專利名稱：用于電化學(xué)設(shè)備的集電流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電化學(xué)電池的集電流器。背景一般的鉛酸蓄電池的電極多年來都是由涂上膏的極板組成。這樣的極板，也被稱為“集電流體”，通常有一個(gè)支撐基底或基質(zhì)，該基質(zhì)是一個(gè)金屬板柵，通常為鉛合金。集電流體的板柵孔洞中填滿了電池活性物質(zhì)，如氧化鉛和33%稀硫酸的混合物。使用的術(shù)語“電池活性物質(zhì)”在實(shí)地中經(jīng)常可與“膏”和“電活性膏”互換。施加電活性膏到板柵的工序，在·日常簡(jiǎn)單地被稱為“涂膏”。板柵，基質(zhì)，和基底結(jié)構(gòu)等在本文中交替使用的術(shù)語，指的是一個(gè)將電活性膏施加到集電體的支撐結(jié)構(gòu)。最近有以非金屬基材代替鉛格板柵作為更適合的集電流體的嘗試。目的是找到一個(gè)堅(jiān)固的，重量輕的，多孔性的基材，即使在惡劣的環(huán)境和操作條件下，并且通常是在范圍很廣的電池應(yīng)用上，能夠維持其上的電池活性物質(zhì)。比如，Kelley等人，美國專利號(hào)6，979，513 ( “Kelley”)，描述了使用泡沫碳來制成電池的集電流體，和Gyenge等人的美國專利號(hào)7，060，391 (“Gyenge”)所教導(dǎo)的，將鉛_錫合金層沉積在泡沫碳上來制作用于鉛酸電池的集電流體。這些替代傳統(tǒng)鉛板柵的方法可以提高使用效率和電池的能量密度。然而，如同Kelley和Gyenge的集電流體有一個(gè)主要缺點(diǎn),其使用的泡沫碳是脆弱的,缺乏結(jié)構(gòu)的完整性，將使得涂膏和電池組裝等制造工藝復(fù)雜化。此外，雖然泡沫碳與以金屬為基材的集電流體相比是輕得多，Gyenge類型的泡沫碳集電流體一定會(huì)比傳統(tǒng)的鉛格板柵厚，以維持其結(jié)構(gòu)的完整性和強(qiáng)度。因此，電池中可以并聯(lián)和串聯(lián)這種泡沫碳集電流體的數(shù)目將低于使用常規(guī)的鉛格板柵。這意味著，使用Gyenge類型集電流體的鉛酸電池比使用鉛格板柵的常規(guī)鉛酸電池有較低的功率密度。如Kelley和Gyenge等型態(tài)的泡沫碳集電流體的另外一個(gè)缺點(diǎn)是碳化的基質(zhì)。這里所提到的“碳化”是指一個(gè)處理程序或狀態(tài)，在一個(gè)合適的環(huán)境中-通常是在非氧化性的環(huán)境下-分別的將碳質(zhì)材料暴露在足夠高的溫度，該材料結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)換成碳材料的結(jié)果。(用在這里的“非碳化”術(shù)語是指還未經(jīng)過暴露碳化的材料。)比如,Gyenge和Kelley的碳化板柵是在壓力下，以高溫，并且在惰性氣體的環(huán)境中以很長的處理時(shí)間制成。制造出的板柵除了強(qiáng)度相對(duì)較弱，工藝步驟和制造要求顯著地增加了制造成本。制作一個(gè)重量輕，非碳化的板柵對(duì)電池行業(yè)來說將是十分有利。開發(fā)簡(jiǎn)單，重量輕，同時(shí)可用作負(fù)極和正極的集電流體，對(duì)于電池行業(yè)來說也將是有利的。美國專利申請(qǐng)29269658A1揭露一個(gè)作為”負(fù)極集電流體”的板柵結(jié)構(gòu)。類似的，Soria等揭露一個(gè)作為“負(fù)極集電流體”的輕量金屬化聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)("Lead-Acid Batteries with Polymer Structured Electrodes for Electric VehicleApplications" , 1999, Journal of Power Sources. 78 :220-230)。