CN101558512A - 双极性蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明对一种铅酸蓄电池的双极板以及包括该双极板的双极板层叠组件进行了说明。另一方面，本主题对一种包括所述双极板层叠组件的铅酸蓄电池进行了说明。

Description

双极性蓄电池
技术领域
本发明总体上涉及铅酸蓄电池，更具体地涉及双极性铅酸蓄电池(bipolar lead acid battery)以及在双极性铅酸蓄电池中使用的双极板。
背景技术
铅酸蓄电池是一种二次电化学装置，它存储能量并能够以电的形式提供该能量。铅酸蓄电池是使用最广泛的二次电池，其大量地应用在诸如汽车等的应用场合中。铅酸蓄电池可包括多个并联或串联的单元电池。
单元电池的基本结构包括正极、负极、以及作为电解液的稀硫酸。正极和负极也被分别称为正极板和负极板。在网栅上施加电池膏(paste)以形成板，所述电池膏通常包括固定比例的氧化铅、硫酸铅、水以及某些其它添加物。在充当正极板和负极板的网栅之间设置了电连接。
在常规的蓄电池设计中，在相邻单元电池之间使用的单元电池之间的单个电连接限制了单元电池到单元电池的电流。单元电池之间的单个电连接致使蓄电池内部电阻较高，并且消极影响蓄电池的高功率放电性能以及快速充电能力。另外，单元电池之间的单个电连接易于出现机械故障，影响了蓄电池的耐用性以及操作安全性。
单元电池之间的单个常规连接的另一根本限制在于，电流密度在板几何形状上是不均匀的。由于电流分布的不均匀，与网栅的远离连接器的部分相比，网栅的最靠近连接器的部分被腐蚀得更为严重。
双极板结构有助于克服常规蓄电池在相邻单元电池之间具有单元电池之间的单个电连接的缺陷。双极板(也称biplate)由薄的导电片组成，在该导电片平坦表面的一侧施加负极活性材料，而在另一侧施加正极材料。双极性蓄电池结构一般具有采用了一系列元件的“层叠体”，这些元件包括负单极端板、间隔件、一系列重复的双极板和间隔件、以及正单极端板。经由单极端板实现了电气端接。
由于双极板厚度较小使得相邻单元电池的正极活性材料与负极活性材料之间的电通路非常短，因此通常情况下电阻非常小。
常规的双极板使用铅衬底，在该铅衬底的一个表面上涂覆有正极电池膏而在反面上涂覆有负极电池膏。这种双极板结构的一个主要问题是过早失效，这是由导致了单元电池之间短路的穿透铅衬底的腐蚀所造成的。另一个常见的、限制使用寿命的问题是电池膏材料在铅衬底平坦表面上的糟糕的粘着力，这导致最终在活性材料与网栅之间失去接触。因此，存在着对具有耐腐蚀衬底且结构耐用的双极板的需求。
发明内容
本发明内容部分旨在以简化的形式来介绍将在下面进一步详细说明的概念中的一些。本发明内容部分既不旨在确认所请求保护的主题的主要特征，也不旨在用于确定所请求保护的主题的范围。
在所述主题的一个实施方式中描述了一种铅酸蓄电池的双极板。该双极板包括：具有第一预定尺寸的网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面。所述网栅以使得网栅大致覆盖分隔件两面的方式折叠在分隔件上。所述正导电表面是通过在所述网栅的一面涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述网栅的另一面涂覆所述负极电池膏形成的。
所述主题的另一实施方式描述了一种双极板，该双极板包括：具有第一预定尺寸的第一网栅、具有所述第一预定尺寸的第二网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面。所述第一网栅和所述第二网栅分别设置在所述分隔件的两面，并且所述第一网栅和所述第二网栅是以使得所述分隔件位于所述第一网栅和所述第二网栅的边缘之内的方式沿着所述第一网栅和所述第二网栅的所述边缘连接的。所述正导电表面是通过在所述第一网栅上涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述第二网栅上涂覆负极电池膏形成的。
在另一实施方式中描述了一种双极板层叠组件。该双极板层叠组件包括正单极端板、负单极端板以及多个前述实施方式的双极板。这些双极板以在相邻双极板之间设置间隔件的方式层叠。所述正单极端板和所述负单极端板以在所述单极端板与下一双极板之间设置间隔件的方式设置在所述多个双极板两端。
在另一实施方式中描述了一种铅酸蓄电池。该铅酸蓄电池包括：具有正极端子和负极端子的蓄电池容器、以及前述实施方式的一个或更多个双极板组件。各个双极板组件的所述正单极端板电连接到所述正极端子，而各个双极板组件的所述负单极端板电连接到所述负极端子。
附图说明
图1提供了网栅100的图；
图2A和图2B提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅的方法的图；
图2C示出了根据图2A和图2B中的折叠方法形成的双极网栅；
图3A提供了构建根据本发明一种实施方式的双极网栅的方法的图；
图3B示出了根据图3A中的构建方法形成的双极网栅；
