CN103875098A

CN103875098A - 双极性电池和板

Info

Publication number: CN103875098A
Application number: CN201280043585.4A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·福斯特
Original assignee: East Penn Manufacturing Co Inc
Current assignee: East Penn Manufacturing Co Inc
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: MX354463B; JP2014530450A; US20130065105A1; CN103875098B; EP2754192B1; ES2791828T3; BR112014005237B1; MX2014002721A; CA2847838C; EP2754192A1; CA2847838A1; JP6124894B2; US9634319B2; BR112014005237A2; WO2013036575A1

Abstract

本发明公开了一种双极性电池板（10），被用于制造双极性电池。双极性电池板包括框架（11）、衬底（12）、第一和第二铅层（14）、以及阳性和阴性活性材料（16、18）。衬底包括通过衬底的多个穿孔（13），并且所述衬底定位在所述框架内。第一铅层被定位在所述衬底的一侧上，而第二铅层被定位在所述衬底的另一侧上。所述第一和第二铅层通过多个穿孔电连接到每个。阳性活性材料被定位在第一铅层的表面上，同时阴性活性材料被定位在第二铅层的一个表面上。

Description

双极性电池和板

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及具有一系列双极性电池板的双极性电池。

背景技术

传统的双极性电池一般包括具有金属导电衬底的电极，在金属导电衬底上，阳性活性材料形成一个表面而阴性活性材料形成相反表面。活性材料通过各种装置被保持在对电解质离子不导电的金属导电衬底上。电极以平行堆叠的关系布置从而提供一种具有电解质和间隔件的多单元电池的电池，电解质和间隔件在相邻电极之间提供界面。在层叠体的端部处使用的传统的单极电极与输出端子电连接。发展到迄今的大多数双极性电池已经使用金属衬底。具体地，双极性铅酸系统已经利用铅和铅合金用于这种用途。使用铅合金，如锑，赋予衬底强度，但会导致加速腐蚀和起泡。

在大多数已知的用于双极性电池的板中，通常是膏或糊状物或糊状物形式的阳性活性材料被涂敷到金属导电衬底的一侧上，同时阴性活性材料类似地被涂敷至相反侧。该板可以被包括在框架中，所述框架密封多个板之间的电解质以便它不能迁移穿过板。

在美国专利No.4,275,130中，公开了一种具有多个导电双极板21的双极性电池结构20。每个双极板21可包括具有连续相树脂材料的复合衬底片34，它对电解质离子是不导电的。该复合衬底片34还包括嵌入在材料中的均匀分布、随机分散的导电纤维33。粘合剂树脂是一种合成有机树脂，并且可以是热固性或热塑性的。该复合衬底片34具有基本上平坦的相对的侧面35，侧面35包括嵌入的石墨纤维33在它们的表面曝露的部分。嵌入的石墨纤维不仅可以通过衬底片34提供导电性，而且还赋予该热塑性材料高水平的硬度、刚度、强度和稳定性。衬底片34可以任何合适的方式制成，例如通过将颗粒形式的热塑性材料与石墨纤维充分掺混。该混合物在模具中加热，然后加压成形为具有选定的尺寸和厚度的衬底片。在衬底片被固化后，基本平坦的侧面35可例如通过抛光容易地处理或加工，以消除在侧面中的针孔或其它不规则。

正如所披露的，铅条带通过已知的电镀工艺结合至复合衬底片34。在阳性侧面35上，铅条带38之间的正面区域由耐腐蚀树脂涂层36（合适地，诸如特氟隆（聚四氟乙烯）的碳氟树脂）覆盖，该涂层防止衬底34的相邻的石墨纤维和聚乙烯的阳极腐蚀。在阴性侧面35上，铅条带37之间的正面区域可以由不能渗透至电解质的薄的树脂涂层来保护，如聚乙烯涂层36a。在双极板21的制造中以及在复合衬底片成形之后，薄的特氟隆片可以被结合到阳性侧表面35。在结合之前，如长度和宽度与铅条对应带的开口的窗口被切断。然后电镀会将条带38上的铅结合至衬底侧面35上的暴露的导电石墨表面。相同的制造工艺可在阴性侧面35上以用聚乙烯或其它类似材料涂覆无条带区域。可以以阳性条带一样的方式实现阴性条带的电镀。