這兩個(gè)參考文獻(xiàn)都披露大大減少負(fù)極的重量，然而，因?yàn)樗鼈兌歼€使用傳統(tǒng)的正極，電池的整體容量和循環(huán)壽命仍然是受限于傳統(tǒng)的正極電極板。另一方面，Martha等披露用于“正極和負(fù)極”的集電流體。("A Low-Cost Lead-Acid Battery with High Specific Energy，，2006o Journal ofChemical Science 118(1) :93-98)。這種基于ABS橡膠板柵的集電流體,是沉重的并具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這增加了制造成本。在本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉其他類型集電流體的缺陷。例如，目前所用的鋰離子電池中的金屬箔的集電流體具有至少有兩個(gè)問題1)低的正極材料裝載量限制電池的容量，以及2)由于正極材料的不良導(dǎo)電性導(dǎo)致熱失控的高風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)一個(gè)微小雜質(zhì)(如銅或鎳)和正極材料內(nèi)部混合，從而導(dǎo)致大量的電流短路并在正極和負(fù)極板之間發(fā)展成相當(dāng)大的電流，熱失控就可能會(huì)出現(xiàn)。Harada等人在美國專利6020089中描述的三維聚氨酯聚合物基材適用于鎳金屬氫化物電池的電極。Harada的方法要求的加工溫度高，像是1100°C至1300°C，在氫氣的氣氛環(huán)境處理較長的時(shí)間，例如37分鐘。與此相反，美國專利4975515中揭露，“[a]聚氨酯眾所皆知的缺點(diǎn)是，即使具有那些令人滿意的特性，在升高的溫度下不能保留足夠的硬度。 以致于它們?cè)趹?yīng)用中可運(yùn)作經(jīng)受的溫度約為175°C。“因此，Harada等人的聚氨酯長時(shí)間暴露在過高的溫度，很有可能軟化，并自其原始狀態(tài)扭曲。因此Harada電極的強(qiáng)度的全部或大部分是由燒結(jié)的金屬包覆層獲得，而不是來自高溫處理下軟化的聚氨酯基材。最后，美國專利申請(qǐng)US 2004/0126663 Al中揭露一種具有聚合物支持膜，作為聚合物電解質(zhì)薄膜電化學(xué)元件的集電流體。這樣的集電流體被設(shè)計(jì)用于鋰離子型的可充電電池中。和常規(guī)聚合物電解質(zhì)薄膜電化學(xué)組件中使用的集電流體相比，此集電流體被設(shè)計(jì)成具有較輕的重量和體積。然而，這樣的集電流體的電池活性物質(zhì)的容量低，因此，他們沒有解決電池活性物質(zhì)裝填量低，這個(gè)在目前鋰離子電池技術(shù)中常見的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種非軟化的，三維集電流體的制作方法，它改善了這一領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。此集電流體具有開孔的，泡沫狀結(jié)構(gòu)的聚合物基材，可作為正電極和負(fù)電極。非軟化的意思是，聚合物基材沒有接觸超過會(huì)促使聚合物變形的溫度。術(shù)語“軟化溫度”是指基材在該溫度下開始發(fā)生熱變形的溫度。對(duì)于交聯(lián)聚氨酯來說，軟化溫度約為175°C。如上所述，目前在本領(lǐng)域在制作過程中是使用高溫將基材熔化來產(chǎn)生集電流體。而本發(fā)明的方法是在低于軟化的溫度下，將網(wǎng)狀聚合物涂覆和電鍍來制作集電流體。這種區(qū)別是值得注意的，因?yàn)楸景l(fā)明的部分是基于我令人驚訝和偶然的發(fā)現(xiàn)，如果集電流體是由未軟化的聚合物，包括未軟化的聚氨酯泡沫，它們呈現(xiàn)了增強(qiáng)的活性物質(zhì)的使用率。因此，產(chǎn)生一個(gè)等效的電池容量所需要的電池活性物質(zhì)得以減少。