[发明专利]电动汽车用长寿命高容量双极型极板铅酸电池

说明书

技术领域：

本发明涉及一种铅酸蓄电池，主要用作电动汽车、电动自行车、电动摩托等电动车的动力电源。

背景技术：

自从汽车发明以来，轿车便已成为人们的主要个人代步工具，但是燃料汽车的高污染，全球石油资源的枯竭，迫使人类寻求一种对环境友好的可持续发展的新的代步工具，于是电动汽车成为首选，按目前的发展情况，电动汽车取代燃油汽车成为大城市市内个人主要乘用工具已是必燃趋势。电动汽车四大部件中的车身，电机及控制系统，快速充电系统三部份的技术都已成熟，只有第四部份蓄电池的技术没有过关。电动汽车用蓄电池技术是制约电动汽车发展的关键。

符合电动汽车用蓄电池要求的蓄电池要具备以下三项性能：第一是高容量，第二是长寿命，第三是低成本。目前被选作电动汽车用蓄电池的主要种类有镍氢电池、锂离子电池、铅酸电池，前两种电池可以做到电池比能量60-120WH/kg的高容量，寿命最高者可达到1000至2000次深循环，实现了电池寿命与电动汽车寿命同步，这二项性能已完全符合电动汽车用蓄电池性能要求，但是受电池原料成本限制，以上两款电池的制造成本极高，光电池成本就要超过燃油汽车售价，所配置的电动汽车无力与燃油汽车竞争。铅酸电池的制造成本只有上述两款电池的五分之一，但其容量只有30-40WH/kg寿命只有350-500次深循环，配置的电动汽车也无力与燃油汽车竞争。但是铅酸电池的理论容量高达175WH/kg，管式铅酸电池的设计寿命达12-15年，深循环次数超过2000次，所以铅酸电池容量与寿命性能的提升空间很大。如果能够大幅度提高铅酸电池的容量和寿命，铅酸电池电动汽车是最有望成为淘汰燃油汽车的车型。

为提高铅酸电池的容量和寿命，相对于普通型铅酸电池，人们开发了轻型板栅铅酸电池，卷绕式铅酸蓄电池和双极型极板铅酸电池等第二代新产品，本发明是对现有双极型极板铅酸电池的改正。

美国专利USP5916709公开了一种双极型极板铅酸蓄电池，这种电池比传统电池的比容量提高20～25％。寿命延长40～50％，适合快速充电，成为双极型极板蓄电池的鼻祖。其后双极型极板技术在锂离子电池、铅酸电池和镍氢电池领域都得到了应用。我国专利公开了二款双极型极板铅酸蓄电池，其一是“平板式铅酸蓄电池”，专利公开号：CN1331500，内容是一种平板式铅酸电池，包括壳体、隔板、正负极板，正负极板由基板和正负活性物质组成，正负活性物质层分别附着在基板的一侧和另一侧，隔板置于正负极板中间，各电池单元之间的密封是设有框架，总外壳采用包塑层，该专利相对美国专利未见实质上的新颖性。第二个是“水平式双极型铅酸蓄电池及其双极板”专利号：200410014945.5，见图一，特征是：采用塑料板上穿编包铅塑芯复合导线或包铅碳纤维芯复合导线代替钛板或不锈钢板作为双极板的导电芯板，并在导电芯板四周边框外侧设置弹性密封环，各单元电池实现了弹性密封，提高了导电回路的可靠性。相对美国专利USP5916709具有进步意义上的新颖性。

但是现有双极型极板存在以下缺点：

1.基板(或称芯板)的正极一面氧化腐蚀：使用于制造基板的钛板或不锈钢板在电池使用过程中，表面容易形成氧化钛或氧化铬等混合氧化物，进一步发展能使基板与正极活性物质层之间接触面的电阻增大，严重时可以形成绝缘层，电池报废；同时钛板、不锈钢板表面氧化后体积膨大，顶起正极活性物质，使活性物质与基板脱离接触，严重时使活性物质脱落。如果采用铅板或包铅导线做基板，正极一面基板的金属铅氧化成各种铅衍生物，最后变成雷同于正极活性物质的β-PbO₂混合物据多的物质，不会在基板和活性物质之间形成绝缘层，但因其氧化腐蚀在基板表面的不一致性，也能顶起正极活性物质层，使其脱落；腐蚀严重后，基板逐渐变薄，由于基板表面一面产生氧化反应，一面产生还原反应，理论上基板不会穿孔，但当还原一面局部地区硫酸盐化后，不能产生还原反应时，基板也能穿孔漏液使电池短路而失效。