间隔件板23用于支撑阳性活性材料24和阴性活性材料25，并且可以由合适的合成有机树脂制成，优选地诸如微孔聚乙烯的热塑性材料。

电池结构20包括多个导电双极板21，它们的外周边缘或边界被支撑和承载在外围绝缘外壳构件22中。双极板21之间的插入和布置的是多个间隔件板23。间隔件板在其一侧上承载阳性活性材料24并且在其相对侧上承载阴性活性材料25。外壳构件22连同双极板21和间隔件板23一起提供用于容纳电解质液体的腔室26。在电池结构20的每个端部处，标准双极板21与集电板交界，其中27是阴性集电板而28是阳性集电板。端部集电器27和28的外部设有由杆31相互连接的压力构件30，杆31具有用于将压力构件30连在一起并且对双极板和间隔件的堆叠布置施加轴向压力的螺纹部分。

双极板21重量轻，刚性好，并且包括在铅条带边缘和保护涂层之间的结合线，以抵抗衬底的结构恶化和腐蚀。电镀过程是必需的，以将铅条带37、38结合到具有石墨纤维的导电衬底。此外，多个双极板21位于分离的外壳构件22和外部框架中，所有这些都需要用于更多的部件的进一步处理步骤。在一般情况下，双极性电池结构20是具有将数层材料和衬底组装到通过复杂的外部支承框架固定在一起的多个腔室26和本体43中的复杂设计。

发明内容

因此，本发明的许多目的中的一个目的是提供一种具有简化的双极板设计的双极性电池，其中活性材料被包封在包括具有穿孔的可模制衬底的绝缘框架内以改善活性材料之间的导电性。而且，所述双极性电池生产廉价并且不需要复杂的外部框架以支撑双极板。

每个双极性电池板包括框架、衬底、第一和第二铅层、以及阳性和阴性活性材料。衬底包括通过衬底的多个穿孔，并且衬底被定位于所述框架内。第一铅层被定位在所述衬底的一侧上，同时第二铅层被定位在所述衬底的另一侧。第一和第二铅层通过所述多个穿孔中的每一个彼此电连接。阳性活性材料被定位在第一铅层的表面上，同时阴性活性材料被定位于第二铅层的表面上。

附图说明

下面参照附图中所示的图更详细地解释本发明，这些图示出了本发明的示例性实施例，其中：

图1是根据本发明的双极性板的正视图；

图2是沿图1的线2-2所截取的双极板的剖视图；

图3是根据本发明的双极性电池的立体图；

图4是图4所示的双极性电池的分解立体图；

图5是具有外壳的根据本发明的双极性电池的局部剖视图；

图6是没有外壳的根据本发明的双极性电池的另一局部剖视图；

图7是根据本发明的双极板的近视图，示出了双极性板的衬底中的穿孔；和

图8是根据本发明的双极板的另一近视图，示出了双极板的非导电框架；和

图9是根据本发明的双极板的另一近视图，示出了双极板的另一种非导电框架。

具体实施例

下面将参照附图更详细地说明本发明，其中相同的参考标号指代相同的元件。但是，本发明可能具体化为许多不同的形式并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例，相反，提供这些实施例使得描述将会彻底和完整，并且会充分地传达本发明的概念给本领域技术人员。

关于图1-9，根据本发明的双极性电池100包括多个双极板10、保持电解质20的间隔件22和接线端的端部部分30。这些主要部件中的每个被堆叠在一起以形成根据本发明的双极性电池100，该双极性电池100是具有最小数量部件避免复杂外部支撑结构的适应性强的设计。

现在参照图1和图2，将讨论根据本发明的双极板10。双极板10包括框架11、基片12、沿着并延伸通过衬底12的前表面和后表面的多个穿孔13、铅箔14、第一活性材料16和第二活性材料18。

一般地，衬底12、铅箔14、第一活性材料16与第二活性材料被包封在框架11内，该框架11提供了对双极板10的支撑和保护。衬底12被定位在框架11的中心，铅箔14被定位在衬底的两侧，随后活性材料16、18被定位在铅箔14之上。框架11是不导电的。在所示实施例中，框架11是可模制的绝缘聚合物，如聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），聚碳酸酯，共聚物、或聚合物共混物。因为框架11是可模制的，形状和大小的配置的数量是丰富的，这也提供给了可以针对不同的用途定制的根据本发明的双极板10。

在所示的实施例中，框架11具有大致矩形的形状，其在被定位到框架11中时提供针对衬底12的支持。框架11是用于双极板10、以及双极性电池100的外壳。框架11的外表面是双极板10和双极性电池100的外表面。框架11的表面是大致平坦的，并且特别地，沿框架11的外表面是大致平坦的。当与间隔件22和接线端部分30组装时，特别是当双极板10倚靠平坦的相对的表面直立定位时，框架11支持其自身以及双极板10。

