專利名稱：鉛蓄電池的電極及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于鉛蓄電池電極及其制造方法，尤其是，關于通過將多孔無紡布貼到電極的兩表面上來制造鉛蓄電池電極的方法。
背景技術：
鉛蓄電池在大多數(shù)裝置中作為二次可充電的電池而被人們所熟知。在鉛蓄電池中，將硫酸的稀釋溶液作為電解液來使用。陽極涂覆活性材料，二氧化鉛(PbO2)，陰極涂覆或籽南瓜材料、海綿鉛。因為鉛蓄電池連接到外部電路，電子流經(jīng)過外部電路。陽極和陰極活性材料結(jié)合形成硫酸鉛(充電模式)。當電流流入鉛蓄電池時，硫酸鉛轉(zhuǎn)換成二氧化鉛(放電模式)。鉛蓄電池就是基于上述原理而運轉(zhuǎn)的。
這樣的鉛蓄電池的如

圖1所示。每一個都涂覆有活性材料的多個陽極板1和陰極板2在每一個陽極板1和陰極板2之間與絕緣隔離物交替的重疊。一個陽極板1、一個絕緣隔離物3、和一個陰極板2組成的電極板元件。根據(jù)鉛蓄電池的容量將多個電極板元件串聯(lián)的相連接以及和電解液一起安置在電池容器4中。
根據(jù)制造的方法，陽極和陰極可分為各種類型。作為一個例子，粘貼型電極如圖2所示。粘貼型電極包含格柵基體5和涂覆在基體5上的粘貼活性材料6。基體5是由包含少許鈣的軟合金形成的，目的是體阿高基體5的機械強度?？偟膩碚f，基體5是由重力鑄件通過將金屬合金灌注到模具中或者通過不斷的碾，正象在韓國專利No.2000-0031876公開的一樣。對于鉛電池的性能至關重要的活性材料6是通過將微粒的氧化鉛與稀釋的硫酸溶液相混合作為漿糊而制造的。使用儀器，漿糊不斷的沉積到基體5上和成熟、干燥以及電氧化和電還原(形成)，變?yōu)榛钚圆牧?(韓國專利Nos.10-250866和10-0266133)。
沉積在陽極板1上的陽極板1的活性材料二氧化鉛是微粒的形式，目的是允許電解液擴散和滲透過二氧化鉛顆粒到陽極板1上。陰極板2的活性材料的柔軟鉛說多孔的和反應性的，目的是允許電解液擴散和柔軟鉛滲透到陰極板2上。
然而，因為活性材料是以漿糊的形式沉積的，活性材料很容易從電極板上脫離。而且，當快速干燥后或者當制造后電極板堆積在一起時。相臨的電極粘接在一起，以使和活性材料沉積的電極板的表面變得粗糙。
為了消除活性材料從電極板上脫離，以及確?；钚圆牧显陔姌O的制造中的處理簡單，將紙作為支持體粘接到沉積后的活性材料上。然而，在電極組裝后的最初充電過程中或者電池的使用中，紙能溶解在電池中電解液中。
然而，因為在電極制造中使用的紙是無孔的、以及降低了在紙還沒有完全溶解時的電池使用的初始階段的高速率放電性能，阻擋了擴散和電解液滲透到活性材料顆粒中。此外，當紙完全溶解到電解液中時，產(chǎn)生有機物質(zhì)，從而形成局部電池，因此加速了自我放電和縮短了蓄電池的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在粘貼型電極的制造中，為了阻止在使用的初始階段時電池高速率放電性能的惡化，阻止活性材料容易的脫離電極板和促進活性材料的多孔性是很重要的。此外，需要抑制會引起電解液中副反應的有機物質(zhì)的產(chǎn)生。
因此，本發(fā)明提供了一種鉛蓄電池電池電極和制造鉛蓄電池電極的方法，在該方法中，具有微尺寸孔的無紡布，不是紙嵌入到活性材料中，目的是防止活性材料的分離和最初高速率放電惡化的處理問題，上述問題是在使用無孔紙的時候遇到的。多孔無紡布允許通過毛細管作用的容易離子轉(zhuǎn)移和提高最初的高速率放電性能。多孔無紡布永久的的支持活性材料，借此增加電極板和電池的壽命。
在一方面，本發(fā)明提供了一種鉛蓄電池電極，該電極包含使用鉛澆注的基體；在具有電化學活性的基體上涂覆的活性材料，該活性材料在其表面上具有一層由多孔無紡布構成的支持層。
