专利名称：一种双面作功的双极板及其高能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高能蓄电池，特别是铅酸电池，主要用作电动汽车、电动自行车、
电动摩托等电动车的动力电源。
技术背景 为提高铅酸电池的容量和寿命，相对于普通型铅酸电池，人们开发了轻型板栅铅 酸电池，巻绕式铅酸蓄电池和双极板铅酸电池等第二代新产品。在轻型板栅铅酸电池领域， 人们希望用塑料板栅或钛丝板栅取代铅或铅合金板栅，结果没有成功。在巻绕式铅酸蓄电 池领域小容量电池已有很好应用，但大容量电池体积巨大，不适合于在电动车上应用。在双 极板铅酸电池领域，以金属原料如钛板或钛网、铅板或铅网、不锈钢板或不锈钢网等材料制 成板栅的电池已小试成功，产品已有小量供应，例如中国千网世纪公司的相关产品，但该产 品容量较低，比能量一般在40-45wh/kg之间，用于电动车上能量不足；以非金属原料如有 机板或网、陶瓷板或网等材料制成板栅的电池有很多专利，但无产品面世。 以有机板或网制成板栅的双极板铅酸电池有较大优势理论上其比能量可达 80wh/kg，试制时已可达到60-70wh/kg，容量与镍氢电池相等同，是锂电池的60% -80% ; 循环寿命可达2000次以上，是镍氢电池、锂电池的2倍；制造成本只有镍氢电池、锂电池的 1/4-1/5，低于现有普通铅酸电池；而且该电池还具有铅酸电池共有的稳定性，不会爆炸、燃 烧，所以特别适合于电动汽车上作动力电源使用。 美国专利USP5916709公开了一种双极板铅酸蓄电池，这种电池比传统电池的比 容量提高20 % 25 % 。寿命延长40 % 50 % ，适合快速充放电，成为双极板蓄电池的鼻祖。 其后双极板技术在锂离子电池、铅酸电池和镍氢电池领域都得到了应用。 日本专利昭59-121787于1984年公开了一种双极板铅酸电池，其板栅由有机基板 和均匀分布于基板上的铅突出部组成，铅突出部穿过有机基板用作正负极活性物质的电子 通道。但由于铅突出部与有机基板之间存在缝隙，在电池充放电过程中，电解液产生蠕动现 象而使相邻电池单元间电解液联通，电池短路产生自放电而使电池报废。所以该专利没有 实施价值。 我国专利申请号200410014945. 5，公开了"水平式双极型铅酸蓄电池及其双极 板"，特征是基板采用塑料板，在基板上穿编包铅塑芯复合导线或包铅碳纤维芯复合导线， 用来代替钛板或不锈钢板作为双极板的导电板栅。该专利同样存在密封问题，无法真正实 施。 本人于06年申请了 "电动汽车用长寿命高容量双极型极板铅酸电池"，公开号 CN101202356A，公开了一种双极板铅酸电池在基板的两面增设根数众多的导电针，导电针 穿过基板，按要求密布于双极板的正负极表面，其长短与正负极活性物质涂膏层厚度相等 或稍微长出一点；基板采用塑料制造，导电针用钛丝或铅丝或不锈钢丝制成。以上述板栅为 基础制成的双极板铅酸电池，在实验室中，本人制成的电池比能量达62. 3wh/kg，但该电池
循环寿命不稳定，其原因还是电池单元间的密封问题。[0008] 另外，现有的双极板，包括专利和产品，其结构都是活性物质层一面紧贴在基板 上，另一面与电解液接触，工作时只有与电解液接触一面产生充放电反应，单面作功，电池 能量受到限制。
现有技术存在的缺点 现有双极板铅酸电池不能实用的原因主要有第一是电池单元之间的密封问题， 第二是板栅腐蚀问题，第三是电极表面硫酸盐化问题，第四是正、负活性物质层与有机基板 的结合力问题。 另外，现有双极板铅酸电池只有单面作功，如果双面作功，电池容量提高空间较 大。
