子。我们的国际专利申请公开WO2011/078707公开了一种铅酸电池，包括导电纤维材料丝作为集流体，带有低纤维间间隔和附着于纤维的基于铅的粒子的导电链，提供了改进的电池性能，特别是DCA。
技术实现思路
本专利技术的至少一些实施例的目标是提供改进的或至少可另选的电极和/或电池单元和/或电池，这种电极和/或电池单元和/或电池尤其但不一定排他地适用于混合动力汽车和/或用于制造混合动力汽车的方法。广义上来讲，一方面，本专利技术包括一种铅酸电池或电池单元，其包括至少一个(非合成或合成)电极，该电极包括导电纤维材料作为集流体，导电纤维材料包括当充满电时至少约0.3的空隙度(是铅和导电纤维之间的孔占据的体积比)，以及当转换为体积比时在约0.7:1或约1:1到约15:1或约10:1的范围内的铅(以任何形式)与导电纤维质量的质量载入比(分别都在电极的至少一大部分上，更优选地，在基本上全部电极上)。广义上来讲，在另一方面，本专利技术包括一种用于制造铅酸电池或电池单元的方法，该方法包括：形成至少一个(非合成或合成)电极，其包括导电纤维材料作为集流体，导电纤维材料包括，当充满电时，至少约0.3的空隙度(是铅和导电纤维之间的孔占据的体积比)，以及当转换为体积比时，在约0.7:1或约1:1到约15:1或约10:1的范围内的铅与导电纤维质量的质量载入比。在某些实施例中，空隙度在约0.3和约0.9之间，约0.3和约0.85之间，更优选地，在约0.3和约0.8之间，更优选地，在约0.5和约0.98之间，进一步优选地，在约0.8和约0.95之间。在某些实施例中，当转换为Pb时活性材料与导电纤维的体积载入比在约0.7:1或约1:1和约7:1之间，或在约1.5:1和约5:1之间，或在约2:1和约4:1之间。通常，空隙度可以作为在铅和碳之间形成的通道存在，以使得在每个碳纤维之间形成铅粒子。在某些实施例中，导电纤维之间的平均间隔在约0.5和约10个纤维直径之间，更优选地，在约1和约5个纤维直径之间。在某些实施例中，纤维之间的平均纤维间间隔小于50微米或小于20微米。优选地，所述平均纤维间间隔在材料的至少大部分上，更优选地，在基本上全部材料上。在优选实施例中，平均纤维直径小于约20微米或小于约10微米。广义上来讲，在另一方面，本专利技术包括一种铅酸电池或电池单元，其包括至少一个(非合成或合成)电极，该电极包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅酸电池或电池单元，包括:至少一个电极，包括导电纤维材料作为非合成集流体，并且导电纤维材料中有活性物质，所述导电纤维材料具有当电池或电池单元充满电时至少0.3的空隙度、以及当转换为体积比时在0.7:1到约15:1的范围内的铅与导电纤维质量的质量载入比，其中空隙度是铅和导电纤维之间的孔占据的体积除以孔、铅和导电纤维占据的总体积，和/或至少一个电极，包括金属栅格和导电纤维材料作为合成集流体，并且所述金属栅格和导电纤维材料中有活性物质，其中至少20％的活性物质在导电纤维材料中，所述导电纤维材料具有当电池或电池单元充满电时至少0.3的空隙度、以及当转换为体积比时在0.7:1到约15:1的范围内的铅与导电纤维质量的质量载入比，其中空隙度是铅和导电纤维之间的孔占据的体积除以孔、铅和导电纤维占据的总体积。

【技术特征摘要】
2012.03.08 US 61/608,259;2012.07.03 US 61/667,6261.一种铅酸电池或电池单元，包括:至少一个电极，包括导电纤维材料作为非合成集流体，并且导电纤维材料中有活性物质，所述导电纤维材料具有当电池或电池单元充满电时至少0.3的空隙度、以及当转换为体积比时在0.7:1到约15:1的范围内的铅与导电纤维质量的质量载入比，其中空隙度是铅和导电纤维之间的孔占据的体积除以孔、铅和导电纤维占据的总体积，和/或至少一个电极，包括金属栅格和导电纤维材料作为合成集流体，并且所述金属栅格和导电纤维材料中有活性物质，其中至少20％的活性物质在导电纤维材料中，所述导电纤维材料具有当电池或电池单元充满电时至少0.3的空隙度、以及当转换为体积比时在0.7:1到约15:1的范围内的铅与导电纤维质量的质量载入比，其中空隙度是铅和导电纤维之间的孔占据的体积除以孔、铅和导电纤维占据的总体积。2.根据权利要求1所述的铅酸电池或电池单元，其中，铅与导电纤维质量的所述质量载入比，当转换为体积比时，在约1:1到约10:1的范围内。3.根据权利要求1或权利要求2所述的铅酸电池或电池单元，其中所述导电纤维材料具有当充满电时在约0.3和约0.9之间的空隙度。4.根据权利要求1-3中任一项所述的铅酸电池或电池单元，其中，导电纤维材料中的纤维之间的平均纤维间间隔在约0.5和约10个平均纤维直径之间。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·克里斯蒂，Y·S·王，G·泰特曼，J·巴拉哈姆森，
申请(专利权)人：阿克爱科蒂夫有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