框架11还包括衬底容纳通路11a和材料容纳通路11b，如图2所示。衬底容纳通道11a是凹槽或通道，而材料容纳通路11b是在框架11的开口，其容纳在双极板10的两个可堆叠侧上的铅箔14和活性材料16、18。

衬底容纳通道11a是用于当衬底12被定位在框架11内时容纳和固定在衬底12的凹槽。衬底容纳通道11a的其他配置是可以的，包括槽口、凹口、凹部或将衬底12固定在框架11内的任何固定机构。例如，衬底12可以用焊接或通过粘合剂、或通过紧固件固定到框架11。然而，在所示的实施例中，在双极板10的制造期间，衬底12被固定在衬底容纳通路11a中。

每个材料容纳通道11b被定位在框架11的大致中心处，当基片12被定位在衬底容纳通路11a时，该框架11被衬底12彼此分开。此外，铅箔14和活性材料16、18被包封在框架11的外表面平面内。这些对的腔体的尺寸被设计成将铅箔14和活性材料16、18牢固地容纳在框架11内。

在所示的实施例中，衬底12是与框架11分离的一块绝缘材料，衬底12被容纳并固定在框架11的衬底容纳通道11a内。然而，框架11和衬底12通常可以由相同的材料形成在一起，作为单体结构。在制造期间，框架11和衬底12由同一材料构造成单件或一体。这可以通过如注塑模制的工艺或其它已知的方法来进行。

在所示的实施例中的衬底12通常是绝缘塑料，所述绝缘塑料是非导电的，即，尼龙、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯、共聚物或在所示的实施例的共聚物共混物。简而言之，不管框架11和衬底12是否由单一件结构制备，框架11和衬底12可以由相同材料制备。

在可选的实施例中，如图7所示，衬底112通常是不导电的，由绝缘塑料制得。然而，导电纤维和材料在整个绝缘塑料均匀地分散。例如，衬底112可以由Integral Technologies,Inc制备的商品名为ElectriPlast的耐腐蚀塑料制得，其包括高导电性区域。衬底112，如图7中所示，包括非导电树脂基材料或热塑性塑料112a，该非导电树脂基材料或热塑性塑料112a具有导体颗粒微粉末和/或在树脂基或热塑性塑料112a内结合有基本上均匀的微纤维。如在图7清楚地示出的，导体颗粒或纤维12b被均匀分散在整个树脂或热塑性塑料12a的本体。在这个例子中，粉末中导体颗粒或纤维112b的导体颗粒直径D为大约3至12微米之间。导体颗粒或纤维112b的导体纤维的直径为约3至12微米之间，典型地在10微米的范围内，或在约8至12微米之间，并且长度在大约2至14毫米之间。导体颗粒或纤维112b的微导电纤维可以是金属纤维或镀金属纤维。另外，镀金属纤维可通过将金属电镀到金属纤维上或将金属电镀到非金属纤维上而形成。示例性的金属纤维包括但不限于，不锈钢纤维、铜纤维、镍纤维、银纤维、铝纤维或类似物，或它们的组合。示例性的金属电镀材料包括但不限于，铜、镍、钴、银、金、钯、铂、钌、铑以及它们的合金。任何可电镀的纤维可以用作非金属纤维的芯。示例性的非金属纤维包括但不限于，碳、石墨、聚酯、玄武岩、人造和天然存在的材料，等等。此外，超导体金属，如钛、镍、铌和锆，以及钛、镍、铌和锆的合金也可以用作微导电纤维和/或电镀到纤维上的金属。

导体颗粒和/或纤维112b在树脂或热塑性材料112a中被大致均匀地分散。衬底112包括：衬底112上的导电表面的受控区域，其中，来自导电颗粒或纤维112b的导电材料通过树脂或热塑性材料112a露出，它们通过均质化工艺导电连接。衬底112的导电表面还被进一步制造工艺控制，如蚀刻或喷砂处理，其中通过化学或通过在高压下向表面驱使或推进磨料流粗糙化使表面。然后暴露导体颗粒和/或纤维112b，并且提供衬底112的导电区域。这个过程提供了具有受控制的量的导电性的衬底112，包括导电性的尺寸和面积。

