CN107910486A - 碳纤维作为板栅与极耳的连接方法、碳纤维与极耳形成的电极板栅以及在化学电池中的应用 - Google Patents

碳纤维作为板栅与极耳的连接方法、碳纤维与极耳形成的电极板栅以及在化学电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，是以金属为媒介，将金属固定在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上，再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物边缘上的金属与极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接。通过在碳纤维上固定一层金属媒介，然后再将金属材质的极耳与金属媒介进行焊接，如此，金属与金属是非常容易焊接的，也就很容易的实现了将碳纤维布与极耳的连接，碳纤维布与极耳连接后不会与极耳发生脱落，且不受到化学电解液或者化学物质的腐蚀，方便后续电池的组装，本发明连接方法简便且操作实际，具有广泛应用的潜力。

Description

碳纤维作为板栅与极耳的连接方法、碳纤维与极耳形成的电 极板栅以及在化学电池中的应用
技术领域
本发明涉及电池板栅组装技术领域，更具体地，涉及碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，更进一步地，涉及碳纤维与极耳形成的电极板栅以及电极板栅在化学电池中的应用。
背景技术
碳纤维(carbon fiber，简称CF)是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维具有许多优良性能，其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，具有良好的导电导热性能。
碳纤维布又称碳素纤维布，它是一种单向碳纤维产品，将1K～12K的碳纤维经特定的改造纺织机制成碳纤维布，布面周边加织锁边，即可作为双电极板的基础材料，也就是常说的电极板栅。以碳纤维布作为电极板栅可大大减轻电池的总重量，并且能够使得电极板栅具有电导率高、电流分布均匀的特点，从而可以大大提高电池的比能量。碳纤维布作为电极板栅已成为电池制造的发展趋势。
当碳纤维布作为电极板栅时，需要在碳纤维布的侧边加上金属材质的极耳，从而连接正负极，由于碳纤维布属于无机材料，其导电性能不佳，其与金属材质的极耳不能进行良好的连接，也有报道通过具有粘结性能的导电胶方式将金属材质的极耳与碳纤维布进行连接，然而这种方法制成的电极板栅容易造成极耳的脱落，现亟需一种将碳纤维和牢固极耳连接的方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了碳纤维作为板栅与极耳的连接方法。
这里碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：以金属为媒介，将金属固定在碳纤维无纺布或碳纤维织造物(为了方便说明，下文可将碳纤维无纺布或者碳纤维织造物叫做碳纤维布)的一侧边缘上，再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物边缘上的金属与极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接。
本发明摒弃传统通过粘结导电胶的方式将碳纤维布与极耳连接，另辟蹊径，即以金属为媒介，在碳纤维布上固定一层金属，金属与金属是非常容易焊接的，也就很容易的实现了将碳纤维布与极耳的连接，实际上，这里的金属作为媒介起到桥梁的作用，将金属作为连接件与传统的通过导电胶粘结的方式比，显著不同的是，用导电胶将碳纤维布与极耳粘结后形成的电极板栅在使用过程中，导电胶会受到化学电解液或者化学活性物质的腐蚀，同样也会因为温度或者湿度的变化导致导电胶失去导电性能，从而使得碳纤维布上的电流不能均匀和及时的传递到极耳上，造成电池性能丧失，然而本发明正是使用了与极耳同属性的金属，使得连接后不易与极耳脱落，且不会受到化学电解液或者化学物质的腐蚀。
需要说明的是，这里的金属可以是溶液形式，也可以是固体形式；且对金属的种类不作限定，只要是金属，都可以用于本发明的思路，实现本发明的发明目的。
在一些实施方式中，所述金属为金属网格材料、U型排钉(固体形式)和熔融的金属溶液(液体形式)中的其中一种或两种以上的组合。
然而针对不同存在形式的金属媒介，其连接方式有不同，当使用的是熔融金属溶液时，所述碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上涂上熔融的金属溶液，待金属溶液凝固后，再焊接边缘上凝固后的金属与极耳，以实现碳纤维与极耳的连接。
当使用的是金属网格材料或U型排钉时，所述碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：先将金属网格材料或U型排钉固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘上；再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘上的金属网格材料或U型排钉与极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接。
使用金属网格材料或者U型排钉作为媒介时，其相对于金属溶液作为媒介，还具有进一步的优势：可以不用高温熔融金属，直接用金属网格材料或者U型排钉，采用机械、物理的方式与碳纤维布进行牢靠固定，操作更为简便，成本低、能耗低。
需要说明的是，对于使用金属网格材料或U型排钉进行固定时，其与碳纤维布的固定方式不受限制，只要能够将金属网格材料或U型排钉与碳纤维进行牢固固定均可用于本发明。
然而在一些实施方式中，当利用金属网格材料和U型排钉的组合时，是先将平面的金属网格材料平铺在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘，再用U型排钉将金属网格材料固定住，最后将极耳与固定后的金属网格材料进行焊接；这种固定方式能保证碳纤维布和金属网格材料的牢固结合，且能承受15公斤以上的拉力。
在一些实施方式中，当所述金属为U型排钉时，直接在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘钉上U型排钉，然后将极耳与U型排钉进行焊接；这种固定方式能保证碳纤维布和U型排钉的牢固结合，且能承受15公斤以上的拉力。
当然，也可以采用其他具体方式固定，例如将金属网格材料制成截面为U型或者C型，然后将U型/C型金属网格材料的开口对准碳纤维布的侧边上(如果是U型排钉，即直接将U型排钉的开口对准碳纤维布的侧边)，并通过金属材料冲击设备或者码钉击发设备将金属网格材料或者U型排钉牢固扣住碳纤维布的侧边上。
根据本发明的另一个方面，还提供上述连接方法形成的电池的电极板栅基体。
根据本发明的另一个方面，还提供一种碳纤维电极板栅基体，包括碳纤维基体(这里的碳纤维基体是指可以作为板栅的碳纤维材料制成的基体，例如可以是碳纤维无纺布或者碳纤维织造物)、金属连接件和极耳，所述碳纤维基体通过金属连接件与极耳连接。
