一种高效能电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了本发明提供了一种高效能电池，包括电池壳、电解质以及安装在所述电池壳内的极板组，所述极板组包括多个复合极板和多个隔离板，多个所述复合极板呈层叠的方式设置，相邻的所述复合极板间隔设有对所述隔离板；相邻的所述复合极板之间形成的空隙为电解液槽，所述电解质填充在所述电解液槽中，所述电解质为由体积浓度为0.1~2mol/L的气相二氧化硅与甲基磺酸铅溶液混合成凝胶状的混合物，其混合质量比在1～12：100范围。提供了一种结构简单合理，比功率和比能量高，充电速度快，循环使用寿命长，低温特性好的电池。
【专利说明】
一种高效能电池
技术领域
[0001] 本发明涉及电池技术领域，更具体是涉及一种高效能电池。
【背景技术】
[0002] 能源是国民经济可持续发展和国家安全的重要基础，随着社会和经济的发展，对 能源需求日益增加，化石能源的大量消耗所造成的环境压力日益突出。因此，节约化石能 源，提高化石能源利用效率，实现节能减排以及大规模利用可再生能源，实现能源多样化成 为世界各国能源安全和经济可持续发展的重要战略。各国政府纷纷提出可再生能源在能源 消费中占比需持续提高。风能、电能等可再生能源易受环境、地域、时间、季节等因素的影 响，具有不稳定、不连续的特点，该负面特点不仅加重了电网系统调峰的难度，还会对电压、 频率等电网质量造成严重影响。
[0003] 大规模高效储能技术是解决可再生能源发电不稳定特性的重要途径，推进太阳 能、风能等可再生资源发电技术的普及应用，尤其提高对可再生能源发电的兼容和蓄电池 的利用效率是实现我国节能减排的重要途径。因为研究开发高储能、高效能的电池既符合 我国能源发展的基本战略，又可发挥规模化蓄电优势，对于实现节能、降耗、减排，具有极其 重要而深远的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种高效能电池，提供了一种结构简单合理，比功率和比 能量高，充电速度快，循环使用寿命长，低温特性好的电池。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种高效能电池，包括电池壳、电解质以及安装在 所述电池壳内的极板组，所述极板组包括多个复合极板和多个隔离板，多个所述复合极板 呈层叠的方式设置，相邻的所述复合极板间隔设有对所述隔离板;相邻的所述复合极板之 间形成的空隙为电解液槽，所述电解质填充在所述电解液槽中。
[0006] 优选地，上述技术方案中，所述电解质为由体积浓度为0.1~2mol/L的气相二氧化 硅与甲基磺酸铅溶液混合成凝胶状的混合物，其混合质量比在1~12:100范围。
[0007] 优选地，上述技术方案中，所述复合极板为由外表面为亚氧化钛涂层的正极板、材 料为石墨、活性炭或紧密泡沫镍的负极板以及导电层粘接而成的一个整体;其中，电池的一 端配置有一个正极板与一个导电层，另一端配置一个负极板与一个导电层。
[0008] 优选地，上述技术方案中，还包括导电铜箱、正极输出端子以及负极输出端子，其 中，所述导电铜箱通过热压与电池的两端的导电层连接，所述正极输出端子和所述负极输 出端子均通过焊接与所述导电铜箱连接。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 本发明选用甲基磺酸铅饱和溶液混合二氧化硅作为凝胶状电解质，极板为复合双极 板，优选亚氧化钛作为电池复合电极正极板，具有较高的导电性减少充放电循环带来的电 容衰减。而电池可以根据容量的需要由1个或多个极板组组成，结构简单合理，比功率和比 能量高，充电速度快，循环使用寿命长，低温特性、是一种同时集超级电容器和电池双重特 性的双功能储能电池。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明高效能电池的结构示意图。
[0011] 图2为本发明高效能电池的剖面图。
[0012] 图3为本发明高效能电池的复合极板结构示意图。