图4A提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅的方法的图；
图4B示出了根据图4A中的折叠方法形成的双极网栅；
图5A提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅的方法的图；
图5B示出了根据图5A中的折叠方法形成的双极网栅；
图6提供了通过对图2C、图3B、图4B或图5B中的双极网栅进行涂覆而形成的双极板的图；
图7提供了包括图6中的双极板的双极板层叠组件的图；
图8提供了包括图7中的一个或更多个双极板层叠组件的铅酸蓄电池的图；
图8A提供了包括图7中的一个或更多个双极板层叠组件的铅酸蓄电池的俯视图。
具体实施方式
在本主题的一个实施方式中描述了一种双极板，该双极板包括：具有预定尺寸的网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面。所述网栅以使得所述网栅大致覆盖所述分隔件两面的方式折叠在所述分隔件上。所述正导电表面是通过在所述网栅100的一面涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述网栅的另一面涂覆所述负极电池膏形成的。
在本主题的另一实施方式中描述了一种双极板层叠组件，该双极板层叠组件包括：正单极端板、负单极端板、多个间隔件以及多个双极板。所述双极板包括：具有第一预定尺寸的网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面，其中，所述网栅以使得所述网栅大致覆盖所述分隔件两面的方式折叠在所述分隔件上。所述正导电表面是通过在所述网栅的一面涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述网栅的另一面涂覆所述负极电池膏形成的。所述多个双极板以在相邻双极板之间设置间隔件的方式层叠，并且所述正单极端板和所述负单极端板以在所述单极端板与相邻双极板之间设置间隔件的方式设置在所述多个双极板两端。
在本主题的另一实施方式中描述了一种双极板，该双极板包括：具有第一预定尺寸的第一网栅、具有所述第一预定尺寸的第二网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面。所述第一网栅和所述第二网栅分别设置在所述分隔件的两面，并且所述第一网栅和所述第二网栅是以使得所述分隔件位于所述第一网栅和所述第二网栅之内的方式沿着所述第一网栅和所述第二网栅的边缘连接的，并且所述正导电表面是通过在所述第一网栅上涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述第二网栅上涂覆所述负极电池膏形成的。
在本主题的一种实施方式中，在前述实施方式的所述双极板中，所述第一网栅和所述第二网栅是由不同材料制成的。
在本主题的另一实施方式中描述了一种双极板层叠组件，该双极板层叠组件包括：正单极端板、负单极端板、多个间隔件、以及多个双极板。每个双极板都包括：具有第一预定尺寸的第一网栅、具有所述第一预定尺寸的第二网栅、具有第二预定尺寸的分隔件、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面、以及负导电表面。所述第一网栅和所述第二网栅设置在所述分隔件的任意一面，并且所述第一网栅和所述第二网栅是以使得所述分隔件位于在所述第一网栅和所述第二网栅的边缘之内的方式沿着所述第一网栅和所述第二网栅的所述边缘连接的。所述正导电表面是通过在所述第一网栅上涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面是通过在所述第二网栅上涂覆所述负极电池膏形成的。所述多个双极板以在相邻双极板之间设置间隔件的方式层叠，并且所述正单极端板和所述负单极端板以在所述单极端板与相邻双极板之间设置间隔件的方式设置在所述多个双极板两端。
在本主题的另一实施方式中，在前述实施方式的所述双极板中，所述网栅是丝网。
在本主题的一种实施方式中，在前述实施方式的所述双极板中，所述网栅由金属材料合金制成。
在本主题的另一实施方式中描述了一种铅酸蓄电池，该铅酸蓄电池包括前述实施方式的所述双极板。
在本主题的一种实施方式中描述了一种铅酸蓄电池，该铅酸蓄电池包括：具有正极端子和负极端子的蓄电池容器、以及前述实施方式的一个或更多个双极板层叠组件。各个双极板层叠组件的所述正单极端板电连接到所述正极端子，而各个双极板层叠组件的所述负单极端板电连接到所述负极端子。
可以在任意数量的不同环境中、和/或以对本领域技术人员明显的结构来实现在这里所描述的双极板、双极板层叠组件以及铅酸蓄电池的多个方面。在此，结合以下多个示例性方法对蓄电池的不同实施方式进行描述，这些示例性方法仅仅为示例，不对所描述的主题范围加以限制。
示例1
图1提供了网栅100的图。
网栅100是由金属材料或合金制成的丝网。网栅100一般由金属铅或基于铅的合金制成。网栅100是通过诸如直接浇铸、冲压、锻造等常规技术或通过机械加工制成的。