发明内容 本发明的一个目的是提供一种两面都能作功的双极板。本发明的另一个目的是 以该双极板组装成双极板铅酸电池，使其比能量超过80wh/kg，电池容量接近锂二次电池水 平。 本发明的技术方案是 双极板技术方案基板用疏水材料制成，在基板两面增设根数众多的导电针，导电 针穿过基板，按要求密布于基板的正反两表面；导电针上设置凸出台，凸出台的至少一个面 与基板接触，并且使该接触部份形成一个至多个弯曲缝隙，在缝隙上填充疏水材料；在基板 两面贴合可吸取电解液的毡膜层，再在毡膜层两表面分别设置正、负极活性物质层，而导电 针一端在正负极活性物质层内，另一端穿过对面的基板再穿出贴于其上的正负极活性物质 层外，必要时还可在正负极活性物质层内设置加强筋。 双极板组装成双极板铅酸电池的技术方案本发明铅酸蓄电池由外壳、装在外壳 内的极板群、极板群上的二个外接端子、灌入极板群内的电解液组成；极板群包括一块上端 极板， 一块下端极板和多块双极板，每二块相邻极板中间垫一块隔板.隔板内吸有电解液； 隔板的一面紧贴在正极活性物质层上、另一面紧贴在负极活性物质层上组成一个电池单 元；极板群由多个电池单元组成，各个电池单元上开通气孔，必要时设置联通各个通气孔的 共用气室，在共用气室上设置减压阀。 所述的双极板技术方案适用于铅酸电池、锂电池和镍氢电池，特别适用于铅酸电 池。 所述的基板按电池要求，可制成方形、园形或各种图形；其水平方向可制成平板、 开口的格网状平板或闭口的格网状平板，优选闭口的格网状平板；格网状形式可采用正方、 斜方、多方形和其它不规则形状，按基板强度要求取舍；基板四周设置一道至多道阻断电解 液路径的挡圈，挡圈数量优选为l-2道，挡圈内外均设置气体通道；在挡圈最外端的气体通 道内的基板上设置通气孔，优选l-4个，也可不设置；基板的四周设置用于电池组间密封 的边框，边框上一面设置环形槽，另一面设置凸出的舌，便于电池组装时各极板的对齐和密 封。基板材料选用石料、玻璃、陶瓷材料、珐琅、釉、有机材料，有机材料包括塑性材料、热固 性材料或橡胶，可任选一种或它们的复合材料，优选有机材料，再优选ABS、 PP、 PE、 PC、氟聚 合物，氟聚合物包括PTFE、 PCTFE、 PFA、 ETFE、 PVDF和其它氟碳树脂、氟硅树脂，再优选疏水 的氟聚合物如PVDF、PTFE、ETFE，使整块基板表面都具有疏水性；还可选用基板内芯用ABS、PP、PE、PC或无机材料，外面涂复或复合PFA、ETFE、PVDF、氟碳树脂材料，使整块基板表面都 具有疏水性。基板的制造可采用注塑、层压、模压、烧结、复合、涂膜等所有本专业技术人员 已知的技术手段。 所述的每一个导电针上都设置一个到多个凸出台，优选1-2个，凸出台的至少一 个面与基板接触。凸出台的外周边形状可制成方形、园形、多边形、不规则形状，优选园形。 导电针的针部截面可选用园形、方形、菱形、三角形、不规则形，优选三角形，截面的边可采 用直边、园弧内凹、园弧外凸，优选园弧内凹形。凸出台与基板接触部份一面，可以是光滑或 粗糙的平面，也可以用非平面，优选粗糙的平面；凸出台的另一面与正、负极活性物质层接 触，面形状可以是光滑或粗糙的平面，也可以用非平面，优选粗糙的平面；凸出台与正、负极 活性物质层接触的一面可能长出一根导电用针，该针长度与正、负极活性物质层持平或高 出，优选高出。凸出台的边缘与毡膜层接触或不接触。 所述的导电针由金属制成，铅酸电池优选钛、铅、不锈钢及它们的合金。 所述的导电针上导电针与基板接触面部份用有机或无机材料涂覆，优选用疏水材
料涂覆，疏水材料包括PTFE、PCTFE、PFA、ETFE、PVDF和其它氟碳树脂，再优选与制造基板材
料相同的疏水材料或涂覆于基板外层相同的疏水材料，采用相同材料后，导电针与疏水基
板的装配可以采用优选的注塑熔合、焊接、热熔接，使导电针与基板接触部份的疏水材料填
充层缝隙最小化或消除缝隙；当然还可选用胶粘剂粘合、紧装配等所有本专业技术人员已
知的技术手段；穿过基板的导电针和其上的凸出台组成导电针与基板接触部份的一个至多
个弯曲缝隙。 所述的导电针与正、负极活性物质层接触部份优选进行电极修饰，对于铅酸电池， 铅导电针电极修饰是非优选的。电极修饰的一种方法是在铅酸电池中，对钛、不锈钢导电 针或非优选的金属材料做成的导电针进行电极修饰。把已成形的导电针整体或接触电解液 部份涂覆无机导电材料如导电陶瓷、导电玻璃或导电氧化物，优选的材料有(Sn02+Sb203)、 (Sn02+SbOx+Ir03) 、 Ti3SiC2、 Ti3AiC2、 TiB2、 TiC ;再在无机层外以电极修饰方法涂上一层有机 导电涂层，优选的材料有聚笨胺PAn导电高聚物或PAn与其它材料复合的导电塑料，再在导 电针上导电针与基板接触部份涂上疏水材料，然后与基板装配复合成板栅；这种修饰方法 也可以采用非优选的只涂覆一层无机导电层或只涂覆一层有机导电层，然后涂上疏水材料 与基板装配复合成板栅。