雙極性電池和板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙極性電池板（10），被用于制造雙極性電池。雙極性電池板包括框架（11）、襯底（12）、第一和第二鉛層（14）、以及陽性和陰性活性材料（16、18）。襯底包括通過襯底的多個穿孔（13），并且所述襯底定位在所述框架內。第一鉛層被定位在所述襯底的一側上，而第二鉛層被定位在所述襯底的另一側上。所述第一和第二鉛層通過多個穿孔電連接到每個。陽性活性材料被定位在第一鉛層的表面上，同時陰性活性材料被定位在第二鉛層的一個表面上。
【專利說明】雙極性電池和板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池，尤其涉及具有一系列雙極性電池板的雙極性電池。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的雙極性電池一般包括具有金屬導電襯底的電極,在金屬導電襯底上，陽性活性材料形成一個表面而陰性活性材料形成相反表面?；钚圆牧贤ㄟ^各種裝置被保持在對電解質離子不導電的金屬導電襯底上。電極以平行堆疊的關系布置從而提供一種具有電解質和間隔件的多單元電池的電池，電解質和間隔件在相鄰電極之間提供界面。在層疊體的端部處使用的傳統(tǒng)的單極電極與輸出端子電連接。發(fā)展到迄今的大多數(shù)雙極性電池已經(jīng)使用金屬襯底。具體地，雙極性鉛酸系統(tǒng)已經(jīng)利用鉛和鉛合金用于這種用途。使用鉛合金，如銻，賦予襯底強度，但會導致加速腐蝕和起泡。
[0003]在大多數(shù)已知的用于雙極性電池的板中，通常是膏或糊狀物或糊狀物形式的陽性活性材料被涂敷到金屬導電襯底的一側上，同時陰性活性材料類似地被涂敷至相反側。該板可以被包括在框架中，所述框架密封多個板之間的電解質以便它不能遷移穿過板。
[0004]在美國專利N0.4，275，130中，公開了一種具有多個導電雙極板21的雙極性電池結構20。每個雙極板21可包括具有連續(xù)相樹脂材料的復合襯底片34，它對電解質離子是不導電的。該復合襯底片34還包括嵌入在材料中的均勻分布、隨機分散的導電纖維33。粘合劑樹脂是一種合成有機樹脂，并且可以是熱固性或熱塑性的。該復合襯底片34具有基本上平坦的相對的側面35，側面35包括嵌入的石墨纖維33在它們的表面曝露的部分。嵌入的石墨纖維不僅可以通過襯底片34提供導電性，而且還賦予該熱塑性材料高水平的硬度、剛度、強度和穩(wěn)定性。襯底片34可以任何合適的方式制成，例如通過將顆粒形式的熱塑性材料與石墨纖維充分摻混。該混合物在模具中加熱，然后加壓成形為具有選定的尺寸和厚度的襯底片。在襯底片被固化后，基本平坦的側面35可例如通過拋光容易地處理或加工，以消除在側面中的針孔或其它不規(guī)則。
[0005]正如所披露的，鉛條帶通過已知的電鍍工藝結合至復合襯底片34。在陽性側面35上，鉛條帶38之間的正面區(qū)域由耐腐蝕樹脂涂層36 (合適地，諸如特氟隆(聚四氟乙烯)的碳氟樹脂)覆蓋，該涂層防止襯底34的相鄰的石墨纖維和聚乙烯的陽極腐蝕。在陰性側面35上，鉛條帶37之間的正面區(qū)域可以由不能滲透至電解質的薄的樹脂涂層來保護，如聚乙烯涂層36a。在雙極板21的制造中以及在復合襯底片成形之后，薄的特氟隆片可以被結合到陽性側表面35。在結合之前，如長度和寬度與鉛條對應帶的開口的窗口被切斷。然后電鍍會將條帶38上的鉛結合至襯底側面35上的暴露的導電石墨表面。相同的制造工藝可在陰性側面35上以用聚乙烯或其它類似材料涂覆無條帶區(qū)域。可以以陽性條帶一樣的方式實現(xiàn)陰性條帶的電鍍。
[0006]間隔件板23用于支撐陽性活性材料24和陰性活性材料25，并且可以由合適的合成有機樹脂制成，優(yōu)選地諸如微孔聚乙烯的熱塑性材料。
[0007]電池結構20包括多個導電雙極板21，它們的外周邊緣或邊界被支撐和承載在外圍絕緣外殼構件22中。雙極板21之間的插入和布置的是多個間隔件板23。間隔件板在其一側上承載陽性活性材料24并且在其相對側上承載陰性活性材料25。外殼構件22連同雙極板21和間隔件板23 —起提供用于容納電解質液體的腔室26。在電池結構20的每個端部處，標準雙極板21與集電板交界，其中27是陰性集電板而28是陽性集電板。端部集電器27和28的外部設有由桿31相互連接的壓力構件30，桿31具有用于將壓力構件30連在一起并且對雙極板和間隔件的堆疊布置施加軸向壓力的螺紋部分。