在另一方面，本發(fā)明提供來了一種制造鉛蓄電池電極的方法，包括，在該方法中，鉛澆注的電極基體涂覆具有電化學活性的材料、將多孔無紡布粘接到活性材料層的表面上、加壓多空無紡布，使其嵌入到距離活性層表面預定的深度、在活性材料形成之前，使用熱空氣將無紡布粘接的或者嵌入的活性材料干燥。
在本發(fā)明的鉛蓄電池中使用的無紡布應該是親水的和優(yōu)選為在10Kgf的可伸長強度5-30N以及0.01-0.3mm的厚度來帶代替在常用的電極中使用的紙。優(yōu)選的是，無紡布包含1-20μm長、對于平滑的離子轉(zhuǎn)移的L/D為200或者更大的細絲以及包含活性材料的穩(wěn)定支持。
附圖的說明圖1是表示通常的鉛蓄電池內(nèi)部結(jié)構的分解斷面圖。
圖2是表示通常的蓄電池的分解側(cè)面圖。
圖3是表示本發(fā)明的鉛蓄電池電極制造方法的示意圖。
圖4是表示本發(fā)明所制造的的鉛蓄電池電極的部分斷面圖。
圖5是表示本發(fā)明的鉛蓄電池的周期壽命的測試結(jié)果的曲線圖。
優(yōu)選實施例在本發(fā)明的鉛蓄電池電極的制造方法中，將預定的無紡布20和20’連續(xù)涂覆到覆有活性材料的電極10的兩表面上，當移動電極10的時候，使用壓輥30和30’在無紡布20和20’上施加合適的壓力。如圖3所示。用于制造本發(fā)明的鉛蓄電池電極的儀器能通過簡單的將無紡布涂覆裝置和壓輥連接到常用的活性材料涂覆儀器來完成。
干燥和允許無紡布20和20’粘接的形成過程是通過常用的方法進行的。在干燥和形成過程中的描述在此不再重復。
圖4是本發(fā)明的鉛蓄電池電極的部分斷面圖。該電極是通過上述的無紡布的粘接、施加壓力、普通干燥和形成過程的操作形成的。在圖4中，參考數(shù)字10表示電極，參考數(shù)字11表示格柵基體，參考數(shù)字12表示涂覆在基體11上的活性材料，以及參考數(shù)字13和13’表示通過將無紡布嵌入距離活性材料的表面一定的深度而形成的支持層。
支持層13和13’提供了因為無紡布網(wǎng)而具有的彈性強度，上述無紡布網(wǎng)足夠的強以來阻止活性材料從電極板的分離和由于多孔性而允許容易的擴散和電解液的滲透。此外，支持層13和13’是耐酸，借此穩(wěn)定的支持活性材料而不會溶解在電解液中。
一般情況下，無紡布紙的是光纖或者膜，是通過聯(lián)合光纖通過物理的、化學的、機械的或者熱處理，可選擇性的加入水制造的，而不是通過紡紗、紡織品制造、或棉花紡織制造的。在本發(fā)明中，使用的是由熱塑性樹脂通過熱壓粘合或熱粘合制造的無紡布。僅僅通過合適的原材料的選擇和組合，就能在涂覆活性材料中會滿足親水性、彈性強度、耐酸性的需要。
根據(jù)本發(fā)明，使用由聚酯、聚丙烯或者粘膠人造絲構成的無紡布。在這些材料中，聚酯基的無紡布具有最佳的性能。
為了對此進行驗證，用上述的方法制造電極。結(jié)果，作為支持層13和13’的無紡布網(wǎng)結(jié)構嵌入到距離活性材料表面0.05mm深的地方，借此提高了對活性材料的粘接性。
使用上述制造的電極組裝鉛蓄電池，使用鉛蓄電池對最初性能和周期壽命進行了測試。結(jié)果如下。
表1最初性能測試結(jié)果

1)儲備功率儲備功率是在放電電流25A、溫度2.5℃下，離充完電還剩下一小時后測定電池的儲備時間，直到遏止電壓達到10.5V。換句話說，儲備功率是當汽車完全充電和關閉后需要用于負載的電池的最小操作時間的測定。
如表1所示，使用本發(fā)明的無紡布嵌入的電極的鉛蓄電池具有130-132分鐘的儲備功率，比使用紙粘接的電極的常用電極有輕微的改進。
2)冷起動電流鉛蓄電池的快速放電性能在低于-10℃下迅速的惡化。測定冷起動電流(CCA)是高速率放電的測定，來評估汽車在低溫下的啟動性能。充完電后，用630電流在-18℃下測定30秒的放電電壓。30秒電壓越大，電池的性能也就越好。在本發(fā)明中，CCA是通過下式來計算的，CCA＝(30秒電壓÷6-0.2)×630。
