改進(jìn)的電池及裝配方法
【專利摘要】所述實(shí)施例包括一種方法，其步驟包括通過將活性材料涂層設(shè)置于硅基材來形成電池電極，將所述電池電極組裝為電池電極的層疊體，其中所述電池電極由隔件與其它的電池電極隔開，將所述層疊體設(shè)置于殼體之中，用電解質(zhì)填充內(nèi)部空間，以及將所述殼體密封以阻擋電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間流溢。
【專利說明】改進(jìn)的電池及裝配方法
相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本專利申請(qǐng)，根據(jù)35U.S.C.第119(e)條的規(guī)定，要求發(fā)明名稱為BATTERY ANDASSEMBLY METHOD于2011年5月11日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/484，854的Borden的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，以及發(fā)明名稱為BATTERY AND ASSEMBLY METHOD于2011年8月18日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/525，068的Borden的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，上述在先申請(qǐng)各自在此通過引用全部納入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]電池技術(shù)，比如對(duì)于電動(dòng)車輛和可更新能源之用途，是目前研究與開發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。有關(guān)研發(fā)工作集中于一些工藝技術(shù)，其中鋰離子電池和鉛酸電池是最為成熟和成功的技術(shù)。即使對(duì)于這些產(chǎn)品來說，成本仍然是主要的問題。鋰離子，由于其能量密度，是引人注目的，然而汽車制造商需要支付$1，000/kff.hr或更多來用于鋰離子能源。成本還是較高，歸因于用來提高安全性能的電子設(shè)備以及復(fù)雜的控制和冷卻系統(tǒng)。該項(xiàng)成本是UnitedStates Advanced Battery Consortium(USABC)設(shè)定的 2020 年目標(biāo)值 $150/kW.hr 的至少六倍。與之對(duì)比的是當(dāng)今的鉛酸電池(lead-acid batteries),其在用于可更新能源的儲(chǔ)存時(shí)的成本大約為$150/kW*hr。然而，在許多情況下，鉛酸電池在能量密度、循環(huán)壽命以及效率等方面受到制約，從而限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]后文描述的實(shí)施例可以通過提供帶有設(shè)置在非常薄(例如，小于0.5毫米厚)的硅基材上的活性物質(zhì)(例如，鉛或其化合物)的一個(gè)或多個(gè)非常薄的平面的電池電極(例如，小于1.0毫米)所形成的鉛酸電池，用以對(duì)目前的電池進(jìn)行改進(jìn)。所述實(shí)施例提供了一種改進(jìn)的電池，其價(jià)格較為便宜并且與其他方法相比應(yīng)用效果更佳。由于可靠性能和基礎(chǔ)設(shè)備支持對(duì)于推廣應(yīng)用是重要的，實(shí)施例可以利用基于經(jīng)過考驗(yàn)的諸如鉛酸(lead-acid)的電池化學(xué)。多個(gè)這樣的電極可以疊在一起并包裝組合以提供一種與現(xiàn)有鉛酸電池相比工作性能更佳的鉛酸電池，例如通過避免會(huì)導(dǎo)致不反應(yīng)鉛材料的不平衡離子耗竭。所述這些電池的實(shí)施例以及它們的制造和使用方法都將在下文中進(jìn)行描述。
[0005]上述有關(guān)
【發(fā)明內(nèi)容】
的概述旨在對(duì)本專利申請(qǐng)的主題內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，然而并不是用來對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
提供完全的或是詳盡的解釋。下述的詳細(xì)說明就是提供關(guān)于本專利申請(qǐng)的更進(jìn)一步的信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]本文的附圖，其并不一定按比例繪制，通過舉例但不限制的方式，提供了對(duì)于本文中各種【具體實(shí)施方式】的一般性描述。
[0007]圖1A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為電池層示意圖，示出在鉛基材上的顆粒物聚集，其中箭頭表示離子的流動(dòng)。[0008]圖1B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為圖1A中所述層的簡(jiǎn)化示意圖。
[0009]圖2A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示具有低電流密度的孔。
[0010]圖2B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示具有高電流密度的孔。
[0011]圖3，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示替代單層的帶有較薄活性物質(zhì)的三層。
[0012]圖4，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示層疊的或雙極電池配置，包括交替層板和浸有電解液的隔件。
[0013]圖5，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述組裝所述層疊電池的方法。電池層和隔件交替地層疊。所述層疊體被置于框架內(nèi)。層疊體和框架之間的空隙用粘合劑填充。在粘合劑凝固之后，加入電解質(zhì)(被隔件吸收)以及在頂部安上蓋子。
[0014]圖6，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述使用可移動(dòng)隔件來組裝所述層疊的電池的方法。
[0015]圖7A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為帶有漸收邊緣的板狀隔件的頂視圖。
[0016]圖7B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為U形隔件的前視圖。
[0017]圖7C，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示帶有玻璃纖維隔件邊襯的玻璃纖維隔件。
[0018]圖8，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為電池組裝流程圖。
[0019]圖9，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為具有活性物質(zhì)涂層的電池層的剖面圖，其顯示出不同的層，從左到右為硅、鎳硅化物、阻擋層和氧化鉛。
[0020]圖10，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為制備電池板塊的流程圖，包括硅化物接觸層的形成和層面的添加用以防止所述層受到酸的腐蝕并增強(qiáng)活性物質(zhì)的附著性能。
[0021]圖11A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示顆粒物與基質(zhì)的混合。
[0022]圖11B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示顆粒物被去除后的基質(zhì)。
[0023]圖11C，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示帶有鍍層的基質(zhì)。
[0024]圖11D，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顯示基質(zhì)被移除。
[0025]圖12，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為形成多孔活性物質(zhì)的流程圖。
[0026]圖13，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為帶有由溶解的鹽粒的孔隙的蠟基質(zhì)的顯微圖。
