铅酸蓄电池用碳基双极板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种铅酸蓄电池用碳基双极板及其制备方法，特点是包括导电双极片基体，在导电双极片基体的正极侧分别设有一条以上的第一正极鱼骨型凸台及一条以上的第二正极鱼骨型凸台，第一正极鱼骨型凸台与第二正极鱼骨型凸台的方向相反并交错分布在导电双极片基体的正极侧；在导电双极片基体的负极侧分别设有一条以上的第一负极鱼骨型凸台及一条以上的第二负极鱼骨型凸台，第一负极鱼骨型凸台与第二负极鱼骨型凸台的方向相反并交错分布在导电双极片基体的负极侧。其优点为：碳材料重量轻，导电导热性能好，热压成型工艺简单方便，便于大规模生产，同时热喷涂铅覆膜牢固，与活性物质结合力强，喷涂过程中基体材料温升小，避免了产生应力和变形，且涂层厚度可以控制，操作工艺灵活，适应性强及经济效益好，易于使用推广。
【专利说明】铅酸蓄电池用碳基双极板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铅酸蓄电池用碳基双极板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作汽车的启动动力源，是成熟的电动汽车蓄电池。它可靠性好、安全性高、大功率输出性能优良，价格低，资源丰富，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。传统铅酸蓄电池有两大缺点:一是比能量低，所占的质量和体积太大，一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。在国际能源日趋紧张和环保要求日益严峻的背景下，市场对电池的需求越来越大，要求也越来越高。而双极电池对比传统铅酸蓄电池，无论是在电能输入、输出上，还是在能量储存上都要优越很多，主要是因其活性物质被涂覆在双极基板的两面，电流路径极短，输出功率很大，电池体积重量也因此大大减少。在双极电池中，双极板既要连接内部单元电池，又要容纳活性物质，并且把各个单元电池分隔开来，双极板在电解液腐蚀环境下必须保持其导电性，并阻断与相邻单元电池电解液连通，且不得参与电池反应或为电池自放电提供回路。这就要求双极片必须具有良好的导电性及耐酸碱且在在电池的电位窗中保持稳定，不参加电池反应，对电池活性物质有良好的吸附能力，还要易于加工和密封，同时要求其制作工艺简单，能够易于大规模生产，而现有技术制造的双极板难以达到以上要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种制作工艺简单，导电性好、制造成本低以及使用寿命长的铅酸蓄电池用碳基双极板及其制备方法。
[0004]为了达到上述第一目的，本发明是这样实现的，其是一种铅酸蓄电池用碳基双极板，其特征在于包括导电双极片基体，在所述导电双极片基体的正极侧分别设有一条以上的第一正极鱼骨型凸台及一条以上的第二正极鱼骨型凸台，所述第一正极鱼骨型凸台与第二正极鱼骨型凸台的方向相向并交错分布在导电双极片基体的正极侧；在导电双极片基体的负极侧分别设有一条以上的第一负极鱼骨型凸台及一条以上的第二负极鱼骨型凸台，所述第一负极鱼骨型凸台与第二负极鱼骨型凸台的方向相向并交错分布在导电双极片基体的负极侧；第一正极鱼骨型凸台、第二正极鱼骨型凸台、第一负极鱼骨型凸台及第二负极鱼骨型凸台的材料与导电双极片基体材料相同。
[0005]所述导电双极片基体的厚度为4.6?8.4mm,所述第一正极鱼骨型凸台及第二正极鱼骨型凸台的高度均为1.5?3mm,所述第一负极鱼骨型凸台及第二负极鱼骨型凸台的高度为均1.1?2.4mm，正极鱼骨型凸台和负极鱼骨型凸台的高度比为:1:0.75?0.8。
[0006]为了达到上述第二目的，本发明是这样实现的，其是一种铅酸蓄电池用碳基双极板的制备方法，其特征在于步骤如下:
步骤一
采用质量百分比为85%?95%的膨胀石墨和5%?15%的粘接剂乳液进行混合，经过模具热压成型制成导电双极片基体、一条以上的第一正极鱼骨型凸台、一条以上的第二正极鱼骨型凸台、一条以上的第一负极鱼骨型凸台及一条以上的第二负极鱼骨型凸台，第一正极鱼骨型凸台及第二正极鱼骨型凸台交错且方向相反的分布在导电双极片基体的正极侧；第一负极鱼骨型凸台及第二负极鱼骨型凸台交错且方向相反的分布在导电双极片基体的负极侧；模具温度为:150?300°C，压力为:10?50MPa，热压时间为20?90分钟，然后在导电双极片基体上喷涂金属铅涂层；
步骤二
对导电双极片基体修边整理，对其表面进行喷砂处理；
步骤三
将待喷涂的金属铅加热至熔融状态，并通过高速气流使金属铅雾化高速喷射到经过喷砂处理的导电双极片基体的表面上，形成厚度为0.1?0.5mm的导电金属喷涂层，得到碳基双极基板；
步骤四
在碳基双极基板的正极面涂敷铅酸蓄电池用正极活性物质，负极面涂敷铅酸蓄电池用负极活性物质，固化干燥后得到铅酸蓄电池用碳基双极板。
[0007]所述粘接剂可以聚偏氟乙烯树脂、双酚A型环氧树脂、线性酚醛树脂中的一种或几种混合。
[0008]所述金属铅喷涂层的厚度为0.1?0.3mm。
