垫板、双极电池组和用于制造垫板的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于贫电解液双极电池组的垫板２０；４０；８０；１００，该垫板包括呈具有上表面１和下表面２的框架形状的结构件２７；４４；８２和允许气体通过垫板的至少一个通道２３，２４；８３，８４；１０３，１０４。结构件由具有疏水特性的第一材料制成。垫板２０；４０；８０；１００还包括从上表面１突出的闭环布置的至少第一密封面３０；４７；９１；１１１和从下表面２突出的闭环布置的至少第二密封面３０；４７；９２；１１２。第一密封面和第二密封面设置在由第二材料制造的至少一个密封件２６；４１，４１；８１；１０１上，并且结构件２７；４４；８２的第一材料的弹性模数高于密封件２６；４１，４２；８１；１０１的第二材料的弹性模数。本发明专利技术还涉及一种贫电解液双极电池组和用于制造垫板的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种垫板和包括至少一个垫板的双极电池组。本专利技术还涉及一种用于制造垫板的方法。
技术介绍
双极电池组构造包括导电的双极层，即所谓的双板，其用作电池组里相邻电池之间的电气互连件以及电池之间的分隔件。为了使双极构造能成功使用，双板必须足够导电，以将电流在电池之间传输，在电池的环境中良好的化学稳定性能够取得并保持与电极的良好接触并能与其他双板电绝缘，而且围绕电池的边界可密封，以便将电解液容納在电池里。这些要求在二次(可再充电)电池组中更难达到，因为充电电势有可能在电池组内部产生气体，并且在碱性电池组中也更难达到，因为电解液具有漏电性质。已经证明，达到这些特征的正常组合非常困难。一种普通类型的电池组设计是所谓的"富液(flooded)，，电池组，其中，电池组里的电解液完全充满电池组里的多孔空间，使存在的湿液体电解液超过了电池组里组成电极和隔板能吸收的电解液。新近的电池组设计被称为"贫电解液(starved electrolyte)"或"重组，，电池组。在这种电池组设计中，组成电极和隔板里的多孔空间并没有完全被电解液填满。而是一些这样的多孔空间被气体占据。结果，由于多孔空间的毛细管作用吸收了湿液体电解液的剩余电势，电池组内部包围电解液的空腔基本上是干的。这导致这样一种电池构造，即电池组内部基本上是潮的，而不是溢流或湿的。这种电池组具有能够容纳电池组里生成气体的空腔。当与富液电池组比较时，贫电解液电池组设计通常更不容许电解液的损失，因为它们没有额外湿电解液的储备来补偿电解液的损失。因此，在正常使用期间，贫电解液电池组的内腔被密封而与周围环境隔离。本技术领域中，通常表示贫电解液电池组按密封构造制造，如本文进一步描述的那样。a 卞#^ > iWt ja丄A 《二 旦.丄t 'jfe m ±i 2j 丄A =r东士 rt> .'山*t力J个而w、j^rj ， 取wiwrj切-"-5們wy， "tTTO a a^組o 然而，密封双极设计通常利用扁平电极和堆叠电池的构造，该构造对在电池运行期间存在和产生的气体正确容积提出设计上的挑战。在密封构造中，为了稳定运行，在充电期间产生的气体需要在电池里进行化学重组。压力-容积要求在稳定双极构造的设计中引起额外的挑战。运输、通信、医疗和动力工具领域的新要求正在产生现有电池组不能满足的技术要求。这些包括更高的循环寿命和对迅速而有效的再充电的需要。NiMH系统被看作是满足循环寿命的可替换形式，但是现有的常规制造成本太高。在Bronoel等人的US 5,344,723中，公开了 一种具有共用气室的双极电池组，该共用气室通过设置穿过双板(传导支撑件/隔板)的开口形成。该开口还设有疏水阻挡层，以防止电解液通过孔。虽然解决了电池之间的压差问题，但是所述电池组仍然有缺点。围绕每个双板边缘的外部密封仍然必须是不透水的，这个很难达到。如果外部密封是透水的，那么容纳在电极之间的隔板中和在电极里的电解液仍可形成电池之间的连续离子电流泄漏路径。在Rippel的US 5,441 ，824中，公开了一种双极电池组，其中，该电池组的结构试图解决在双极构造中使用腐蚀性铅酸化学系统时所固有的问题。在Rippel讲述的构造中，双板边缘被封装在不透气的连续顺从框架材料里。同样，隔板边缘也类似地封装在不透气的连续顺从框架里，该不透气的连续顺从框架具有形成到其中的气体通道。用可靠、可制造的方式完成这种封装过程昂贵且困难。Rippel公开的框架设计具有沿密封面存在相当大的区域。结果，需要大力以造成公开的框架里必需引起不透气密封所需的压缩应变。这个大力必须由电池组的结构承担，从而导致最后电池组的尺寸更大、重量更重，且成本增加。Rippd的公开内容也不能解决气体通道中存在的电解液里流动的 离子电流的问题，该问题可造成电池组里各个双极电极的不平衡的自 放电。通过在使用之前立即填充电解液，在现场中激活用于初级(不可 再充电)备用电池组的共用歧管的使用在本