[0027]圖14為常規(guī)鉛酸電池中的重量分布圖。
詳細(xì)說明
[0028]本文所述的實(shí)施例可以用來保持鉛酸電池的較低成本以及市場(chǎng)接受度，并且改進(jìn)操作性能以滿足例如電動(dòng)交通工具和可更新能源市場(chǎng)的需求。這些實(shí)施例可以利用鉛酸電池在其接受度和成熟度以及基礎(chǔ)構(gòu)架方面的優(yōu)勢(shì)，提供適應(yīng)于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)市場(chǎng)的解決方案。所述的許多實(shí)施例也可用于其他類型電池的制造或設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。
[0029]為了闡明本發(fā)明主題的貢獻(xiàn)，在此對(duì)常規(guī)鉛酸電池的特性作一番描述是有益的。常規(guī)的鉛酸電池存在許多局限性。首先，為了充電和放電的高效率常規(guī)鉛酸電池需要在低電流運(yùn)行。這是因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)物，硫酸鉛，會(huì)積累起來并阻擋電解液的擴(kuò)散，使得活性物質(zhì)材料(也稱活性材料)深處于電池結(jié)構(gòu)中(參見后述有關(guān)圖2A-B的討論)從而化學(xué)反應(yīng)難以觸及。這種效應(yīng)被稱為普克特定律(Peukert’ s Law)，其顯示電池容量在充電或放電電流增加時(shí)如何降低。部分地由于這種現(xiàn)象，常規(guī)的鉛酸電池需要經(jīng)過很長(zhǎng)的時(shí)間，例如數(shù)十個(gè)小時(shí)，進(jìn)行充電或放電以達(dá)到較高效能。遺憾的是，大多數(shù)的可更新能源的儲(chǔ)存裝置和交通工具的應(yīng)用都要求短得多的放電時(shí)間，例如，從2至6小時(shí)。
[0030]其次，常規(guī)的鉛酸電池在經(jīng)過深度放電循環(huán)后的使用壽命會(huì)變短?；钚晕镔|(zhì)，當(dāng)從鉛或氧化鉛轉(zhuǎn)化為硫酸鉛的時(shí)候，會(huì)膨脹20-60%的體積。這種膨脹作用會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力并會(huì)引起膏狀活性物質(zhì)(也就是說，活性物質(zhì)作為膏狀物施用，這屬于常規(guī)的工藝)的脫層。因?yàn)檫@樣，常規(guī)的鉛酸電池應(yīng)該從40至60%的淺度放電進(jìn)行操作。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，這就會(huì)增加所需電池的數(shù)量，在某些情況下會(huì)翻一倍。
[0031]第三，高含鉛量會(huì)導(dǎo)致低能量密度。鉛，其對(duì)于硫磺酸電解液具有抵抗作用，在常規(guī)電池中被用作活性物質(zhì)，也被用于終端或頂部鉛，并且用來對(duì)于相互連接的層體提供厚的內(nèi)部導(dǎo)體。鉛電池的典型的比能量可以是40至45W.hr/kg,與之對(duì)照USABC的目標(biāo)值為100W*hr/kg。圖14顯示了用于牽引的常規(guī)鉛酸電池中的重量分布。本文所述的技術(shù)方案可以消除或大大減少負(fù)活性物質(zhì)、正柵和負(fù)柵，以及頂部鉛成分，去除常規(guī)鉛酸電池中所需鉛量的大約一半。本文所述的技術(shù)方案有潛力用來消除重量(在一些實(shí)施例中為一半左右)并能增加能量密度(在一些實(shí)施例中增加一倍)。
[0032]第四，常規(guī)的鉛酸電池可以是低電壓、高電流器件。這些屬性難以與用于車輛和可更新能量系統(tǒng)的較高電壓系統(tǒng)相匹配。
[0033]為了克服常規(guī)鉛酸電池的局限性所作過的嘗試遇到了障礙。高電流時(shí)的低效率對(duì)采用將活性物質(zhì)以膏狀物施用的常規(guī)方式所制造的電池有影響。這種成熟和低成本的方法繼續(xù)被用于當(dāng)今鉛酸電池包括高端電池的設(shè)計(jì)。
[0034]人們一直在努力提高循環(huán)壽命。一種方式是采用碳電極代替負(fù)活性物質(zhì)(NAM, negative active mass)。氫能夠以類似于在鋰離子電池中鋰嵌入的方式嵌入碳中。這能夠減少或消除在該層上的脫落。另一種方式可以將超級(jí)電容與常規(guī)電池整合在一起用以在啟-停循環(huán)需要反復(fù)功率瞬爆的場(chǎng)合提供延長(zhǎng)的壽命。
[0035]采用雙極鉛酸電池(比如B lead-acid電池，或雙極電池)，鉛含量得到了改善(例如減少)而且電壓也得到了改善(例如增加)。有關(guān)實(shí)例可以包括串聯(lián)連接的多個(gè)電池單元的層疊體，在高電壓和低電流下操作。這種配置可以減少或除去在低電壓、高電流電池中使用的笨重內(nèi)部導(dǎo)體，并且能提供高電壓輸出。
[0036]Blead-acid電池具有例如通過減少導(dǎo)體質(zhì)量的高能量密度的優(yōu)點(diǎn)。但是，有幾個(gè)問題仍然限制了商業(yè)化應(yīng)用。這些問題包括電池單元至電池單元的滲漏，在腐蝕性環(huán)境中層板的劣化，所述腐蝕性環(huán)境包含引起層板分離問題的，在充電、活性物質(zhì)脫落、以及電極松垂的過程中所形成的硫酸電解質(zhì)和氧自由基。
[0037]—種針對(duì)層劣化問題的方法是使用陶瓷傳導(dǎo)TiO2基材。活性材料在常規(guī)的鉛酸電池情形是膏狀體。陶瓷層較少受松垂的影響，但難于以低成本大量生產(chǎn)。
[0038]然而，即使是這樣的方法都還有缺點(diǎn)。典型的Blead-acid電池設(shè)計(jì)并未解決普克特定律的局限問題。這些局限的來源可通過借助圖認(rèn)，川，24和28來理解。
[0039]圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電池層示意圖，示出在鉛基材上的顆粒物聚集，其中箭頭110表示離子的流動(dòng)。膏狀活性物質(zhì)層102可以包括置于基材108之上的聚集的顆粒物104，其直徑可以為幾微米。電解質(zhì)可流動(dòng)穿過顆粒物之間的通道。通道的直徑可以為幾微米且長(zhǎng)度可以是大體上相當(dāng)于活性物質(zhì)的厚度，在一些實(shí)施例中為I至3毫米。
[0040]圖1B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1A中所述層的簡(jiǎn)化示意圖。如圖1B所述，通道106理論上可以模擬為直的通道。在低電流情況下，電解質(zhì)離子可以在低或甚至無消耗的情況下在通道的長(zhǎng)度擴(kuò)散，并且可以沿著通道106的整個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行反應(yīng)。在高電流情況下，電解質(zhì)離子會(huì)在其擴(kuò)散至通道106的整個(gè)長(zhǎng)度之前被消耗。結(jié)果是，在高電流情況下，深處于層板中的活性物質(zhì)并不像期望的那樣發(fā)生反應(yīng)，而且與活性物質(zhì)的有用反應(yīng)相關(guān)的可用能量就會(huì)降低。
[0041]圖2A顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有低電流密度的孔。圖2B顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有高電流密度的孔。在這些實(shí)施例中，通道206，其體現(xiàn)為孔208，帶有硫酸鉛涂層210。在離子消耗開始時(shí)的電流測(cè)量為1/L2，其中L是通道長(zhǎng)度。變窄部位212表現(xiàn)為與較不狹窄的部分相比有更多反應(yīng)發(fā)生。
[0042]圖3顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例以帶有較薄活性物質(zhì)的三層代替單層。針對(duì)不平衡離子消耗問題的一種解決方案是將活性物質(zhì)分成幾個(gè)更薄的層，如圖3所示，其中在圖2中所示的長(zhǎng)度“L”按1/X的比率縮短以提供較短的通道302。為彌補(bǔ)因按1/X比率通道總長(zhǎng)度的縮短，可以使用更多的通道302’，302”。它們?cè)跀?shù)量上總和為X，但其它數(shù)量也是可能的。這樣的配置可以保持相同量的活性物質(zhì)，因此電池可以保持相同或相近的容量。由于通道較短，電池能夠以更高的電流運(yùn)行，而同時(shí)用到更多部分的活動(dòng)物質(zhì)。比如，將單一的I毫米厚的活性物質(zhì)層分為三個(gè)0.3毫米厚的活性物質(zhì)層，就提供了 9倍多的電流而沒有容量損失。