[0008]雙極板21重量輕，剛性好，并且包括在鉛條帶邊緣和保護涂層之間的結合線，以抵抗襯底的結構惡化和腐蝕。電鍍過程是必需的，以將鉛條帶37、38結合到具有石墨纖維的導電襯底。此外，多個雙極板21位于分離的外殼構件22和外部框架中，所有這些都需要用于更多的部件的進一步處理步驟。在一般情況下，雙極性電池結構20是具有將數(shù)層材料和襯底組裝到通過復雜的外部支承框架固定在一起的多個腔室26和本體43中的復雜設計。

【發(fā)明內容】

[0009]因此，本發(fā)明的許多目的中的一個目的是提供一種具有簡化的雙極板設計的雙極性電池，其中活性材料被包封在包括具有穿孔的可模制襯底的絕緣框架內以改善活性材料之間的導電性。而且，所述雙極性電池生產廉價并且不需要復雜的外部框架以支撐雙極板。
[0010]每個雙極性電池板包括框架、襯底、第一和第二鉛層、以及陽性和陰性活性材料。襯底包括通過襯底的多個穿孔，并且襯底被定位于所述框架內。第一鉛層被定位在所述襯底的一側上，同時第二鉛層被定位在所述襯底的另一側。第一和第二鉛層通過所述多個穿孔中的每一個彼此電連接。陽性活性材料被定位在第一鉛層的表面上，同時陰性活性材料被定位于第二鉛層的表面上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面參照附圖中所示的圖更詳細地解釋本發(fā)明，這些圖示出了本發(fā)明的示例性實施例，其中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙極性板的正視圖；
[0013]圖2是沿圖1的線2-2所截取的雙極板的剖視圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池的立體圖；
[0015]圖4是圖4所示的雙極性電池的分解立體圖；
[0016]圖5是具有外殼的根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池的局部剖視圖；
[0017]圖6是沒有外殼的根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池的另一局部剖視圖；
[0018]圖7是根據(jù)本發(fā)明的雙極板的近視圖，示出了雙極性板的襯底中的穿孔；和
[0019]圖8是根據(jù)本發(fā)明的雙極板的另一近視圖，示出了雙極板的非導電框架；和
[0020]圖9是根據(jù)本發(fā)明的雙極板的另一近視圖，示出了雙極板的另一種非導電框架。
具體實施例
[0021]下面將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中相同的參考標號指代相同的元件。但是，本發(fā)明可能具體化為許多不同的形式并且不應被解釋為限于本文所闡述的實施例，相反，提供這些實施例使得描述將會徹底和完整，并且會充分地傳達本發(fā)明的概念給本領域技術人員。
[0022]關于圖1-9，根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100包括多個雙極板10、保持電解質20的間隔件22和接線端的端部部分30。這些主要部件中的每個被堆疊在一起以形成根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100，該雙極性電池100是具有最小數(shù)量部件避免復雜外部支撐結構的適應性強的設計。
[0023]現(xiàn)在參照圖1和圖2，將討論根據(jù)本發(fā)明的雙極板10。雙極板10包括框架11、基片12、沿著并延伸通過襯底12的前表面和后表面的多個穿孔13、鉛箔14、第一活性材料16和第二活性材料18。
[0024]一般地，襯底12、鉛箔14、第一活性材料16與第二活性材料被包封在框架11內，該框架11提供了對雙極板10的支撐和保護。襯底12被定位在框架11的中心，鉛箔14被定位在襯底的兩側，隨后活性材料16、18被定位在鉛箔14之上?？蚣?1是不導電的。在所示實施例中，框架11是可模制的絕緣聚合物，如聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，聚碳酸酯，共聚物、或聚合物共混物。因為框架11是可模制的，形狀和大小的配置的數(shù)量是豐富的，這也提供給了可以針對不同的用途定制的根據(jù)本發(fā)明的雙極板10。