电极修饰的另一种方法是先把导电针装配在基板上，再对与电解 液接触部份的导电针进行电极修饰。 所述的毡膜层，由可以吸附电解液的多孔材料制成。在铅酸电池中，优选用现有隔 板材料制造，包括橡胶隔板、PVC隔板、PP隔板、PE隔板、AGM隔板，再优选AGM隔板。毡膜 层的制造方法是取二层以上AGM隔板压制成可与基板配合的格网状形状，再在毡膜层上开 孔，孔数与位置与基板上的导电针相同，孔直径大小与导电针上的凸出台相同，装配时紧密 地贴合在基板两面，贴合方法优选粘接，贴合后导电针凸出台部份或针部份露出在毡膜层 外，同时导电针及其周边相当于凸出台直径的基板部份露出在毡膜层外。毡膜层至少有二 层毡膜材料组成，优选2-3层，便于电极产生的气体的排出与吸收 所述的正负极活性物质层分别敷设在装有导电针和毡膜层的基板两面，正、负极 活性物质层穿过毡膜层上个数众多的孔，与导电针凸出台上的一个面或针部接触，同时与 导电针针部周边露出在毡膜层外的基板接触。导电针埋设于正、负极活性物质层的方式有两种，其一是导电针的一个端露出在正负极活性物质层外，另一端穿过基板埋设在对面的 正负极活性物质层内；其二是设置导电针两个端都埋设于两面的正负极活性物质层内，用 来增加基板的导电能力。当然在正负极活性物质层内还可增设加强筋，加强筋由多根丝线 交叠而成或者由丝线织成的网制成，材料可以是金属丝、塑料丝、陶瓷玻璃丝，在铅酸电池 中优选导电性的铅、钛、不锈钢丝。 在铅酸电池中，双极板敷设正负极活性物质层后，再在表面喷酸，经过熟化，干燥 后即成生极板；再经化成、洗涤、干燥即成熟极板。 为实现第二个目的，首先把上述双极板组装成极板群，所述的极板群是把下端极
板、隔板、双极板、隔板、双极板------隔板、上端极板按三明治方式排列重叠组成；其中的
隔板吸有电解液，与一端的负极活性物质层，另一端的正极活性物质层组成一个电池单元，
产生2V的标称电压。其中所述的上端极板采用单面负极活性物质涂膏层，下端极板涂有正
极活性物质层，不过也可相反设置，外接端子分别由上端极板和下端极板引出，作为电池的
正负极输出端子。装配时，各极板间边框联接采用密封胶固定密封，或极板间边框采用弹性
材料制成，加压后实现弹性密封；把极板群装入外壳，使极板群固定在坚固的电池外壳中，
由外壳上的压力传递给予极板群内的正负极活性物质一个适当的压力。 所述的极板群内构成了多个电池单元，电池单元的数量由电池要求决定，优选
2-50个，组成4V-100V电压电池；电池单元内的隔板可选用橡胶隔板、PVC隔板、PP隔板、PE
隔板、AGM隔板，优选AGM隔板；电池单元内的电解液吸附在隔板和双极板内的毡膜层中，电
解液灌注形式可采用富液型或贫液型，优选贫液型；每个电池单元上设置一个电解液加液
孔，同时用作通气孔。 为实现电池在密封结构中工作，在所述的电池单元内进行电解液、气体和热量管 理是必须的。 当电池进入过充电时，过充电的正极产生氧气，过充电的负极产生氢气，同时电极 内电阻使电极放热，氧气能迅速与负极的铅再结合而氢气则不能，为此本发明在电池单元 内设置负极活性物质质量过量5 % -50 % ，优选10 % -30 %;当电池过充电时，首先正极产生 过充电而放出氧气，氧气迅速与负极结合增加了负极的氧化铅质量，形成氧化铅增量与电 解的平衡，确保负极不过充，从而不产生氢气。 对气体的管理光有这些还不够，如何设定气体通道，使氧气迅速到达负极也是关 键，为此要对电解液进行管理，本发明首先设置隔板和毡膜层为多层结构，优选2-3层，便 于产生的氧气从隔板和毡膜层中逸出，再在电池单元内设置无阻挡的气体通道，再对隔板 和毡膜层上吸附的电解液量进行控制，使得覆盖在电极表面的电解液层足够薄，氧气可以 很容易地穿过电解液层在电极上扩散，为此控制隔板和毡膜层的贫液率在50% -99%，优 选95% -98%。 电池单元间的电解液导通，使得电池短路，是双极电池不能商业化的主要原因。