[0043]這種方案以及本文公開的其他方案可用于克服上述的缺點(diǎn)。本文所述新的系統(tǒng)和方法提供了具有更薄的活性物質(zhì)層的電池層板。這些層板可以被很靠近地隔開，并且活性物質(zhì)的用量能夠保持不變從而保持所需的電池容量。此外，這些薄的活性物質(zhì)層還具有其它合乎要求的屬性。
[0044]例如，鉛層在轉(zhuǎn)化為硫酸鉛時(shí)膨脹約60%，而鉛氧化物層膨脹約20%。這種膨脹可引起在深度循環(huán)中活性物質(zhì)的脫落。較薄的層在界面的機(jī)械應(yīng)力較小，較少可能脫落，從而允許電池在深度循環(huán)中可靠地運(yùn)行。
[0045]本文所公開的實(shí)施例提供了具有比常規(guī)的板塊薄很多的層的雙極鉛酸電池，其能夠抵消離子消耗。硅晶片可作為基材使用并且提供輕的、耐硫酸反應(yīng)的層，并且不貴。活性物質(zhì)層可以通過鍍覆或電泳沉積而不是涂膏來形成，從而能夠?qū)崿F(xiàn)可控薄層的形成。所述組成在深度上是可以變化的，以提供選定的關(guān)鍵性能，例如孔隙率、顆粒尺寸以及應(yīng)力?？梢园ń佑|層和阻擋層。通過實(shí)施例的方式描述犧牲模板工藝以提供可控的孔隙率，采用犧牲層的沉積和通過電泳的共沉積中的一種或兩者。關(guān)于電池的組裝方法也有描述，并且可以包括以模塑的方式密封層疊體，加入電解質(zhì)，并配上蓋子。
[0046]實(shí)施例提供了雙極鉛酸電池的設(shè)計(jì)，其能夠通過薄層的應(yīng)用提供相較于常規(guī)電池增加了層密度的電池。實(shí)施例允許將活性物質(zhì)鋪展到更大量的薄層從而降低普克特定律的影響，實(shí)現(xiàn)深度循環(huán)(即抵消離子消耗)并且較少活性物質(zhì)脫落。實(shí)施例提供了高壓輸出適用于電動(dòng)車輛和可更新能源系統(tǒng)。實(shí)施例使用較之于常規(guī)鉛酸電池更少(在一些實(shí)施例中為一半)的鉛，如此能夠增加(在一些實(shí)施例中為翻倍)能量和功率密度。
[0047]圖4顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的層疊的或雙極的電池配置，包括交替的板塊和浸透有電解液的隔件或墊塊。電化學(xué)電池有兩個(gè)終端:陰極(正的)和陽(yáng)極(負(fù)的)。還原反應(yīng)發(fā)生在陰極而氧化反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極。電池的電位是半反應(yīng)電壓之總和。在鉛酸的情況下，正的板塊通常是氧化鉛，相應(yīng)半反應(yīng)電壓為大約1.6伏特。負(fù)的板塊通常是鉛，相應(yīng)半反應(yīng)電壓為0.4伏特。[0048]一種電池單元，包括至少陽(yáng)極和陰極。用于串聯(lián)連接的單元的電壓是遞加的。因此，10個(gè)鉛酸電池單元串聯(lián)連接可提供20伏特(比如，10單元X 2伏特/單元)。在一個(gè)串聯(lián)連接實(shí)施例中，所述串連可以包括一連串與陰極連接的陽(yáng)極，介于其間的電解質(zhì)被電性隔離。
[0049]實(shí)施例包括多層的層疊400，例如用隔件406組合的板塊408。該層疊400可包括與陰極412例如通過墊塊或隔件414分開的一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極410。所述板塊之間的空隙可用硫酸電解質(zhì)進(jìn)行填充。電解質(zhì)的物質(zhì)或容積可以進(jìn)行電性隔離從而所述板塊可以串聯(lián)。隔件的材料可以是玻璃纖維，其是多孔的而且能夠吸收足夠的硫酸。板塊間距可以是0.5毫米。
[0050]墊塊或隔件408可以防止所述板塊的短路，并可以是玻璃纖維的薄片。在某些情況下，這些板塊是剛性的，并且在這些例子中，隔件并不是需要使用的。電解質(zhì)，其可以是硫酸，可被置于板塊之間的空間。電解質(zhì)可浸透到隔件中。
[0051]如果多個(gè)電解質(zhì)的物質(zhì)或容積可被彼此電性隔離，并且，例如通過使用導(dǎo)電的板塊，具有從陽(yáng)極到陰極的導(dǎo)電通路，層疊體便可形成串聯(lián)連接配置的電池。電壓可以等于(N-1) Veell，其中N是板塊的數(shù)量(在各端有一板塊用以連接到正端404和負(fù)端402)，而Vcell是單個(gè)電池單元的電壓。例如，用于鉛酸反應(yīng)的電池單元電壓為2伏左右。因此，具有101個(gè)板塊的電池可以有200伏的電壓。圖示出了殼體406，機(jī)械性地將多個(gè)電池單元保持于層疊中。
[0052]實(shí)施例可以包括陽(yáng)極在一側(cè)而陰極在另一側(cè)的電導(dǎo)基材。所述基材可作為導(dǎo)體或“導(dǎo)線”將多個(gè)電池單元連接在一起同時(shí)將電解質(zhì)彼此隔離。在一些實(shí)施例中，有可能通過使用碳或娃對(duì)電極(counter-electrode)完全免除鉛電極。這可以提供甚至更高的能量密度。這樣的實(shí)施例能使用裸硅或碳涂覆的硅作為氧化鉛電極的對(duì)電極。
[0053]注意到陰極能夠提供大部分的電池電壓。某些情況下省略了鉛作為在陽(yáng)極的半電池反應(yīng)的原料，同時(shí)提供還原反應(yīng)在電池單元那側(cè)發(fā)生的場(chǎng)所。實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)的方法是允許來自電解質(zhì)溶液的質(zhì)子進(jìn)行反應(yīng)(插入)，如同發(fā)生在諸如鋰離子的其他類型電池中那樣。該反應(yīng)在碳和硅中進(jìn)行。在這樣的情況下，電池電壓可以至少為1.6伏(陰極半電池電位)，但是在陽(yáng)極上的鉛的物質(zhì)和重量可被減少或消除，導(dǎo)致功率和能量密度的增加以及成本和有毒物質(zhì)含量的減少。壽命也能延長(zhǎng)，因?yàn)楫?dāng)鉛轉(zhuǎn)化為硫酸鉛時(shí)，鉛經(jīng)受最大的膨脹并因此承受最大的應(yīng)力。通過添加更多的串聯(lián)電池單元，電壓的損失可以很容易地被彌補(bǔ)。
[0054]暴露的最左電極402可以作為一個(gè)終端，例如用于與電子設(shè)備進(jìn)行電性和機(jī)械的連接。最右端404的暴露的主面可以作為相反極性的電極，并且也可以用作一個(gè)終端。然而在一些實(shí)施例中，層疊體被置于殼體或容器內(nèi)并且通過一個(gè)或多個(gè)延伸穿過殼體的穿通線而與在殼體外部的電子設(shè)備連接。
[0055]陽(yáng)極顯示為具有多個(gè)凸起416限定出凹槽418。然而，本發(fā)明主題并不限于此，并且還設(shè)想了陰極帶有凸起的實(shí)施例，以及未使用凸起的實(shí)施例。
[0056]出乎預(yù)料的結(jié)果是，這種電池在一些實(shí)施例中可以使用具有標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池織構(gòu)(standard solar cell texture)的娃晶片。在一些實(shí)施例中使用織構(gòu)娃(texturedsi I i con )，例如切割晶片。原切(As-cut)硅晶片，最初用于太陽(yáng)能電池，可被用作為電極的基材。這些晶片重量輕(約為鉛的密度的四分之一)，可耐硫酸腐蝕，而且憑其大量的使用導(dǎo)致成本較低。原切晶片具有能提供良好附著性能的表面粗糙度，例如用于與涂層的機(jī)械連接。例如，多晶(MC)晶片可以通過異織構(gòu)(iso-texturing)來形成,例如在氫氟酸和硝酸浴中。
[0057]多晶硅片可以提供正方的形狀因數(shù)和較低的成本。單晶硅片也可以被采用。單晶可以具有錐形織構(gòu)(pyramidal texture),典型地采用氫氧化鉀(KOH) /異丙醇蝕刻來形成。由于大顆粒尺寸并不重要，MC晶片能夠與太陽(yáng)能用途相比更為快捷地制作，這樣就能夠以較低成本來提供?？梢允褂贸杀据^低的冶金級(jí)硅，因?yàn)槠浼兌饶芘c本文披露的電池用途相匹配。其他的硅，比如電子、太陽(yáng)能或半導(dǎo)體級(jí)的都可以使用，但往往更為昂貴。
[0058]在一些實(shí)施例中，晶片可以被摻雜。摻雜的晶片具有通常小于I Ω-cm的電阻率。在一些實(shí)施例中，電阻率可以小于0.001 Ω-crn。由于較低的電阻率，當(dāng)電池電流流過晶片的時(shí)候，能夠提高效率。低電阻率也能提高與硅接觸的質(zhì)量?？梢允褂玫膿诫s劑，如磷、硼、銻或神。這樣的晶片可以小于500 μ m (0.5暈米)厚，以及可以小于200 μ m厚。
