[发明专利]包括两层碳泡沫材料集电体的铅酸电池组

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及蓄电装置的结构，更具体地，本发明涉及包括一个或多个碳泡沫材料集电体(carbon foam current collector)的铅酸电池组(lead acid battery)的结构。

背景技术

电化学电池组包括，例如，铅酸电池组和镍基电池组等，已知它们包括至少一个正极集电体和至少一个负极集电体和电解质溶液。例如，在铅酸电池组中，正极和负极集电体两者均是由铅构成的。这些铅集电体的作用是在放电和充电过程中将电流从电池组接线端子(battery terminal)输入和输出。铅酸电池组中的蓄电和放电是通过化学反应实现的，该化学反应发生在位于集电体上的化学活性材料中。正极和负极集电体，一旦涂覆了这种化学活性材料，就分别被称为正极板和负极板。对铅酸电池组的耐久性的突出限制是集电体和其他电池组组件的腐蚀。

一个延长铅酸电池组使用寿命的方法是增加电池中各组件的耐腐蚀性。已经建议一些方法用于抑制铅酸电池组中的腐蚀过程。因为碳不会在铅酸电池组通常的工作温度下发生氧化，所以这些方法中的一些已经涉及使用各种形式的碳来减缓或防止铅酸电池组中的有害腐蚀过程。例如，美国专利5,512,390(在下文中引为′390专利)公开了一种铅酸电池组，其包括由石墨板代替铅制备的集电体。石墨板具有足够的电导率以起到集电体功能，并且它们比铅更加耐腐蚀。因此，用石墨板代替铅集电体可以延长铅酸电池组的寿命。

尽管′390专利的电池组可能由于减少腐蚀而潜在地提供延长的使用寿命，但是′390专利的石墨板是有问题的。例如，′390专利的石墨板是致密的，每个材料的片层具有相对较少量的表面区域。常规的铅酸电池的铅电极板通常图案化为栅格样结构以增加各板的有效表面区域，与此不同的是，′390专利的石墨板是平滑的片层，没有图案化。在铅酸电池组中，集电体表面区域的增加可以增加电池组的比能量和比功率，并因此可以转化为具有改进的电池组性能。在集电体上的更多的表面区域也会导致电池组充放电所需的时间减少。′390专利的石墨板的相对较少的表面区域会导致性能不佳的电池组，其具有缓慢的充电时间。

此外，′390专利的石墨板缺乏铅集电体的韧性。′390专利的紧密石墨板可以是脆性的，并且可能会在经历物理冲击或震动时发生破裂。这种物理冲击和震动经常发生于例如车辆应用中。石墨板的任何破裂都会导致石墨板电流运载能力的降低。因此，尽管′390专利的石墨板的耐腐蚀性增加，但是′390专利的石墨板的脆性实际上会导致电池组的使用寿命比那些可能通过使用普通非碳基材料的电池组的使用寿命还要短。

本发明是为了克服现有技术中存在的一个或多个问题或缺陷。

发明内容

本发明的一个实施方式包括铅酸电池组。这种铅酸电池组包括壳体和位于壳体中的至少一个电池(cell)。该至少一个电池包括至少一个正极板和至少一个负极板。电解质位于正极板和负极板之间的体积(volume)中。该至少一个负极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，该集电体基本由位于基材(substrate)上的碳泡沫材料层构成。

本发明的另一个实施方式包括铅酸电池组。该铅酸电池组包括壳体和位于壳体中的至少一个电池。该至少一个电池包括至少一个正极板和至少一个负极板。电解质位于正极板和负极板之间的体积中。该至少一个正极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，该集电体基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成。

本发明的再一个实施方式包括铅酸电池组，其包括壳体。至少一个电池位于壳体中，并包括至少一个正极板和至少一个负极板。硅胶电解质位于正极板和负极板之间的体积中，该硅胶电解质包括含量为约1重量％至约8重量％并平均粒径小于约1μm的氧化硅颗粒。该至少一个负极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于铅栅格(grid)基材上的碳泡沫材料层构成。该至少一个正极板包括铅栅格集电体。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施方式的电池组的剖视图。

图2为可以包括在根据本发明的一个示例性实施方式的集电体中的碳泡沫材料的多孔结构的特写示意图。

图3A-3C为根据本发明的一个示例性实施方式的集电体的示意图，该集电体包括位于基材上的碳泡沫材料。

图4为根据本发明另一示例性实施方式的集电体的示意图，该集电体包括位于基材上的碳泡沫材料。

图5A为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的平面图。

图5B为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的透视图。