电 池单元间的电解液导通以往不能消除的原因是电池充放电过程中电解液的蠕动、电池气 体产生的电池单元内压和局部内压、电池充放电过程中产生的热量使各零件间因热胀冷縮 效应而产生缝隙、电池零件的腐蚀等，使得电池单元间产生电解液路径而使电池短路。本发 明的基板采用疏水材料，优选热胀冷縮系数与导电针金属材料一致的氟聚合物材料，消除 了热胀冷縮效应的影响，再优选在酸性介质和电场中不受腐蚀或腐蚀量极少的氟聚合物，避免了腐蚀影响，经上述优选后的氟聚合物都是高氟聚合物，高氟聚合物表面具有天然的 疏水性，电解液滴在高氟聚合物表面形成荷叶效应，电解液凝聚成珠状而不能辅展成膜，再 加上吸取电解液的隔板和毡膜层取贫液型，所以基板上不存在电解液膜，这样一来基板周 边即使形成泄漏，也不能形成电解液路径而使电池短路，所以本发明对基板周边的密封要 求不严格。接下来的问题是导电针与基板之间缝隙的泄漏问题，本发明采用在导电针上导 电针与基板接触部份进行涂膜处理后再与基板装配的方法，阻隔电解液在导电针表面连通 成电解液路径；涂膜方式优选热涂膜，再优选导电针加热温度在20(TC以上，这种涂膜方式 保证了涂层与导电针金属表面的充分湿润，涂层与金属的紧密结合，如化工生产设备中的 反应釜一样，氟树脂涂层可以在反应釜中长期不剥落，有效隔断金属表面的电解液膜的连 续性，再加上涂层的热胀冷縮与导电针金属的一致性和涂层优良的耐腐蚀性，涂层可以在 工作环境中长期使用，从而阻断导电针的电解液路径。由于在导电针上设置了凸出台，导电 针与基板的接触缝隙变得弯曲，同时拉长，这样一来缝隙即使产生泄漏也不能在缝隙上形 成电解液路径而使电池短路，所以导电针与基板之间缝隙的密封要求也不严格，换言之，本 发明双极板电池即使不进行密封，电池仍然能够正常工作。 当电池在特殊环境中不受控时，电池产生高热，或氧气不能被结合，或电极产生了
氢气，为此本发明在每个电池单元上设置一个减压阀，在特定压力下把气体和热量排出体
外；更优选地，本发明在每个电池单元上开孔，使各电池单元的气室联成一体，在共用气室
上设置减压阀，使电池保持在一定的压力下工作，获得电池的动态密封；共用气室可设置在
电池体内也可在体外，在体外的共用气室外壁可设置成换热器结构，该结构可在不排放气
体情况下带走电池内热量。减压阀是常用产品，因此本发明不作详细描述。 本发明设置的导电针可以增加正负极活性物质层与有机基板的结合力，必要时可
设置几根加强筋，加强筋与导电针牢固联接后，再敷设正负极活性物质层，并把加强筋包裹
在正负极活性物质层内，这一结构可确保正负极活性物质层的工作强度。 由于双极板铅酸电池是串联电路装配，其中的一只电极表面产生硫酸盐化现象
时，整个电池就不能导电而使电池报废，所以双极板铅酸电池的硫酸盐化问题比普通铅酸
电池更加严重。本发明设置部份导电针露出在正负极活性物质层外，当电极表面产生硫酸
盐化现象时，硫酸盐化层不能覆盖导电针表面，导电针仍然导电，当双极板电池是局部或轻
微硫酸盐化时，电池还可以正常工作；当双极板电池产生严重硫酸盐化时，由于导电针的导
电作用，可以通过慢充电修复电池，消除硫酸盐化现象。 本发明的双极板由于增设了毯膜层，使得紧贴于基板一面的正负极活性物质层也 能与电解液接触，参与充放电反应，同时正负极活性物质层设置的厚度相比单面作功的双 极电池可以取更大值，提高了电池内正负极活性物质的质量与电池总质量的比率，增大了 电池容量。 本发明的有益效果 本发明采用疏水材料制造基板和电池板栅，解决了双极电池从发明以来一直无法 解决的电池单元间的电解液泄漏造成电池短路问题，也即双极电池无法密封问题，使得双 极电池在非密封状态下不形成电解液路径，电池能够正常工作，为双极电池的商业化普及 和应用辅平道路。 本发明的双极板两面工作，提高双极电池容量30%以上，制成的电池重量比能量可超过80wh/kg，接近锂电池水平 本发明电池可在内气压30KPa环境下工作，但各电池单元间压力差为O，吸收了巻 绕式铅酸电池的优点，可使电池在正常环境使用条件下密封环保，不失水，终身免维护，同 时提高了电池寿命。 本发明的导电针一端穿过活性物质层，另一端在对面的活性物质层内，这一结构 保证电池在没充足电之前，导电针部位不会放出氧气或氢气，同时本发明的导电针具有导 电、加固正、负极活性物质层与板栅的结合力、消除正、负极活性物质层表面的硫酸盐化现 象三大作用。相对于日本专利昭59-121787的铅突出部只有导电和加固正、负极活性物质 层与板栅的结合力二种功能，相对于中国专利CN101202356A，其导电针虽然与本发明一样 有相同的三大作用，但是CN101202356A的导电针在正、负极活性物质层两面穿过，在电池 一开始充电时，导电针部位就容易过充电而放出氧气或氢气，使电池难以密封，所以相对于 现有技术本发明具有技术进步意义。