[0059]晶片可以是正方形，其邊長(zhǎng)為156毫米以用于標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池晶片，盡管也可采用長(zhǎng)方形晶片或具有其它形狀因數(shù)例如帶切角的晶片。采用標(biāo)準(zhǔn)的邊長(zhǎng)，就能夠利用大批量生產(chǎn)的晶片，這樣就可以降低成本，盡管可以采用其它的邊長(zhǎng)。采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶片可以允許在電池制造過程中利用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行晶片的處理和加工。
[0060]在某些實(shí)施例中，活性物質(zhì)可以形成于基材的一面或兩面。鉛可以鍍覆于兩面。一個(gè)鍍覆的面可以被遮掩而另一面被暴露于硫酸浴。在暴露期間，可以利用鉛負(fù)極使電流穿過這樣的浴。由這種方法能夠通過稱為“成型(forming)”的工藝過程將暴露的一面轉(zhuǎn)化為氧化鉛。
[0061]在某些實(shí)施例中，只在硅基材的一面是用鉛涂覆并且被轉(zhuǎn)換為氧化鉛，或者可替代地，用氧化鉛涂覆。在已涂覆一面的實(shí)施例中，較之于用活性物質(zhì)鉛涂覆兩面的實(shí)施例，電池可以具有較低的電壓。在一些實(shí)施例中，氧化鉛到硫酸鉛反應(yīng)的半電池電位可以為
1.68伏特。僅在一面涂覆有鉛的電池能夠用較少(例如一半)的鉛，從而可以使毒性更小并且重量更輕。此外，當(dāng)被轉(zhuǎn)化成硫酸鉛時(shí)，鉛比氧化鉛的膨脹更大，所以沒有鉛涂覆面的板塊在循環(huán)過程中所經(jīng)受的應(yīng)力可以更小。
[0062]根據(jù)各種實(shí)施例，無論一面或兩面都可以用活性物質(zhì)進(jìn)行涂覆。其它材料可以作為活性物質(zhì)使用，并且硅板的使用并不是專屬用于鉛酸類型的電池。在某些情況下配置為單面的，氫能夠位于相反的電極插入到硅中，很像鋰在鋰離子電池中那樣。注意到，硅表面可用諸如碳的惰性材料進(jìn)行涂覆，并且氫可插入碳。這種插入可以是有益的，因?yàn)檫@有助于電池抵抗由產(chǎn)生氣體而導(dǎo)致的脹形。
[0063]圖5描述了組裝層疊的電池的方法。在左邊，顯示出交替著層疊的板塊和隔件的側(cè)視圖。圖中表示使板塊502和玻璃纖維隔件504交替地進(jìn)行層疊，如圖5的左側(cè)圖所示。注意到可以在每一端具有板塊而形成電池的正和負(fù)端或極。所述電池層疊可被放置在帶有三面的U形框架506之中。對(duì)硫酸具有抵抗性或不受其影響的諸如環(huán)氧樹脂的粘合劑，或諸如聚丙烯樹脂的多種耐硫酸的塑料，可被注入到U形框架506和電池層疊500之間的空間508。粘合劑固化之后，可添加電解質(zhì)并將蓋子510安放到位。在一些實(shí)施例中，玻璃纖維隔件可以阻擋或防止粘合劑滲入板塊之間的空間使得不會(huì)超出所述板塊的面之邊緣附近的小區(qū)域。將所述層疊的邊緣512密封起來是有助益的，這樣，電解質(zhì)的物質(zhì)(亦即，在相對(duì)側(cè)面的極性相反的電極的容積)可以被電性隔離。在某些情況下，可以利用太陽(yáng)能電池制造中常用的激光開槽裝置在板塊的外周邊附近形成激光切槽。這種槽可以是深10-20 μ m，寬50 μ m的量度。這可以提供一種凹入形結(jié)構(gòu)(re-entrant structure)以提高邊緣密封的質(zhì)量。
[0064]圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例使用可移動(dòng)隔件組裝層疊電池的方法。在某些情況下，要求在板塊之間的間隙604中有附加的空間，從而為額外的電解質(zhì)提供空間。提供這個(gè)空間的一個(gè)實(shí)例是采用可移動(dòng)的隔件602，如圖6所示。可以制備電池層疊，包括伸出層疊頂邊的隔件602，如左邊的側(cè)視圖所示。電池層疊可被放置在帶有三面的U形框架606之中，如中間的前視圖所示。對(duì)硫酸具有耐抗性或不受其影響的諸如環(huán)氧樹脂的粘合劑，或諸如聚丙烯樹脂的多種耐硫酸的塑料，可被注入到U形框架606和電池層疊600之間的空間608。粘合劑或塑料固化之后，所述隔件便可被抽出，可添加電解質(zhì)，并將蓋子610安放到位。蓋子610可設(shè)有通氣孔以防止電池被過度充電時(shí)氣體壓力聚集，并且能夠是可移動(dòng)的以允許電解質(zhì)的再充電。
[0065]圖7A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例帶有漸收邊緣的板狀隔件的頂視圖。所述隔件的邊緣可以是漸收形(tapered)，如作為俯視圖的圖7A所示。漸收形邊緣706，從主體708伸出，能夠減少隔件與諸如框架的另外結(jié)構(gòu)之間的接觸面，以便移除。它們還提供了可填充環(huán)氧樹脂或塑料的錐形區(qū)域，用以改善密封作用。
[0066]圖7B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的U形隔件的前視圖。如圖7B所示，所述隔件可以是U形的，由隔件部分710限定出內(nèi)部空間712。這樣的隔件可以允許被移出，通過朝箭頭方向擠壓端部714，并且將隔件從框架中提出，由此可以讓空氣進(jìn)入框架以便隔件的移除。
[0067]圖7C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有玻璃纖維隔件邊襯的玻璃纖維隔件。在某些情況下，玻璃纖維隔塊會(huì)吸帶粘膠使其過度地伸進(jìn)板塊之間的空隙。在玻璃纖維隔件702的周圍形成邊襯704，如圖7C所示，可以防止這一點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，玻璃纖維可以被熔化以形成玻璃框架而不會(huì)吸帶粘合劑。在一些實(shí)施例中，可以將粘合劑或塑料施于隔件的邊緣，以形成由粘合劑構(gòu)成的框架。在一些實(shí)施例中，如果采用諸如硅樹脂的適當(dāng)?shù)恼澈淆RU，所述邊襯可以是柔軟而富有彈性的。
[0068]所述隔件可以采用諸如聚四氟乙烯的非粘性材料制成，或者可以帶有聚四氟乙烯涂層而易于移除。它們還可以帶有通過頂部的對(duì)齊的孔，使得能夠利用一個(gè)或多個(gè)桿件穿過隔件組，以便對(duì)齊和移除的操作。還可將脫模材料施用到一個(gè)或多個(gè)表面，使得移除操作更為容易。
[0069]在一些實(shí)施例中，硅基材的邊緣可能會(huì)帶有制造過程中產(chǎn)生的裂口或缺陷。這些裂口可能會(huì)導(dǎo)致板塊在操作時(shí)發(fā)生破裂。所述板塊可在裝配前用環(huán)氧樹脂或塑料涂覆。這就是所謂的預(yù)涂覆。這可以保護(hù)邊緣，以降低晶片破裂的風(fēng)險(xiǎn)。所述涂覆可以通過浸潰或直接施用來進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，涂覆厚度等于板塊分隔的一半。在一些實(shí)施例中，可將板塊層疊起來，并且施加額外層面的環(huán)氧樹脂或塑料以形成電池的外殼。所述預(yù)涂覆材料可以是基本上耐硫酸的塑料。在板面上的所述預(yù)涂層的總厚度可以是大約相當(dāng)于板塊之間的板塊分隔。
[0070]圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電池組裝的流程圖。所述工藝過程可以用于圖4-6所示以及本文所述的其他實(shí)施例的生產(chǎn)。在802，將電極放置成層疊。在804，將所述電極疊層放置在框架中。在806，施加粘合劑使所述層疊粘合到框架。在810，作為任選步驟可以用來移除至少一些隔件。在812，可在粘合到框架的電極之間限定的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部空間填充電解質(zhì)。在814，可將蓋子或頂部加置于所述框架以提供電解質(zhì)中的密封作用。
[0071]圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有活性物質(zhì)涂層的電池層的剖面圖，其顯示出不同的層，從左到右為硅、鎳硅化物、阻擋層和氧化鉛。圖9顯示了一種示例的多層的層疊。該圖顯示了板塊900包括硅902，鎳硅化物904，阻擋層906和氧化鉛908。應(yīng)當(dāng)指出，常常在施加層之前需要從硅中除去任何原生氧化物。這是可以通過噴砂或采用例如緩沖的氫氟酸的化學(xué)蝕刻來進(jìn)行的。