[0013] 附图标记说明： 1-电池壳，2-电解质，3-隔离板，4-导电铜箱，5-正极输出端子，6-负极输出端子，7-复 合极板，7-1正极板，7-2负极板，7-3导电层，8-电解液槽，9-定位槽，10-注液口。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0015] 本发明的原理:本发明实施例的电解质为凝胶状甲基磺酸铅饱和溶液。甲基磺酸 铅的溶解度和电解液的导电性是决定电池性能最关键的两个因素，很大程度上取决于电解 液成分的选择。铅离子的浓度高时，电池可存储的能量更多。但是，当铅离子浓度过高时，电 解液粘度增大，溶液的导电性会大幅下降。因此，铅离子浓也度是影响电池充放电性能的关 键因素之一。但是甲基磺酸的浓度越高，电解液的导电性越好。通过绘制出铅的溶解度与甲 基磺酸的浓度关系的实验发现，铅的溶解度最大可达到2 mol/L，这时酸的浓度是1 mol/L， 当酸的浓度再增加时，甲基磺酸铅的溶解度会减少，到5 mol/L时甲基磺酸铅的溶解度已经 很小了。在充电过程每消耗1 mol的Pb2+，就会生成2 mol的H+，所以，在充电过程中，铅 离子的浓度下降，H+的浓度以两倍的速度增加。为了保证在充电的过程中，金属铅不从酸中 析出，开始时酸的浓度也不应太大。实际使用中，在充电的后期，当酸的浓度很1大时，就会 在正负极上有氧气和氢气析出，大大降低了电池的充电效率。因此为了使电池获得好的性 能，选择未放电的甲基磺酸铅浓度为0.1~2 mol/L与气相二氧化硅的混合铅酸溶液作为电 池的电解质溶液。凝胶状甲基磺酸铅溶液经充充分搅拌后，形成凝胶状甲基磺酸铅电解液。 在这种凝胶状甲基磺酸铅电解液电池的结构下，正极板上析出的氧气通过凝胶中的细小裂 缝扩散到负极板再化合，达到抑氢灭氧的目的，反应的化学式为：
如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种高效能电池，包括：电池壳1、电解质2、隔 离板3、导电铜箱4、正极输出端子5、负极输出端子6、复合极板7、电解液槽8、定位槽9、注液 口 10，其中，如图3所示，复合极板7包括正极板7-1、负极板7-2、导电层7-3。
[0016] 参看图1，电池壳1包括电池盖，在本实施例中，电池壳1的材质为PP、ABS，而电池盖 用树脂密封，在电池壳1内安装极板组和隔离板3,在电池壳1的底部上设置有定位槽9。
[0017] 再参看图1，安装在电池壳1内的极板组包括多个复合极板7和多个隔离板3,多个 复合极板7呈层叠的方式设置，相邻的复合极板7间隔设有1对隔离板3;相邻的复合极板7之 间形成的空隙为电解液槽8，电解质2填充在电解液槽8中。
[0018] 更具体的是，本实施例中电池的极板组由6个复合极板7层叠而成，而复合极板7为 由外表面优选为亚氧化钛涂层的正电极7-1、材料为材料为石墨、活性炭或紧密泡沫镍的负 极板7-2以及导电层7-3粘接而成的一个整体，负极板7-2的材料优选石墨。其中，电池的一 端配置有一个正极板7-1与一个导电层7-3,另一端配置一个负极板7-2与一个导电层7-3， 以便将电能从正极输出端子5和负极输出端子6输出。导电铜箱4通过热压与被配置在电池 两端的导电层7-3连接，正极输出端子5和负极输出端子6均通过焊接与导电铜箱4连接，其 中在导电铜箱4为一种集流材料，优选铜质、铅。
[0019] 在本发明的实施例中复合极板7正极板7-1优先选用亚氧化钛材料;亚氧化钛电极 与电解液接触面呈波浪状，目的是增加正极板7-1表面积及吸附力，防止放电后未完全反应 的二氧化铅结晶脱落(因为随着电池充放电循环次数的增加，正极板7-1放电后未完全反应 的二氧化铅会逐渐增多，当增厚到一定程度后，二氧化铅结晶就会脱落）。
[0020] 复合极板7的正极板7-1电反应式为：
复合极板7的负极板7-2材料优选石墨，在负极上Pb2+/ Pb电对的反应速度较快，且没 有明显的过电势，所以铅的沉积和溶解能够较快的进行。而且由于氢在铅上有较高的超电 势，所以在反应的电势范围内没有氢气析出，充电过程的库伦效率接近于1。但到充电后期， 随着Pb 2+浓度逐渐减少，H+浓度迅速增加，这样就会导致负极上有氢气析出;但在充电后期， 正极板7-1同样会有氧气析出，析出的氧气通过二氧化硅细小裂缝扩散到负极板7-2表面， 同负极板7-2析出的氢气进行再化合，达到抑氢灭氧的目的，最终减缓了容量的衰减，延长 了电池寿命。