[0040]图1为本发明第一种双极板结构图。图2为本发明第一种双极板俯视图。图3是本发明另一种双极板的基板结构图。图4是图3的俯视图。图5是本发明上端极板结构图。图6是本发明下端极板结构图。图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14是导电针的4种形式。图15A、图15B、图15C、图15D、图15E是导电针的5种涂膜形式。图16是本发明铅酸电池(1)的装配图。图17是本发明铅酸电池(2)的装配图。图18是本发明铅酸电池(3)的装配图。实施方式下面结合实施例详细说明实施方式。实施例1 :双极板(100)。见图1、图2，双极板(100)由基板(110)、导电针(120)、毡膜层(130)、正极活性
物质层(140)、负极活性物质层(150)、挡圈(111)和边框(160)组成。按图7、图8、图9、 图10、图11、图12、图13、图14所示，优选纯铅制成不同形状的导电针(120)，或制成它们 中的一种或多种形状的导电针(120)，再把导电针(120)按图15A、图15B、图15C、图15D、 图15E所示涂覆上涂膜(125)，该涂膜(125)优选用疏水材料制得，再优选与基板(110)的 制造材料相同的氟聚合物制成。把涂覆了涂膜(125)的导电针(120)放入模具内，在注塑 机上注塑制成基板(110)，基板(110)可采用平板结构或具有加强筋(113)的格网状结构， 优选格网状结构，在基板(110)上固定了导电针(120)，获得了二个挡圈(111)和多个边孔 (115)，基板(110)材料优选疏水材料，再优选与导电针(120)上的涂膜(125)相同的氟聚 合物制成。再把基板(110)固定在模具上，在基板(110)边缘上注塑制成边框(160)，边框 (160)包含了基板(110)上的边孔(115)，使边框(160)获得附着于基板(110)上足够的物理强度，边框(160)材料用耐酸塑料或耐酸橡胶制成。把AGM隔板材料层压压制成毡膜层 (130)，在毡膜层(130)上开孔，孔数与位置与基板(110)上的导电针(120)个数与位置相 同，孔直径大小比导电针(120)上的凸出台(122)稍大，毡膜层(130)至少有二层毡膜材料 组成，优选2-3层，便于电极气体的排出与吸收；毡膜层(130)压制成可与基板(110)配合 的格网状形状，装配时紧密地贴合在基板(110)两面，贴合后导电针(120)的凸出台(122) 或针部(121)露出在毡膜层(130)夕卜，同时导电针(120)及其周边相当于凸出台(122)直径 的基板(110)部份露出在毡膜层(130)夕卜。把氧化铅粉、稀硫酸、导电添加剂、胶粘剂和其 它添加剂混合成正极铅膏，涂抹在基板(110)的一面上成正极活性物质层(140);再把氧化 铅粉、稀硫酸、导电添加剂、膨胀剂和其它添加剂混合成负极铅膏，涂抹在基板(110)的另 一面上成负极活性物质层(150)，负极活性物质质量过量15%，再在正极活性物质层(140) 和负极活性物质层(150)表面喷酸，经过熟化，干燥后即成生极板；再经化成、洗涤、干燥即 成熟极板。 实施例2 :基板(110)的第二种形式。 见图3、图4，基板(110)上设置有挡圈(111) 一道，挡圈(111)边有一个倒角 (116)，倒角(116)边设置一个通气孔(114)，该通气孔(114)导通各电池单元的气室成共用 气室，使各电池单元的压力差为O，同时通气孔(114)还可作为电解液的进出口使用；基板 (110)上还设有按装导电针(120)用的孔台(112)，涂覆上涂膜(125)的导电针(120)可以 插入孔台(112)内固定其上，固定的方法可采用焊接、热熔接、胶粘剂粘合、紧装配等；为增 强基板(110)强度，制取大形电池，在基板(110)上设置了众多根数的加强筋(113)，加强筋 (113)与孔台(112)、挡圈(111) 一道组成基板(110)的格网状结构。