薄膜复合材料双极电池及其双极板基体制造技术

本发明专利技术涉及电池的技术领域，尤其涉及一种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体。这种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体，包括基体，置于基体中设有的导电颗粒，所述基体由热固性或热塑性高分子聚合物制成，所述导电颗粒置于基体中并均匀分布，设有一个或多个导电颗粒，所述导电颗粒的直径大于基体的厚度，并突出于基体的上下表面。这种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体采用热固性或热塑性高分子聚合物和在双极基板上嵌入导电颗粒，能够制造出一种高能蓄电池，且在80%的深度放电下寿命长超过1000次，克服了当前存在的技术缺陷，解决了许多技术壁垒。本发明专利技术所制备的双极薄膜复合材料电池具有耐腐性能好、重量轻、成本低廉等优点，并满足大规模制造的条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池，尤其涉及一种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体。
技术介绍
电池分为一次电池和二次电池，其中二次电池指的是可反复充、放电的电池。而二次电池中最早、应用最广泛的是铅酸蓄电池，其能使用单极或双极设计，也有单双极交互使用的准双极设计。在传统的单极电池中，活性物质所产生的电流传送到集流体并通过相互连接的极耳到达下一节电池。而双极电池要比传统的单极电池在电力输出上优越很多，因其活性物质被涂覆在双极基板的两面，电流能从基板流动到下一节电池，电流路径极短，故在电路中因电阻电压降而造成的电荷损失达到了最小，电池体积也因此大大减少。在双极铅酸电池中，基板的作用是至关重要的。基板既连接内部电池又容纳活性物质，并且把各个小电池隔离开来。基板在铅酸腐蚀环境下必须保持其导电性，并阻断相邻电池电解液连通，而不得参与电池反应或为电池自放电提供回路。这些就要求基板必须是有导电性、不溶于硫酸、在电池的电位窗中保持稳定且拥有较高的氢氧过电位能力，不参加电池反应，对电池活性物质有良好的吸附能力，还要易于加工和密封。因此，作为双极性电池而言，亟需要解决的技术问题无外乎以下几点 (1)相邻单体电池间的密封问题； (2)由于接触电阻而造成的功率损失； (3)由于电解液而造成的双极板的腐蚀； (4)制作工艺的复杂程度，是否有利于大规模生产。目前，针对以上问题，各国都有一些关于双极性电池基体制备的专利或技术。这些专利或技术要么语焉不详，甚至只是一个想法；要么工艺上不存在可行性；或者可行，却因为成本等原因，无法实现产品化。比如说 中国CN200410014945. 5号专利描述了在塑料板上穿编包铅塑芯复合导线或包铅碳纤维芯复合导线代替钛板或不锈钢板作为双极板的导电芯板。一方面，该法采用复合导线的制备复杂，成本不见得很低；另一方面，当极板面积较大时，穿孔绕线将变得不太可行。美国4，658，499号专利描述了一种在热塑树脂的孔洞中加入导电颗粒的一种双极电池基板。在热压下颗粒能变成圆柱形状并熔解。因为基板使用了热塑树脂，必须在放入颗粒之前做好孔洞，并且热塑树脂必须热熔一部分以封闭颗粒。但是，热熔后的塑料又会使固定颗粒的塑料表面积不够。这反过来又会导致液体渗透穿过基板，从而毁坏电池。此外，在现有技术中，有使用铅板作为基板的早期双极性铅酸电池。活性物质附 着在基板上，铅板堆积在U形橡胶垫圈之间。这种铅酸双极电池存在不易密封、基板易于腐蚀和能力低下的问题；也有设计采用能导电的粘胶把钛板粘在铅板上的，钛在铅酸电池中经常会钝化，并且为了保护钛，一般会加上一层金或铅的涂层，这也会增加电池的重量和成本；其他设计中，还有使用镀金钛板或导电塑料来作为基板，前者因制造无孔镀金板和保持钛的可用性方面的困难而被放弃，而企图在能广泛取得的导电环氧衍生物中加入如碳、石墨、铜或者银等导电填充物的做法因为与电池环境的反应而均告失败，而加入类似玻璃的碳粉来作为环氧树脂填充物的尝试在开始很成功，但由于基板的正极界面腐蚀，涂膏和活性物质的化成都不太成功。因 此，就需要有一种新的双极铅酸电池工艺能克服上述种种困难。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体。为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是这种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体，包括基体，置于基体中设有的导电颗粒，所述基体由热固性或热塑性高分子聚合物制成，所述导电颗粒置于基体中点阵形式分布，设有一个或多个导电颗粒，所述导电颗粒的直径大于基体的厚度，并突出于基体的上下表面，所述基体两面覆设有导电金属薄膜，所述导电金属薄膜与突出在基体表面的导电颗粒导电接触，导电金属薄膜经过预压、热压、冷却、脱模得到所需的双极片，将双极片涂膏后组装成双及电池。