[0021] 在相邻复合极板7之间配置1对隔离板3,更具体的是复合极板7的正极板7-1和负 极板7-2各配制1个隔离板3,隔离板3的材质优选为AGM或PVC、PP、PE材料。每个隔离板3安装 在电池壳1底部的定位槽9中，更具体的是，安装时隔离板3隔离板两正面与复合极板7紧贴 以同时放入电池壳1内，且放入时隔离板3正对插入定位槽9以便固定，隔离板3对复合极板7 起固定支撑作用，以防复合极板7错位或偏移。
[0022 ]相邻的复合极板7之间形成的空隙为电解液槽8，每一个电解液槽8的上方设置有 一个延伸出电池盖的注液口 10，电解质2从注液口 10注入填充在电解液槽8中并包覆在复合 极板7外表面。注液完后在注液口 10上盖橡胶质安全阀并用塑料片及树脂将电池盖密封。 [0023]本实施例中的电解质2为由体积浓度为0.1~2mol/L的气相二氧化硅与甲基磺酸铅 溶液混合成凝胶状的混合物，其混合质量比在1~12:100范围，该电解质2由如下步骤制得： A、 按质量比优选6:100在浓度为lmol/L的甲基磺酸铅(二价)溶液中加入气相二氧化 娃； B、 通过高速搅拌机步骤A中的混合液先进行快速搅拌，后低速搅拌;其中，快速搅拌转 速在1500~200转/分钟范围内，优选2000转/分钟，搅拌时间约为10~15分钟；快速搅拌完成 后缓慢转至低速搅拌，低速搅拌转速应为500~1000转/分钟，优选800转/分钟； C、低速搅拌5~10分钟后，使用加酸机边搅拌边将搅拌后的混合液从注液口 10注入电解 液槽8中，注液完成后静置15~30分钟开始形成凝结状，制得电解质2。
[0024] 本实施例以甲基磺酸铅溶液作为基质溶液，充电时可溶的Pb2+在负极还原形成金 属铅，在正极氧化形成固体二氧化铅Pb0 2,放电时生成的铅和二氧化铅又变成Pb2+，从而使 得电池能循环使用。
[0025] 组装成电池时，在电池壳1内根据需要的电压将复合极板7隔着隔离板3组装在一 起，具体是复合极板7和隔离板3组装的蓄电池单体，更具体的是将复合极板7的负极板7-2 与正极板7-1交替地隔着隔离板3层叠而成的极板组，将该极板组安装在隔成6个的蓄电 池单体中，该6个蓄电池单体串联连接而成高效能电池。
[0026] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高效能电池，包括电池壳（1)、电解质（2)以及安装在所述电池壳（1)内的极板 组，其特征在于，所述极板组包括多个复合极板(7)和多个隔离板(3)，多个所述复合极板 (7)呈层叠的方式设置，相邻的所述复合极板(7)间隔设有1对所述隔离板(3);相邻的所述 复合极板(7)之间形成的空隙为电解液槽(8)，所述电解质(2)填充在所述电解液槽(8)中。2. 根据权利要求书1所述的高效能电池，其特征在于，所述电解质（2)为由体积浓度为 0.1~2mol/L的气相二氧化硅与甲基磺酸铅溶液混合成凝胶状的混合物，其混合质量比在1 ~12:100范围。3. 根据权利要求书1所述的高效能电池，其特征在于，所述复合极板(7)为由外表面为 亚氧化钛涂层的正极板(7-1)、材料为石墨、活性炭或紧密泡沫镍的负极板(7-2)以及导电 层(7-3)粘接而成的一个整体;其中，电池的一端配置有一个正极板(7-1)与一个导电层(7-3)，另一端配置一个负极板(7-2)与一个导电层(7-3)。4. 根据权利要求书3所述的高效能电池，其特征在于，还包括导电铜箱(4)、正极输出端 子(5)以及负极输出端子(6)，其中，所述导电铜箱(4)通过热压与电池的两端的导电层(7-3)连接，所述正极输出端子(5)和所述负极输出端子(6)均通过焊接与所述导电铜箱(4)连 接。
【文档编号】H01M10/12GK106025389SQ201610634190
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月5日
【发明人】黄伟国, 徐志宁, 周邦红, 付宗顺
【申请人】广西鑫锋新能源科技有限公司