另外，也可以使衬底112包括在成型过程期间在绝缘树脂或热塑性材料112a内一起被基本上均匀分散的导电颗粒、粉末和/或纤维112b的组合。均质化的材料可模制成多边形，如所示的衬底112，其适应根据本发明的双极性板10所需的各种定制设计或性能。接着可以在单一的制造工艺中将衬底112与框架11模制在一起。这简化了双极板10与双极性电池100，其中采用了最少的部件的使用并且消除了生产步骤。此外，通过沿着衬底的表面提供和控制导电区域可以关注衬底112和电池100的性能。由于框架11是绝缘的并且衬底12、112被定位在衬底容纳通路11a中，组装时双极板10可用作为双极电池100的框架。

在制造过程中，衬底12可以是插入模制到衬底容纳通道11a中，或者框架11包覆模制在衬底12之上。然而，如果框架11和衬底12可模制在一起，即将两部件插入或包覆模制在一起或注射成型为单体件，可以用更少的部件简化双极板10的制造步骤。此外，此过程实现定制根据本发明的双极板10和双极性电池100的尺寸和形状的能力。

现在重新参见图1和2，衬底12和图4-8中所示的衬底112包括沿着衬底12、112的表面并通过本体延伸通过相对表面的穿孔13。在所示的实施例中，穿孔13是圆形，但可以是其它任何形状。穿孔13被定位在对称的格子图案中。穿孔13被定位在所示的基板12、112的四个象限中。通过将多个穿孔13定位在对称的格子布置中为当铅箔14被定位于衬底12、112的相对两侧上时提供通过衬底12、112的均匀的传导。

此外，衬底112包括沿着表面并通过衬底112的本体的导电性颗粒、粉末和/或纤维112b，如在图5-9中可以清楚地看到的。通常，衬底12的表面区域是绝缘的，同时其它区域由于导电颗粒、粉末和/或纤维112b是导电的。如上面所讨论的，在衬底112的制造中可以控制导电区域的大小。例如，在衬底的表面可以被粗糙化以暴露导电区域，可以相对于衬底12的整个暴露表面侧定制导电区域的尺寸和形状，或能够相对于绝缘树脂或热塑性材料112a的量来控制导电颗粒、粉末、和/或纤维112b的量。在图5-9所示的实施例中，衬底112的整个外表面被粗糙化以暴露导电颗粒、粉末和/或纤维112b。因此，衬底在该衬底的暴露表面侧是导电的并且铅箔14被定位在导电颗粒、粉末和/或纤维112b上。

现在参照图1、图2、图7和图8，将要讨论铅箔14，铅箔14被定位在材料容纳通路11b内，在衬底12的相对侧上。铅箔14是导电的并通过穿孔13彼此连接。更具体地，在图示的实施例中铅箔14彼此机械地并且电连接。衬底12、112通常绝缘的，或者仅包括在绝缘树脂或热塑性纤维12a中的基于导电颗粒和/或纤维12b的有限区域或有限的导电性。结果，穿孔13用来在双极板10中，特别在具有全部由绝缘材料制备的衬底12的双极板10中，将铅箔14彼此连接。如图2所示，通过电阻焊接或本领域已知的其它工艺铅箔14被焊接在一起。另一方面，如示于图7，包括衬底112的双极板10还可以包括穿孔113，其中衬底包括在绝缘树脂或热塑性纤维12a中均匀分散的导体颗粒或纤维，穿孔113允许根据本发明的双极板10上铅箔14和活性材料16、18之间的进一步控制和更高的导电效率。

在任一情况中，穿孔13的尺寸、形状或格子图案可以变化，但是要足够大以使得铅箔14可被定位在穿孔13中并且通过穿孔13并连接到相邻的铅箔14。穿孔13可以在制造过程中被模制或研磨到基材12中。参照图1、图2和图8，显示了铅箔14，它们分别被定位在基板12、112的两个暴露表面上，并且其尺寸被设计成安装在框架11的材料容纳通道11b内。铅箔14的尺寸被设计为安全地安装在材料容纳通道11b内，使得框架11包封位于基板12、112的两侧的每个铅箔14。铅箔14通过穿孔13被机械连接和电连接，如图7所示。

如图9所示，在制造和装配过程中，铅箔14连同衬底12、112可被插入到衬底容纳通道11。铅箔14可以在嵌件成型、包覆模制、或在衬底容纳通路11a内制造铅箔14和衬底12、112的类似的制造工艺期间被包封在框架内。铅箔14位于衬底12、112的相对表面上，然后被插入或制造到框架11内。它可以通过已知的电镀、气相沉积、或冷火焰喷涂方法涂敷铅箔14。