示例2
图2A和图2B提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅的方法的图。
图2A示出了设置在网栅100上的分隔件200。分隔件200是由非导电材料制成的平坦片材，其尺寸大致是网栅100尺寸的一半。网栅100和分隔件200的形状和尺寸是这样选择的，即，当网栅100在分隔件200上折叠起来时，网栅100覆盖了分隔件200的绝大部分。在本示例中，尺寸较小的分隔件200如此设置在尺寸较大的网栅100上，即，分隔件的两条对角线202和204是分别大致沿着网栅的竖直中线和水平中线的。分隔件200的底面与网栅100相接触。
图2B提供了网栅100在分隔件200上折叠的图。将网栅100的延伸超出分隔件200的侧面向内折叠，从而沿两条对角线202和204覆盖分隔件200的顶面。
图2C示出了根据图2A和图2B的方法形成的双极网栅205。
示例3
图3A提供了构建根据本发明一种实施方式的双极网栅的方法的图。
如图3A所示，第一网栅100具有第一预定尺寸，第二网栅100具有所述第一预定尺寸，而分隔件200具有第二预定尺寸。第一网栅100和第二网栅100分别设置在分隔件200的两面，并且第一网栅100和第二网栅100是以使得分隔件200位于第一网栅100和第二网栅100的边缘300之内的方式沿着第一网栅和第二网栅的边缘300连接的。
图3B示出了由图3A中的构建方法形成的沿边缘300连接起来的双极网栅205。
示例4
图4A提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅100的方法的图。网栅100具有边缘300。
如图4A所示，网栅100的长度是分隔件200的长度的大约两倍，而网栅100与分隔件200具有大致相同的宽度。网栅100沿着其长度方向上的中心线206分别折叠在位于其间的分隔件200的两面上。
图4B示出了根据图4A中的折叠方法形成的双极网栅205。该图示出了，网栅100是以使得分隔件200位于网栅100之内的方式沿着三个边缘300连接的。
示例5
图5A提供了根据本发明一种实施方式在分隔件上折叠图1中的网栅的方法的图。
如图5A所示，网栅100的长度是分隔件200的长度的大约两倍，而分隔件200与具有边缘300的网栅100具有大致相同的宽度。分隔件200是这样设置在网栅100上的，即，分隔件200的中心线与网栅100的中心线大致相互重合。分隔件200的底面与网栅100相接触。将网栅100在两侧延伸超出分隔件的部分向内折叠从而大致覆盖分隔件200的顶面。
图5B示出了根据图5A中的折叠方法形成的双极网栅205。折叠后的网栅100是以使得分隔件200位于网栅100之内的方式沿两个边缘300连接的。
示例6
图6提供了双极板600的图，该双极板600包括图2C、图3B、图4B或图5B中的双极网栅。
双极板600包括：网栅100、分隔件200、正极电池膏、负极电池膏、正导电表面605、以及负导电表面610，其中，所述网栅100以使得所述网栅100大致覆盖所述分隔件200两面的方式折叠在所述分隔件200上。所述正导电表面605是通过在所述网栅100的一面上涂覆所述正极电池膏形成的，而所述负表面610是通过在所述网栅100的另一面上涂覆所述负极电池膏形成的。
示例7
图7提供了包括图6中的双极板的双极板层叠组件700的图。
双极板层叠组件700包括：正单极端板705、负单极端板710、前述示例的多个双极板600以及多个间隔件715。双极板600以在相邻双极板600之间设置间隔件715的方式层叠。正单极端板705和负单极端板710以在所述单极端板与下一双极板600之间设置间隔件715的方式设置在所述多个双极板600两端。可选地，可以提供一对压紧元件720及725，用以压紧双极板层叠组件700。
示例8
图8提供了铅酸蓄电池800的图，该铅酸蓄电池800包括图7中的一个或更多个双极板层叠组件。
该图示出了包括容器805的铅酸蓄电池800，该容器805具有正极端子810和负极端子815以及前述实施方式的一个或更多个双极板层叠组件700。双极板层叠组件700是这样设置的，即，位于铅酸蓄电池800中的双极板层叠组件700的正单极端板705电连接到正极端子810。同样地，负单极端板710电连接到负极端子815。
图8A提供了包括一个或更多个双极板层叠组件700的铅酸蓄电池800的俯视图。
该图示出了具有两个双极板层叠组件700的铅酸蓄电池800。这两个双极板层叠组件700是通过容器间壁820间隔开的，该容器间壁820由与容器805相同的材料或由任意其它耐酸、防酸渗透且非导电的材料制成。
尽管已经特别参照以上实施方式示出并说明了本发明，但本领域的技术人员应理解的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对形式以及细节做出各种改变。

Claims (9)

1、一种双极板(600)，该双极板包括：
具有第一预定尺寸的网栅(100)；
具有第二预定尺寸的分隔件(200)；
正极电池膏；