[0072]在硅基材和活性物質(zhì)層之間形成層是會(huì)有利的。好處之一是改善基材(例如硅)和活性物質(zhì)之間的接觸。某些實(shí)施例中，在基材和活性物質(zhì)之間插入硅化物層。某些實(shí)施例中，在基材和活性物質(zhì)之間插入鎳硅化物層。這種層的形成可以是通過無電鎳沉積(electroless nickel deposition)或諸如蒸發(fā)(evaporation)的真空過程或派射沉積(sputter deposition)進(jìn)行的。一些實(shí)施例包括，比如在500°C的加熱循環(huán)。某些實(shí)施例中，加熱大約10秒鐘。硅化物層可形成于相對(duì)的面上，以改善接觸對(duì)惰性層(例如碳)或?qū)﹄娊庖旱慕佑|。在一些實(shí)施例中，可以使用其他的硅化物，例如由鑰、鈦、鶴以及它們的合金替換掉或外加于鎳。
[0073]可以增加其它的層用以保護(hù)硅不與電解質(zhì)反應(yīng)，并且改進(jìn)活性物質(zhì)對(duì)基材的粘合性。這樣的層可以包括TiN、TaN、硒化鑰、錫或鉻，并且能夠形成在基材的一面或兩面。沉積的方法包括，但不限于，派射(sputtering),反應(yīng)性派射(reactive sputtering)或蒸發(fā)(evaporation)。阻擋層或粘合層可以相對(duì)較薄,例如為20至100nm。
[0074]圖10制備電池板塊的流程圖，包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施例硅化物接觸層的形成和層面的添加用以防止所述層受到酸的腐蝕并增強(qiáng)活性物質(zhì)的附著性能。該工藝過程可以施用于層的一面或兩面。在1002，所述方法開始于提供硅基材。在1004，清洗基材以去除污物和有機(jī)沉積物?？捎玫那鍧嵢芤喊蛩岷瓦^氧化氫的混合物用以去除有機(jī)物。表面也可以在氫氟酸中進(jìn)行蝕刻以除去在硫酸/過氧化氫的清洗之后形成的任何氧化物層，還可以進(jìn)行噴砂。在1006，無電鎳能夠進(jìn)行沉積。任選地，無電鎳能夠如上所述被真空沉積。在1008，所述沉積物可被烘烤。這樣的沉積物可以被加熱到300-700°C，經(jīng)過例如30秒以形成硅化物接觸層。在1010，阻擋層可被沉積。所述阻擋層可以被鍍覆或?yàn)R射以及其他方法成型。在1012中，粘合和/或阻擋層可被沉積。在1014，活性物質(zhì)可以通過使用本文所述的方法形成。在1016，活性物質(zhì)可被調(diào)質(zhì)，例如，由鉛轉(zhuǎn)化成氧化鉛。在一些實(shí)施例中，鉛可被直接鍍覆到硅。可以任選地在200°C下加熱5分鐘以改善接觸和粘合性能。
[0075]實(shí)施例中，可以形成具有可控孔隙率和孔隙大小的活性物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)可以被鍍覆。所述活性物質(zhì)可以小于I毫米厚。有些實(shí)施例是0.2到0.3毫米厚。
[0076]在一些實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)可以包括鉛(IV)氧化物、Pb02。鉛“(IV)”表示+4價(jià)的鉛。已鍍覆的材料也可以包括鉛，它可以利用成型或調(diào)質(zhì)而電解地轉(zhuǎn)化為Pb02。在一些調(diào)質(zhì)過程中，可以使電流通過6摩爾硫酸浴中的板塊而將其轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，電流可以反向的以在正板上形成鉛氧化物。
[0077]圖1lA-C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，形成多孔活性物質(zhì)的流程圖。沉積層可以通過利用不同的方法而制成多孔的。在一些實(shí)施例中，可以將添加劑放到鍍覆溶液中，比如用于形成無光表面鍍的添加劑。在一些實(shí)施例中，還可以使用犧牲層1102。可以制備混合的細(xì)微可溶性顆粒物1104和基質(zhì)材料1106，例如固化的樹脂比如石臘，或聚合物比如抗蝕刻的。顆粒物1104可以具有與活性物質(zhì)顆粒相同的大小，其可以是大約5μπι直徑。它們可以是可溶性的材料例如結(jié)晶鹽，氯化鈉便是一個(gè)例子。所述混合物可以施用于基材1108，其可被加熱以允許基質(zhì)(例如石臘)流動(dòng)。所述混合物1102可以被允許固化,通過例如冷卻或有機(jī)成分的蒸發(fā)。晶片可以被放置在水中以至于可溶性顆粒物1104溶解。這樣的過程可以生產(chǎn)多孔有機(jī)基質(zhì)1106。
[0078]—旦多孔基質(zhì)形成，晶片可以被放置在鍍覆浴中?；钚晕镔|(zhì)材料可以被鍍覆進(jìn)入孔隙?；|(zhì)1106的厚度可以大于鍍層1110的厚度，這可以由鍍覆時(shí)間和電流來確定。所述基質(zhì)可以在溶劑中溶解以留下多孔活性物質(zhì)層，其能夠被調(diào)質(zhì)以形成鉛(IV)氧化物，如果初始鍍覆材料是鉛的話。
[0079]在一些實(shí)施例中，電泳沉積法可以用來沉積活性物質(zhì)。電泳是帶電顆粒物能夠被吸引到電極的一種方法。在一種示例的過程中，活性物質(zhì)顆粒的懸浮液可以在乙醇浴中制備，例如利用超聲波振蕩。乙醇，及其組合物，有種好處是其為電的不良導(dǎo)體，因此可以貫穿浴形成場(chǎng)?？蓪⑸倭康牧蛩峒拥綉腋∫褐?，例如0.5毫升每100毫升浴。這種添加可以提供離子源從而使懸浮的活性物質(zhì)顆粒帶電荷。待涂覆的電極可以放在浴中并被連接到諸如50-200伏特的電壓源的負(fù)端，電極間距為2-5厘米的程度。電勢(shì)迫使活性物質(zhì)顆粒到將要沉積的表面。經(jīng)涂覆的板塊可以在超過100°c的溫度進(jìn)行烘烤。某些實(shí)施例是在200°C下烘烤30分鐘。烘烤過程可促使乙醇從涂層排出。
[0080]利用這種方法可以共沉積其它的材料，包括但不限于纖維和化學(xué)粘結(jié)劑。這些材料可以提高膜的附著和整合性能。本文所用的整合性能是指活性物質(zhì)層的抗剝落或抗分解性能。可溶性物質(zhì)例如鹽顆粒也可被共沉積，并且如上所述可以進(jìn)行溶解以控制膜的孔隙率。對(duì)于減少或免除使用犧牲石蠟和隨后的鍍覆步驟是有好處的。
[0081]圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制備多孔活性物質(zhì)的流程圖。該流程可以用于制備圖11所示的裝置。在1202，填充的基質(zhì)可以施用于基材。在1204，所述基質(zhì)中的填充物能夠被溶解。在1206，所述基質(zhì)可以被鍍覆。在1208，所述基質(zhì)可以被溶解。在1210，剩余的材料可以被調(diào)質(zhì)。
[0082]圖13為具有在鹽結(jié)晶被溶解之后留下孔1304的石蠟基質(zhì)1302的顯微圖1300?；|(zhì)材料與顆粒物的比例可確定孔隙率。顆粒物的大小和形狀可確定孔的大小。該混合物可以包含50-70%的固體。高固相率可以促使連續(xù)孔隙的形成，使得能夠在整個(gè)基質(zhì)進(jìn)行完全的鍍覆。在某些情況下，基質(zhì)材料潤(rùn)濕了頂表面，其中該表面可被稍微刮擦以暴露出鹽。
[0083]活性物質(zhì)的稠度是隨深度變化的。例如，多個(gè)順序的沉積可以彼此疊加。在沉積過程中，參數(shù)可以變化，使得有可能改變諸如顆粒大小、孔隙率、成分或膜應(yīng)力的參數(shù)。
各種注釋和實(shí)施例
[0084]實(shí)施例1可以包括或運(yùn)用發(fā)明主題(例如裝置、方法、執(zhí)行動(dòng)作的手段，或設(shè)備可讀的包含指令的介質(zhì)，所述指令在被設(shè)備執(zhí)行時(shí)能導(dǎo)致設(shè)備完成動(dòng)作)，例如電極的層疊，包括:第一電極，其包括娃基材和置于所述娃基材上的活性材料或活性物質(zhì)，第二電極，其與所述第一電極相配而置于所述層疊，以及隔件，其設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間。實(shí)施例可以包括殼體，電極層疊置于所述殼體之中，填充于殼體并且與所述第一電極和所述第二電極接觸的電解質(zhì)，密封，其連合于所述殼體和所述層疊之間以限定在所述第一電極和所述第二電極之間伸展的內(nèi)部空間，所述密封設(shè)為阻擋電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間流溢，與殼體連合的蓋子，以及蓋封用以阻擋所述電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間中流溢。
[0085]實(shí)施例2可任選地包括前述實(shí)施例I中的主題，其中所述第一電極的主面被暴露到外部，所述第二電極具有不同的極性，并且所述第二電極的第二主面被暴露到外部，與所述第一主面相對(duì)。
[0086]實(shí)施例3可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述活性物質(zhì)包括鉛(或鉛化合物）而且所述電解質(zhì)包括硫酸。