[0025]在所示的實施例中，框架11具有大致矩形的形狀，其在被定位到框架11中時提供針對襯底12的支持?？蚣?1是用于雙極板10、以及雙極性電池100的外殼。框架11的外表面是雙極板10和雙極性電池100的外表面?？蚣?1的表面是大致平坦的，并且特別地，沿框架11的外表面是大致平坦的。當與間隔件22和接線端部分30組裝時，特別是當雙極板10倚靠平坦的相對的表面直立定位時，框架11支持其自身以及雙極板10。
[0026]框架11還包括襯底容納通路Ila和材料容納通路11b，如圖2所示。襯底容納通道Ila是凹槽或通道，而材料容納通路Ilb是在框架11的開口，其容納在雙極板10的兩個可堆疊側上的鉛箔14和活性材料16、18。
[0027]襯底容納通道Ila是用于當襯底12被定位在框架11內時容納和固定在襯底12的凹槽。襯底容納通道Ila的其他配置是可以的，包括槽口、凹口、凹部或將襯底12固定在框架11內的任何固定機構。例如，襯底12可以用焊接或通過粘合劑、或通過緊固件固定到框架11。然而，在所示的實施例中，在雙極板10的制造期間，襯底12被固定在襯底容納通路Ila中。
[0028]每個材料容納通道Ilb被定位在框架11的大致中心處，當基片12被定位在襯底容納通路Ila時，該框架11被襯底12彼此分開。此外，鉛箔14和活性材料16、18被包封在框架11的外表面平面內。這些對的腔體的尺寸被設計成將鉛箔14和活性材料16、18牢固地容納在框架11內。
[0029]在所示的實施例中，襯底12是與框架11分離的一塊絕緣材料，襯底12被容納并固定在框架11的襯底容納通道Ila內。然而，框架11和襯底12通?？梢杂上嗤牟牧闲纬稍谝黄穑鳛閱误w結構。在制造期間，框架11和襯底12由同一材料構造成單件或一體。這可以通過如注塑模制的工藝或其它已知的方法來進行。
[0030]在所示的實施例中的襯底12通常是絕緣塑料，所述絕緣塑料是非導電的，S卩，尼龍、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、共聚物或在所示的實施例的共聚物共混物。簡而言之，不管框架11和襯底12是否由單一件結構制備，框架11和襯底12可以由相同材料制備。
[0031]在可選的實施例中，如圖7所示，襯底112通常是不導電的，由絕緣塑料制得。然而，導電纖維和材料在整個絕緣塑料均勻地分散。例如，襯底112可以由IntegralTechnologies, Inc制備的商品名為ElectriPlast的耐腐蝕塑料制得,其包括高導電性區(qū)域。襯底112，如圖7中所示，包括非導電樹脂基材料或熱塑性塑料112a，該非導電樹脂基材料或熱塑性塑料112a具有導體顆粒微粉末和/或在樹脂基或熱塑性塑料112a內結合有基本上均勻的微纖維。如在圖7清楚地示出的，導體顆?；蚶w維12b被均勻分散在整個樹脂或熱塑性塑料12a的本體。在這個例子中，粉末中導體顆?；蚶w維112b的導體顆粒直徑D為大約3至12微米之間。導體顆粒或纖維112b的導體纖維的直徑為約3至12微米之間，典型地在10微米的范圍內，或在約8至12微米之間，并且長度在大約2至14毫米之間。導體顆?；蚶w維112b的微導電纖維可以是金屬纖維或鍍金屬纖維。另外，鍍金屬纖維可通過將金屬電鍍到金屬纖維上或將金屬電鍍到非金屬纖維上而形成。示例性的金屬纖維包括但不限于，不銹鋼纖維、銅纖維、鎳纖維、銀纖維、鋁纖維或類似物，或它們的組合。示例性的金屬電鍍材料包括但不限于，銅、鎳、鈷、銀、金、鈀、鉬、釕、銠以及它們的合金。任何可電鍍的纖維可以用作非金屬纖維的芯。示例性的非金屬纖維包括但不限于，碳、石墨、聚酯、玄武巖、人造和天然存在的材料，等等。此外，超導體金屬，如鈦、鎳、鈮和鋯，以及鈦、鎳、鈮和鋯的合金也可以用作微導電纖維和/或電鍍到纖維上的金屬。
[0032]導體顆粒和/或纖維112b在樹脂或熱塑性材料112a中被大致均勻地分散。襯底112包括:襯底112上的導電表面的受控區(qū)域，其中，來自導電顆?；蚶w維112b的導電材料通過樹脂或熱塑性材料112a露出，它們通過均質化工藝導電連接。襯底112的導電表面還被進一步制造工藝控制，如蝕刻或噴砂處理，其中通過化學或通過在高壓下向表面驅使或推進磨料流粗糙化使表面。然后暴露導體顆粒和/或纖維112b，并且提供襯底112的導電區(qū)域。這個過程提供了具有受控制的量的導電性的襯底112，包括導電性的尺寸和面積。