负极电池膏；
正导电表面(605)；以及
负导电表面(610)，
其中，所述网栅(100)以使得所述网栅(100)基本覆盖所述分隔件(200)两面的方式折叠在所述分隔件(200)上；所述正导电表面(605)是通过在所述网栅(100)的一面上涂覆所述正极电池膏而形成的；而所述负表面(610)是通过在所述网栅(100)的另一面上涂覆所述负极电池膏而形成的。
2、一种双极板层叠组件(700)，该双极板层叠组件包括：
正单极端板(705)；
负单极端板(710)；
多个双极板(600)，这些双极板(600)均包括：
具有第一预定尺寸的网栅(100)；
具有第二预定尺寸的分隔件(200)；
正极电池膏；
负极电池膏；
正导电表面；以及
负导电表面，
其中，所述网栅(100)以使得所述网栅(100)基本覆盖所述分隔件(200)两面的方式折叠在所述分隔件(200)上；所述正导电表面是通过在所述网栅(100)的一面上涂覆所述正极电池膏而形成的；而所述负表面是通过在所述网栅(100)的另一面上涂覆所述负极电池膏而形成的；以及
多个间隔件(715)，
其中，所述多个双极板(600)以在相邻双极板(600)之间设置间隔件(715)的方式层叠，并且所述正单极端板(705)和所述负单极端板(710)以在所述单极端板与相邻双极板(600)之间设置间隔件(715)的方式设置在所述多个双极板(600)两端。
3、一种双极板(600)，该双极板包括：
具有第一预定尺寸的第一网栅(100)；
具有所述第一预定尺寸的第二网栅(100)；
具有第二预定尺寸的分隔件(200)；
正极电池膏；
负极电池膏；
正导电表面(605)；以及
负导电表面(610)，
其中，所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)分别设置在所述分隔件(200)的两面，并且所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)是以使得所述分隔件(200)位于所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)之内的方式沿着所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)的边缘(300)连接的，并且所述正导电表面(605)是通过在所述第一网栅(100)上涂覆所述正极电池膏而形成的，而所述负表面(610)是通过在所述第二网栅(100)上涂覆所述负极电池膏而形成的。
4、根据权利要求3所述的双极板，其中，所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)由彼此不同材料制成。
5、一种双极板层叠组件(700)，该双极板层叠组件包括：
正单极端板(705)；
负单极端板(710)；
多个双极板(600)，每个双极板(600)均包括：
具有第一预定尺寸的第一网栅(100)；
具有所述第一预定尺寸的第二网栅(100)；
具有第二预定尺寸的分隔件(200)；
正极电池膏；
负极电池膏；
正导电表面(605)；以及
负导电表面(610)，
其中，所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)分别设置在所述分隔件(200)的两面，并且所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)是以使得所述分隔件(200)位于所述第一网栅(100)和所述第二网栅(100)的边缘(300)之内的方式沿着所述第一网栅和所述第二网栅的所述边缘(300)连接的，并且所述正导电表面(605)是通过在所述第一网栅(100)上涂覆所述正极电池膏而形成的，而所述负表面(610)是通过在所述第二网栅(100)上涂覆所述负极电池膏而形成的；以及
多个间隔件(715)，
其中，所述多个双极板(600)以在相邻双极板(600)之间设置间隔件(715)的方式层叠，并且所述正单极端板(705)和所述负单极端板(710)以在所述单极端板与相邻双极板(600)之间设置间隔件(715)的方式设置在所述多个双极板(600)两端。
6、根据权利要求1、3或4所述的双极板(600)，其中，所述网栅(100)是丝网。
7、根据权利要求1、3或4所述的双极板(600)，其中，所述网栅(100)由金属材料合金制成。
8、一种铅酸蓄电池(800)，该铅酸蓄电池包括根据权利要求1、3、4、6或7所述的双极板。
9、一种铅酸蓄电池(800)，该铅酸蓄电池包括：
蓄电池容器(805)，其包括正极端子(810)和负极端子(815)；以及
根据权利要求2或5之一所述的一个或更多个双极板层叠组件(700)，其中，各个双极板层叠组件(700)的正单极端板(705)电连接到所述正极端子(810)，而各个双极板层叠组件(700)的负单极端板(710)电连接到所述负极端子(815)。
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