包括碳泡沫集电体的蓄电池制造技术

一种蓄电池（１０），包括由碳泡沫构成的集电体（２０）。碳泡沫包括孔（４１）的网络，在该孔（４１）中布置有化学活性的糊状物以形成蓄电池的正极板或负极板。碳泡沫耐腐蚀并显示出大量的表面积。本发明专利技术包括制备所披露的用于蓄电池的碳泡沫集电体的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
包括碳泡沫集电体的蓄电池
本专利技术一般涉及用于蓄电池的集电体，更具体地涉及用于铅酸蓄电池的碳泡沫集电体。
技术介绍
铅酸蓄电池已知包括至少一个正极集电体、至少一个负极集电体、电解液，该电解液包括例如，硫酸(H2SO4)和蒸馏水。通常，铅酸蓄电池中的正极和负极集电体都由铅制成。这些铅集电体的作用是在放电和充电过程中将电流转移到蓄电池接线柱或从接线柱转出。在铅酸蓄电池中电能的储存和释放是通过沉积在集电体上的糊状物中的化学反应进行的。正极和负极集电体，当涂覆有此糊状物时，分别称作正极和负极糊状物。铅酸蓄电池耐用性的明显限制是正极板的铅集电体的腐蚀。铅集电体腐蚀速率是确定铅酸蓄电池的寿命的主要因素。当硫酸电解质加入到蓄电池中并且对蓄电池充电时，各正极板的集电体连续受到腐蚀，因为其暴露在硫酸中并暴露在正极板的正极电势中。这种正极板集电体腐蚀的最有害的效果之一是体积膨胀。具体地，当铅集电体腐蚀时，从集电体的铅原料金属形成二氧化铅。而且，此种二氧化铅腐蚀产物具有比消耗产生二氧化铅的铅原料金属更大的体积。已知铅原料金属的腐蚀和随后的二氧化铅腐蚀产物体积的增加为体积膨胀。体积膨胀导致应力集中在集电体上，这使集电体变形并伸长。当集电体的总体积增加大约4％至7％时，集电体可能断裂。结果，蓄电池容量可能下降，并最终使蓄电池将达到其服务寿命的终点。此外，在腐蚀的较后阶段，集电体内的短路和电池外壳的破裂可能发生。这些腐蚀的效果可能导致蓄电池内一个或多个电池的故障。延长铅酸蓄电池服务寿命的一个方法是增加正极板集电体的耐腐蚀性。已经提出了许多方法用于抑制铅酸蓄电池的腐蚀过程。因为在铅酸蓄电池通常的操作温度下，碳不会氧化，这些方法中的一些涉及使用各种形式的碳来-->减慢或防止铅酸蓄电池中有害的腐蚀过程。例如，美国专利5512390(下文中称作’390专利)公开了一种铅酸蓄电池，其包括由石墨板而不是铅制成的集电体。该石墨板具有作为集电体的足够的电导率，并且它们比铅更耐腐蚀。因此用石墨板取代铅集电体可以延长铅酸蓄电池的寿命。虽然’390专利由于降低了正极板的腐蚀而具有提供延长的服务寿命的潜在可能，但是’390专利的石墨板也有问题。例如，’390专利的石墨板是致密的(dense)平板材料，其各自具有相对较小的表面积。与常规铅酸蓄电池的铅电极板不同，其一般图案化为栅格状结构以增加板的可用表面积，’390专利的石墨板是没有图案的光滑板。在铅酸蓄电池中，集电体表面积的增加将增加蓄电池的比能，因此可以转化为改善的蓄电池性能。更大的集电体表面积也可以导致蓄电池充放电所需时间的缩短。’390专利的石墨板相对较小的表面积导致蓄电池功能不良，其充电速度慢。此外，’390专利的石墨板缺乏铅集电体的韧性。该’390专利的致密的石墨板是脆性的，并且当受到物理冲击或振动时可能断裂。这种物理冲击或振动通常发生在例如车辆应用中。石墨板的任何断裂将导致由常规铅集电体的体积膨胀导致的同样的问题。因此，尽管与常规铅集电体相比提供了提高的耐腐蚀性，’390专利的石墨板的脆性本质导致比使用常规铅集电体可能得到的寿命更短的蓄电池服务寿命。本专利技术涉及克服存在于现有技术中的一种或多种问题或缺陷。
技术实现思路
本专利技术一方面包括用于蓄电池的电极板。该电极板包括具有孔网络的碳泡沫集电体。化学活性的糊状物布置在碳泡沫集电体上，使得化学活性的糊状物渗透进孔网络中。本专利技术的第二方面包括制备用于铅酸蓄电池的电极板的方法。该方法包括由碳泡沫形成集电体。碳泡沫集电体包括突出的接头和孔网络。然后在突出的集电体接头上形成电连接。该方法还包括涂布化学活性的糊状物到集电体，使得化学活性的糊状物渗透进碳泡沫的孔网络中。本专利技术的第三方面包括一种铅酸蓄电池。蓄电池包括外壳，和在外壳外部的正极和负极接线柱。在外壳中是至少一个电池，其包括分别连接到正极接线柱和负极接线柱的至少一个正极板和-->至少一个负极板。电解液填充在正极板和负极板之间的空间中。该至少一个正极板包括含有孔网络的碳泡沫集电体，并且化学活性的糊状物布置在碳泡沫集电体上，使得化学活性的糊状物渗透进孔网络中。