[0087]實(shí)施例4可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中至少一個(gè)中介層被設(shè)置在所述基材和所述活性材料之間。
[0088]實(shí)施例5可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述中介層是由包括TiN、TaN、硒化鑰、錫和鉻所構(gòu)成的群組中的至少一種所形成。
[0089]實(shí)施例6可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述中介層包括娃化物。
[0090]實(shí)施例7可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述娃化物包括鶴、鈦、鎳或鑰。
[0091]實(shí)施例8可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述硅基材是小于O. 5毫米厚并且所述活性材料是小于O. 5毫米厚。
[0092]實(shí)施例9可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述基材具有切割面，所述活性材料被設(shè)置于所述切割面之上。
[0093]實(shí)施例10可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述活性材料是多孔的。
[0094]實(shí)施例11可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述基材的主面具有矩形周邊，邊長(zhǎng)為大約156毫米。
[0095]實(shí)施例12可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,包括通過將活性材料設(shè)置于硅基材來形成電池電極，將所述電池電極組裝成電池電極的層疊，所述電池電極由隔件與其它的電池電極隔開，將所述層疊置于殼體內(nèi)，用電解質(zhì)填充內(nèi)部空間，并且將所述殼體密封用以阻擋電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間流溢。
[0096]實(shí)施例13可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述鍍覆層是鉛，且進(jìn)一步包括在處置以形成鉛（IV)氧化物之后所述涂層被進(jìn)一步氧化。
[0097]實(shí)施例14可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,包括通過處置鎳于所述基材之上并且將所述基材加熱，在所述基材和所述活性材料之間形成硅化物。
[0098]實(shí)施例15可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述處置鎳包括鍍覆所述鎳，包括采用無電沉積法施用所述鎳。
[0099]實(shí)施例16可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中硅化物的形成是通過金屬的濺射和蒸發(fā)的方式之一，以及對(duì)所述基材加熱。
[0100]實(shí)施例17可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述活性材料是多孔的鍍覆的活性材料，其形成是通過：將基質(zhì)材料和顆粒物的犧牲層置于所述基材，使所述顆粒物溶解以形成帶有孔隙的基質(zhì)，將活性物質(zhì)鍍覆進(jìn)入至少一些孔隙，并且使所述基質(zhì)溶解。
[0101]實(shí)施例18可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中其中將所述活性材料設(shè)置于所述基材包括采用電泳處置所述基材。
[0102]實(shí)施例19可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，包括將所述層疊機(jī)械地固定于所述殼體以限定內(nèi)部空間，所述隔件置于所述內(nèi)部空間之中，以及移除所述隔件。
[0103]實(shí)施例20可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中設(shè)置活性材料包括所述活性物質(zhì)連同犧牲材料電泳共沉積，以及在電泳共沉積之后通過溶解所述犧牲材料來限定多孔的活性材料。
[0104]實(shí)施例21可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述硅基材是高度摻雜的。
[0105]實(shí)施例22可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述硅的電阻率低于I Ω -cm。
[0106]實(shí)施例23可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述基材具有原切面。
[0107]實(shí)施例24可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述娃具有標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池織構(gòu)。
[0108]實(shí)施例25可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述娃是冶金級(jí)材料。
[0109]實(shí)施例26可任選地包括任何如述實(shí)施例中的主題，其中所述基材是多晶娃。
[0110]實(shí)施例27可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,包括將所述活性物質(zhì)涂層施用于硅電池板的過程，其中所述涂層是通過電泳進(jìn)行鍍覆或沉積的。
[0111]實(shí)施例28可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中經(jīng)過鍍覆或電泳沉積的所述涂層小于I毫米厚。
[0112]實(shí)施例29可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,包括在所述娃基材與所述活性物質(zhì)之間的中介層，用來增強(qiáng)所述活性物質(zhì)與所述電池板的附著。
[0113]實(shí)施例30可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中添加劑被包含在所述鍍覆液中以提高孔隙率。
[0114]實(shí)施例31可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中犧牲層被施用于所述電池板，所述犧牲層由基質(zhì)材料和顆粒物組成，所述顆粒物隨后被溶解以形成帶孔的基質(zhì)，至少一部分的所述孔隙然后通過鍍覆被填充并且所述基質(zhì)隨后被溶解，其中所述基質(zhì)材料是蠟和聚合物的至少一種。
[0115]實(shí)施例32可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述顆粒物是結(jié)晶鹽。
[0116]實(shí)施例33可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述結(jié)晶鹽是氯化鈉。
[0117]實(shí)施例34可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，還包括在板塊之間的多孔隔件。
[0118]實(shí)施例35可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述多孔隔件材料包括玻璃纖維。
[0119]實(shí)施例36可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中形成層疊，包括交替電池板、多孔隔件和可移動(dòng)隔件，所述層疊然后放置于密閉的固定裝置中，密封劑被施加到所述層疊的周邊，并且所述可移動(dòng)隔件在所述密封劑凝固后被移除。
[0120]實(shí)施例37可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中三面被密封，所述隔件被移除，電解質(zhì)被加入，以及頂蓋被置于所述電池之上。
[0121]實(shí)施例38可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述可移動(dòng)隔件的一個(gè)或多個(gè)邊緣是漸收形的。
[0122]實(shí)施例39可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中脫模涂料被施用于所述可移動(dòng)隔件。