結(jié)果，如表1所示，本發(fā)明的鉛蓄電池的30秒電壓是7.64-7.88V，CCA是676-701A，比常用的鉛蓄電池增加10％。
3)20小時的速率功率作為測定電池的低速率放電性能，在Ah的放電功率通過不斷的用小于電池功率的3.75A電流對鉛蓄電池放電來測定的。結(jié)果，本發(fā)明的鉛蓄電池的20小時速率功率為73.6-74.9Ah，這與使用紙粘接的電極的常用鉛蓄電池幾乎一樣的。
表2循環(huán)壽命測試結(jié)果(SAE J240 75℃)

周期壽命測試的一個周期包含4分鐘的電流為25A的放電和10分鐘最大電流25的充電到14.8V，需要一星期來完成。進行充電/放電的480周期。然后，在短路上56小時以及電流630A的高速率放電來測定30秒電壓。當30秒電壓比7.2V大時，重復測定周期壽命一個多星期。當30秒電壓小與7.2V，要考慮結(jié)束電池的壽命。
如表2和圖5所示，本發(fā)明的電池周期壽命測定為2400周期，比粘接紙電極的常用電池增加25％。
工業(yè)上的利用如在上述實施例所述，根據(jù)在本發(fā)明中的鉛蓄電池電極及其制造方法，涂覆在電極上的活性材料得到無紡布的支持，和得到紙支持的常用電極不一樣。因此，消除了活性材料的脫落和在處理活性材料上的任何不便。因為多孔和耐酸的無紡布嵌入到距離活性材料表面一定的深度，電池上的活性材料能穩(wěn)定的得到支持以確保提高最初的高速率放電性能和延長電池壽命。
權利要求
1.一種鉛蓄電池電極，包含用鉛澆注的基體；在具有電化學活性的基體上涂覆活性材料，該活性材料在其表面上具有一層由多孔無紡布構成的支持層。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉛蓄電池電極，其特征在于，通過加壓，多孔無紡布的支持層嵌入到活性材料的深部。
3.根據(jù)權利要求1所述的鉛蓄電池電極，其特征在于，多孔無紡布是通過熱壓粘合或熱粘合用熱塑性樹脂形成的。
4.根據(jù)權利要求3所述的鉛蓄電池電極，其特征在于，熱塑性樹脂至少是選自聚酯、聚丙烯、和粘膠人造絲。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的鉛蓄電池電極，其特征在于，多孔無紡布包含1-20μm長的細絲。
6.一種制造鉛蓄電池電池電極的方法，在該方法中，鉛澆注的電極基體涂覆有具有電化學活性的材料以及進行干燥和用于電氧化和電還原的形成，該方法包含電極基體涂覆活性材料后，將多孔無紡布粘接到活性材料的表面上。
7.權利要求的方法，進一步包括將粘接的多孔無紡布加壓，使其嵌入到活性材料的表面中形成支持層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鉛蓄電池電極及其制造方法。鉛蓄電池電極包含使用鉛澆注或者膨脹的基體(11)，涂覆在具有化學活性的基體(11)上的活性材料(12)，以及通過將多空無紡布嵌入距離活性材料表面一定深度而形成的支持層(13，13’)。支持層(13，13’)阻止在電極制造過程中的活性材料的脫離以及使操作活性材料變得容易。無紡布的多孔性提高了電極的初始的高速率放電性能，以及無紡布的網(wǎng)狀結(jié)構是耐酸的，穩(wěn)定的支持活性材料，以使現(xiàn)蓄電池的壽命周期得到延長。
文檔編號H01M2/18GK1526177SQ02813894
公開日2004年9月1日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權日2001年7月10日
發(fā)明者金光石, 沈映燮, 崔碩模 申請人:韓國電池株式會社