這個(gè)發(fā)現(xiàn)適用于當(dāng)前用于正，負(fù)電極的集電流體。結(jié)果是，與之前的技術(shù)相比，電池的最終重量得以非常顯著的降低，并且增加了電池整體的能量密度。在本公開之前，那些在本領(lǐng)域的電池設(shè)計(jì)/制造技術(shù)已經(jīng)遺忘了在制造過程中，使用底于基材原材料的軟化溫度的優(yōu)點(diǎn)。塑料噴射成型或塑料纖維織造的技術(shù)可以產(chǎn)生具有三維高比表面積，重量輕，低成本的聚合物基材。所述聚合物基材可以通過化學(xué)鍍上金屬或金屬合金的方式來賦予導(dǎo)電性。其他的方式，可以將聚合物基材噴灑或浸潰在導(dǎo)電涂料中，例如說，碳，鎳，錫，或銀。我還發(fā)現(xiàn)，這種輕質(zhì)三維聚合物基材可以經(jīng)由加入碳粉末，金屬粉末或金屬合金粉末來賦予導(dǎo)電性，而這同樣適用在低溫下生產(chǎn)集電流體。最后，這個(gè)具有導(dǎo)電性的三維聚合物可以經(jīng)由電鍍將各種不同的鍍層沉積于其上。最重要的是，在此揭露的工序提供的步驟，是低于該聚合物的軟化溫度，從而保持該聚合物的強(qiáng)度。這樣具有導(dǎo)電性和經(jīng)過電鍍的三維聚合物基材，可以作為像是電池和燃料電池等電化學(xué)裝置的負(fù)極和正極中的集電流體。本發(fā)明以三維聚合物為基礎(chǔ)的電極的優(yōu)點(diǎn)是很多的，在關(guān)于功率密度方面的優(yōu)勢(shì)特別明顯，例如說泡沫碳電極。對(duì)于鉛基電池來說，本發(fā)明的結(jié)果減輕了電池的重量，提高了結(jié)構(gòu)的完整性，并增加能量和功率密度。鑒于現(xiàn)有的泡沫碳電極的性能落后于傳統(tǒng)的鉛電極，本發(fā)明所述的三維聚合物基的電極提供顯著增強(qiáng)超過泡沫碳和鉛電極的性能。對(duì)于鋰離子電池來說，三維基聚合物的電極提高了正極活性材料的裝載量，從而得到更高的電池容量，并提高了集電流體和正極材料之間的導(dǎo)電接觸，從而降低了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于鎳金屬氫化物電池中，本發(fā)明的結(jié)果降低了鎳金屬的使用量。
圖案的簡(jiǎn)單i兌明圖I是展示本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)例流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明方法制作一種集電流體的側(cè)視圖。圖3是含有根據(jù)本發(fā)明方法制作的集電流體的電池透視圖。發(fā)明的的詳細(xì)描述圖I說明本文所揭露的，在基材沒有熱變形的情況下，制造以聚合物為基材的集電流體的基本工序。在步驟100中，提供一個(gè)非碳化的聚合物基材。網(wǎng)狀聚氨酯泡沫(“RPUF”)是優(yōu)選的材料。交聯(lián)的RPUF，也簡(jiǎn)稱為“呋喃塑料”，特別是優(yōu)選。交聯(lián)RPUF的優(yōu)點(diǎn)是，與未交聯(lián)的RPUF相比具有較高的軟化溫度。鑒于本發(fā)明新穎和有利的特征之一是在基材的軟化溫度下進(jìn)行處理，提高基材的軟化溫度具有顯著的好處。步驟101將基材賦予導(dǎo)電性。此步驟也可使用許多技術(shù)進(jìn)行。例如，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括使用碳粉末，金屬粉末，和金屬合金粉末之中的至少其中一種，可以使基材呈現(xiàn)導(dǎo)電性。此外，也可以使用眾所周知的技術(shù)，如化學(xué)鍍和噴涂等方式將如碳，金屬，或金屬合金等導(dǎo)電材料施加于基材上。其中銀和鎳為優(yōu)選。金屬或金屬合金鍍層可以選擇性的沉積在導(dǎo)電材料上。接著將該基材進(jìn)行電鍍102。電鍍液和被電鍍的材料，取決于基材的性質(zhì)和在步驟101中所施加的導(dǎo)電材料。