附图说明将附图结合进本说明书中并作为其一部分，附图解释本专利技术的示例性实施方式，并与书写的描述一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1为本专利技术一个示例性实施方式的蓄电池的剖面图；图2A和2B为本专利技术一个示例性实施方式的集电体的照片；图3为根据本专利技术一个示例性实施方式，碳泡沫集电体的多孔结构，约10倍放大率；图4为根据本专利技术一个示例性实施方式，碳泡沫集电体多孔结构的特写图。具体实施方式在下面的说明中，参考形成本说明书一部分的附图，其中通过本专利技术可以实践的示例性的实施方式来显示。这些实施方式描述得足够详细，以使得本领域普通技术人员实践本专利技术，应该理解可以利用其它实施方式，并且可以进行改变而不脱离本专利技术的范围。因此下面的描述不是限制性的。在任何可能的地方，在整个附图中相同的参考数字表示相同或相似的部件。图1解释了根据本专利技术一个示例性实施方式的蓄电池10。蓄电池10包括外壳11和接线柱12，该接线柱在外壳11的外部。至少一个电池13布置在外壳11中。虽然仅仅一个电池13是必须的，多个电池可以串连连接以提供所需的蓄电池10的总电势。每个电池13可以由交替的正极板和负极板组成，这些电极板浸渍在电解液中，该电解液包括，例如硫酸和蒸馏水。正极板和负极板都包括填充有糊状材料的集电体，包括例如铅的氧化物。图2A解释了本专利技术一个示例性实施方式的集电体20。该集电体20包括薄的长方形主体和用于形成与集电体20的电连接的接头21。图2A所示的集电体可以用于形成正极板或负极板。如前所述，在沉积在蓄电池集电体上的糊状物中的化学反应提供能量的存储和释放。此糊状物-->的组成而不是选择用于集电体的材料确定了给定的集电体是作为正极或是负极板。虽然电极板的类型，正极板或是负极板，不取决于选择用于集电体20的材料，集电体材料和结构影响蓄电池10的性能和操作。例如，在充电和放电过程中，每个集电体20转移所得的电流至蓄电池接线柱12，或从接线柱12转移。为了有效地将电流转移至接线柱12或从接线柱12转移，集电体20必须由导电材料制成。而且，集电体材料对于腐蚀的敏感性将不但影响蓄电池10的操作，而且其也将影响蓄电池10的服务寿命。除了选择用于集电体20的材料，集电体20的结构对于蓄电池操作也是重要的。例如，在集电体20上可用的表面积影响蓄电池10的比能和充电/放电速率。在本专利技术的示例性实施方式中，如图2A所示，集电体20由多孔的碳泡沫材料形成。因为该泡沫是碳，即使当暴露于硫酸和正极板的正极电势时，其仍然可以抵抗腐蚀。碳泡沫包括孔网络，这对于每个集电体20提供了大量的表面积。由碳泡沫组成的集电体可以显示出比常规铅集电体所提供的表面积大2000倍的表面积量。图2B解释了形成在集电体20上的接头21的更近的视图。接头21可以涂覆有导电材料并用于与集电体20形成电连接。用于涂覆接头21的导电材料可以包括比碳泡沫集电体更导电的金属。用导电材料涂覆接头21提供了用于接头21的结构性支撑并产生合适的能够处理存在于铅酸蓄电池中的高电流的电连接。图3提供了集电体20的图像，包括孔网络，在大约10倍的放电率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蓄电池（１０）的电极板，包括：碳泡沫集电体（２０），其包含孔（４１）的网络；和化学活性的糊状物，其布置在所述的碳泡沫集电体上，以渗透到所述的孔网络中。

【技术特征摘要】
US 2002-6-28 10/183,4711.一种用于蓄电池(10)的电极板，包括：碳泡沫集电体(20)，其包含孔(41)的网络；和化学活性的糊状物，其布置在所述的碳泡沫集电体上，以渗透到所述的孔网络中。2.根据权利要求1的电极板，其中所述化学活性的糊状物包含铅的氧化物。3.根据权利要求1的电极板，其中所述碳泡沫集电体的总孔隙率值至少为60％，开放孔隙率值至少为90％，密度小于约0.6g/cm3。4.根据权利要求1的电极板，其中所述碳泡沫集电体的电阻率值小于约1∑/cm。5.根据权利要求1的电极板，其中所述碳泡沫集电体为石墨泡沫，并且具有约100：∑/cm至约400：∑/cm的电阻率值。6.一种蓄电池(10)，包括：至少一个电极板；外壳(11)；位于外壳外部的正极接线柱(12)和负极接线柱(12)；至少一个电池(13)，其布置在外壳内，并且包括至少一个根据权利要求1～5中任一项的正极板，至少一个负极板，这些电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯蒂斯C凯利，约翰J沃图帕尔，
申请(专利权)人：萤火虫能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]