中人所共知。在 Wiison的US 4,626,481中，公开了 一种使用初级备用活性Li/SOCL2 系统的富液双极电池组设计。这个设计包括封装双板的框架。该公开 内容提到这个框架作为"绝缘层"。同样，制造这种连续封装昂贵并 且更困难。Wilson通过讲述使用低传导性电解液解决了减少离子电流 在气体通道里存在的电解液里可能流动的问题，这在需要高功率密度 时，在贫电解液二次电池组中显然是不希望有的。在转让给本申请人的/>布国际专利申请WO 03/026042 Al中，与 US 5,344,723中所述的解决方案相比，提出了 一项不同的解决方案， 其中，围绕电极而不是围绕双板的开口采用了疏水阻挡层。还采用了 减压阀，以防止过高的压力在外壳内部上升。然而，大量制造这种设 计的双极电池组相当昂贵，并且因此需要构造具有更少数量部件的新 型双极电池组，使用更简单的生产技术来制造双极电池组。在转让给同一申请人的公布国际专利申请WO 2005/048390 Al 中，,^开了一种双极电池组设计。该双极电池组具有由疏水材料制造 的垫板，该垫板带有在相邻双板之间布置的内置气体通道，其中，垫 板里的气体通道形成电池组里的共用气体空间，同时阻止电解液在电 池之间迁移。然而，需要在垫板上保持高度的机械预载荷力来达到这 些目的，这进而要求外壳能经受将由所需的力造成的应力。关于导致国际专利申请WO 2005/048390 Al中找到，这里引入作为参考。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种垫板，该垫板将减少塾板上所需保持密封气体空间的机械预载荷力，并防止可允许离子电流在双极电池 组里的电池之间流动的湿电解液桥接。这个目的通过提供一种带有疏水特性并呈包括气体通道的框架的 形状的垫板来达到。框架包括至少两个零件，其中，第一零件形成密 封，而第二零件构成机械结构。第一零件的材料比第二零件的材料更 易变形。用另外的方式来说，第一零件的材料的弹性模数小于第二零 件的材料的弹性模数。优点是，当组装到电池组里时，变形密封面的密合面面积减小导 致必需保持密封所需的压缩力较少。本专利技术另 一个优点是，可使用刚性更小且更轻的外壳来保持耐压 密封和电池组里的共用气体空间。与现有技术电池组相比，这进而减 少了制成的双极电池组的重量。另一个优点是，与现有技术设备相比，本专利技术提供了额外成本和 组装益处。本专利技术另一个优点是，双极电池组里的垫板叠堆比设有现有技术 的垫板的双极电池组更加稳定。本专利技术又一个优点是，由于是更易变形零件形成密封，所以能达 到更好的密封均匀性。通过下面对公开的双极电化学电池组和双板组件详细描述，本发 明的进一步目的和优点将对本领域的技术人员一目了然。附图说明附图中所示的不同实施例没有按比例或是不成比例，但为清楚起 见被放大，以指出不同的重要特征。 图l表示现有技术的垫板。图2a和2b表示图1中现有技术垫板的横剖视图。 图3a和3b表示本专利技术的垫板的第一实施例。 图4a和4b表示图3a和3b中垫板的横剖视图。 图5a和5b表示本专利技术的垫板的第二实施例。ii图6a和6b表示图5a和5b中垫板的横剖视图。图7表示本专利技术的双极电池组的第一实施例的横剖视图。图8表示用于制造本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垫板（２０；４０；８０；１００），其用于贫电解液双极电池组，所述垫板包括：　结构件（２７；４４；８２），其呈具有上表面（１）和下表面（２）的框架形状，所述结构件由具有疏水特性的第一材料制成，和　至少一个通道（２３，２４；８３ ，８４；１０３，１０４），其允许气体通过所述垫板（２０；４０；８０；１００），　其特征在于：所述垫板（２０；４０；８０；１００）还包括从所述上表面（１）突出的沿所述框架以闭环布置的至少第一密封面（３０；４７；９１；１１１）和从所述下表 面（２）突出以闭环布置的至少第二密封面（３０；４７；９２；１１２），所述至少第一密封面（３０；４７；９１；１１１）和所述至少第二密封面（３０；４７；９２；１１２）设置在由可变形第二材料制造的至少一个密封件（２６１，２６２；４１，４２；８１；１０１）上，并且　所述结构件（２７；４４；８２）的所述第一材料的弹性模数高于所述至少一个密封件（２６１，２６２；４１，４２；８１；１０１）的所述第二材料的弹性模数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D霍克，L弗雷德里克松，NH普斯特尔，
申请(专利权)人：尼拉国际股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[]