比如說，如果銀被施加于基材上，則可以進(jìn)行鉛，鉛-錫合金，或鉛-錫-銀合金的電鍍。如果在步驟101中使用了鎳，則可以進(jìn)行對(duì)鎳的電鍍。迄今所有處理的步驟都是在低于基材軟化的溫度進(jìn)行，優(yōu)選的溫度大約在15°C和25°C之間。比如說，如果基材是RPUF，這些步驟的處理溫度應(yīng)保持在175°C以下。如同上文所披露，使用如此低的加工溫度的優(yōu)點(diǎn)是避免使得能夠提高電池活性材料使用效率的基材軟化或熔化，從而可以降低等效電池容量所需的電池活性物質(zhì)的量。在步驟103中，至少一部分的板柵或基材是有涂膏的。此步驟可能是不須要的，取決于所使用的基材材料和制作出集電流體的類型。接頭，在本領(lǐng)域中也被稱為“耳片”或“極耳”，可能和/或一個(gè)框架相連接到集電流體的方法，在本領(lǐng)域是眾所皆知的。根據(jù)所使用的材料和集電流體的類型，產(chǎn)生的接頭和/或框架幾乎可能在制作過程中的任何點(diǎn)產(chǎn)生連接。在步驟100中，人們甚至可以提供一個(gè)接頭和/或框架已經(jīng)互相連結(jié)的基材，在這種情況下，本身不需要一個(gè)單獨(dú)的連接工序。如圖2所示，在完成這個(gè)工序時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)三維的集電流體。集電流體200包括一個(gè)未碳化的基材201，在低于基材軟化的溫度下賦予導(dǎo)電性并電鍍。集電流體具有一接頭202。它也可能有一個(gè)框架203。圖3展示了如何將這樣的多個(gè)集電流體200完成和組裝成電池300。下面的示例提供足夠的細(xì)節(jié)，使得本發(fā)明的技藝得以實(shí)踐，并展示我優(yōu)選的實(shí)作方案。例Ia :制作具有鉛鍍層的鉛酸電池集電流體本發(fā)明用于鉛酸電池的集電流體的制造工序如下所示 一塊 7” X 4' X 10’，每英寸 20 孔(ppi)的 RPUF 被切割成多個(gè) 6” X8 “ X0. 2”
的薄片。其中一塊切割的RPUF薄片在室溫下，例如約在15°C至25°C，浸入5%重量比的甲苯磺酸和95%重量比的糠醇的混合物中30秒。將RPUF薄片進(jìn)行干燥，例如說，將其放置在通風(fēng)櫥中和/或使用絞擰器。將干燥后的薄片切割成更細(xì)小的薄片，例如說5. 35 “ X2. 60”。將切割后的薄片施以壓力。這可以用兩個(gè)具有特氟隆涂層的石墨板相夾來達(dá)成。薄片被壓縮至0. 08 “后放置在一個(gè)200°C的烘箱中10分鐘，使得RPUF產(chǎn)生交聯(lián)作用成呋喃塑料。將此產(chǎn)生的網(wǎng)狀呋喃塑料薄片噴涂一層薄的導(dǎo)電銀層，使其轉(zhuǎn)變成為被銀包覆的極板?？梢允褂靡粋€(gè)設(shè)置在45psi的空氣壓縮機(jī)和一個(gè)空氣噴槍來完成。此步驟在低于呋喃塑料的軟化溫度發(fā)生。在每一側(cè)施加兩道噴霧，總計(jì)共有0. 5克的涂層沉積，并使涂層完整的覆蓋。在使用空氣噴槍噴涂時(shí)，與薄片保持45厘米的距離。一個(gè)銀涂層材料的例子是使用50% (體積)的MG Chemicals 8^O-9OO毫升和5O% (體積)的MG Chemicals435-1000毫升的混合物 將一個(gè)頂端鉛框架和鉛接頭澆鑄到銀涂層極板上。在低于呋喃塑料基材軟化溫度以下的溫度下，將一層鉛電鍍至銀涂層極板上。優(yōu)選的溫度約在151至251。當(dāng)需要一個(gè)正極集電流體時(shí)，優(yōu)選的電鍍厚度為約300微米，將每片正極板以5安培電鍍150分鐘的方式獲得。當(dāng)需要負(fù)極集電流體時(shí)，優(yōu)選的厚度約為100微米，負(fù)極板以每片5安培電鍍50分鐘的方式獲得。鉛電鍍?cè)∮梢韵鲁煞纸M成58.4% (體積)的50%(重量)的四氟硼酸鉛，4% (體積)的54% (重量)四氟硼酸，27克/升的硼酸，I克/升的明膠，37. 