铅酸蓄电池结构的改进制造技术

本发明专利技术提供了一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括具有纤维材料的集电器的电极，所述纤维材料具有小于50微米的平均纤维间间距。所述集电器材料可为已通过电弧放电进行热处理的碳纤维材料。所述纤维集电器材料可包含浸渍膏，所述浸渍膏包含硫酸铅粒子和稀硫酸的混合物。

【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用于铅酸蓄电池的改进的蓄电池结构。
技术介绍
蓄电池通过在其电极表面处的电化学反应而储存和释放能量。在完全充电状态下的铅酸蓄电池的每一个电池含有元素铅(Pb)的电极，以及在稀硫酸(H2SO4)的电解液中的二氧化铅(IV) (PbO2)0在放电状态下，两个电极变成硫酸铅(II) (PbSO4),且电解液失去其溶解的硫酸，且主要变成水。在涂膏极板结构中，每个极板由铅板栅组成，所述铅板栅初始地填充了包含含铅氧化物(Pb和PbO)和稀硫酸的混合物的膏。在电池形成(第一充电放电循环，在此过程中在相邻粒子之间的连接增加了导电性和活性表面积，并因此增加了蓄电池容量)过程中，该结构允许所述膏中的酸与极板中的含铅氧化物反应。所述膏也可含有炭黑、重晶石粉(细微硫酸钡)和木质素磺酸盐。重晶石粉充当用于铅至硫酸铅的反应的晶 种。木质素磺酸盐防止负极板在放电过程中形成硫酸铅固体。炭黑抵消由木质素磺酸盐所引起的抑制形成作用。
技术实现思路
广义而言，在一方面本专利技术包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括至少一个电极，所述至少一个电极包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料包含长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。广义而言，在本专利技术的另一方面本专利技术包括一种用于制造铅酸蓄电池或铅酸电池的方法，其包括形成至少一个电极，所述至少一个电极包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料包含长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。广义而言，本专利技术的另一方面包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料在所述材料的主平面中具有长度和宽度尺寸，并具有垂直于所述材料的主平面的深度，且所述导电纤维材料包含长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。在一些实施例中，所述平均纤维间间距小于20微米。优选地，所述平均纤维间间距涵盖所述材料的至少主要部分，更优选地涵盖基本上全部材料。所述集电器纤维材料可具有至少0. 2mm或至少Imm的材料平均深度。所述集电器可包括导电纤维材料的多个层。优选地,所述集电器材料具有小于10 Qmm,优选小于IQmm或0. I Qmm的体电阻率。所述电极材料可为织造材料(包含交叉的经纱纤维和纬纱纤维)、针织材料或非织造材料，如织造或针织或非织造织物。一个或多个正极、一个或多个负极，或上述两者可由所述导电纤维材料的一个或多个层形成。优选地，所述导电纤维材料还比铅轻。 所述集电器材料可包含碳纤维材料，如织造或针织或非织造碳纤维织物。可将碳纤维集电器材料热处理至足够的温度以增加其导电性。广义而言，在另一方面本专利技术包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括至少一个电极，所述至少一个电极包括碳纤维材料作为集电器，所述碳纤维材料经热处理以降低其电阻率。所述热处理可为通过电弧放电。在本专利技术的微米级电极结构中，导电纤维集电器材料的纤维之间的平均纤维间距离小于50微米，且在多丝纤维长丝(如用于例如编织或针织材料的碳复丝纱)的单个纤维之间，或者在例如由单丝编织或针织的材料的单丝之间的平均纤维间距离可小于20微米。