[发明专利]蓄电池用三维孔隙电极

说明书

技术领域

本发明属于二次电源技术领域，涉及蓄电池正负电极(极板)构成材料，特别是涉及蓄电池中的三维多孔电极构成材料，以及制造这种三维孔隙电极的方法。

背景技术

蓄电池也称二次电池，是电能—化学能—电能贮存转化装置。其种类很多，有铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池、镍锌电池、锂聚合物电池以及超级电容器等等。铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善已成为世界上广泛使用的二次电池，在二次电池领域中占统治地位。

国内外铅酸蓄电池极板已工业化的生产方式有两种，一种是涂膏平板式，一种是管状灌粉式。涂膏式工艺是将铅粉、水、硫酸、添加剂等物质经特定工艺制成铅膏，将其涂覆在板栅上，构成活性物质的基础材料，然后经化成生成活性物质。作成的极板愈薄，电池效率愈高，理论厚度应小于2mm，利用率可保持30％——35％。管状灌粉式是将铅粉或经特定工艺制成铅颗粒(活性物)装入制好的管中，经后期工艺处理将其装入电池槽中制成电池。铅管理论直径要小于6mm，利用率可保持35～42％，这种结构大都用在较大电池中，小型电池还没有此结构的电池。无论是成膏还是制管，其最终目的都是使构成活性物质颗粒、颗粒与颗粒之间形成最大的表面积，具有良好的保酸性，使电池的电化学反应充分进行，达到提高电池性能的目的。但铅酸蓄电池自身存在的问题还是较多的，如活性物质利用率较低、比能量低、寿命短、深充放电能力差等问题。为提高铅酸蓄电池的性能各国做了大量的工作，从材料、结构、工艺等各方面不断溶入新技术。

电池制造技术以电极制造为核心，总体要求是有良好的导电性、有足够大的表面积、有足够进行电化学反应的反应介质，铅酸蓄电池反应介质为硫酸。具有这些优点的电极能使蓄电池性能，如活性物质利用率、比能量、容量、深充放电能力等指标明显提高。为实现这一目标，一百多年来，众多的专家、学者已针对铅酸蓄电池的电极制造方法的改进进行了大量的研究与实验，自2000年以来美国、日本相继公开了大量专利，以及国内公开的多项专利中大部分是提高电极性能的，这些专利的特点是沿用已具备产业规模的传统蓄电池制造设备、材料、工艺等所进行的改进。

此外，不采用传统制造设备、工艺，另辟蹊径的专利也有报道，如美国的“多孔电极及其制造方法”，是把大量镉熔入铅中，冷却后热处理使镉重新结晶，把超出溶解度部分的镉用硫酸电解液电解出来，形成多孔电极，以达到增加极板表面积的目的。“铅晶体蓄电池制造方法”专利，利用镉在阳极催化生成β一P b0 2，镉被硫酸溶掉，在极板上产生造孔的作用，提高极板表面积。该技术工艺制作复杂，制作成本高，而且只能用于铅酸电池。专利号为95109703.2“铅酸蓄电池极板及其制造方法”中提出将铅制作成铅纤维和铅合成纤维，以这些材料制造电池极板，提高电池性能。这类材料配方的改变，虽然有利于电解液扩散，但并没有有效改善使微孔表面积增大。

发明内容

本发明的目的是改进了传统电池电极材料以金属为主的构成，提供一种高比能、高功率、长寿命、耐过放电和可以快速充电的蓄电池电极(极板)、特别是铅酸蓄电池用三维电极及其制造方法。发明大量应用了非金属材料，通过增加微孔表面积，大幅度提高了活性物利用率，可使电极增厚至目前厚度的2-3倍，降低成本，提高生产效率。

本发明主要是为蓄电池提供改进的电极，这种电极大量应用非金属材料，将非金属材料预制成具有优良导电性的三维孔隙结构基体，再将活性物镶嵌于三维孔结构中。本发明包括板栅、三维孔基体和活性物，其技术特点是：该电极极板的构成是以非金属材料掺加量占活性物体积的10～90％形成的三维网基体，活性物镶嵌在网孔中，得到具有三维孔隙结构的多孔电极基体。该蓄电池用三维孔隙电极，所用非金属材料的掺加量占活性物体积的优选量为20～60％。

本发明电极基体主要由聚烯烃类骨架材料、微孔材料和粘结材料构成，三种材料的重量比为10～20:3～10:1，三维多孔电极基体的微孔直径为590～74微米。骨架材料选用聚乙烯、聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯；微孔材料选用沸石、珍珠岩、活性炭；粘结材料选用偏硅酸钠、聚四氟乙烯乳液。通过溶丝或热压方法形成孔径为590—74um的三维网基体。

本发明电极是按以下方法制备：

a)先将骨架、微孔和粘接材料按以上配比进行机械混合，再装入模具中于100～300℃压热2～5分钟脱模，再入加热炉中于100～300℃烧制成590～74微米的微孔材料，作为三维网基体备用；