6% (體積)的水。這種技術(shù)被用于制作鉛酸蓄電池的正極和負(fù)極的集電流體。用這種方法產(chǎn)生的負(fù)極集電流體，比傳統(tǒng)的鉛格負(fù)極集電流體重量減少40%。用這種方法產(chǎn)生的正極集電流體比傳統(tǒng)的鉛格正極集電流體重量減少10%。使用常規(guī)鉛酸蓄電池的正極活性材料涂膏在正極集電流體上。使用負(fù)極活性材料涂膏在負(fù)極集電流體上。大約有55克的正極活性材料涂膏在正極極板上，35克的負(fù)極活性材料涂膏在負(fù)極極板上。電池的正極活性材料含有75. 8% (重量)的氧化鉛(PbO)，6. 8%(重量)的I. 4克/立方厘米的硫酸，13. 4% (重量)的水，3. 8% (重量)的Pb304，和0. 2%(重量)的石墨粉末。蓄電池的負(fù)極活性材料含有80.1% (重量)的氧化鉛(PbO)，6. 7%(重量)，1.43克/立方厘米的硫酸，11. 7% (重量)的水，0.6% (重量)的硫酸鋇，0.2%(重量)的碳黑，0.1% (重量)的木素磺酸鈉，和0.5% (重量)的腐殖酸。如上所述，一個(gè)意想不到的結(jié)果是，在基材軟化溫度以下制備的集電流體，其所組成的正電極和負(fù)電極具有較高的電池活性材料使用率，因此只需要較少的電池活性物質(zhì)。例如，采用常規(guī)正極集電流體的鉛酸電池，每安培-小時(shí)的容量需要15. 8克的電池正極活性材料。與此比較，使用根據(jù)上述方法制造電極的鉛酸電池，每安培-小時(shí)容量只需要11. 2克的電池正極活性材料。例Ib :制作具有鉛錫合金鍍層的鉛酸電池集電流體在制備本例中使用于鉛酸電池的集電流體時(shí)，除了電鍍使用鉛更改為使用鉛-錫合金電鍍液將鍍層施加于集電流體基材的表面之外，工序與上面Ia的實(shí)例相同。如上所述，電鍍是在低于呋喃塑料的軟化溫度下進(jìn)行，優(yōu)選溫度約在15°C至25°C。
本實(shí)例的正極集電流體的厚度約為300微米，以每極板5安培，電鍍150分鐘而成。負(fù)極集電流體的厚度約為100微米，以每極板5安培，電鍍50分鐘而成。鉛-錫電鍍?cè)『幸韵鲁煞?1% (體積)的50% (重量)的四氟硼酸鉛，7.4%(體積)的50% (重量)的四氟硼酸錫，4% (體積)的54% (重量)的四氟硼酸，27克/升的硼酸，I克/升的明膠％和37. 6% (體積)的水。例Ic:制作具有鉛銀合金鍍層的鉛酸電池集電流體在制備本例中使用于鉛酸電池的集電流體時(shí)，除了電鍍鉛更改為使用鉛-銀合金電鍍液將鍍層施加于集電流體基材的表面之外，工序與上面實(shí)例Ia的相同。如上所述，電鍍是在低于呋喃塑料的軟化溫度下進(jìn)行，優(yōu)選溫度約在15°C至25°C。正極集電流體的厚度約為300微米，以每極板5安培電鍍150分鐘而得。負(fù)極集電流體的厚度約為100微米，以每極板5安培電鍍50分鐘而得。鉛-銀電鍍?cè)∮梢韵陆M分組成55. 4% (體積)的50% (重量)的四氟硼酸鉛，3% (體積)的50% (重量)的四氟硼酸銀，4% (體積)的54% (重量)的四氟硼酸，27克/升的硼酸酸，I克/升的明膠，和37. 6% (體積)的水。例Id :制作具有鉛錫銀合金鍍層的鉛酸電池集電流體在制備本例中使用于鉛酸電池的集電流體時(shí)，除了電鍍鉛更改為使用鉛-錫-銀合金電鍍液將鍍層施加于集電流體基材的表面之外，工序與上面實(shí)例Ia的相同。如上所述，電鍍是在低于呋喃塑料的軟化溫度下進(jìn)行，優(yōu)選溫度約在15°C至25°C。正極集電流體的厚度約為300微米，以每極板5安培電鍍150分鐘而得。負(fù)極集電流體的厚度約為100微米，以每極板5安培電鍍50分鐘而得。鉛-銀電鍍?cè)∮梢韵鲁煞纸M成51% (體積)的50% (重量)的四氟硼酸鉛，4. 4%(體積)的50% (重量)的四氟硼酸錫，3% (體積)的50% (重量)的四氟硼酸銀，4%(體積)的54% (重量)的四氟硼酸，27克/升的硼酸，I克/升的明膠，和37.6% (體積)的水。