[0033]另外，也可以使襯底112包括在成型過程期間在絕緣樹脂或熱塑性材料112a內一起被基本上均勻分散的導電顆粒、粉末和/或纖維112b的組合。均質化的材料可模制成多邊形，如所示的襯底112，其適應根據(jù)本發(fā)明的雙極性板10所需的各種定制設計或性能。接著可以在單一的制造工藝中將襯底112與框架11模制在一起。這簡化了雙極板10與雙極性電池100，其中采用了最少的部件的使用并且消除了生產步驟。此外，通過沿著襯底的表面提供和控制導電區(qū)域可以關注襯底112和電池100的性能。由于框架11是絕緣的并且襯底12、112被定位在襯底容納通路Ila中，組裝時雙極板10可用作為雙極電池100的框架。
[0034]在制造過程中，襯底12可以是插入模制到襯底容納通道Ila中，或者框架11包覆模制在襯底12之上。然而，如果框架11和襯底12可模制在一起，即將兩部件插入或包覆模制在一起或注射成型為單體件，可以用更少的部件簡化雙極板10的制造步驟。此外，此過程實現(xiàn)定制根據(jù)本發(fā)明的雙極板10和雙極性電池100的尺寸和形狀的能力。
[0035]現(xiàn)在重新參見圖1和2，襯底12和圖4-8中所示的襯底112包括沿著襯底12、112的表面并通過本體延伸通過相對表面的穿孔13。在所示的實施例中，穿孔13是圓形，但可以是其它任何形狀。穿孔13被定位在對稱的格子圖案中。穿孔13被定位在所示的基板12、112的四個象限中。通過將多個穿孔13定位在對稱的格子布置中為當鉛箔14被定位于襯底12、112的相對兩側上時提供通過襯底12、112的均勻的傳導。
[0036]此外，襯底112包括沿著表面并通過襯底112的本體的導電性顆粒、粉末和/或纖維112b，如在圖5-9中可以清楚地看到的。通常，襯底12的表面區(qū)域是絕緣的，同時其它區(qū)域由于導電顆粒、粉末和/或纖維112b是導電的。如上面所討論的，在襯底112的制造中可以控制導電區(qū)域的大小。例如，在襯底的表面可以被粗糙化以暴露導電區(qū)域，可以相對于襯底12的整個暴露表面?zhèn)榷ㄖ茖щ妳^(qū)域的尺寸和形狀，或能夠相對于絕緣樹脂或熱塑性材料112a的量來控制導電顆粒、粉末、和/或纖維112b的量。在圖5-9所示的實施例中，襯底112的整個外表面被粗糙化以暴露導電顆粒、粉末和/或纖維112b。因此，襯底在該襯底的暴露表面?zhèn)仁菍щ姷牟⑶毅U箔14被定位在導電顆粒、粉末和/或纖維112b上。
[0037]現(xiàn)在參照圖1、圖2、圖7和圖8，將要討論鉛箔14，鉛箔14被定位在材料容納通路Ilb內，在襯底12的相對側上。鉛箔14是導電的并通過穿孔13彼此連接。更具體地，在圖示的實施例中鉛箔14彼此機械地并且電連接。襯底12、112通常絕緣的,或者僅包括在絕緣樹脂或熱塑性纖維12a中的基于導電顆粒和/或纖維12b的有限區(qū)域或有限的導電性。結果，穿孔13用來在雙極板10中，特別在具有全部由絕緣材料制備的襯底12的雙極板10中，將鉛箔14彼此連接。如圖2所示，通過電阻焊接或本領域已知的其它工藝鉛箔14被焊接在一起。另一方面，如示于圖7，包括襯底112的雙極板10還可以包括穿孔113，其中襯底包括在絕緣樹脂或熱塑性纖維12a中均勻分散的導體顆粒或纖維，穿孔113允許根據(jù)本發(fā)明的雙極板10上鉛箔14和活性材料16、18之間的進一步控制和更高的導電效率。
[0038]在任一情況中，穿孔13的尺寸、形狀或格子圖案可以變化，但是要足夠大以使得鉛箔14可被定位在穿孔13中并且通過穿孔13并連接到相鄰的鉛箔14。穿孔13可以在制造過程中被模制或研磨到基材12中。參照圖1、圖2和圖8，顯示了鉛箔14，它們分別被定位在基板12、112的兩個暴露表面上，并且其尺寸被設計成安裝在框架11的材料容納通道Ilb內。鉛箔14的尺寸被設計為安全地安裝在材料容納通道Ilb內，使得框架11包封位于基板12、112的兩側的每個鉛箔14。鉛箔14通過穿孔13被機械連接和電連接，如圖7所示。
[0039]如圖9所示，在制造和裝配過程中，鉛箔14連同襯底12、112可被插入到襯底容納通道11。鉛箔14可以在嵌件成型、包覆模制、或在襯底容納通路Ila內制造鉛箔14和襯底
12、112的類似的制造工藝期間被包封在框架內。鉛箔14位于襯底12、112的相對表面上，然后被插入或制造到框架11內。它可以通過已知的電鍍、氣相沉積、或冷火焰噴涂方法涂敷鉛箔14。
[0040]另外，也可能的是鉛箔14是具有鉛的膏或糊狀物，其沿襯底12、112的前表面和后表面定位。膏或糊狀物在襯底12、112的相對表面(即正面和背面)散布。膏或糊狀物通過穿孔13連接襯底12、112的兩側。膏或糊狀物的厚度使得足以在每一側的膏或糊狀物之間的提供連通，但考慮到活性材料16、18也被定位在材料內容納通路Ilb中，因而不應比材料容納通路I Ib更厚。
