[发明专利]用于双极性电池的极板和双极性电池

说明书

本发明涉及尤其用在双极性电池上的极板，这些极板包含复合材料的基质材料，其包含石墨芯，并接受正极活性材料和负极活性材料的许多层，该层包含能够扩大反应表面积的添加剂。本发明还涉及双极性电池，该双极性电池由许多这些极板形成，且相对于先有技术已知的类似电池，其提供了更大的输出。

先有技术的描述

在双极性电池中，分配极板平行排列并彼此相邻，形成呈″三明治″型结构堆叠的电池，以便同一个极板具有与紧靠前面的极板的正极面相互作用的负极面，及其相对的正极面，该正极面与紧靠后面的极板的负极面相互作用。这些极板也称为双电极，因为电极的一侧或面用作电池中的阳极，且该同一个电极的对侧或面用作下一个电池的阴极。阳极面和阴极面由电子导体隔开。

铅-酸电池，人们理解为可以是双极或不是双极的电池，其包含含有活性材料的阳极和阴极，该活性材料衍生自铅，并排列于由硫酸溶液组成的电解质中。正极板或阳极包含氧化铅(PbO)作为活性物质，当充电时，它将氧化铅转化成二氧化铅(PbO₂)。通常，该活性物质固定在由铅合金制备的金属网格上。负极板或阴极包含作为活性物质的氧化铅(PbO)和使氧化铅转化成海绵状铅(Pb)的发泡剂。该活性物质也固定在合金铅的金属网格上。

铅-酸电池的极板由用作间隔器的多孔材料分开，由低欧姆电阻、微孔和当填充酸时良好离子电导性的电子绝缘材料制备。该间隔器的目的是使元件的内阻和极板之间的距离减小到最小，因为将它们置于极板(阳极和阴极)之间，除了不允许短路之外防止直接接触，且同时保持极板之间的最小空间。极板浸入其中的电解溶液由用蒸馏水或软化水稀释的硫酸溶液组成。

双极铅-酸电池从先有技术中已知，且人们已对组成它们的极板或电极进行了许多研究，目的要以更经济的方式、更少使用铅、更轻地获得它们，同时给电池提供更大的能量密度和更长的寿命。

文件PI 8305957和文件PI 8305961显示了上述物质的实例。这些文件公开了包含正极板和负极板的铅-酸型电池，该正极板和负极板排列于堆叠结构(stacks)中、通过间隔材料交替并插入。组成该电池的电极元件由间隔的网格形成，该网格连续并由铅或铅合金制备，接受正极或负极活性材料。这些电极由互相重叠的厚铅板组成，以便形成层状结构。在该情况下，极板还由纯铅制备，即使它们由多个铅叶片形成，这并不减少极板的重量和电池的制备成本。

为了改进极板或电极的组合物，文件US 5,532,083描述了由包含多向碳纤维的聚合物材料制备的电池电极。该类型的电极构造的目的是获得更大的柔韧性。

文件US 5,643,696涉及用于铅-酸型双极性电池的、具有较轻的芯的电池极板。在该情况下，极板芯优选由铝制备，虽然也可使用：钛、钢、钢合金、镁或锌。然后如在该类型的其它电池中一样，用负极活性材料和正极活性材料涂布芯。在该情况下，目的是通过由较轻的材料制备芯来减少极板的重量，然而，观察到施加至极板的活性材料的低输出。

文件US 2004/0072074也描述了用于铅-酸型电池的电极，在无孔的聚合物基质中制备这些电极，且用正极活性材料和负极活性材料涂布该基质的一些表面。在该情况下，目的是获得非常薄的电极，且不发生氧化。

在文件US 4,275,130中描述了双极性电池的构造。将极板平行排列并压紧，以便形成堆叠结构，该发明的目的是获得薄而较轻的抗性材料极板，适用于必需的导电性和抗腐蚀性。对于该目的，描述了含树脂作为主要基体的极板的组合物，在该基体上优选以50％重量的比例添加导电性石墨纤维。将正极(PbO₂)活性材料和负极(Pb)活性材料施加至该基体上。

进一步继续开发较轻和抗性极板或电极，文件US 7,105,252公开了在施加活性材料之前用碳膜薄层覆盖的电极。碳膜的功能是减少腐蚀。在另一方面，前述文件的同一申请人的文件WO 2005/096418和WO 2006/105188，涉及包含电极的双极性电池，该电极由聚合物材料的基体形成，该聚合物材料含有可以是碳纤维的导电性颗粒。

文件EP 1.506.585涉及双极性电池极板，该极板基于热塑性材料，通过碳纤维强化而制备。为了获得较轻和抗性极板的同样目的，这些极板的基质由石墨和热塑性物质制备。