例2:制作具有鎳包覆層的鎳金屬氫化物電池集電流體根據(jù)本發(fā)明，具有鎳包覆層的鎳金屬氫化物電池集電流體的制備方式為一塊7 “X4, XlO'，60ppi的RPUF被切割成多張6” X8 “ X0. 2”的薄片。其中一片切割的RPUF薄片，在約15°C至25°C下，浸潰到5% (重量)的甲苯磺酸和95% (重量)的糠醇的混合物中30秒。將RPUF薄片干燥，例如放置在通風(fēng)櫥中和/或使用絞擰器。將干燥后的薄片切割成更小的薄片，例如5. 35 “X2. 60”。將薄片夾在兩個(gè)具有特氟隆涂層的石墨板之間。壓縮薄片至0. 08 “，放置在一個(gè)200°C的烘箱中10分鐘，以使RPUF產(chǎn)生交聯(lián)作用成呋喃塑料。使用氣溶膠鎳噴霧罐噴涂一層薄的鎳導(dǎo)電層在網(wǎng)狀呋喃塑料薄片上。每一側(cè)都施予兩次噴霧，總共將0. 6克的涂層沉積在薄片上并予以完整的覆蓋。噴涂時(shí)，和薄片保持45厘米的距離。將頂端的銅框架和銅接頭焊接到包覆鎳的極板上。
額外的鎳以55 °C的溫度電鍍?cè)阪嚢驳臉O板上。正極集電流體上額外的鎳鍍層厚度約為250微米，將每片正極板以5安培電鍍120分鐘。負(fù)極集電流體鎳鍍層的厚度約為100微米，將每片負(fù)極板以5安培電鍍50分鐘。鎳的電鍍?cè)∮砂ㄒ韵碌膸讉€(gè)部分組成300克/升的硫酸鎳，50克/升的氯化鎳，40克/升的硼酸，及I克/升的明膠。使用本方法制作經(jīng)過電鍍的極板可以作為鎳金屬氫化物電池的集電流體。上述方法可制作鎳金屬氫化物電池的正極和負(fù)極的集電流體。和使用常規(guī)的鎳格負(fù)極集電流體相t匕，用這種方法制作的負(fù)極集電流體可以減輕50%的重量。的重量。和使用常規(guī)的鎳格正極集電流體相比，用這種方法制作的正極集電流體可以減輕15 %的重量。例3 :制作具有鎳鍍層的鋰離子電池集電流體根據(jù)本發(fā)明制造的鋰離子電池的正極集電流體如下所示一塊7 “X4' XlO'，IOOppi的RPUF被切成多個(gè)尺寸為6”X8“ X0. 1“的薄片。將切割的一片RPUF薄片在15°C至25°C下浸入5% (重量)的甲苯磺酸和95% (重量)的糠醇的混合物中30秒。將RPUF薄片與以干燥，例如放置在通風(fēng)櫥中和/或使用絞擰器。干燥后的薄片切成更小的薄片，例如5. 35 “X2. 60”。切割的薄片相夾在兩個(gè)具有特氟隆涂層的石墨板并壓縮至0. 08“。壓縮的薄片被放置在一個(gè)200°C的烘箱中10分鐘，使RPUF產(chǎn)生交聯(lián)作用成呋喃塑料。用氣溶膠噴霧罐噴將一層薄的導(dǎo)電鎳噴涂在網(wǎng)狀呋喃塑料薄片上。每一側(cè)都施予兩次噴霧，總共將0. 6克的涂層沉積在薄片上并予以完整的覆蓋。噴涂時(shí)，和薄片保持45厘米的距離。將頂部的銅框架和銅接頭焊接到鎳包覆層的極板上。在55°C，額外的鎳被電鍍到包覆鎳的極板上。在正極集電流體鎳鍍層的額外厚度是約150微米，以每塊正極板5安培，電鍍75分鐘的時(shí)間制成。負(fù)極集電流體鎳鍍層的厚度約是150微米，以每塊正極板5安培，電鍍25分鐘的時(shí)間制成。鎳電鍍?cè)“ㄒ韵陆M成部分為300克/升的硫酸鎳，50克/升的氯化鎳，40克/升的硼酸，I克/升的明膠。這種方法可以制作鋰離子電池的正電極(陰極)集電流體。適要本發(fā)明至少可以部分地由以下列舉聲明總結(jié)。聲明I。本發(fā)明包括一種制作集電流體的工序。該工序包括下列步驟(a)提供一個(gè)非碳化聚合物的基材；(二)賦予基材導(dǎo)電性；(三)電鍍基材，而步驟(b)和(C)在低于基材軟化溫度的溫度下執(zhí)行。聲明2。本發(fā)明還包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，其中步驟(b)包括了施加導(dǎo)電材料到基材。聲明3。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明2的工序，其中施加的導(dǎo)電材料至少是碳，金屬和金屬合金中的其中一種。聲明4。