基板(110)优选疏水 材料注塑或模压一次成形，其材料再优选采用高氟聚合物。本实施例基板(110)的其它结 构与实施例1中的基板(110)相同。 实施例3 :导电针(120)的电极修饰防腐处理。 在铅酸电池中，如果采用钛、不锈钢制造导电针(120)，或非优选的金属材料做 成导电针(120)，优选进行电极修饰。把已成形的导电针(120)整体或接触电解液部 份涂覆无机导电材料如导电陶瓷、导电玻璃或导电氧化物，优选的材料有(Sn02+Sb203)、 (Sn02+SbOx+Ir03) 、 Ti3SiC2、 Ti3AiC2、 TiB2、 TiC ;再在无机层外以电极修饰方法涂上一层有机 导电涂层，优选的材料有聚笨胺PAn导电高聚物或PAn与其它材料复合的导电塑料。这种 修饰方法也可以采用非优选的只涂覆一层无机导电层或只涂覆一层有机导电层。 实施例4 :导电针(120)的疏水涂膜(125)的涂覆。 在经过电极修饰的导电针(120)表面优选进行疏水涂膜(125)的涂覆，涂覆部位 包括导电针(120)上导电针(120)与基板(110)接触的针部(121)和凸出台(122)的面， 涂膜(125)形状如图15A、图15B、图15C、图15D、图15E所示5种形式，但不局限于此5种 形式。 对于没有经过电极修饰的导电针(120)，如铅制导电针(120)，本实施例优选在铅 表面进行疏水涂膜(125)的涂覆，涂覆部位包括导电针(120)上导电针(120)与基板(110) 接触的针部(121)和凸出台(122)的面，涂膜(125)形状如图15A、图15B、图15C、图15D、 图15E所示5种形式，但不局限于此5种形式。 在本实施例中还可对导电针(120)先进行疏水涂膜(125)的涂覆，后进行电极修
9饰，涂覆部位包括导电针(120)上导电针(120)与基板(110)接触的针部(121)和凸出台 (122)的面，涂膜(125)形状如图15A、图15B、图15C、图15D、图15E所示5种形式，但不局 限于此5种形式。后续的电极修饰方法如实施例3所示。 疏水涂膜(125)的涂覆方法优选热涂覆，首先加热导电针(120)，再在导电针
(120)需涂覆部位涂上涂膜(125)。 实施例5 :下端极板(30)的制造。 如图6示下端极板(30)由基板(31)和垂直于基板(31) —面的导电针(32)、复 盖于导电针(32)上的负极活性物质层(150)、与基板(31)相联的输出端子(50)、一道挡圈 (33)、覆盖于基板(31)另一面的塑板(34)及联着的边框(160)组成。基板(31)和导电针 (32)及输出端子(50)优选用纯铅制成，一次压铸成形，挡圈(33)用疏水材料制造压注在 基板(31)上，再在基板(31)的另一面注塑形成塑板(34)及联着的边框(160)，边框(160) 上设置了用于对齐极板和密封作用的舌(161)，再后在基板(31)的导电针(32) —面涂覆上 负极活性物质层(150)，经浸酸、熟化、烘干即成生极板，再经化成、烘干即成熟极板。基板 (31)和导电针(32)如果不用优选材料制造，接触电解液一面优选进行电极修饰。 实施例6 :上端极板(20)的制造。 如图5示上端极板(20)由基板(21)和垂直于基板(21) —面的导电针(22)、复 盖于导电针(22)上的正极活性物质层(140)、与基板(21)相联的输出端子(50)、一道挡圈 (23)、覆盖于基板(21)另一面的塑板(24)及联着的边框(160)组成。基板(21)和导电针 (22)及输出端子(50)优选用铅锡合金制成，一次压铸成形，挡圈(23)用疏水材料制造压 注在基板(21)上，再在基板(21)的另一面注塑形成塑板(24)及联着的边框(160)，边框 (160)上设置了用于对齐极板和密封作用的槽(162)，再后在基板(21)的导电针(22) —面 涂覆上正极活性物质层(140)，经浸酸、熟化、烘干即成生极板，再经化成、烘干即成熟极板。 基板(21)和导电针(22)如果不用优选材料制造，接触电解液一面优选进行电极修饰。 实施例7 :本发明双极板铅酸电池(1)的装配。 见图16，本发明铅酸电池(1)由外壳(60)、下端极板(30)、隔板(40)、双极板 (100)、上端极板(20)、二个外接端子(50)、位于每个电池单元上的众多减压阀(80)组 成。电池外壳(60)做成筒状容器，筒状容器用塑料或金属做成，优选不锈钢。把下端极板