另外，也可能的是铅箔14是具有铅的膏或糊状物，其沿衬底12、112的前表面和后表面定位。膏或糊状物在衬底12、112的相对表面（即正面和背面）散布。膏或糊状物通过穿孔13连接衬底12、112的两侧。膏或糊状物的厚度使得足以在每一侧的膏或糊状物之间的提供连通，但考虑到活性材料16、18也被定位在材料内容纳通路11b中，因而不应比材料容纳通路11b更厚。

参照图2和图5-9中，活性材料16、18被示出并被定位在铅箔14的面向远离衬底12、112的暴露侧上。活性材料16的第一层是涂敷在铅箔14上的阳性活性材料膏或糊状物（PAM），同时阴性活性材料（NAM）涂敷在另一铅箔14之上，它是所述第二活性材料18。在所示的实施例中，阳性活性材料膏或糊状物（PAM）和阴性活性材料（NAM）是混有硫酸、水、纤维和碳的铅或氧化铅膏或糊状物。

活性材料16、18（即NAM和PAM）的厚度不应延伸到框架11的材料容纳通路11b外面。相反，衬底12、112、铅箔14和活性材料16的整个厚度T_m小于框架11的厚度Tf。

框架11包围衬底12、112、铅箔14和活性材料16、18。结果，当组装时，双极性电池100被组装在双极板10的堆叠中，框架11用作用于双极性电池100的支撑件和外表面。组装步骤和部件的数量可以最小化。此外，双极性电池100和双极板10可以被很容易地定制用于各种应用，因为框架11和衬底12可以被模制成各种形状和大小。

现在参照图3和4，显示间隔件22，其与根据本发明的双极板10堆叠和密封，并且用以保持双极性电池100的电解质20。

所示的间隔件22在相邻堆叠的双极板10之间。间隔件22基本上是具有与框架11类似尺寸的外壳，并包括电解质容纳空间22a，如图3-6所示。电解质容纳空间22a是通过电解质容纳空间22a的孔，大致定位在间隔件22的中心并保持电解质20。当被密封在两个相邻的双极板10之间时，间隔件22防止电解质20泄漏并允许电解质20在双极板10之间提供导电性。

如图5和图6所示中，至少一个电解质接收通道22B设置在间隔件22中，其被定位在间隔件22的外表面上并被引导到电解质容纳空间22a。在间隔件22被组装并与相邻的双极板10密封后，用户可以通过电解质接收通道22b提供电解质20并使电解质20进入电解质容纳空间22a。在一般情况下，电解质接收通道22b是在间隔件22中延伸通过间隔件22并且进入电解质容纳空间22a的开口。然而，本领域已知的其他机构或结构可以被用来使得电解质20进入电解质容纳空间22a中。当没有使用时，容纳通道22b可以被插塞或阻塞一些容量，或用于排出来自电解质容纳空间22a的气体。

电解质20可以是多种物质，包括酸。不过，该物质应该是包括使该物质具有导电性的自由离子的物质。电解质20可以是溶液、熔融材料和/或固体，这有助于通过电解质的离子形成电池电路。在根据本发明的双极性电池100，活性材料16、118提供了将化学能转换为电能的反应，电解质20允许电能从该双极板10流动到另一个双极板10，以及流到电池100的电极36。

在所示的实施例中，电解质20是酸，被保持在吸收玻璃垫（AGM）21中，如图4和图5所示的。电解质20通过毛细作用被保持在玻璃垫21上。非常薄的玻璃纤维被织成玻璃垫21，以增加表面面积足以在单元电池寿命期间保持足够的电解质20。包括精细玻璃纤维玻璃垫21的纤维不吸收它们容纳的酸性电解质20也不是受这些酸性电解质20的影响。玻璃垫的尺寸大小可以变化。然而，在所示的实施例中，玻璃垫21安装在电解质容纳空间22a内，但具有比间隔件22更大的厚度。此外，在所示的实施例中，电解质容纳空间22a包括用于电解质20的一部分、更具体地是玻璃垫21的额外的空间。因此，双极性电池100的设计，根据本发明，允许保持玻璃垫21的间隔件22与相邻的双极板10一致地堆叠，其中活性材料16、18位于含有电解质20的玻璃纤维垫21上。