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明2的工序，應(yīng)用時(shí)是經(jīng)由化學(xué)·鍍和導(dǎo)電噴涂中其中的至少一種方式。聲明5。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明I的方法，其中步驟(b)使用的基材包括下列其中至少一種碳粉末，金屬粉末，金屬合金粉末。聲明6。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，進(jìn)一步包括以下將接頭附加到基材的步驟。聲明7。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，其中所述步驟(b)和(C)的溫度是介于15°C到25°C之間。聲明8。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，進(jìn)一步包括將電池活性材料涂膏在基材上至少一部分的步驟。聲明9。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，其中步驟(a)所述的基材是網(wǎng)狀聚氨酯泡沫(RPUF)。聲明10。本發(fā)明進(jìn)一步包括根據(jù)聲明9的工序，其中所述RPFU是經(jīng)過交聯(lián)作用的。聲明11。本發(fā)明還包括一個(gè)根據(jù)聲明9的工序，進(jìn)一步包括將RPUF浸潰在甲苯磺酸和糠醇的混合物的步驟。聲明12。本發(fā)明還包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，其中步驟(C)包括將鉛或含鉛物質(zhì)電鍍到基材上。聲明13。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明12的工序，其中所述的含鉛物質(zhì)是選自下列的組成鉛-銀合金，鉛-錫-銀合金，和鉛-錫-銀合金。聲明14。本發(fā)明還包括一個(gè)根據(jù)聲明I的工序，其中步驟(C)包括將鎳電鍍到基材上。聲明15。本發(fā)明還包括根據(jù)聲明I的工序制作的集電流體。聲明16。本發(fā)明還包括一個(gè)電池，其中電池含有至少一個(gè)根據(jù)聲明I工序制作的集電流體。聲明17。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)制作集電流體的工序，包括以下步驟(a)提供一個(gè)非碳化的聚合物基材，其中的聚合物基材具有軟化溫度。并且此聚合物基材經(jīng)由加入碳粉末，金屬粉末，和金屬合金粉末的其中至少一種而呈現(xiàn)導(dǎo)電性，以及(b)將基材電鍍。聲明18。本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)根據(jù)聲明17的工序，其中步驟(b)是在低于基材軟化溫度的溫度下進(jìn)行。聲明19。本發(fā)明還包括根據(jù)聲明17的工序制作的集電流體。聲明20。本發(fā)明還包括一個(gè)電池，其中電池中含有至少一個(gè)根據(jù)聲明17的工序制作的集電流體。
權(quán)利要求
1.集電流體的制造方法，所述工序包括以下步驟 (a)提供一個(gè)非碳化的聚合物基材，其中，所述聚合物基材具有軟化的溫度； (b)使基材具有導(dǎo)電性； (C)將基材電鍍，其中步驟(b)和(C)在低于基材的軟化溫度下進(jìn)行。
2.一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I的工序,其中步驟(b)包括將導(dǎo)電材料施加到基材。
3.一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求2的工序，其中施加的導(dǎo)電材料是碳，金屬和金屬合金之中的至少一種。