(30)、隔板(40)、双极板(100)、隔板(40)、双极板(100)------隔板(40)、上端极板(20)
按三明治方式排列重叠组成极板群，为对齐极板群内层叠的双极板(IOO)，装配时，先在边 框(160)上加粘合剂，再把极板群内各极板边框(160)上的槽(162)与舌(161)合拢，其 后把极板群装入外壳(60)，必要时可在外壳(60)与极板群外壁接触面涂上胶粘剂，再把外 壳(60)与极板群移入压力机上，对极板群施加适当压力后，再使外壳(60)包裹极板群，给 予极板群内的正负极活性物质层一个适当的压力，包裹完成后胶粘剂再结硬，完成电池单 元之间的密封。密封后再在每个电池单元的一边上开孔，按装上减压阀(80)，按装减压阀 (80)的孔，同时也是电解液灌入和抽出通道。二个外接端子(50)分别用作电池的正、负极 输出端子。 实施例8 :本发明双极板铅酸电池(2)的装配 见图17，本发明铅酸电池(2)由外壳(60)、下端极板(30)、隔板(40)、双极板 (100)、上端极板(20)、二个外接端子(50)、减压阀(80)、位于每个电池单元上的通气孔(90)和联通各个通气孔(90)的共用气室(70)组成。电池外壳(60)做成筒状容器，筒状容 器用塑料或金属做成，优选不锈钢。把下端极板(30)、隔板(40)、双极板(100)、隔板(40)、
双极板(100)------隔板(40)、上端极板(20)按三明治方式排列重叠组成极板群，为对齐
极板群内层叠的双极板(IOO)，装配时，先在边框(160)上加粘合剂，再把极板群内各极板 边框(160)上的槽(162)与舌(161)合拢，其后把极板群装入外壳(60)，必要时可在外壳 (60)与极板群外壁接触面涂上胶粘剂，再把外壳(60)与极板群移入压力机上，对极板群施 加适当压力后，再使外壳(60)包裹极板群，给予极板群内的正负极活性物质一个适当的压 力，包裹完成后胶粘剂再结硬，完成电池单元之间的密封。密封后再在每个电池单元的一边 上开通气孔(90)，通过通气孔(90)可以注入电解液和抽出电解液，进行电池化成，完成电 池化成后，再装上共用气室(70)，在共用气室(70)上按装减压阀(80)，共用气室(70)优选 制成换热器结构，外壁上装有散热片或散热纹。 共用气室(70)用塑料或金属做成，优选不锈钢或钛，这一结构可以带走电池内部
热量，达到热量和水份的体外循环。 实施例9 :本发明双极板铅酸电池(3)的装配 见图18，本发明铅酸电池(3)由外壳(60)、下端极板(30)、隔板(40)、双极板 (100)、上端极板(20)、二个外接端子(50)、减压阀(80)组成。电池外壳(60)做成筒状容 器，筒状容器用塑料或金属做成，优选不锈钢。把下端极板(30)、隔板(40)、双极板(100)、
隔板(40)、双极板(100)------隔板(40)、上端极板(20)按三明治方式排列重叠组成极板
群，在这一极板群中，双极板(100)内的基板(110)采用实施例2中的基板(110)形式，如 图3图4示在每个基板(110)上优选设置一个通气孔(114)，该通气孔(114)导通各电池 单元的气室成共用气室；并且，极板边框(160)用弹性材料制造。装配时，把极板群内各极 板边框(160)上的槽(162)与舌(161)合拢，其后把极板群装入外壳(60)，必要时可在外壳 (60)与极板群外壁接触面涂上胶粘剂，再把外壳(60)与极板群移入压力机上，对极板群施 加适当压力后，再使外壳(60)包裹极板群，完成电池单元之间的弹性密封，同时给予极板 群内的正负极活性物质一个适当的压力；再在上端极板(20)上开孔按装减压阀(80)。