[0041]參照圖2和圖5-9中，活性材料16、18被示出并被定位在鉛箔14的面向遠離襯底12,112的暴露側上?；钚圆牧?6的第一層是涂敷在鉛箔14上的陽性活性材料膏或糊狀物(PAM)，同時陰性活性材料(NAM)涂敷在另一鉛箔14之上，它是所述第二活性材料18。在所示的實施例中，陽性活性材料膏或糊狀物(PAM)和陰性活性材料(NAM)是混有硫酸、水、纖維和碳的鉛或氧化鉛膏或糊狀物。
[0042]活性材料16、18 (即NAM和PAM)的厚度不應延伸到框架11的材料容納通路Ilb外面。相反，襯底12、112、鉛箔14和活性材料16的整個厚度Tm小于框架11的厚度Tf。
[0043]框架11包圍襯底12、112、鉛箔14和活性材料16、18。結果，當組裝時，雙極性電池100被組裝在雙極板10的堆疊中，框架11用作用于雙極性電池100的支撐件和外表面。組裝步驟和部件的數(shù)量可以最小化。此外，雙極性電池100和雙極板10可以被很容易地定制用于各種應用，因為框架11和襯底12可以被模制成各種形狀和大小。
[0044]現(xiàn)在參照圖3和4，顯示間隔件22，其與根據(jù)本發(fā)明的雙極板10堆疊和密封，并且用以保持雙極性電池100的電解質20。
[0045]所示的間隔件22在相鄰堆疊的雙極板10之間。間隔件22基本上是具有與框架11類似尺寸的外殼，并包括電解質容納空間22a，如圖3-6所示。電解質容納空間22a是通過電解質容納空間22a的孔，大致定位在間隔件22的中心并保持電解質20。當被密封在兩個相鄰的雙極板10之間時，間隔件22防止電解質20泄漏并允許電解質20在雙極板10之間提供導電性。
[0046]如圖5和圖6所示中，至少一個電解質接收通道22B設置在間隔件22中，其被定位在間隔件22的外表面上并被引導到電解質容納空間22a。在間隔件22被組裝并與相鄰的雙極板10密封后，用戶可以通過電解質接收通道22b提供電解質20并使電解質20進入電解質容納空間22a。在一般情況下，電解質接收通道22b是在間隔件22中延伸通過間隔件22并且進入電解質容納空間22a的開口。然而，本領域已知的其他機構或結構可以被用來使得電解質20進入電解質容納空間22a中。當沒有使用時，容納通道22b可以被插塞或阻塞一些容量，或用于排出來自電解質容納空間22a的氣體。
[0047]電解質20可以是多種物質，包括酸。不過，該物質應該是包括使該物質具有導電性的自由離子的物質。電解質20可以是溶液、熔融材料和/或固體，這有助于通過電解質的離子形成電池電路。在根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100，活性材料16、118提供了將化學能轉換為電能的反應，電解質20允許電能從該雙極板10流動到另一個雙極板10，以及流到電池100的電極36。
[0048]在所示的實施例中，電解質20是酸，被保持在吸收玻璃墊(AGM) 21中，如圖4和圖5所示的。電解質20通過毛細作用被保持在玻璃墊21上。非常薄的玻璃纖維被織成玻璃墊21，以增加表面面積足以在單元電池壽命期間保持足夠的電解質20。包括精細玻璃纖維玻璃墊21的纖維不吸收它們容納的酸性電解質20也不是受這些酸性電解質20的影響。玻璃墊的尺寸大小可以變化。然而，在所示的實施例中，玻璃墊21安裝在電解質容納空間22a內，但具有比間隔件22更大的厚度。此外，在所示的實施例中，電解質容納空間22a包括用于電解質20的一部分、更具體地是玻璃墊21的額外的空間。因此，雙極性電池100的設計，根據(jù)本發(fā)明，允許保持玻璃墊21的間隔件22與相鄰的雙極板10—致地堆疊，其中活性材料16、18位于含有電解質20的玻璃纖維墊21上。
[0049]另外，也可以去除玻璃墊21，并且如凝膠電解質的電解質20在間隔件22的任一側上的相鄰堆疊的雙極板10之間的相鄰活性材料16、18之間自由流動。
[0050]另外，在其他實施例中，間隔件22也可以是框架11的延伸部。在一般情況下，框架11包括更深的材料容納通路Ilb以包封鉛箔14和活性材料16、18以及電解質20。而且，如果框架11的尺寸可以形成為使得可堆疊的雙極板10的材料容納通道Ilb還可以在彼此之間保持纖維玻璃墊21，由此將鉛箔14、活性材料16、18、玻璃墊21以及電解質20包封在在堆疊和密封的雙極板10中?？蚣?1可以包括電解質接收通道22b，其延伸通過框架和進入到材料容納通路Ilb中。在本實施例中，雙極板10可堆疊在彼此上并密封。
