一種高效能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了本發(fā)明提供了一種高效能電池，包括電池殼、電解質(zhì)以及安裝在所述電池殼內(nèi)的極板組，所述極板組包括多個(gè)復(fù)合極板和多個(gè)隔離板，多個(gè)所述復(fù)合極板呈層疊的方式設(shè)置，相鄰的所述復(fù)合極板間隔設(shè)有對(duì)所述隔離板；相鄰的所述復(fù)合極板之間形成的空隙為電解液槽，所述電解質(zhì)填充在所述電解液槽中，所述電解質(zhì)為由體積濃度為0.1~2mol/L的氣相二氧化硅與甲基磺酸鉛溶液混合成凝膠狀的混合物，其混合質(zhì)量比在1～12：100范圍。提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，比功率和比能量高，充電速度快，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，低溫特性好的電池。
【專利說(shuō)明】
一種高效能電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體是涉及一種高效能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全的重要基礎(chǔ)，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì) 能源需求日益增加，化石能源的大量消耗所造成的環(huán)境壓力日益突出。因此，節(jié)約化石能 源，提高化石能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以及大規(guī)模利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源多樣化成 為世界各國(guó)能源安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。各國(guó)政府紛紛提出可再生能源在能源 消費(fèi)中占比需持續(xù)提高。風(fēng)能、電能等可再生能源易受環(huán)境、地域、時(shí)間、季節(jié)等因素的影 響，具有不穩(wěn)定、不連續(xù)的特點(diǎn)，該負(fù)面特點(diǎn)不僅加重了電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰的難度，還會(huì)對(duì)電壓、 頻率等電網(wǎng)質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。
[0003] 大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定特性的重要途徑，推進(jìn)太陽(yáng) 能、風(fēng)能等可再生資源發(fā)電技術(shù)的普及應(yīng)用，尤其提高對(duì)可再生能源發(fā)電的兼容和蓄電池 的利用效率是實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排的重要途徑。因?yàn)檠芯块_(kāi)發(fā)高儲(chǔ)能、高效能的電池既符合 我國(guó)能源發(fā)展的基本戰(zhàn)略，又可發(fā)揮規(guī)?；铍妰?yōu)勢(shì)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排，具有極其 重要而深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效能電池，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，比功率和比 能量高，充電速度快，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，低溫特性好的電池。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高效能電池，包括電池殼、電解質(zhì)以及安裝在 所述電池殼內(nèi)的極板組，所述極板組包括多個(gè)復(fù)合極板和多個(gè)隔離板，多個(gè)所述復(fù)合極板 呈層疊的方式設(shè)置，相鄰的所述復(fù)合極板間隔設(shè)有對(duì)所述隔離板;相鄰的所述復(fù)合極板之 間形成的空隙為電解液槽，所述電解質(zhì)填充在所述電解液槽中。