根据本发明的另一个方面，还提供上述电极板栅基体在组装化学电池中的应用；所说化学电池包括但不限于铅酸蓄电池、动力电池蓄电池和太阳能储能蓄电池。
根据本发明的另一个方面，还提供碳纤维电极板栅的制备方法，包括以下步骤：获取合适尺寸的碳纤维无纺布或者碳纤维织造物(例如通过织造或剪裁等方式根据需求制备合适尺寸的碳纤维无纺布或者碳纤维织造物)，以金属为媒介，将金属连接件固定在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上，再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物边缘的金属连接件与相匹配的极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接；所述碳纤维织造物是由1K～12K的碳纤维以经线和纬线织造而成的孔距为3mm～5mm的网状织物。
附图说明
图1为碳纤维无纺布与U型排钉进行固定的示意图；
图2为碳纤维织造物与U型排钉进行固定的示意图；
图3为碳纤维织造物与金属网格材料通过U型排钉进行固定的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
碳纤维布与极耳的连接操作为：直接在碳纤维无纺布1(如图1)或者碳纤维织造物3(如图2)的边缘钉上U型排钉2，然后将极耳与U型排钉2进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接得到板栅。
实施例2
如图3所示，碳纤维布与极耳的连接操作为：将平面的金属网格材料4平铺在碳纤维织造物3(在其他实施例中，也可以是碳纤维无纺布)的边缘，再用U型排钉2将金属网格材料4和碳纤维织造物3钉住，最后将极耳与固定后的金属网格材料4进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接得到板栅。
由实施例1和实施例2的方法制得的电极板栅耐受15公斤以上的拉力，且内阻＜0.2mΩ；耐高温达150℃以上；耐受99％以上的强酸和强碱，使用寿命超过十年。
实施例3
碳纤维布与极耳的连接操作为：
(1)先将50目的金属网格材料4(在其他实施例中，也可以用50目以上，200目以下的金属网格材料4，例如可分别利用100目、150目和200目的金属网格材料4对碳纤维织造物3进行固定)制成截面为U型或者C型(可以人工，也可以借助设备将其弯成U型或者C型)，然后将U型或者C型金属网格材料4的开口对准碳纤维织造物3的一个侧边上，将50目的金属网格材料4牢固扣住碳纤维织造物3的该侧边。
(2)将极耳与固定于碳纤维织造物3该侧边上的金属网格材料4进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接得到板栅。
实施例4
碳纤维布与极耳的连接操作为：
(1)将U型排钉2的开口对准碳纤维织造物3的一个侧边，并利用订书器将U型排钉2牢固扣住碳纤维织造物3的该侧边。
(2)将极耳与固定于碳纤维织造物3该侧边的U型排钉2进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接得到板栅。
由实施例3和实施例4的方法制得的电极板栅内阻＜0.2mΩ；耐高温达150℃以上；耐受99％以上的强酸和强碱，使用寿命超过十年。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，以金属为媒介，将金属固定在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上，再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物边缘上的金属与极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接。
2.根据权利要求1所述的碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，所述金属为金属网格材料、U型排钉和熔融的金属溶液中的其中一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求2所述的碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，当所述金属为熔融的金属溶液时，所述碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上涂上熔融的金属溶液，待金属溶液凝固后，再焊接边缘上凝固后的金属与极耳，以实现碳纤维与极耳的连接。
4.根据权利要求2所述的碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，当所述金属为金属网格材料或U型排钉时，所述碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：先将金属网格材料或U型排钉固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘上；再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘上的金属网格材料或U型排钉与极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接。
5.根据权利要求2所述的碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，当所述金属为金属网格材料和U型排钉的组合时，所述碳纤维作为板栅与极耳的连接方法是：先将平面的金属网格材料平铺在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘，再用U型排钉将金属网格材料固定住，最后将极耳与固定后的金属网格材料进行焊接。
6.根据权利要求4所述的碳纤维作为板栅与极耳的连接方法，其特征在于，当所述金属为U型排钉时，直接在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物的边缘钉上U型排钉，然后将极耳与U型排钉进行焊接。
7.权利要求1至6任一项所述连接方法形成的电池的电极板栅基体。
8.一种碳纤维电极板栅基体，其特征在于，包括碳纤维基体、金属连接件和极耳，所述碳纤维基体通过金属连接件与极耳连接。
9.权利要求7所述电极板栅基体在组装化学电池中的应用；所说化学电池包括但不限于铅酸蓄电池、动力电池蓄电池和太阳能储能蓄电池。
10.碳纤维电极板栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取合适尺寸的碳纤维无纺布或者碳纤维织造物，以金属为媒介，将金属连接件固定在碳纤维无纺布或碳纤维织造物的一侧边缘上，再通过固定在碳纤维无纺布或者碳纤维织造物边缘的金属连接件与相匹配的极耳进行焊接，以实现碳纤维与极耳的连接；所述碳纤维织造物是由1K～12K的碳纤维以经线和纬线织造而成的孔距为3mm～5mm的网状织物。
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