另外，也可以去除玻璃垫21，并且如凝胶电解质的电解质20在间隔件22的任一侧上的相邻堆叠的双极板10之间的相邻活性材料16、18之间自由流动。

另外，在其他实施例中，间隔件22也可以是框架11的延伸部。在一般情况下，框架11包括更深的材料容纳通路11b以包封铅箔14和活性材料16、18以及电解质20。而且，如果框架11的尺寸可以形成为使得可堆叠的双极板10的材料容纳通道11b还可以在彼此之间保持纤维玻璃垫21，由此将铅箔14、活性材料16、18、玻璃垫21以及电解质20包封在在堆叠和密封的双极板10中。框架11可以包括电解质接收通道22b，其延伸通过框架和进入到材料容纳通路11b中。在本实施例中，双极板10可堆叠在彼此上并密封。

现在参照图4-6，讨论双极性电池100的接线端部分30，其盖住双极性电池100的端部。接线端部分30堆叠在堆叠后的双极板10的相对侧上，彼此相邻地堆叠的多个双极板10数量依赖于特定电池设计和形状所需的电势。

每个接线端部分30包括活性材料层32、接线端板34、电极36和端板38。端板38与被定位在端板38内的活性材料32、接线端板34和电极36一起被定位在堆叠的双极板10的相对端。

提供活性材料32以提高从一接线端部分30流过双极性电池100至另一接线端部分30的电流。活性材料32由与来自相邻双极板10的相邻活性材料16、18相互作用的材料制成。由于间隔件22和电解质20（如上所述）被定位在双极板10的每个可堆叠的侧面，所以间隔件22被定位在接线端部分30和外双极板10之间。结果，离子可以自由地流动通过电解质20并且流到接线端部分30的活性材料32上。

如图5-6中所示的，接线端板34被设置并包封在接线端部分30内。在接线端板34是导电的并且通常是金属。接线端板34连接至电极36，该电极36是双极性电池100的阳极或阴极。阳极被定义为电子离开单元电池并发生氧化的电极36，而阴极被定义成电子进入单元电池并发生还原的电极36。每个电极36可能成为阳极或阴极，取决于通过电池的电流的方向。可能的是接线端板34和电极36均形成为一体或单件。

如图4-6中所示的，端板38是不导电的，并提供对根据本发明的双极性电池100的端部的结构支持。端板38包括接线端容纳通路38a，其是接线端板34、电极36、以及活性材料32被定位在其中的凹部。此外，像材料容纳通路11b一样，接线端容纳通路38a与接线端部分30一起为待包封的一定量的电解质20提供足够的间隙，具体地，与活性材料32、接线端板34和电极36一起为包封在材料容纳通路11b内的一定量的电解质20提供足够的间隙。在图5和图6所示的实施例中，接线端容纳通路38A还提供足够的空间以容纳和封闭玻璃垫21的一部分。

参考图3至图8，进一步讨论根据本发明的双极性电池100的组装。

双极板10与用框架11固定的衬底12、112一起被制造和组装。衬底12、112包括穿孔13和/或导体颗粒或纤维112b，并且一般地与框架11一起模制，无论是作为单个或分离的部件。一旦衬底12、112定位在框架11内，则铅箔14被定位，其中框架11上的材料容纳通路11b位于衬底12、112的两个暴露表面。铅箔14通过穿孔13机械连接在一起，并且通过设置在衬底12、112中的导电颗粒或纤维112b电连接。接着第一活性材料16被定位在衬底12的一侧的材料容纳通道11b上，而第二活性材料18被定位在材料容纳通道11b内衬底12的另一侧上。结果，框架11将衬底12、铅箔14、和活性材料16、18封装在双极板10的表面边界内。

接着，双极板10被彼此相邻地堆叠，其中每个堆叠的双极板之间设置间隔件22。电解质20设置在电解质容纳空间22a中，电解质容纳空间22a的尺寸被设计成类似于框架11的材料容纳通路11b。纤维玻璃垫21也可以设置在电解质容纳空间22a中，并且电解质20通过电解质接收通道22b被提供到纤维玻璃垫21中。间隔件22和双极板10彼此相邻地均匀堆叠，并且随后被密封。由于间隔件22和堆叠的双极板10包括非导电外表面，所以双极板10的间隔件22和框架11形成用于双极性电池100的外壳。双极板10的框架11和间隔件22可以通过本领域已知的任何方法固定到彼此，使得所述间隔件22和框架11的接触表面彼此固定和密封。例如，粘合剂可用于将表面连接和密封在一起。此外，一旦接线端部30被组装时，它们可以被定位在堆叠的双极板10和间隔件22上，然后以相同的方式密封。