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述导电金属薄膜通过表面处理后再覆膜，所述表面处理包括无机、有机酸化学处理或打磨、抛光物理处理，导电金属薄膜覆设于基板上经过预压、热压、冷却和脱模得到所需的双极片，所述预压、热压、冷却和脱模均在模具内进行，所述的热压时间为I到20min，压力为0. I到20MPa，温度为130到280°C之间，冷却方式包括自然冷却和水冷，冷却时间在IOs到30min之间，所述脱模时在模具内喷涂有助材料，包括一般的油性、中性、干性脱模剂，或进行喷蜡、喷脱模硅胶，或镀脱模膜材料。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述的涂膏是在压合成型双极片两面覆设的导电金属薄膜上涂抹负极活性物质和正极活性物质，所述双极片置于电池外盒内每个双极片由隔膜与邻近的双极片隔开，由双极片组成的双极电池两边为正极单极片和负极单极片，所述正极单极片或负极单极片上涂覆正极活性物质或负极活性物质，电池外盒两侧设有正极引出极柱和负极引出极柱。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述热固性或热塑性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚苯二甲酸乙二醇酯、以及ABS粉体及其型材等中的一种或多种的组合。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述基体厚度在0. I到2mm之间。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述导电颗粒由导电金属和导电非金属材料制成，所述导电金属是铅材料或玻璃态金属，所述导电非金属是碳材料。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述导电颗粒与基体的体积比在0. 1%到10%之间。根据本专利技术的另一个实施例,进一步包括所述导电颗粒的尺寸在0. 13mm到2. 5mm之间。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述导电颗粒之间的距离在0. 5到20mm之间。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述导电颗粒的点阵分布可以采用在基体的一侧分布，两侧同时分布，以及两侧部分分布等方法进行。 本专利技术的有益效果是这种薄膜复合材料双极电池及其双极板基体采用热固性或热塑性高分子聚合物和在双极基板上嵌入导电颗粒，能够制造出一种高能蓄电池，且在80%的深度放电下寿命长超过1000次，仍能保持初始容量85%以上的高能铅酸蓄电池，克服了当前存在的技术缺陷，而且，本专利技术所制备的双极薄膜复合材料铅酸电池具有耐腐性能好、重量轻、成本低廉等优点，并满足大规模制造的条件。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图I是本专利技术的双极电池基板的点阵结构示意 图2是本专利技术的双极电池基板的覆膜结构示意 图3是本专利技术的双极电池及其组装结构示意 其中I、基体，2、导电颗粒，3、导电金属薄膜，4、负极活性物质，5、正极活性物质，6、隔膜，7、正极单极片，8、负极单极片，9、正极引出极柱，10、负极引出极柱，11、电池外盒。具体实施例方式图I是本专利技术的双极电池基板的点阵结构示意图，图中包括基体1，置于基体I中设有的导电颗粒2，基体I由热固性或热塑性高分子聚合物制成，导电颗粒2置于基体I中点阵形式分布，设有一个或多个导电颗粒2，导电颗粒2的直径比基体I的厚度稍厚，并突出于基体I的上下表面。双极电池的复合基板由耐酸热固性或热塑性高分子聚合物制成的基体I、导电颗粒2组成。如图I所示，导电颗粒2通过点阵形式按实际及设计要求均匀分布在塑料基材之上，点阵可以采用在基体I的一面分布，两面同时分布，以及两面部分分布等方法进行；导电颗粒2的尺寸要比基体的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永江，罗云峰，
申请(专利权)人：常州优特科新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：