[0123]實(shí)施例40可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述可移動(dòng)隔件是U形的，從而移除操作包括將所述U形的端部彼此相向地?cái)D壓的步驟。
[0124]實(shí)施例41可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述可移動(dòng)隔件是可重復(fù)使用的。
[0125]實(shí)施例42可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中形成層疊，包括交替電池板和多孔隔件，所述層疊然后放置于密閉的固定裝置中，密封劑被施加到所述層疊的周邊。
[0126]實(shí)施例43可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中三面被密封，電解質(zhì)被加入，以及頂蓋被置于所述電池之上。
[0127]實(shí)施例44可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述多孔隔件具有邊襯以防止所述密封劑吸收進(jìn)入所述隔件。
[0128]實(shí)施例45可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述邊襯是粘合劑。
[0129]實(shí)施例46可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述粘合劑是娃樹脂。
[0130]實(shí)施例47可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述邊襯是通過熔融所述玻璃纖維隔件的邊緣而形成的。
[0131]實(shí)施例48可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述基材的一面是惰性的。
[0132]實(shí)施例49可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述惰性面是硅。
[0133]實(shí)施例50可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述惰性面涂覆有碳。
[0134]實(shí)施例51可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述惰性面是硅化物。
[0135]實(shí)施例52可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述活性物質(zhì)在至少一個(gè)面上是利用電泳施用的。
[0136]實(shí)施例53可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述活性物質(zhì)材料包括鉛氧化物。
[0137]實(shí)施例54可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述活性物質(zhì)在電泳沉積之后，在溫度超過100°c進(jìn)行烘烤。
[0138]實(shí)施例55可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述中介層被置于電泳活性物質(zhì)沉積與板塊基材之間。
[0139]實(shí)施例56可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述板塊材料包括硅。
[0140]實(shí)施例57可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述電極是通過活性物質(zhì)材料與犧牲材料的電泳共沉積而形成的，所述犧牲材料在電泳共沉積之后被溶解，以增加所述活性物質(zhì)層的孔隙率。
[0141]實(shí)施例58可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中在活性物質(zhì)層中的所述活性物質(zhì)與第二材料共沉積，所述第二材料的功能是提高所述活性物質(zhì)層的物理性能。
[0142]實(shí)施例59可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述物理性能是附著力。
[0143]實(shí)施例60可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述物理性能是所述活性物質(zhì)層的整合性。[0144]實(shí)施例61可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,包括對(duì)板塊表面進(jìn)行噴砂。
[0145]實(shí)施例62可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中電池使用多個(gè)板塊，具有至少兩個(gè)板塊的邊緣被預(yù)涂覆。
[0146]實(shí)施例63可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述預(yù)涂覆材料是環(huán)氧樹脂。
[0147]實(shí)施例64可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中所述預(yù)涂覆材料是基本上耐硫酸的塑料。
[0148]實(shí)施例65可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題,其中在板塊表面上的所述預(yù)涂覆的厚度總和大約等于板間隔。
[0149]實(shí)施例66可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中板塊的層疊體在層疊步驟之后被密封以提供所述電池的外部殼體。
[0150]實(shí)施例67可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述密封材料是塑料。
[0151]實(shí)施例68可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述密封材料是環(huán)氧樹脂。
[0152]實(shí)施例69可任選地包括任何前述實(shí)施例中的主題，其中所述活性物質(zhì)的稠度是隨深度變化的，通過在沉積過程中采用多個(gè)順序的沉積或者改變沉積參數(shù)。
[0153]實(shí)施例70可以包括或者可以任選地結(jié)合于實(shí)施例1-69中的任何一個(gè)或多個(gè)的任何部分或任何部分的組合，用以包括發(fā)明主題，其能夠包括用于履行實(shí)施例1-69的任何一種或多種功能的手段，或機(jī)器可讀的包含指令的介質(zhì)，所述指令在被機(jī)器執(zhí)行時(shí)能導(dǎo)致機(jī)器履行實(shí)施例1-69中的任何一種或多種功能。
[0154]這些非限制性實(shí)施例可以單獨(dú)存在，或者可以與一個(gè)或多個(gè)的實(shí)施例以各種排列或組合方式進(jìn)行結(jié)合。
[0155]上面的詳細(xì)說明包含對(duì)于作為詳細(xì)說明之一部分的附圖的參考。所述附圖，以圖解的方式，顯示本發(fā)明得以實(shí)施的特定的實(shí)施方式。這些實(shí)施方式在此也稱為“實(shí)施例”。這些實(shí)施例可以包括被顯示或描述了的以外的要素。然而，本發(fā)明人還考慮了只具有被顯示或描述的要素的實(shí)施例。此外，本發(fā)明還考慮了這樣的實(shí)施例，其利用了被顯示或描述的要素的任何組合或排列（或它們的一個(gè)或多個(gè)方面)，無論是針對(duì)特別的實(shí)施例（或它們的一個(gè)或多個(gè)方面）還是針對(duì)本文顯示或描述了的一些實(shí)施例(或它們的一個(gè)或多個(gè)方面)。
[0156]如果出現(xiàn)本文與通過參引而并入的任何文件之間不一致的情形，以本文中的用法為準(zhǔn)。