按 装减压阀(80)的孔，同时也是电解液灌入和抽出通道。 上述方案中所涉及的材料，都可在阿里巴巴网上市场购得，导电聚笨胺PAn涂料 可在中科院北京化学所购得。 本发明双极板铅酸电池(1)、双极板铅酸电池(2)、双极板铅酸电池(3)都可以采 用电池化成方式，电池组装后，注入过量的电解液，采用普通电池通常的化成充电方式，化 成结束后，以一定的真空度吸出多余的电解液，再进行调整充电，以建立电池内部的"氧循 环"体系，使电池内隔板(40)和毡膜层(130)吸附的电解液贫液率达到规定值，完成后再进 行密封，即成密封式双极型铅酸电池。
权利要求一种双极板，以基板作为集电体，基板一面敷设正极活性物质层，另面敷设负极活性物质层，基板周边设置边框，用于组装电池时各电池单元的封，其技术特征在于基板用疏水材料制成，在基板上埋设有导电针，基板两面贴合有毯膜层，、负极活性物质层敷设在毯膜层外，正、负极活性物质层部份与毯膜层接触、份与基板接触、部份与导电针接触。
2. 根据权利要求l所述的双极板，其技术特征在于基板的疏水材料用聚合物制成，包 括氟碳树脂和氟硅树脂。
3. 根据权利要求2所述的双极板，其技术特征在于基板的疏水材料所的氟聚合物用高氟树脂，包括PTFE、 PCTFE、 PFA、 ETFE、 PVDF。
4. 根据权利要求1所述的双极板，其技术特征在于基板上设置有疏水挡圈、通气孔， 挡圈和通气孔与基板一起一次性注塑成形或层压成形。
5. 根据权利要求l所述的双极板，其技术特征在于导电针上设置有凸台，凸出台与基 板接触，使得埋设在基板上的导电针与基板的接触面形成弯缝隙。
6. 根据权利要求1所述的双极板，其技术特征在于在导电针上导电针基板的接触面在装配前涂覆一层涂膜，涂膜层材料与所接触的基板材料相同。
7. 根据权利要求5或6所述的双极板，其技术特征在于导电针涂膜的覆方法采用热涂覆。
8. 根据权利要求1所述的双极板，其技术特征在于毡膜层贴合在基板两面，材料选用现有隔板材料，包括橡胶隔板、PVC隔板、PP隔板、PE隔、AGM隔板，
9. 根据权利要求8所述的双极板，其技术特征在于毡膜层由2层以上隔料组成。
10. 根据权利要求l所述的双极板，其技术特征在于导电针埋设在基板两端伸出在基板外，一端穿出在基板一面的正、负极活性物质层外，另一基板对面的正、负极活性物质层 内。
11. 一种由权利要求1至权利要求10所述的双极板为主体组成的双极电池，下端极板、隔板、至少一块双极板、隔板、上端极板以三明治层叠结构极板群，极板群装入外壳内， 由上、下端极板引出正、负极输出端子，隔双极板内的毯膜层吸有电解液，由隔板和隔板一 端的正极活性物质层与另的负极活性物质层组成一个电池单元，极板群由多个电池单元组成，其特征在于在各个电池单元上开通气孔，设置联通各个通气孔的共用气在共用气室上设置减压阀。
12. 根据权利要求11所述的双极电池，其技术特征在于共用气室凸出在体外。
13. 根据权利要求12所述的双极电池，其技术特征在于凸出在电池体外用气室制成 换热器结构，外壁上设置有散热片或散热纹。
14. 根据权利要求11所述的双极电池，其技术特征在于每块隔板至少有以上隔板材 料叠合而成。
专利摘要一种用于电动车的双极电池，特别是双极板铅酸电池，解决了现有双极电池的电池单元间无法密封和双极板的单面作功问题。本实用新型采用疏水材料做基板，基板上埋设有导电针，在基板两面增设了毯膜层，正负极活性物质层敷设在毯膜层外面组成双极板，在双极板组成的双极电池中设置了共用气室，共用气室上有减压阀。这一结构可使电池中电池单元之间在非密封状态下电池不短路仍可正常工作，为双极电池的商业化应用辅平了道路；同时电池内双极板两面工作，提高双极电池容量30％以上，双极板铅酸电池重量比能量可超过80wh/kg，接近锂电池水平，而造价只有锂电池的1/4以下；本电池可在电池内气压30kPa以下工作，使用中密封环保。
文档编号H01M2/12GK201508871SQ200920177220
公开日2010年6月16日 申请日期2009年8月29日 优先权日2009年8月29日
发明者夏振明 申请人:夏振明