[0009]本发明与现有技术相比的优点为:碳材料重量轻，导电导热性能好，热压成型工艺简单方便，便于大规模生产，同时热喷涂铅覆膜牢固，与活性物质结合力强，喷涂过程中基体材料温升小，避免了产生应力和变形，且涂层厚度可以控制，操作工艺灵活，适应性强及经济效益好，易于使用推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的主视图；
图2是图1的A-A剖视放大图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
[0012]在本发明的描述中，术语“第一”及“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0013]如图1、2所示，其是一种铅酸蓄电池用碳基双极板，包括导电双极片基体I，在所述导电双极片基体I的正极侧分别设有一条以上的第一正极鱼骨型凸台2及一条以上的第二正极鱼骨型凸台3，所述第一正极鱼骨型凸台2与第二正极鱼骨型凸台3的方向相反并交错分布在导电双极片基体I的正极侧；在导电双极片基体I的负极侧分别设有一条以上的第一负极鱼骨型凸台4及一条以上的第二负极鱼骨型凸台5，所述第一负极鱼骨型凸台4与第二负极鱼骨型凸台5的方向相向并交错分布在导电双极片基体I的负极侧；第一正极鱼骨型凸台2、第二正极鱼骨型凸台3、第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5的材料与导电双极片基体I材料相同。第一正极鱼骨型凸台2及第二正极鱼骨型凸台3可以使正极活性物质能够牢固的附着在基体上，第一负极鱼骨型凸台4与第二负极鱼骨型凸台5可以使负极活性物质能够牢固的附着在基体上。在本实施例中，导电双极片基体I的正极侧分别设有五条第一正极鱼骨型凸台2及五条第二正极鱼骨型凸台3，导电双极片基体I的负极侧分别设有五条第一负极鱼骨型凸台4及五条第二负极鱼骨型凸台5，也可以根据实际情况设置第一正极鱼骨型凸台2、五条第二正极鱼骨型凸台3、第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5的数量。
[0014]为了保证导电双极片基体I有良好的机械强度，所述导电双极片基体I的厚度为
4.6?8.4mm ;所述第一正极鱼骨型凸台2及第二正极鱼骨型凸台3的高度均为1.5?3mm,保证正极活性物质能够牢固的附着在导电双极片基体I上；所述第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5的高度为均1.1?2.4mm,保证负极活性物质能够牢固的附着在导电双极片基体I上；正极鱼骨型凸台和负极鱼骨型凸台的高度比为:1:0.75?0.8，保证正、负极活性物质量的最佳匹配。在本实施例中，导电双极片基体I的厚度为7.5_，第一正极鱼骨型凸台2及第二正极鱼骨型凸台3的高度均为2.3mm，第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5的高度为均1.8_，也可根据实际情况设置导电双极片基体I的厚度，但需在厚度范围内，也可根据实际情况设置第一正极鱼骨型凸台2、第二正极鱼骨型凸台3、第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5的高度，在需在各自的高度及比值范围内。
[0015]铅酸蓄电池用碳基双极板的制备方法，步骤如下:
步骤一
采用质量百分比为85%?95%的膨胀石墨和5%?15%的粘接剂乳液进行混合，经过模具热压成型制成导电双极片基体1、一条以上的第一正极鱼骨型凸台2、一条以上的第二正极鱼骨型凸台3、一条以上的第一负极鱼骨型凸台4及一条以上的第二负极鱼骨型凸台5，第一正极鱼骨型凸台2及第二正极鱼骨型凸台3交错且方向相反的分布在导电双极片基体I的正极侧；第一负极鱼骨型凸台4及第二负极鱼骨型凸台5交错且方向相反的分布在导电双极片基体I的负极侧；模具温度为:150?300°C，压力为:10?50MPa，热压时间为20?90分钟，然后在导电双极片基体I上喷涂金属铅涂层；在本实施例中，膨胀石墨的含量为90%和粘接剂乳液的含量为10%，它们为质量百分比，也可根据实际情况设置膨胀石墨的含量和粘接剂乳液的含量，但需在质量百分比范围内；
步骤二
对导电双极片基体I修边整理，对其表面进行喷砂处理；
步骤三
将待喷涂的金属铅加热至熔融状态，并通过高速气流使金属铅雾化高速喷射到经过喷砂处理的导电双极片基体I的表面上，形成厚度为0.1?0.5mm的导电金属喷涂层，得到碳基双极基板；在本实施例中，喷砂处理的厚度为0.3mm，也可根据实际情况设置喷砂处理的厚度，但需在0.1?0.5mm范围内；
步骤四
在碳基双极基板的正极面涂敷铅酸蓄电池用正极活性物质，负极面涂敷铅酸蓄电池用负极活性物质，固化干燥后得到铅酸蓄电池用碳基双极板。[0016]在本实施例中，所述粘接剂为聚偏氟乙烯树脂，也可根据实际情况用双酚A型环氧树脂、线性酚醛树脂中的一种或几种混合代替聚偏氟乙烯树脂。
[0017]在本实施例中，所述金属铅喷涂层的厚度为0.2mm，也可根据实际情况在0.1?
