多孔隙铅碳复合极片及其制作方法与铅碳复合电池与流程

本发明关于一种制作方法，特别关于一种铅碳复合极片的制作方法，借由铅碳接合所制的多孔隙铅碳复合极片，可进一步经导线焊接而作为铅碳复合电池的电极片。

背景技术：

1、绿色能源为近年广泛受到关注的议题，目前因应风力发电、太阳光能发电等间歇式发电型态，而采用分散型蓄电系统，应用于此种储电系统的电池则必须满足的两个条件：其一，较高的能量密度；其二，较长的循环充放电寿命。随着绿色能源的开发与量体的扩张，兼具高能量密度与快速充放电特性的储能需求也可预期在不远的未来将迎接一个高速增长。然而，作为建置绿电微电网储能首选的电化学电池，在现有的技术背景下，普遍有着电极容易耗损、寿命不长等缺点。

2、为了解决上述问题，以锂离子电容器为核心的蓄电组件正被积极地开发，其利用包含锂盐的电解液，于正极中借由阴离子的吸附及脱附的非法拉第反应，与负极中借由锂离子的吸纳及释出的法拉第反应进行充放电。此外，锂离子电容器的电极使用氧化物或碳材料，以增高其能量密度增高，其可高出使用活性碳的非法拉第反应10倍，但在电池寿命及充放电效率等方面存在目前尚无可跨越的课题。一方面，复合式铅碳电池也备受关注，因其寿命长而可望降低循环充放电造成的成本损耗，然而碳电极的氧化还原电位远低于铅板，因此铅碳电池的放电电压大多低于1.0v，而这则会导致储能效率过低。

3、美国axion所开发的复合式铅酸电池，其为铅酸电池加上超级电容，利用了正极放在活性碳上以形成超级电容电极，并且为了避免活性碳材和铅的物理接面腐蚀，在此复合式铅酸电池中使用了耐蚀导电保护层隔离酸液。不过，耐蚀导电保护层与电极接面电阻高，这很大程度地影响了电池容量，而且耐蚀导电保护层成本高，造成成本难以充分地摊提而降低。

4、借由增加碳材比表面积和铅碳稳定接合改良的ultrabattery，其具体而言，是将磨碎碳纤维制作成蜂窝状网格，并在高温1000℃氮气流下碳化，再电镀铅锡以成为铅碳电极骨架，接着在镀上铅锡的蜂窝网格上涂含碳纤混合物，经60℃干燥48小时后焊接纯铅接线，再碳化完成铅碳负极，以增加负极板电容量和电池寿命。此法虽增加碳材比表面积，并利用碳纤高温碳化后，导电性良好可电镀铅锡完成铅碳接合，这样的制作程序较繁复成本也较高。

5、为提高电极比表面积，也有利用模板电镀长pb和pbo2纳米线，以抑制高速充放电下电池硫化。以pbo2纳米线/pbo2为正极与商用负极(含活性碳材)组合成电池，每隔200循环汰换商用负极，以进行hrpsoc充放电测试，测试结果显示自1c提高到大电力10c充放电循环寿命可达1400次，充放电效率可达90％。然而，此电极制作是利用溅镀金膜催化纳米线的生长，以及氯仿洗去聚碳酸酯模板，成本昂贵并有衍生污染的风险，较难量产使用。

技术实现思路

1、先进铅酸或复合式铅碳电池的电极制作，主要将铅膏涂布于铅格子体，经熟成达较佳的附着力和内聚力，因此于电池充放电/氧化还原的过程，容易因体积变化而脱落，造成电极随电池使用次数增加而损耗。一方面，以复合式铅碳电池或铅酸电池以解决使用寿命或电容量问题，则有储能效率低或制作成本高等衍生问题尚待解决。

2、因此，对于上述现今技术未能克服的课题，本发明提供一种铅碳复合极片的制作方法，其是包含步骤：提供第一铅材、第二铅材及碳材，该第一铅材的任一主侧面接合于该碳材上，该第二铅材的任一主侧面接合于该碳材上，使该碳材位于该第一铅材与该第二铅材之间；于第一温度下，令该第一铅材与该碳材或该第二铅材与该碳材之间的空气产生膨胀压力以排出空气；及于第一温度下，施加外部压力于该第一铅材、该第二铅材及该碳材并持温持压2～10分钟以使其复合，其中，该第一温度为300～360℃，该外部压力为70～120kg/m2。

3、在一些实施例中，该制作方法进一步包括：放置该第一铅材、该碳材及该第二铅材所形成的铅碳三明治于热压模具中，其中，该热压模具包括：凸模，该凸模具有多个的凸模排气孔及凸模透气槽，该凸模排气孔沿凸模凸缘内侧均匀分散排列，该凸模透气槽沿着凸缘外侧所形成；凹模，该凹模具有多个凹模排气孔及凹模透气槽，该凹模排气孔沿该凹模凹缘内侧对应于该凸模排气孔均匀分散排列，该凹模透气槽是沿着凹缘内侧向凹模几何中心环状螺旋排列形成的凹槽结构，其中，当该凸模相对于该凹模接合时，该凸模排气槽与该凹模排气槽相连通，用以排气。

4、在一些较佳实施例中，在提供该第一铅材、该第二铅材之前，更进一步包括前处理步骤，其步骤包含：于第二温度下，令该第一铅材及该第二铅材于大气环境下持续氧化，其中，该第二温度为0～400℃。