在蓄电池或电池的形成以及随后的放电和再充电循环的过程中，每个粒子必须与相邻粒子直接或间接电连接，并在电极集电器可通过反应接收电荷或传递电荷之前直接或间接电连接至电极集电器。在本专利技术的微米级电极结构中，相对更少的粒子必须连结以连接至附近的集电器纤维。例如，在粒子导电链中的任何活性粒子与最近的集电器纤维表面的最远距离可小于25微米或小于10微米。这可增加利用和容量，也可减少初始电池形成所需的时间，并可减少活性粒子的电隔离的可能性(粒子可在被电隔离之前被转化为PbSO4的相邻粒子隔离-PbSO4为电绝缘的)。在电池或蓄电池构造过程中，集电器材料(如碳纤维材料)可在压力下用膏浸溃，所述膏例如包含硫酸铅粒子和稀硫酸的混合物的膏。广义而言，在另一方面本专利技术包括一种用于制造蓄电池或电池的方法，其包括将包含硫酸铅粒子和稀硫酸的混合物的膏施用至包括导电纤维材料作为集电器的至少一个电极。在优选实施例中，硫酸铅膏基本上为活性材料膏中唯一的铅源。在本说明书中所用的术语“包括”意指“至少部分由……组成”。当解释包括术语“包括”的本说明书中的每个陈述时，除了以所述术语开始的那个或那些特征之外的特征也可存在。诸如“包含”的相关术语也以相同的方式解释。附图说明本专利技术参照举例方式的附图而进一步描述，在所述附图中图I示例性地示出了根据本专利技术的用于碳纤维材料的连续或半连续活化的反应器的一种形式，所述碳纤维材料用作集电器材料，且图2为图I的反应器的电极以及在电极之间的材料路径的近视示意图，图3为在随后的实验实例I中所述的织造碳纤维材料的截面的显微照片，图4为图3的碳纤维材料的单个多丝纤维长丝的SEM图像，图5和6为在随后的实验实例4中所述的比容量Ah/在负极活性物质中的kg Pb相对于比电流A/在负极活性物质中的kg Pb的“Ragone”型图，图7为在随后实验实例6和7中所述的循环结束的放电电池电压图，以及图8为实验实施例8中所述的充电电流相对于循环数的图。具体实施例方式本专利技术包括一种铅酸蓄电池，其包括至少一个电极，所述至少一个电极包括微米 级导电纤维材料作为集电器，其中所述微米级导电纤维材料的平均纤维间间距小于50微米或小于20微米。所述集电器材料可为织造材料、针织材料或非织造材料，如织造或针织或非织造织物。所述材料可包含在材料的主平面中单向延伸的长丝，每根长丝由多个纤维组成，任选地连接线横向穿过所述长丝延伸以机械连接所述长丝。电池或蓄电池的一个或多个负极、一个或多个正极或上述两者可由作为每个电极的集电器的导电纤维材料的一个或两个或更多个层形成。在优选实施例中，电极纤维是固有地导电的而无需用另外的导电材料(如金属)涂布以增加导电性，并可为碳纤维，所述碳纤维在一些实施例中可被处理以增加导电性，但在其他实施例中，电极纤维可为较不导电的微米级材料，所述微米级材料的纤维用导电涂层或更导电的涂层涂布。在一些实施例中，所述集电器材料的纤维可用Pb或Pb基材料涂布。例如，一个或多个负极可用Pb涂布,且一个或多个正极可用Pb涂布,然后在其上用PbO2涂布。用作电极集电器材料的碳纤维材料可在足以增加导电性的高温下进行热处理。热处理也可增加材料的热导率，热导率应该足以防止使用中的电极上产生局部热点。碳纤维通常为基于烃的，并在制造过程中被加热至大约1100° C或更高(“碳化”)。为了用作本专利技术的蓄电池或电池中的集电器材料，可在通常2200至2800° C的范围内将碳纤维材料进一步加热，以通过从碳纤维蒸发掉至少一些或大部分的非石墨碳和仅仅少部分的石墨碳，增大在已经是芳香的或石墨的碳中的区域，增加导电性。用以增加导电性和/或热导率的热处理可为例如通过电弧放电，或在电阻加热炉中。微米级集电器材料可被处理以增加其表面积以增加电容。在一些实施例中，碳纤维电极材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：J·阿布拉汗姆森，
申请(专利权)人：阿克爱科蒂夫有限公司，
类型：发明
国别省市：