[发明专利]双极性电池和板

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及具有一系列双极性电池板的双极性电池。

背景技术

传统的双极性电池一般包括具有金属导电衬底的电极，在金属导电衬底上，阳性活性材料形成一个表面而阴性活性材料形成相反表面。活性材料通过各种装置被保持在对电解质离子不导电的金属导电衬底上。电极以平行堆叠的关系布置从而提供一种具有电解质和间隔件的多单元电池的电池，电解质和间隔件在相邻电极之间提供界面。在层叠体的端部处使用的传统的单极电极与输出端子电连接。发展到迄今的大多数双极性电池已经使用金属衬底。具体地，双极性铅酸系统已经利用铅和铅合金用于这种用途。使用铅合金，如锑，赋予衬底强度，但会导致加速腐蚀和起泡。

在大多数已知的用于双极性电池的板中，通常是膏或糊状物或糊状物形式的阳性活性材料被涂敷到金属导电衬底的一侧上，同时阴性活性材料类似地被涂敷至相反侧。该板可以被包括在框架中，所述框架密封多个板之间的电解质以便它不能迁移穿过板。

在美国专利No.4,275,130中，公开了一种具有多个导电双极板21的双极性电池结构20。每个双极板21可包括具有连续相树脂材料的复合衬底片34，它对电解质离子是不导电的。该复合衬底片34还包括嵌入在材料中的均匀分布、随机分散的导电纤维33。粘合剂树脂是一种合成有机树脂，并且可以是热固性或热塑性的。该复合衬底片34具有基本上平坦的相对的侧面35，侧面35包括嵌入的石墨纤维33在它们的表面曝露的部分。嵌入的石墨纤维不仅可以通过衬底片34提供导电性，而且还赋予该热塑性材料高水平的硬度、刚度、强度和稳定性。衬底片34可以任何合适的方式制成，例如通过将颗粒形式的热塑性材料与石墨纤维充分掺混。该混合物在模具中加热，然后加压成形为具有选定的尺寸和厚度的衬底片。在衬底片被固化后，基本平坦的侧面35可例如通过抛光容易地处理或加工，以消除在侧面中的针孔或其它不规则。

正如所披露的，铅条带通过已知的电镀工艺结合至复合衬底片34。在阳性侧面35上，铅条带38之间的正面区域由耐腐蚀树脂涂层36（合适地，诸如特氟隆（聚四氟乙烯）的碳氟树脂）覆盖，该涂层防止衬底34的相邻的石墨纤维和聚乙烯的阳极腐蚀。在阴性侧面35上，铅条带37之间的正面区域可以由不能渗透至电解质的薄的树脂涂层来保护，如聚乙烯涂层36a。在双极板21的制造中以及在复合衬底片成形之后，薄的特氟隆片可以被结合到阳性侧表面35。在结合之前，如长度和宽度与铅条对应带的开口的窗口被切断。然后电镀会将条带38上的铅结合至衬底侧面35上的暴露的导电石墨表面。相同的制造工艺可在阴性侧面35上以用聚乙烯或其它类似材料涂覆无条带区域。可以以阳性条带一样的方式实现阴性条带的电镀。

间隔件板23用于支撑阳性活性材料24和阴性活性材料25，并且可以由合适的合成有机树脂制成，优选地诸如微孔聚乙烯的热塑性材料。

电池结构20包括多个导电双极板21，它们的外周边缘或边界被支撑和承载在外围绝缘外壳构件22中。双极板21之间的插入和布置的是多个间隔件板23。间隔件板在其一侧上承载阳性活性材料24并且在其相对侧上承载阴性活性材料25。外壳构件22连同双极板21和间隔件板23一起提供用于容纳电解质液体的腔室26。在电池结构20的每个端部处，标准双极板21与集电板交界，其中27是阴性集电板而28是阳性集电板。端部集电器27和28的外部设有由杆31相互连接的压力构件30，杆31具有用于将压力构件30连在一起并且对双极板和间隔件的堆叠布置施加轴向压力的螺纹部分。

双极板21重量轻，刚性好，并且包括在铅条带边缘和保护涂层之间的结合线，以抵抗衬底的结构恶化和腐蚀。电镀过程是必需的，以将铅条带37、38结合到具有石墨纤维的导电衬底。此外，多个双极板21位于分离的外壳构件22和外部框架中，所有这些都需要用于更多的部件的进一步处理步骤。在一般情况下，双极性电池结构20是具有将数层材料和衬底组装到通过复杂的外部支承框架固定在一起的多个腔室26和本体43中的复杂设计。

发明内容

因此，本发明的许多目的中的一个目的是提供一种具有简化的双极板设计的双极性电池，其中活性材料被包封在包括具有穿孔的可模制衬底的绝缘框架内以改善活性材料之间的导电性。而且，所述双极性电池生产廉价并且不需要复杂的外部框架以支撑双极板。