5、在一些较佳实施例中，在提供该碳材之前，更进一步该碳材剪成小块或抽丝；其中，该碳材为碳布，该碳材不含羧基(cooh)。

6、本发明的另一目的在于提供一种铅碳复合极片，其是包含：第一铅材；第二铅材；及碳材，该第一铅材的任一主侧面接合于该碳材上，该第二铅材的任一主侧面接合于该碳材上，使该碳材位于该第一铅材与该第二铅材之间，于第一温度下，令该第一铅材与该碳材或该第二铅材与该碳材之间的空气产生膨胀压力以排出空气；及于第一温度下，施加外部压力于该第一铅材、该第二铅材及该碳材并持温持压2～10分钟以使其复合，其中，该第一温度为300～360℃，该外部压力为70～120kg/m2。

7、在一些较佳实施例中，在提供该第一铅材及该第二铅材之前，该第一铅材及该第二铅材更进一步经前处理，该前处理包含：于第二温度下，令该第一铅材及该第二铅材于大气环境下持续氧化，其中，该第二温度为0～400℃；其中，在提供该碳材之前，该碳材更进一步将该碳材剪成小块或抽丝；其中，该碳材为碳布，该碳材不含羧基(cooh)。

8、在一些较佳实施例中，该第一铅材具有第一焊接点相邻于该碳材的边缘，该第二铅材具有第二焊接点与该第一焊接点对应相邻于该碳材的边缘，用以焊接于铅碳电池的电极接点。

9、本发明的再一目的是提供一种电极片组，其是包含：第一铅碳复合极片，是如前述的铅碳复合极片；第二铅碳复合极片，是如前述的铅碳复合极片；及至少可吸收性玻璃纤维垫，该第一铅碳复合极片设置于该可吸收性玻璃纤维垫上，该第二铅碳复合极片相对于该第一铅碳复合极片设置于该可吸收性玻璃纤维垫上。较佳者，该电极片组更进一步包含铅板，其中该铅板是纯铅板或涂覆铅膏的纯铅板。

10、本发明的又一目的是提供一种铅碳复合电池，其是包含：正极接点；负极接点；电解液；至少正极片组，是如前述的电极片组，其是设置于该电解液中，并以导线焊接方式与该正极接点相连接；以及至少负极片组，是如前述的电极片组，其是设置于该电解液中，并以导线焊接方式与该负极接点相连接。

11、本发明所提供的铅片电极是借由不饱和充放电过程所形成的纳米铅粒子和孔隙结构与铅板一体成形，结合力强，因此电池的电容量随充放电的增加而增加，具有长使用寿命，且制程单纯可达到降低成本的效果。

技术特征：

1.一种多孔隙铅碳复合极片的制作方法，其特征在于，是包含步骤：

2.根据权利要求1所述的铅碳复合极片的制作方法，其特征在于，该制作方法进一步包括：放置该第一铅材、该碳材及该第二铅材所形成的铅碳三明治于热压模具中，其中，该热压模具包括：凸模，该凸模具有多个凸模排气孔及凸模透气槽，该凸模排气孔沿凸模凸缘内侧均匀分散排列，该凸模透气槽沿着凸缘外侧所形成；凹模，该凹模具有多个凹模排气孔及凹模透气槽，该凹模排气孔沿该凹模凹缘内侧对应于该凸模排气孔均匀分散排列，该凹模透气槽是沿着凹缘内侧向凹模几何中心环状螺旋排列形成的凹槽结构，其中，当该凸模相对于该凹模接合时，该凸模排气槽与该凹模排气槽相连通，用以排气。

3.根据权利要求1所述的铅碳复合极片的制作方法，其特征在于，在提供该第一铅材、该第二铅材之前，更进一步包括前处理步骤，其步骤包含：于第二温度下，令该第一铅材及该第二铅材于大气环境下持续氧化，其中，该第二温度为0～400℃。

4.根据权利要求1所述的铅碳复合极片的制作方法，其特征在于，在提供该碳材之前，更进一步该碳材剪成小块或抽丝；其中，该碳材为碳布，该碳材不含羧基(cooh)。

5.一种铅碳复合极片，其特征在于，是包含：

6.根据权利要求5所述的铅碳复合极片，其特征在于，在提供该第一铅材及该第二铅材之前，该第一铅材及该第二铅材更进一步经前处理，该前处理包含：于第二温度下，令该第一铅材及该第二铅材于大气环境下持续氧化，其中，该第二温度为0～400℃；其中，在提供该碳材之前，该碳材更进一步将该碳材剪成小块或抽丝；其中，该碳材为纯碳布。

7.根据权利要求5所述的铅碳复合极片，其特征在于，该第一铅材具有第一焊接点相邻于该碳材的边缘，该第二铅材具有第二焊接点相邻于该碳材的边缘，用以焊接于铅碳电池的电极接点。

8.一种电极片组，其特征在于，是包含：

9.根据权利要求7所述的电极片组，其特征在于，该电极片组更进一步包含铅板，其中该铅板是纯铅板或涂覆铅膏的纯铅板。

10.一种铅碳复合电池，其特征在于，是包含：

技术总结
本发明所揭公开的一种铅碳复合极片的制作方法、铅碳复合极片及铅碳复合电池是于低温大气环境下将部分铅材氧化为氧化铅作为碳材与铅材相结合的接口层，再利用一种特殊的排气方法，而使铅材与碳材接合；此氧化铅接口层是作为碳材与铅材之间的稳定接面，同时再借由压力与温度的搭配控制，形成多孔隙的金属复合材料，作为后端应用时气体与液体的穿透路径。因此，铅碳接合形成多孔隙的金属复合材料得作为铅碳电极片，并可进一步作为铅碳电池的电极片，搭载此铅碳复合极片的铅碳电池在高效率充电高效率放电的不饱和充放电状态下，其库伦效率为100％，且无热能量耗损。

技术研发人员：谢淑惠,吴怀仁,萧存皓,谢筑婷,李镇安,颜志轩
受保护的技术使用者：谢淑惠
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11