[发明专利]具有导电聚合物涂层的铅酸蓄电池用栅板

说明书

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池。更具体而言，本发明涉及一种用于降低铅酸蓄电池的重量，从而增加它们的比能的方法以及用于制造该铅酸蓄电池的方法。

相关技术

蓄电池是其中储存电能以在需要时可根据需要得到能量的装置。蓄电池典型地包含安置在电解质中的两个电极，即阳极(负极板)和阴极(正极板)。如在相关技术中是熟知的，通常在需要时，通过将被操作的电气设备跨接在其负极板和正极板两端，以从蓄电池中得到电能。

铅酸蓄电池在汽车、船只、飞机中获得了广泛的应用并且广泛用于不间断的电源装置。在常规设计中，使用含有大比例的铅的铅合金(包括纯铅)作为(implement)铅酸蓄电池的负极板和正极板/栅板。在这些电极中，铅/铅合金的主要作用是便于在蓄电池的充电和放电过程中的导电。

尽管铅合金通常不是如金属比如铜一样好的电导体，但是由于它们在充电和放电过程中提供的稳定性以及它们的较低成本，它们相对于其它金属是优选的。具体而言，铅/铅合金典型地能够相当地经得起酸电解液所产生的高腐蚀环境。比铅更导电的金属在酸中被迅速腐蚀(例如铝、铜)或者太昂贵以致在商业上不可行(例如铂)。

在铅酸蓄电池中，将担载活性材料并且还作为集电极的蓄电池极板的框架称为″栅板″。通常将涂浆式栅板称作极板。根据定义，电极是一种电导体，其作为参与在这种蓄电池中发生的电化学反应的电子的来源或接受器。

尽管由铅/铅合金制成的极板/栅板在铅酸蓄电池的酸性环境中相当稳定，但是它们在蓄电池的正常操作过程中被腐蚀，从而限制了这种蓄电池的寿命。因此需要提供对这种腐蚀的防护以提高铅酸蓄电池的耐久性。

另外，由于铅的高质量密度(11.3g/cm³)，铅酸蓄电池通常较重。通常需要的是蓄电池储存的能量高，而重量较少。因此，通常使用称作比能的量度测量蓄电池的功效或合意性，所述比能是由储存在蓄电池中的能量的瓦特时(Wh)的数量相对于每千克(kg)重量的蓄电池(简写为Wh/kg)进行量度的。因此，通常需要提供具有高比能的蓄电池。

例如，用于邻近应用如医院、工业区、度假胜地、居住区和市中心的电力交通工具(EV)需要具有高比能的蓄电池。另外，沉重的蓄电池的拖拉本身消耗蓄电池的储能的相当大的一部分。据估计，对于这些应用，比能为40-50Wh/kg的蓄电池是更合适的。相反，当前在市场中可得到的许多铅酸蓄电池具有约30Wh/kg的能量密度。具有高比能的蓄电池在便携式电源应用例如其中每一个部件/子系统的重量一般都非常珍贵的航空系统中通常也是重要的。具有高比能的铅酸蓄电池在具有内燃机的传统汽车以及混合型EV中也是有利的，在这种传统汽车中，蓄电池更轻时燃料效率将得到提高。

在实现铅酸蓄电池的总重量的显著降低的尝试中，有效的方法是降低组成蓄电池的电极的极板/栅板的重量。这可以通过以使用重量轻的材料的结构体代替全部由铅/铅合金制成的电极加以实现，所述结构体只起着物理载体(基板)的作用并且被执行蓄电池的充电/放电功能的较薄铜和铅合金闪蒸层(flash layer)(或层压材料)覆盖。将这种复合结构体代替全部由铅合金制成的较厚极板用于蓄电池极板/栅板可以导致各个极板/栅板的总重量的显著降低。于是，结果产生铅酸蓄电池的比能的相应增加。然而，使用较薄的铅层增加了对在铅酸蓄电池的强酸环境中的腐蚀防护的需要。下面简要描述一些现有技术的方法。

授权给Hammar等(以下为Hammar)的美国专利4,221,854(题目为″Lightweight laminated grid for lead-acid storage batteries″)描述了其中栅板/极板包含由聚合物(如聚氯乙烯)制成并且层压有薄的铅/铅合金箔的基板的铅酸蓄电池。这种组合降低了蓄电池极板/栅板的重量，从而有助于提高蓄电池的比能。然而看来，Hammar并没有描述防腐涂层(和/或用于在基板上形成防腐涂层的方法)。结果，Hammar的极板/栅板可能在酸电解液中易受腐蚀，从而限制相应的蓄电池的耐久性。

授权给Pinsky等(以下为″Pinsky″)的美国专利4,713,306(题目为″Battery Element and Battery Incorporating Doped Tin Oxide CoatedSubstrate″)描述了一种用作正极板的至少一部分(看来指栅板)的蓄电池元件，所述正极板涂布有导电掺杂的氧化锡。因为由玻璃纤维制成的栅板本质上耐酸腐蚀，因此氧化锡看来意味着对栅极不提供抵抗酸腐蚀的保护。