4.一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求2的工序，其中施行的是經(jīng)由化學(xué)鍍和導(dǎo)電噴涂中其中的至少一種進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的工序，其中步驟(b)包括以下步驟，包括基材有下列的至少其中一種碳粉末，金屬粉末，金屬合金粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的工序,進(jìn)一步包括將接頭附加到基材的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的工序，其中步驟(b)和(c)的溫度是介于約15°C至25°C之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的工序，進(jìn)一步包括以下步驟將電池活性物質(zhì)涂膏到至少是基材的一部分上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的工序，其中所述步驟(a)提供的基材是網(wǎng)狀聚氨酯泡沫(RPUF)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工序，其中所述的RPFU是經(jīng)過交聯(lián)作用的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工序，進(jìn)一步包括以下步驟，將RPUF浸潰在甲苯磺酸和糠醇的混合物中。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工序，其中步驟(c)包括將鉛或含鉛物質(zhì)電鍍到基材上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工序，其中含鉛的物質(zhì)是選自由下列組成的群組鉛-銀合金，和鉛-錫-銀合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的工序,其中步驟(c)包括將鎳電鍍到基材上。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的工序產(chǎn)生的集電流體。
16.—種電池，其中包含至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I的工序產(chǎn)生的集電流體。
17.—個(gè)制造集電流體的工序，所述工序包括以下步驟 (a)提供一個(gè)非碳化的聚合物基材，其中所述聚合物基材具有軟化的溫度，并且其中所述聚合物基材經(jīng)由加入碳粉末，金屬粉末，和金屬合金粉末中的至少其中一種后呈現(xiàn)導(dǎo)電性； (b)電鍍此聚合物基材。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的工序，其中步驟(b)在低于基材的軟化溫度下進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的工序產(chǎn)生的集電流體。
20.一種電池，其中含有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求17的工序產(chǎn)生的集電流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及集電流體的制造方法，通過這種方法制備的集電體，和含通過這種方法制備的集電體的電池。所述集電體由聚合物基材制備，，和在低于基材的軟化溫度下將基材電鍍。通過施加導(dǎo)電材料和/或通過在基材中包括粉末，可以使基材具有導(dǎo)電性，其中所述粉末是碳粉末，金屬粉末，或金屬合金粉末。
文檔編號(hào)C25D3/00GK102985595SQ201180030593
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者喬伊·丘恩格·延·瓊格 申請(qǐng)人:喬伊·丘恩格·延·瓊格