[0157]在本文中，詞語(yǔ)“一”（“a”或“an”)，如專利文獻(xiàn)中所常見，被用來表示包括一個(gè)或多于一個(gè)，獨(dú)立于“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”的其它用法。在本文中，術(shù)語(yǔ)“或”是用來指非排他性的關(guān)系，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”，除非另有說明。在本文中，詞語(yǔ)“包括（including)”和“在其中（in which)”作為通俗英語(yǔ)是用來分別等同于詞語(yǔ)“包括（comprising)”和“其中（wherein)”。另外，在后述的權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括（including)”和“包括（comprising)”是開放的，也就是說,系統(tǒng)、裝置、物品、組成、配方或方法，包括在一項(xiàng)權(quán)利要求中列于這些詞語(yǔ)之后以外的要素仍被視為落在該權(quán)利要求的范圍。此外，在后述的權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“第一”，“第二”和“第三”等僅僅是用來作為標(biāo)注，并不是用來對(duì)它們的客體進(jìn)行排序限定。[0158]本文所描述的方法實(shí)施例可以至少部分是機(jī)器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的。有些實(shí)施例可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或機(jī)器可讀介質(zhì)，具有編碼的指令，其操作可以采用conFIG.，即完成上述實(shí)施例所述的方法的一種電子裝置。這些方法的執(zhí)行可以包括諸如微代碼的代碼，匯編語(yǔ)言代碼，較高級(jí)的語(yǔ)言代碼等等。所述代碼可以包括用于執(zhí)行各種方法的計(jì)算機(jī)可讀指令。所述代碼可形成計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的部分。另外，在某些實(shí)施例中，所述代碼可以被有形地存儲(chǔ)于一種或多種易失性的、非暫時(shí)性的或非易失性的有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，比如在執(zhí)行過程中或在其他的時(shí)間。所述有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例可以包括，但不限于，硬盤、可移動(dòng)磁盤、可移動(dòng)光盤(例如，高密度磁盤及數(shù)字視頻磁盤)、磁帶、存儲(chǔ)卡或記憶棒，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAMs )，只讀存儲(chǔ)器（ROMs )等等。
[0159] 以上的描述是用來進(jìn)行說明，而不是限制性的。例如，上述實(shí)施例（或它們的一個(gè)或更多方面)可以相互組合使用。其它實(shí)施方式也可能被采用，例如在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員閱讀上述說明內(nèi)容之后。說明書摘要是用來，根據(jù)37C.F.R. § I. 72(b)的規(guī)定，使讀者能夠快速地了解本文所公開的技術(shù)內(nèi)容的特征。應(yīng)當(dāng)理解，說明書摘要并不是用來對(duì)所述權(quán)利要求書的范圍或含義進(jìn)行解釋或限制。另外，在上述詳細(xì)說明中，不同的特征可以組合在一起對(duì)本說明書內(nèi)容進(jìn)行整理和闡述。這不應(yīng)當(dāng)被解釋為未被要求但已經(jīng)公開的特征對(duì)于任何權(quán)利要求來說是必要的。相反，本發(fā)明的主題可以基于少于本文針對(duì)某一特定的【具體實(shí)施方式】所公開的全部特征。因此，后述的權(quán)利要求書在此納入到詳細(xì)說明之中作為實(shí)施例或【具體實(shí)施方式】，每項(xiàng)權(quán)利要求本身作為單獨(dú)的實(shí)施例，而且可以設(shè)想這些【具體實(shí)施方式】能夠以各種組合或排列方式進(jìn)行彼此組合。本發(fā)明的范圍的確定應(yīng)當(dāng)參考所附的權(quán)利要求書，以及這些權(quán)利要求具有的全部等同范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 電極的層疊，包括: 第一電極，其包括娃基材和置于所述娃基材上的活性材料；以及 第二電極，其連同所述第一電極置于所述層疊，與所述第一電極在物理上隔開；以及 殼體，所述電極層疊置于所述殼體之中；以及 電解質(zhì)，其置于所述殼體中并且與所述第一電極和所述第二電極接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一電極的第一主面暴露于所述裝置的外部，所述第二電極具有不同的極性，并且所述第二電極的第二主面暴露于所述裝置的外部，與所述第一主面相對(duì)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述活性材料包括鉛，所述電解質(zhì)包括硫酸，所述硅基材是由電阻率小于或等于I Ω-cm的冶金級(jí)硅晶片形成，以及所述電極是以兩極配置，并且進(jìn)一步包括: 密封，其連合于所述殼體和所述層疊之間以限定在所述第一電極和所述第二電極之間伸展的內(nèi)部空間，所述密封用來阻擋電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間流溢； 蓋子，其與所述殼體連合；以及 蓋封，處于所述蓋子和所述殼體之間，所述蓋封用來阻擋所述電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間內(nèi)流溢。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置，其中至少一個(gè)中介層設(shè)置在所述基材和所述活性材料之間，其中所述至少一個(gè)中介層是由包括TiN、TaN、硒化鑰、錫和鉻和硅化物所構(gòu)成的組群中的至少一種所形成，其中所述硅化物包括鎢、鈦、鎳和鑰。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述硅基材是小于0.5毫米厚并且所述活性材料是小于0.5毫米厚，而且所述硅基材具有低于或等于I Ω-cm的電阻率。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述基材具有切割面，所述活性材料被設(shè)置于所述切割面之上并且所述活性材料是多孔的。
7.一種方法，包括: 通過將活性材料設(shè)置于硅基材來形成電池電極； 將所述電池電極組裝成電池電極的層疊，所述電池電極由隔件與其它的電池電極隔開，并且內(nèi)部空間被相互電性隔離； 將所述層疊置于殼體內(nèi)從而電極限定它們之間的內(nèi)部空間； 用電解質(zhì)填充所述內(nèi)部空間；以及 將所述殼體密封用以阻擋電解質(zhì)從所述內(nèi)部空間流溢。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在處置形成鉛(IV)氧化物之后所述涂層被進(jìn)一步氧化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的方法， 包括通過處置鎳于所述基材之上并且將所述基材加熱，在所述基材和所述活性材料之間形成硅化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述處置鎳包括鍍覆所述鎳，包括采用無電沉積法施用所述鎳。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述硅化物的形成是三濺射或蒸發(fā)金屬，以及加熱所述基材。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述活性材料是多孔的鍍覆的活性材料，其形成是通過: 將基質(zhì)材料和顆粒物的犧牲層設(shè)置于所述基材； 使所述顆粒物溶解以形成帶有孔隙的基質(zhì)； 將活性材料鍍覆入至少一些孔隙；以及 使所述基質(zhì)溶解。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12所述的方法，其中將所述活性材料設(shè)置于所述基材包括采用下述之一種方式施用所述活性材料:所述活性材料連同犧牲材料的電泳、電泳共沉積，以及所述活性材料連同第二材料的電泳共沉積。
14.根據(jù)權(quán)利要求7-13所述的方法，包括將所述層疊機(jī)械地固定于所述殼體以限定內(nèi)部空間，所述隔件置于所述內(nèi)部空間之中，以及移除所述隔件。
15.根據(jù)權(quán)利要求7-14所述的方法，其中設(shè)置活性材料的步驟包括，以及形成多孔活性材料的步驟包括在電泳共沉積之后使所述犧牲層溶解。
【文檔編號(hào)】H01M10/14GK103493250SQ201280009851
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月11日
【發(fā)明者】彼特·古斯塔夫·波登 申請(qǐng)人:格雷騰能源有限公司