[0006] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述電解質(zhì)為由體積濃度為0.1~2mol/L的氣相二氧化 硅與甲基磺酸鉛溶液混合成凝膠狀的混合物，其混合質(zhì)量比在1~12:100范圍。
[0007] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述復(fù)合極板為由外表面為亞氧化鈦涂層的正極板、材 料為石墨、活性炭或緊密泡沫鎳的負(fù)極板以及導(dǎo)電層粘接而成的一個(gè)整體;其中，電池的一 端配置有一個(gè)正極板與一個(gè)導(dǎo)電層，另一端配置一個(gè)負(fù)極板與一個(gè)導(dǎo)電層。
[0008] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，還包括導(dǎo)電銅箱、正極輸出端子以及負(fù)極輸出端子，其 中，所述導(dǎo)電銅箱通過(guò)熱壓與電池的兩端的導(dǎo)電層連接，所述正極輸出端子和所述負(fù)極輸 出端子均通過(guò)焊接與所述導(dǎo)電銅箱連接。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明選用甲基磺酸鉛飽和溶液混合二氧化硅作為凝膠狀電解質(zhì)，極板為復(fù)合雙極 板，優(yōu)選亞氧化鈦?zhàn)鳛殡姵貜?fù)合電極正極板，具有較高的導(dǎo)電性減少充放電循環(huán)帶來(lái)的電 容衰減。而電池可以根據(jù)容量的需要由1個(gè)或多個(gè)極板組組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，比功率和比 能量高，充電速度快，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，低溫特性、是一種同時(shí)集超級(jí)電容器和電池雙重特 性的雙功能儲(chǔ)能電池。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明高效能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明高效能電池的剖面圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明高效能電池的復(fù)合極板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 附圖標(biāo)記說(shuō)明： 1-電池殼，2-電解質(zhì)，3-隔離板，4-導(dǎo)電銅箱，5-正極輸出端子，6-負(fù)極輸出端子，7-復(fù) 合極板，7-1正極板，7-2負(fù)極板，7-3導(dǎo)電層，8-電解液槽，9-定位槽，10-注液口。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0015] 本發(fā)明的原理:本發(fā)明實(shí)施例的電解質(zhì)為凝膠狀甲基磺酸鉛飽和溶液。甲基磺酸 鉛的溶解度和電解液的導(dǎo)電性是決定電池性能最關(guān)鍵的兩個(gè)因素，很大程度上取決于電解 液成分的選擇。鉛離子的濃度高時(shí)，電池可存儲(chǔ)的能量更多。但是，當(dāng)鉛離子濃度過(guò)高時(shí)，電 解液粘度增大，溶液的導(dǎo)電性會(huì)大幅下降。因此，鉛離子濃也度是影響電池充放電性能的關(guān) 鍵因素之一。但是甲基磺酸的濃度越高，電解液的導(dǎo)電性越好。通過(guò)繪制出鉛的溶解度與甲 基磺酸的濃度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鉛的溶解度最大可達(dá)到2 mol/L，這時(shí)酸的濃度是1 mol/L， 當(dāng)酸的濃度再增加時(shí)，甲基磺酸鉛的溶解度會(huì)減少，到5 mol/L時(shí)甲基磺酸鉛的溶解度已經(jīng) 很小了。在充電過(guò)程每消耗1 mol的Pb2+，就會(huì)生成2 mol的H+，所以，在充電過(guò)程中，鉛 離子的濃度下降，H+的濃度以兩倍的速度增加。為了保證在充電的過(guò)程中，金屬鉛不從酸中 析出，開(kāi)始時(shí)酸的濃度也不應(yīng)太大。實(shí)際使用中，在充電的后期，當(dāng)酸的濃度很1大時(shí)，就會(huì) 在正負(fù)極上有氧氣和氫氣析出，大大降低了電池的充電效率。因此為了使電池獲得好的性 能，選擇未放電的甲基磺酸鉛濃度為0.1~2 mol/L與氣相二氧化硅的混合鉛酸溶液作為電 池的電解質(zhì)溶液。凝膠狀甲基磺酸鉛溶液經(jīng)充充分?jǐn)嚢韬?，形成凝膠狀甲基磺酸鉛電解液。 在這種凝膠狀甲基磺酸鉛電解液電池的結(jié)構(gòu)下，正極板上析出的氧氣通過(guò)凝膠中的細(xì)小裂 縫擴(kuò)散到負(fù)極板再化合，達(dá)到抑氫滅氧的目的，反應(yīng)的化學(xué)式為：
