[发明专利]蓄电池

说明书

本发明是关于一种具有长充-放电循环寿命的蓄电池。

我们已经知道，有一种蓄电池有一个或二个电极由主链上具有共轭双键的聚合物，如多炔〔（CH）_X〕制成，（参见美国专利4，321，114号和4，442，187号）。这种聚合物可用作电极活性物质，也可和导电材料如碳一起使用。但是这类蓄电池充放电循环寿命仅有50次，这不能满足实际需要。那么，造成如此短寿命的原因之一是由于正负极板上活化与还原的平衡不再维持。进一步说，这类蓄电池有约95%的初库仑效率，这意味着发生了某些付反应。

本发明的目的是提供一种长充-放电循环寿命的蓄电池。

本发明所提供的蓄电池包括：一个正极、一个负极和一个保持在电极之间的电解液，其中至少有一个电极由主链上含有共轭双键的聚合物材料制成。负电极由电解液中的阳离子来活化，正电极由电解液中的阴离子来活化，其特征在于负极的电极表面积大于正极的电极表面积。

图1是一个蓄电池实体的透视及局部截面图。

图2是图1中圆圈A的放大截面图。

图3是根据先有技术所描述的库仑效率和充-放电循环寿命的关系曲线。

图4表示由充-放电引起的电极电位变化曲线。

图5表示充-放电循环寿命与负、正电极几何面积比的关系曲线。

图6表示充-放电循环寿命与由多炔制成的负极比面的关系曲线。

图7表示充-放电循环寿命与负、正电极活化度比的关系曲线。

图1、2描述了本发明所涉及的蓄电池的一个实施例，图1是一个带有部分截面图的单位蓄电池透视图，图2是图1中圆圈A的放大截面 图，标号1表示外壳，由于多炔或活化了的多炔在水和氧气中不稳定，所以在它的外表面覆盖一种树脂膜和铝薄膜（1μm-100μm）的叠层，标号2表示一个电极，它由例如多炔制成，而最好是由其中含有抗蚀材料如：不锈钢等制成的多孔金属或金属网3制成，其目的在于增加集流效果，从而可从电极端子5上引出电流，标号4是隔离板，它是以纤维（编织或未编织）制成或由常规材料如多炔或玻璃纤维等制成的泡沫制成，以防止极间短路，同时，维持电解液不断溶解活化剂，这就有可能在单位蓄电池间，使用合适的导电隔离板，将数个单位蓄电池串联，以避免电解液在单位蓄电池间转移。

当一直流电流通过电极时，活化剂离子在电极上被活化形成正、负电极。

根据此发明，为了维持在充-放电时，正，负电极的平衡及在正、负电极间产生不同电流密度，所以负极表面积做得比正极大。

在主链上有共轭双键的聚合物，例如多炔〔（CH）_X〕，由于活化剂离子的活化，使它变成金属态而阻值减小，但由于该电极有一定厚度，活化剂离子沿电极厚度方向分布，这就不可能有效地使用全部多炔，当电流密度降低时，这种趋势可有所好转，但当此时，电极面积需要做得很大，这是不实用的。在负极上由于电流密度不同而引起的活化离子扩散速度不同是很可观的，在充-放电期间，正负电极的电流密度恒定时，电极电位的变化如图4所示。图4是分别表示充电率（%），放电率（%）与电极电位E（V相对于Ag/Ag⁺）的关系曲线。图4清楚表明负极的放电效率低。因此，仅降低负极的电流密度是必要的，为了降低负极的电流密度，最好将负极的表面积增大。

“电极表面积”一词包括（a）几何正对表面积（极高×正对另一极板的极板宽），（b）总几何表面积（极高×板宽×2），（c）每单位重量电极活性物质的比面，（d）的每单位重量电极活性物质的比 面乘电极活性物质的重量求得总比面。

就（a）、（b）中的几何表面积而言，充-放电循环寿命随负极几何表面积与正极几何表面积的比值增加而增加，如图5所示。在图5中，循环寿命直到库仑效率低于50%，活化度为4摩尔%时的充-放电循环寿命。库仑效率由下列等式定义：

库仑效率＝ (放电时流过的电量)/(充电时流过的电量) ×100%

从图5可见，当负极与正极的几何表面积比值增加到一定数值，如1.5时，循环寿命就不能随几何面积比的增加而成线性比例增加。因此，负极的几何表面积为正极的几何表面积的1.03-1.2倍（大3%-20%）为好，最好为1.05-1.1倍（大5%-10%）。