另外，也可行的是，端板38、间隔件22以及框架11包括固定机构（未示出），诸如接头技术或紧固件，以将双极性电池100的部件连接在一起。然后可涂敷密封剂以围绕双极性电池100提供密封，更具体地，提供围绕连接端板38、间隔件22、和框架11的密封。

另外，也可行的是，双极板10在没有间隔件22的情况下彼此堆叠和固定。然而，材料容纳通路11b应该足够大，以便在堆叠的双极板10被密封在一起时保持并包封铅箔14、活性材料16、18和包括纤维玻璃垫21的电解质20。此外，框架11应该包括定位在框架11的延伸部中的至少一种电解质接收通道22b，从而使电解质20可以被提供到框架11的材料容纳通路11b中，或允许电解质20的排气。

在双极性电池100中使用的双极板10的数量是设计选择的问题，取决于电池100的尺寸以及所需电势的大小。在所示的实施例中，有至少三个彼此相邻堆叠的双极板10。在堆叠的双极板10和电解质20的相对端部上的是接线端部分30，接线端部分30包括活性材料层32、接线端板34和电极36，以及端板38。在所示的实施例中，当被堆叠并密封时，间隔件22和框架11的外表面大体上是相互齐平的。这种设计提供了平滑的外支撑表面。然而，可能的是，在表面中可以存在凹凸。例如，间隔件22可以比框架11更大；但是，电解质容纳空间22a不能大于框架11。此外，材料容纳通路11b不能大于间隔件22。在任一情况下，可能难以密封间隔件22和双极板10，并且电解质20可能在组件和电解质20被定位在邻近的双极板10之间后从双极性电池100泄漏。

此外，当端板38邻接相邻双极板10的相邻间隔件22和/或框架11堆叠时，端板38、间隔件22与框架11的外表面22应该是基本齐平。然而，可能的是，在表面中可能存在凹凸。例如，端板38可以比间隔件22稍大一些，它可以是比框架11更大。尽管如此，接线端容纳通路38a不应该是比容纳通道22b或框架11大。此外，接线端容纳通路38a不应该大于材料容纳通路11b或框架，或端板38不应该比间隔件22小。在任一种情况下，电解质20可能在组件和电解质20被设置在堆叠的双极板10之间后从双极性电池100泄漏。通常，框架11支撑双极板10，包封衬底12、铅箔14、和活性材料16、18，以及电解质。当被堆叠时，双极板10连同相邻的间隔件20和堆叠的端部部分30提供用于双极性电池100的外部支撑表面。这种结构提供了一种具有简化的设计、具有比现有技术所需更少制造步骤和更少部件的双极性电池100。由于框架10、间隔件22和端板38都是绝缘塑料并且可模塑的，所以双极性电池100可被定制以适应取决于电势和使用的形状和尺寸要求。

在另一个实施例中，如图5中所示，还可以提供保护外壳200，其包封根据本发明的双极性电池100。外壳200将包括本体202、盖204和电极容纳空间206，以便使电极36延伸到外壳200之外。不像双极性电池100的外部结构，外壳20可以用来容纳双极性电池100并提供更好的保护。

前面的说明用于实施本发明的一些可能性。在本发明的范围和精神之内可以有许多其它实施例。因此，目的在于使前面的描述被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明的范围由所附的权利要求连同它们的等同的全部范围给出。

Claims

1.一种用于双极性电池的双极性电池板，所述双极性电池板包括：

框架；

衬底，所述衬底定位在所述框架内并具有多个穿孔；

定位在所述衬底的一侧的第一铅层；

定位在衬底的另一侧的第二铅层，所述第一和第二铅层通过所述多个穿孔电连接到彼此；

定位在第一铅层的表面上的阳性活性材料（PAM），以及

定位在第二铅层的表面上的阴性活性材料（NAM）。

2.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述框架是可模制的绝缘聚合物。

3.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述框架是为所述双极性电池提供结构支撑的双极性电池的外壁。

4.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述框架包括衬底容纳通道。

5.如权利要求4所述的双极性电池板，其中所述框架包括材料容纳通道。

6.如权利要求5所述的双极性电池板，其中所述衬底容纳通道将衬底固定在框架内。

7.如权利要求6所述的双极性电池板，其中所述材料容纳通道是在衬底的表面和框架的外表面之间的区域。

8.如权利要求7所述的双极性电池板，其中所述衬底是与框架分离的绝缘材料件，并且所述衬底被容纳并固定在框架的衬底容纳通道内。

9.如权利要求5所述的双极性电池板，其中所述材料容纳通路是在衬底的表面和框架的外表面之间的区域。

10.如权利要求9所述的双极性电池板，其中所述材料容纳通路将所述第一和第二铅层和所述第一和第二活性材料容纳在框架内。

11.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述衬底是由与所述框架相同的材料制备成单件或一体结构。