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種高效能電池，包括：電池殼1、電解質(zhì)2、隔 離板3、導(dǎo)電銅箱4、正極輸出端子5、負(fù)極輸出端子6、復(fù)合極板7、電解液槽8、定位槽9、注液 口 10，其中，如圖3所示，復(fù)合極板7包括正極板7-1、負(fù)極板7-2、導(dǎo)電層7-3。
[0016] 參看圖1，電池殼1包括電池蓋，在本實(shí)施例中，電池殼1的材質(zhì)為PP、ABS，而電池蓋 用樹(shù)脂密封，在電池殼1內(nèi)安裝極板組和隔離板3,在電池殼1的底部上設(shè)置有定位槽9。
[0017] 再參看圖1，安裝在電池殼1內(nèi)的極板組包括多個(gè)復(fù)合極板7和多個(gè)隔離板3,多個(gè) 復(fù)合極板7呈層疊的方式設(shè)置，相鄰的復(fù)合極板7間隔設(shè)有1對(duì)隔離板3;相鄰的復(fù)合極板7之 間形成的空隙為電解液槽8，電解質(zhì)2填充在電解液槽8中。
[0018] 更具體的是，本實(shí)施例中電池的極板組由6個(gè)復(fù)合極板7層疊而成，而復(fù)合極板7為 由外表面優(yōu)選為亞氧化鈦涂層的正電極7-1、材料為材料為石墨、活性炭或緊密泡沫鎳的負(fù) 極板7-2以及導(dǎo)電層7-3粘接而成的一個(gè)整體，負(fù)極板7-2的材料優(yōu)選石墨。其中，電池的一 端配置有一個(gè)正極板7-1與一個(gè)導(dǎo)電層7-3,另一端配置一個(gè)負(fù)極板7-2與一個(gè)導(dǎo)電層7-3， 以便將電能從正極輸出端子5和負(fù)極輸出端子6輸出。導(dǎo)電銅箱4通過(guò)熱壓與被配置在電池 兩端的導(dǎo)電層7-3連接，正極輸出端子5和負(fù)極輸出端子6均通過(guò)焊接與導(dǎo)電銅箱4連接，其 中在導(dǎo)電銅箱4為一種集流材料，優(yōu)選銅質(zhì)、鉛。
[0019] 在本發(fā)明的實(shí)施例中復(fù)合極板7正極板7-1優(yōu)先選用亞氧化鈦材料;亞氧化鈦電極 與電解液接觸面呈波浪狀，目的是增加正極板7-1表面積及吸附力，防止放電后未完全反應(yīng) 的二氧化鉛結(jié)晶脫落(因?yàn)殡S著電池充放電循環(huán)次數(shù)的增加，正極板7-1放電后未完全反應(yīng) 的二氧化鉛會(huì)逐漸增多，當(dāng)增厚到一定程度后，二氧化鉛結(jié)晶就會(huì)脫落）。
[0020] 復(fù)合極板7的正極板7-1電反應(yīng)式為：
復(fù)合極板7的負(fù)極板7-2材料優(yōu)選石墨，在負(fù)極上Pb2+/ Pb電對(duì)的反應(yīng)速度較快，且沒(méi) 有明顯的過(guò)電勢(shì)，所以鉛的沉積和溶解能夠較快的進(jìn)行。而且由于氫在鉛上有較高的超電 勢(shì)，所以在反應(yīng)的電勢(shì)范圍內(nèi)沒(méi)有氫氣析出，充電過(guò)程的庫(kù)倫效率接近于1。但到充電后期， 隨著Pb 2+濃度逐漸減少，H+濃度迅速增加，這樣就會(huì)導(dǎo)致負(fù)極上有氫氣析出;但在充電后期， 正極板7-1同樣會(huì)有氧氣析出，析出的氧氣通過(guò)二氧化硅細(xì)小裂縫擴(kuò)散到負(fù)極板7-2表面， 同負(fù)極板7-2析出的氫氣進(jìn)行再化合，達(dá)到抑氫滅氧的目的，最終減緩了容量的衰減，延長(zhǎng) 了電池壽命。
[0021] 在相鄰復(fù)合極板7之間配置1對(duì)隔離板3,更具體的是復(fù)合極板7的正極板7-1和負(fù) 極板7-2各配制1個(gè)隔離板3,隔離板3的材質(zhì)優(yōu)選為AGM或PVC、PP、PE材料。每個(gè)隔離板3安裝 在電池殼1底部的定位槽9中，更具體的是，安裝時(shí)隔離板3隔離板兩正面與復(fù)合極板7緊貼 以同時(shí)放入電池殼1內(nèi)，且放入時(shí)隔離板3正對(duì)插入定位槽9以便固定，隔離板3對(duì)復(fù)合極板7 起固定支撐作用，以防復(fù)合極板7錯(cuò)位或偏移。