[0051]現(xiàn)在參照圖4-6，討論雙極性電池100的接線端部分30，其蓋住雙極性電池100的端部。接線端部分30堆疊在堆疊后的雙極板10的相對側上，彼此相鄰地堆疊的多個雙極板10數(shù)量依賴于特定電池設計和形狀所需的電勢。
[0052]每個接線端部分30包括活性材料層32、接線端板34、電極36和端板38。端板38與被定位在端板38內的活性材料32、接線端板34和電極36 —起被定位在堆疊的雙極板10的相對端。
[0053]提供活性材料32以提高從一接線端部分30流過雙極性電池100至另一接線端部分30的電流?；钚圆牧?2由與來自相鄰雙極板10的相鄰活性材料16、18相互作用的材料制成。由于間隔件22和電解質20 (如上所述)被定位在雙極板10的每個可堆疊的側面，所以間隔件22被定位在接線端部分30和外雙極板10之間。結果，離子可以自由地流動通過電解質20并且流到接線端部分30的活性材料32上。
[0054]如圖5-6中所示的，接線端板34被設置并包封在接線端部分30內。在接線端板34是導電的并且通常是金屬。接線端板34連接至電極36，該電極36是雙極性電池100的陽極或陰極。陽極被定義為電子離開單元電池并發(fā)生氧化的電極36，而陰極被定義成電子進入單元電池并發(fā)生還原的電極36。每個電極36可能成為陽極或陰極，取決于通過電池的電流的方向?？赡艿氖墙泳€端板34和電極36均形成為一體或單件。
[0055]如圖4-6中所示的，端板38是不導電的，并提供對根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100的端部的結構支持。端板38包括接線端容納通路38a，其是接線端板34、電極36、以及活性材料32被定位在其中的凹部。此外，像材料容納通路Ilb —樣，接線端容納通路38a與接線端部分30 —起為待包封的一定量的電解質20提供足夠的間隙，具體地，與活性材料32、接線端板34和電極36 —起為包封在材料容納通路Ilb內的一定量的電解質20提供足夠的間隙。在圖5和圖6所示的實施例中，接線端容納通路38A還提供足夠的空間以容納和封閉玻璃墊21的一部分。
[0056]參考圖3至圖8，進一步討論根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100的組裝。
[0057]雙極板10與用框架11固定的襯底12、112—起被制造和組裝。襯底12、112包括穿孔13和/或導體顆?；蚶w維112b，并且一般地與框架11 一起模制，無論是作為單個或分離的部件。一旦襯底12、112定位在框架11內，則鉛箔14被定位，其中框架11上的材料容納通路Ilb位于襯底12、112的兩個暴露表面。鉛箔14通過穿孔13機械連接在一起，并且通過設置在襯底12、112中的導電顆?；蚶w維112b電連接。接著第一活性材料16被定位在襯底12的一側的材料容納通道Ilb上，而第二活性材料18被定位在材料容納通道Ilb內襯底12的另一側上。結果，框架11將襯底12、鉛箔14、和活性材料16、18封裝在雙極板10的表面邊界內。
[0058]接著，雙極板10被彼此相鄰地堆疊，其中每個堆疊的雙極板之間設置間隔件22。電解質20設置在電解質容納空間22a中，電解質容納空間22a的尺寸被設計成類似于框架11的材料容納通路lib。纖維玻璃墊21也可以設置在電解質容納空間22a中，并且電解質20通過電解質接收通道22b被提供到纖維玻璃墊21中。間隔件22和雙極板10彼此相鄰地均勻堆疊，并且隨后被密封。由于間隔件22和堆疊的雙極板10包括非導電外表面，所以雙極板10的間隔件22和框架11形成用于雙極性電池100的外殼。雙極板10的框架11和間隔件22可以通過本領域已知的任何方法固定到彼此，使得所述間隔件22和框架11的接觸表面彼此固定和密封。例如，粘合劑可用于將表面連接和密封在一起。此外，一旦接線端部30被組裝時，它們可以被定位在堆疊的雙極板10和間隔件22上，然后以相同的方式密封。
[0059]另外，也可行的是，端板38、間隔件22以及框架11包括固定機構(未示出)，諸如接頭技術或緊固件，以將雙極性電池100的部件連接在一起。然后可涂敷密封劑以圍繞雙極性電池100提供密封，更具體地，提供圍繞連接端板38、間隔件22、和框架11的密封。
[0060]另外，也可行的是，雙極板10在沒有間隔件22的情況下彼此堆疊和固定。然而，材料容納通路Ilb應該足夠大，以便在堆疊的雙極板10被密封在一起時保持并包封鉛箔14、活性材料16、18和包括纖維玻璃墊21的電解質20。此外，框架11應該包括定位在框架11的延伸部中的至少一種電解質接收通道22b，從而使電解質20可以被提供到框架11的材料容納通路Ilb中，或允許電解質20的排氣。