12.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述衬底具有导电颗粒的不导电绝缘塑料，所述导电颗粒均匀地分散在整个绝缘塑料中。

13.如权利要求12所述的双极性电池板，其中所述衬底包括导电表面，在导电表面处所述衬底的表面通过化学或磨蚀被粗糙化并且导电颗粒被暴露于绝缘塑料外部。

14.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述穿孔沿着所述衬底定位并且延伸穿过所述衬底。

15.如权利要求14所述的双极性电池板，其中所述铅层是通过穿孔导电的铅箔。

16.如权利要求15所述的双极性电池板，其中所述铅箔通过穿孔彼此机械地连接且电连接。

17.如权利要求16所述的双极性电池板，其中所述铅箔通过电阻焊接焊接在一起。

18.如权利要求16所述的双极性电池板，其中所述穿孔足够大以使得所述第一铅层能够在所述穿孔中并且通过所述穿孔与所述第二铅箔连接。

19.如权利要求1所述的双极性电池板，其中所述第一和第二铅层是沿着所述衬底的前表面和后表面定位的铅膏或糊状物。

20.如权利要求19所述的双极性电池板，其中所述第一铅层在衬底的前表面上并且在至少一个所述穿孔内散布，以使得所述第一铅层连接至在相对侧上的第二铅层。

21.如权利要求1所述的双极性电池板，其中阳性和阴性活性材料在框架的材料容纳通路内分别定位在所述第一和第二铅层之上。

22.如权利要求21所述的双极性电池板，其中所述第一活性材料是涂敷在第一铅层上的膏或糊状物并且所述第二活性材料是散布在第二铅层上的膏或糊状物。

23.一种双极性电池，包括：

彼此相邻定位的多个板，每个板具有：

框架；

衬底，所述衬底具有多个穿孔并且被定位在所述框架内；

定位在所述衬底的一侧的第一铅层；

定位在第一铅层的表面上的阳性活性材料（PAM），以及

定位在第二铅层的表面上的阴性活性材料（NAM）；

定位在堆叠的所述多个双极性板的相对端部上的一对接线端部分；以及

定位在该对接线端部分和所述多个双极性板中的每一个之间的电解质。

24.如权利要求23所述的双极性电池，其中，多个间隔件被定位和堆叠在所述多个板之间和在所述多个板的端部处，每个间隔件包封所述电解质。

25.如权利要求24所述的双极性电池，其中，每个间隔件是用于电解质的具有与所述框架相同的外部尺寸的外壳，并且包括电解质容纳空间。

26.如权利要求25所述的双极性电池，其中，每个间隔件包括延伸通过间隔件并进入电解质容纳空间的电解质接收通道。

27.如权利要求26所述的双极性电池，其中，当被彼此相邻地堆叠时，每个间隔件和框架的外表面基本上齐平。

28.如权利要求27所述的双极性电池，其中，所述电解质被保持在吸收玻璃垫（AGM）中，所述吸收玻璃垫（AGM）紧靠所述第一或第二活性材料安装在电解质容纳空间和所述框架的一部分内。

29.如权利要求23所述的双极性电池，其中，每个接线端部分包括电极和端板。

30.如权利要求23所述的双极性电池，其中，每个接线端部分还包括接线端板。

31.如权利要求30所述的双极性电池，其中，接线端板是导电的并连接到电极。

32.如权利要求31所述的双极性电池，其中，接线端板和电极被形成为单件或一体。

33.如权利要求29所述的双极性电池，其中，端板是不导电的并包括接线端容纳通路。

34.如权利要求33所述的双极性电池，其中，接线端容纳通路是端板中包封接线端板的凹部。

35.如权利要求34所述的双极性电池，其中，保持电解质的玻璃垫被进一步包封在接线端容纳通路内。

36.如权利要求35所述的双极性电池，其中，当被彼此相邻地定位和堆叠时，所述多个框架、所述多个间隔件和所述端板的外表面大致平齐。

37.如权利要求23所述的双极性电池，进一步包括包围双极性电池的保护外壳。

38.如权利要求37所述的双极性电池，其中，所述外壳包括本体、盖、和用于使电极延伸通过外壳的电极容纳空间。