0.3mm范围内选择金属铅喷涂层的厚度。
[0018]我们将所得到的双极板组装成双极型铅酸蓄电池进行测试，测试结果表明，采用本发明的制备方法，能快速有效的制造出高性能的铅酸蓄电池用碳基双极板，所制备的双极型铅酸蓄电池体积小，重量轻，比能量高，输出功率大，使用寿命长。究其原因，得益于碳基材料的良好的导电性和导热性，重量轻，喷涂的金属铅层和活性物质铅膏的结合强度优于传统的板栅结构，有着优良的多孔性能，在降低工艺难度的同时还增加了极片表面积，进而增强了附着力，同时降低了电流密度，从多个方面保证了电池的性能。
[0019]以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种铅酸蓄电池用碳基双极板，其特征在于包括导电双极片基体(I)，在所述导电双极片基体(I)的正极侧分别设有一条以上的第一正极鱼骨型凸台(2)及一条以上的第二正极鱼骨型凸台(3)，所述第一正极鱼骨型凸台(2)与第二正极鱼骨型凸台(3)的方向相反并交错分布在导电双极片基体(I)的正极侧；在导电双极片基体(I)的负极侧分别设有一条以上的第一负极鱼骨型凸台(4)及一条以上的第二负极鱼骨型凸台(5)，所述第一负极鱼骨型凸台(4)与第二负极鱼骨型凸台(5)的方向相反并交错分布在导电双极片基体(I)的负极侧；第一正极鱼骨型凸台(2)、第二正极鱼骨型凸台(3)、第一负极鱼骨型凸台(4)及第二负极鱼骨型凸台(5)的材料与导电双极片基体(I)材料相同。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用碳基双极板，其特征在于所述导电双极片基体(I)的厚度为4.6?8.4mm,所述第一正极鱼骨型凸台(2)及第二正极鱼骨型凸台(3)的高度均为1.5?3mm，所述第一负极鱼骨型凸台(4)及第二负极鱼骨型凸台(5)的高度为均1.1?2.4mm，正极鱼骨型凸台和负极鱼骨型凸台的高度比为:1:0.75?0.8。
3.一种铅酸蓄电池用碳基双极板的制备方法，其特征在于步骤如下: 步骤一 采用质量百分比为85%?95%的膨胀石墨和5%?15%的粘接剂乳液进行混合，经过模具热压成型制成导电双极片基体(I)、一条以上的第一正极鱼骨型凸台(2)、一条以上的第二正极鱼骨型凸台(3)、一条以上的第一负极鱼骨型凸台(4)及一条以上的第二负极鱼骨型凸台(5)，第一正极鱼骨型凸台(2)及第二正极鱼骨型凸台(3)交错且方向相反的分布在导电双极片基体(I)的正极侧；第一负极鱼骨型凸台(4)及第二负极鱼骨型凸台(5)交错且方向相反的分布在导电双极片基体(I)的负极侧；模具温度为:150?300°C，压力为:10?50MPa,热压时间为20?90分钟，然后在导电双极片基体(I)上喷涂金属铅涂层； 步骤二 对导电双极片基体(I)修边整理，对其表面进行喷砂处理； 步骤三 将待喷涂的金属铅加热至熔融状态，并通过高速气流使金属铅雾化高速喷射到经过喷砂处理的导电双极片基体(I)的表面上，形成厚度为0.1?0.5mm的导电金属喷涂层，得到碳基双极基板； 步骤四 在碳基双极基板的正极面涂敷铅酸蓄电池用正极活性物质，负极面涂敷铅酸蓄电池用负极活性物质，固化干燥后得到铅酸蓄电池用碳基双极板。
4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池用碳基双极板的制备方法，其特征在于所述粘接剂可以是聚偏氟乙烯树脂、双酚A型环氧树脂、线性酚醛树脂中的一种或几种混合。
5.根据权利要求3所述的一种铅酸蓄电池用碳基双极板的制备方法，其特征在于所述金属铅喷涂层的厚度为0.1?0.3mm。
【文档编号】H01M4/68GK103531820SQ201310467047
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】徐盛南, 沈培康, 陈源, 李桂辉 申请人:广东中商国通电子有限公司