[0061 ] 在雙極性電池100中使用的雙極板10的數(shù)量是設計選擇的問題，取決于電池100的尺寸以及所需電勢的大小。在所示的實施例中，有至少三個彼此相鄰堆疊的雙極板10。在堆疊的雙極板10和電解質20的相對端部上的是接線端部分30，接線端部分30包括活性材料層32、接線端板34和電極36，以及端板38。在所示的實施例中，當被堆疊并密封時，間隔件22和框架11的外表面大體上是相互齊平的。這種設計提供了平滑的外支撐表面。然而，可能的是，在表面中可以存在凹凸。例如，間隔件22可以比框架11更大；但是，電解質容納空間22a不能大于框架11。此外，材料容納通路Ilb不能大于間隔件22。在任一情況下，可能難以密封間隔件22和雙極板10，并且電解質20可能在組件和電解質20被定位在鄰近的雙極板10之間后從雙極性電池100泄漏。
[0062]此外，當端板38鄰接相鄰雙極板10的相鄰間隔件22和/或框架11堆疊時，端板
38、間隔件22與框架11的外表面22應該是基本齊平。然而，可能的是，在表面中可能存在凹凸。例如，端板38可以比間隔件22稍大一些，它可以是比框架11更大。盡管如此，接線端容納通路38a不應該是比容納通道22b或框架11大。此外，接線端容納通路38a不應該大于材料容納通路Ilb或框架，或端板38不應該比間隔件22小。在任一種情況下，電解質20可能在組件和電解質20被設置在堆疊的雙極板10之間后從雙極性電池100泄漏。通常，框架11支撐雙極板10，包封襯底12、鉛箔14、和活性材料16、18，以及電解質。當被堆疊時，雙極板10連同相鄰的間隔件20和堆疊的端部部分30提供用于雙極性電池100的外部支撐表面。這種結構提供了一種具有簡化的設計、具有比現(xiàn)有技術所需更少制造步驟和更少部件的雙極性電池100。由于框架10、間隔件22和端板38都是絕緣塑料并且可模塑的，所以雙極性電池100可被定制以適應取決于電勢和使用的形狀和尺寸要求。
[0063]在另一個實施例中，如圖5中所示，還可以提供保護外殼200，其包封根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池100。外殼200將包括本體202、蓋204和電極容納空間206，以便使電極36延伸到外殼200之外。不像雙極性電池100的外部結構，外殼20可以用來容納雙極性電池100并提供更好的保護。[0064]前面的說明用于實施本發(fā)明的一些可能性。在本發(fā)明的范圍和精神之內可以有許多其它實施例。因此，目的在于使前面的描述被認為是說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明的范圍由所附的權利要求連同它們的等同的全部范圍給出。
【權利要求】
1.一種用于雙極性電池的雙極性電池板，所述雙極性電池板包括: 框架； 襯底，所述襯底定位在所述框架內并具有多個穿孔； 定位在所述襯底的一側的第一鉛層； 定位在襯底的另一側的第二鉛層，所述第一和第二鉛層通過所述多個穿孔電連接到彼此； 定位在第一鉛層的表面上的陽性活性材料(PAM)，以及 定位在第二鉛層的表面上的陰性活性材料(NAM)。
2.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述框架是可模制的絕緣聚合物。
3.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述框架是為所述雙極性電池提供結構支撐的雙極性電池的外壁。
4.如權利要求1所述的雙極性電池板,其中所述框架包括襯底容納通道。
5.如權利要求4所述的雙極性電池板，其中所述框架包括材料容納通道。
6.如權利要求5所述的雙極性電池板，其中所述襯底容納通道將襯底固定在框架內。
7.如權利要求6所述的雙極性電池板，其中所述材料容納通道是在襯底的表面和框架的外表面之間的區(qū)域。`
8.如權利要求7所述的雙極性電池板，其中所述襯底是與框架分離的絕緣材料件，并且所述襯底被容納并固定在框架的襯底容納通道內。
9.如權利要求5所述的雙極性電池板，其中所述材料容納通路是在襯底的表面和框架的外表面之間的區(qū)域。
10.如權利要求9所述的雙極性電池板，其中所述材料容納通路將所述第一和第二鉛層和所述第一和第二活性材料容納在框架內。
