[发明专利]含有纳米碳管电解液的无隔离膜胶体电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种胶体电池，特别是关于一种含有纳米碳管电解液的无隔离膜胶体电池。

背景技术

查铅酸电池主要由电池槽、电池正极结构、电池负极结构、电解液以及隔离膜所组成。其中，阴极结构是用以获得电性性能，阳极结构是用以增加进行电化学反应的表面积。而隔离膜设置于该电池槽内，并介于该电池正极结构与该电池负极结构之间，该隔离膜是以高分子材料制成，用以阻隔电子与允许导电离子与电解质通过，并防止因盐类沉积与生长而使电池正、负极结构导通而发生短路。

电池隔离膜是作为隔离用，避免电池内部正负极的接触而造成的短路。隔离膜的基本性质包括提供电池正负极构间的物理隔离(电子绝缘)、便于电解质或导电离子(H+、HSO4-)通过的低电阻(离子导体)、优异的电解质湿润性、电池组装及电池使用所需的机械强度。一般常见的隔离膜可由天然或合成材料的多孔薄片制成，该多孔薄片包括无纺或纺制的纤维薄片或薄膜，而用作该多孔薄片的典型材料有聚丙烯、聚乙烯等烯烃类聚合物。

电池隔离膜在先前专利技术中亦有许多有关的技术，例如在中国台湾发明专利公告第CN1057873C号，其揭露了一种采用有机电解液的电池所使用的隔板及其制造方法，其是由聚乙烯、聚丙烯、有机液体与无机微粉末的混合物经挤压成形加工形成薄膜状，然后由此薄膜中提取出有机物体与无机粉末以制成所需的隔板。在中国台湾发明专利公告第200418216号，其揭露了一种电池隔板，是在该电池隔板中包括有一层多孔金属材料复合层，以有效提高电池隔板的机械强度与安全性。

目前市面上可见的胶体电池，其将铅酸电池的电解液添加一预定含量的二氧化硅(即SiO₂)，并制成半固态凝胶的型态。胶体电池在环保性、稳定性及抗温性等方面的表现，比一般铅酸电池更佳。胶体电池不仅完全免保养，不需加水，且无酸雾、氢气的产生，胶体电池还可以任意方向放置使用，而不会发生硫酸液外漏腐蚀现象。并且，在电池壳体受到撞击、摔碎等破坏时，电解液的不流动特性更可确保使用者及使用环境的安全。胶体电池不仅具有优异的热传导性，更耐深度放电循环使用，由于电池于深度放电且长期放置后，仍可完全回复饱电状态，寿命大大延长。

铅酸电池中电解液采用硫酸溶液，一般电解液中是以选用硫酸密度1.1g/ml至1.6g/ml溶液，换算为硫酸的重量百分比介于16至70重量百分比之间。铅酸电池又可分为一般非胶体电池与胶体电池，而胶体电池比较不会渗出硫酸电解液，具有环保的优势。一般非胶体电池与胶体电池两者的差异，就在于胶体电池的电解液中含有约3重量百分比以上的二氧化硅，此浓度的二氧化硅在硫酸溶液中会形成胶体，故称为胶体电池。二氧化硅在硫酸溶液中是否会形成胶体，除了二氧化硅的重量百分比外，也取决于硫酸溶液中的酸浓度与温度，以及所使用二氧化硅的种类与特性。

纳米碳管为纳米级的管状物质，是二十一世纪纳米科技的代表材料之一，由于该特殊的结构，使其具有非常优异且独特的机械、电子、光电、热传导和化学等特性，使得它具有许多潜在的用途，且近年来已快速推广至各个不同的领域。

在电池相关领域中，纳米碳管最广泛的应用是用在各种电池的电极，例如美国专利7,029,796、7,029,794、6,703,163、6,440,610与中国台湾专利号1232607以及WO2005022666将纳米碳管用于锂电池的电极；美国专利6,706,431纳米碳管用于燃料电池的电极；中国台湾专利号1241029将纳米碳管用于太阳电池的电极；中国台湾专利号1236779将纳米碳管用于镍氢电池的电极；中国专利公开号CN1505186与美国专利公开号US2005181282将纳米碳管用于铅酸电池的正负极。美国专利6,917,181揭示一种电源供应器，其中使用了电极上带有纳米碳管的电池。美国专利6,805,985也揭示一种使用纳米碳管作为燃料电池的储氢材料。美国专利6,781,817揭示一种电极上带有纳米碳管的电容器。美国专利6,454,816将纳米碳管用于超级电容的电极。