[0022 ]相鄰的復(fù)合極板7之間形成的空隙為電解液槽8，每一個(gè)電解液槽8的上方設(shè)置有 一個(gè)延伸出電池蓋的注液口 10，電解質(zhì)2從注液口 10注入填充在電解液槽8中并包覆在復(fù)合 極板7外表面。注液完后在注液口 10上蓋橡膠質(zhì)安全閥并用塑料片及樹(shù)脂將電池蓋密封。 [0023]本實(shí)施例中的電解質(zhì)2為由體積濃度為0.1~2mol/L的氣相二氧化硅與甲基磺酸鉛 溶液混合成凝膠狀的混合物，其混合質(zhì)量比在1~12:100范圍，該電解質(zhì)2由如下步驟制得： A、 按質(zhì)量比優(yōu)選6:100在濃度為lmol/L的甲基磺酸鉛(二價(jià))溶液中加入氣相二氧化 娃； B、 通過(guò)高速攪拌機(jī)步驟A中的混合液先進(jìn)行快速攪拌，后低速攪拌;其中，快速攪拌轉(zhuǎn) 速在1500~200轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)，優(yōu)選2000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間約為10~15分鐘；快速攪拌完成 后緩慢轉(zhuǎn)至低速攪拌，低速攪拌轉(zhuǎn)速應(yīng)為500~1000轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選800轉(zhuǎn)/分鐘； C、低速攪拌5~10分鐘后，使用加酸機(jī)邊攪拌邊將攪拌后的混合液從注液口 10注入電解 液槽8中，注液完成后靜置15~30分鐘開(kāi)始形成凝結(jié)狀，制得電解質(zhì)2。
[0024] 本實(shí)施例以甲基磺酸鉛溶液作為基質(zhì)溶液，充電時(shí)可溶的Pb2+在負(fù)極還原形成金 屬鉛，在正極氧化形成固體二氧化鉛Pb0 2,放電時(shí)生成的鉛和二氧化鉛又變成Pb2+，從而使 得電池能循環(huán)使用。
[0025] 組裝成電池時(shí)，在電池殼1內(nèi)根據(jù)需要的電壓將復(fù)合極板7隔著隔離板3組裝在一 起，具體是復(fù)合極板7和隔離板3組裝的蓄電池單體，更具體的是將復(fù)合極板7的負(fù)極板7-2 與正極板7-1交替地隔著隔離板3層疊而成的極板組，將該極板組安裝在隔成6個(gè)的蓄電 池單體中，該6個(gè)蓄電池單體串聯(lián)連接而成高效能電池。
[0026] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可 以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高效能電池，包括電池殼（1)、電解質(zhì)（2)以及安裝在所述電池殼（1)內(nèi)的極板 組，其特征在于，所述極板組包括多個(gè)復(fù)合極板(7)和多個(gè)隔離板(3)，多個(gè)所述復(fù)合極板 (7)呈層疊的方式設(shè)置，相鄰的所述復(fù)合極板(7)間隔設(shè)有1對(duì)所述隔離板(3);相鄰的所述 復(fù)合極板(7)之間形成的空隙為電解液槽(8)，所述電解質(zhì)(2)填充在所述電解液槽(8)中。2. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的高效能電池，其特征在于，所述電解質(zhì)（2)為由體積濃度為 0.1~2mol/L的氣相二氧化硅與甲基磺酸鉛溶液混合成凝膠狀的混合物，其混合質(zhì)量比在1 ~12:100范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的高效能電池，其特征在于，所述復(fù)合極板(7)為由外表面為 亞氧化鈦涂層的正極板(7-1)、材料為石墨、活性炭或緊密泡沫鎳的負(fù)極板(7-2)以及導(dǎo)電 層(7-3)粘接而成的一個(gè)整體;其中，電池的一端配置有一個(gè)正極板(7-1)與一個(gè)導(dǎo)電層(7-3)，另一端配置一個(gè)負(fù)極板(7-2)與一個(gè)導(dǎo)電層(7-3)。4. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)3所述的高效能電池，其特征在于，還包括導(dǎo)電銅箱(4)、正極輸出端 子(5)以及負(fù)極輸出端子(6)，其中，所述導(dǎo)電銅箱(4)通過(guò)熱壓與電池的兩端的導(dǎo)電層(7-3)連接，所述正極輸出端子(5)和所述負(fù)極輸出端子(6)均通過(guò)焊接與所述導(dǎo)電銅箱(4)連 接。
【文檔編號(hào)】H01M10/12GK106025389SQ201610634190
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月5日
【發(fā)明人】黃偉國(guó), 徐志寧, 周邦紅, 付宗順
【申請(qǐng)人】廣西鑫鋒新能源科技有限公司