11.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述襯底是由與所述框架相同的材料制備成單件或一體結構。
12.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述襯底具有導電顆粒的不導電絕緣塑料，所述導電顆粒均勻地分散在整個絕緣塑料中。
13.如權利要求12所述的雙極性電池板，其中所述襯底包括導電表面，在導電表面處所述襯底的表面通過化學或磨蝕被粗糙化并且導電顆粒被暴露于絕緣塑料外部。
14.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述穿孔沿著所述襯底定位并且延伸穿過所述襯底。
15.如權利要求14所述的雙極性電池板，其中所述鉛層是通過穿孔導電的鉛箔。
16.如權利要求15所述的雙極性電池板，其中所述鉛箔通過穿孔彼此機械地連接且電連接。
17.如權利要求16所述的雙極性電池板，其中所述鉛箔通過電阻焊接焊接在一起。
18.如權利要求16所述的雙極性電池板，其中所述穿孔足夠大以使得所述第一鉛層能夠在所述穿孔中并且通過所述穿孔與所述第二鉛箔連接。
19.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中所述第一和第二鉛層是沿著所述襯底的前表面和后表面定位的鉛膏或糊狀物。
20.如權利要求19所述的雙極性電池板，其中所述第一鉛層在襯底的前表面上并且在至少一個所述穿孔內散布，以使得所述第一鉛層連接至在相對側上的第二鉛層。
21.如權利要求1所述的雙極性電池板，其中陽性和陰性活性材料在框架的材料容納通路內分別定位在所述第一和第二鉛層之上。
22.如權利要求21所述的雙極性電池板，其中所述第一活性材料是涂敷在第一鉛層上的膏或糊狀物并且所述第二活性材料是散布在第二鉛層上的膏或糊狀物。
23.—種雙極性電池，包括: 彼此相鄰定位的多個板，每個板具有: 框架； 襯底，所述襯底具有多個穿孔并且被定位在所述框架內； 定位在所述襯底的一側的第一鉛層； 定位在襯底的另一側的第二鉛層，所述第一和第二鉛層通過所述多個穿孔電連接到彼此； 定位在第一鉛層的表面上的陽性活性材料(PAM)，以及 定位在第二鉛層的表面上的陰性活性材料(NAM)； 定位在堆疊的所述多個雙極性板的相對端部上的一對接線端部分；以及 定位在該對接線端部分和所述多個雙極性板中的每一個之間的電解質。
24.如權利要求23所述的雙極性電池，其中，多個間隔件被定位和堆疊在所述多個板之間和在所述多個板的端部處，每個間隔件包封所述電解質。`
25.如權利要求24所述的雙極性電池，其中，每個間隔件是用于電解質的具有與所述框架相同的外部尺寸的外殼，并且包括電解質容納空間。
26.如權利要求25所述的雙極性電池，其中，每個間隔件包括延伸通過間隔件并進入電解質容納空間的電解質接收通道。
27.如權利要求26所述的雙極性電池，其中，當被彼此相鄰地堆疊時，每個間隔件和框架的外表面基本上齊平。
28.如權利要求27所述的雙極性電池，其中，所述電解質被保持在吸收玻璃墊(AGM)中，所述吸收玻璃墊(AGM)緊靠所述第一或第二活性材料安裝在電解質容納空間和所述框架的一部分內。
29.如權利要求23所述的雙極性電池，其中，每個接線端部分包括電極和端板。
30.如權利要求23所述的雙極性電池，其中，每個接線端部分還包括接線端板。
31.如權利要求30所述的雙極性電池，其中，接線端板是導電的并連接到電極。
32.如權利要求31所述的雙極性電池，其中，接線端板和電極被形成為單件或一體。
33.如權利要求29所述的雙極性電池，其中，端板是不導電的并包括接線端容納通路。
34.如權利要求33所述的雙極性電池，其中，接線端容納通路是端板中包封接線端板的凹部。
35.如權利要求34所述的雙極性電池，其中，保持電解質的玻璃墊被進一步包封在接線端容納通路內。
36.如權利要求35所述的雙極性電池，其中，當被彼此相鄰地定位和堆疊時，所述多個框架、所述多個間隔件和所述端板的外表面大致平齊。
37.如權利要求23所述的雙極性電池，進一步包括包圍雙極性電池的保護外殼。
38.如權利要求37所述的雙極性電池，其中，所述外殼包括本體、蓋、和用于使電極延伸通過外殼的電極 容納空間。
【文檔編號】H01M4/14GK103875098SQ201280043585
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權日:2011年9月9日
【發(fā)明者】托馬斯·福斯特 申請人:東賓制造股份有限公司