[发明专利]铅酸蓄电池结构的改进

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铅酸蓄电池的改进的蓄电池结构。

背景技术

蓄电池通过在其电极表面处的电化学反应而储存和释放能量。在完全充电状态下的铅酸蓄电池的每一个电池含有元素铅（Pb）的电极，以及在稀硫酸（H₂SO₄）的电解液中的二氧化铅（IV）（PbO₂）。在放电状态下，两个电极变成硫酸铅（II）（PbSO₄），且电解液失去其溶解的硫酸，且主要变成水。在涂膏极板结构中，每个极板由铅板栅组成，所述铅板栅初始地填充了包含含铅氧化物（Pb和PbO）和稀硫酸的混合物的膏。在电池形成（第一充电放电循环，在此过程中在相邻粒子之间的连接增加了导电性和活性表面积，并因此增加了蓄电池容量）过程中，该结构允许所述膏中的酸与极板中的含铅氧化物反应。所述膏也可含有炭黑、重晶石粉（细微硫酸钡）和木质素磺酸盐。重晶石粉充当用于铅至硫酸铅的反应的晶种。木质素磺酸盐防止负极板在放电过程中形成硫酸铅固体。炭黑抵消由木质素磺酸盐所引起的抑制形成作用。

发明内容

广义而言，在一方面本发明包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括至少一个电极，所述至少一个电极包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料包含：

长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或

长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。

广义而言，在本发明的另一方面本发明包括一种用于制造铅酸蓄电池或铅酸电池的方法，其包括形成至少一个电极，所述至少一个电极包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料包含：

长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或

长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。

广义而言，本发明的另一方面包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括导电纤维材料作为集电器，所述导电纤维材料在所述材料的主平面中具有长度和宽度尺寸，并具有垂直于所述材料的主平面的深度，且所述导电纤维材料包含：

长丝，所述长丝包含纤维之间的平均纤维间间距小于50微米的纤维，和/或

长丝，所述长丝为单丝纤维，且其中单丝纤维之间的平均纤维间间距小于50微米。

在一些实施例中，所述平均纤维间间距小于20微米。

优选地，所述平均纤维间间距涵盖所述材料的至少主要部分，更优选地涵盖基本上全部材料。

所述集电器纤维材料可具有至少0.2mm或至少1mm的材料平均深度。

所述集电器可包括导电纤维材料的多个层。

优选地，所述集电器材料具有小于10Ωmm，优选小于1Ωmm或0.1Ωmm的体电阻率。

所述电极材料可为织造材料（包含交叉的经纱纤维和纬纱纤维）、针织材料或非织造材料，如织造或针织或非织造织物。

一个或多个正极、一个或多个负极，或上述两者可由所述导电纤维材料的一个或多个层形成。

优选地，所述导电纤维材料还比铅轻。

所述集电器材料可包含碳纤维材料，如织造或针织或非织造碳纤维织物。

可将碳纤维集电器材料热处理至足够的温度以增加其导电性。

广义而言，在另一方面本发明包括一种铅酸蓄电池或铅酸电池，其包括至少一个电极，所述至少一个电极包括碳纤维材料作为集电器，所述碳纤维材料经热处理以降低其电阻率。所述热处理可为通过电弧放电。

在本发明的微米级电极结构中，导电纤维集电器材料的纤维之间的平均纤维间距离小于50微米，且在多丝纤维长丝（如用于例如编织或针织材料的碳复丝纱）的单个纤维之间，或者在例如由单丝编织或针织的材料的单丝之间的平均纤维间距离可小于20微米。在蓄电池或电池的形成以及随后的放电和再充电循环的过程中，每个粒子必须与相邻粒子直接或间接电连接，并在电极集电器可通过反应接收电荷或传递电荷之前直接或间接电连接至电极集电器。在本发明的微米级电极结构中，相对更少的粒子必须连结以连接至附近的集电器纤维。例如，在粒子导电链中的任何活性粒子与最近的集电器纤维表面的最远距离可小于25微米或小于10微米。这可增加利用和容量，也可减少初始电池形成所需的时间，并可减少活性粒子的电隔离的可能性（粒子可在被电隔离之前被转化为PbSO₄的相邻粒子隔离-PbSO₄为电绝缘的）。