CN110546800A - 双极电池和板 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于双极电池的双极电池板。双极电池板具有框架、位于框架内的基板、位于基板一侧上的第一铅层、位于基板另一侧上的第二铅层、位于第一铅层的表面上的正极活性材料(PAM)、以及位于第二铅层的表面上的负极活性材料(NAM)。基板具有多个穿孔、以及在其相对的侧表面上整体形成的多个支座。第一铅层和第二铅层通过多个穿孔彼此电连接。

Description

双极电池和板

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月3日提交的美国部分继续申请号为15/449,238的优先权；该美国部分继续申请要求了于2011年9月11日提交的、现在为美国专利9,634,319的美国申请号为13/229,251的优先权。

技术领域

本发明涉及一种电池，并且更具体地涉及一种具有一系列双极电池板的双极电池。

背景技术

常规的双极电池通常包括具有金属导电基板的电极，在金属导电基板上正极活性材料形成一个表面，而负极活性材料形成相对的表面。活性材料通过各种方式保持在对电解质离子来说不导电的金属导电基板上。电极以平行堆叠的关系布置，以提供具有电解质和隔板的多单元电池，隔板在相邻电极之间提供界面。在该堆叠件的端部处使用的常规单极电极与输出端子电连接。迄今为止开发的大多数双极电池都使用金属基板。具体而言，双极铅酸系统已为此目的使用了铅和铅合金。铅合金比如锑的使用可提高基板的强度，但会增加腐蚀和放气。

在大多数已知的用于双极电池的板中，通常为糊剂形式的正极活性材料被施加到金属导电基板的一侧上，而负极活性材料类似地被施加到相对的侧。板可以由框架容纳，该框架密封板之间的电解质，使得电解质不能迁移通过板。

在美国专利No.4,275,130中，公开了一种具有多个导电双极板(biplate)21的双极电池构造20。每个双极板21可以包括复合基板片34，该复合基板片34包括对电解质离子来说不导电的连续相树脂材料。复合基板片34还包括嵌入材料中的均匀分布的、随机分散的导电纤维33。粘合剂树脂是合成有机树脂，并且可以是热固性或热塑性的。复合基板片34具有实质上平坦的相对的侧面35，该相对的侧面35在其表面处包括使嵌入的石墨纤维33的部分暴露。嵌入的石墨纤维不仅提供穿过基板片34的导电性，而且赋予热塑性材料高度的刚性、刚度、强度和稳定性。可以以任何合适的方式——例如通过将颗粒形式的热塑性材料与石墨纤维充分地混合——来制造基板片34。将混合物在模具中加热，然后压力成型为选定大小和厚度的基板片。在片固化之后，可以例如通过抛光容易地处理或加工实质上平坦的侧面35，以消除侧面上的小孔或其他不整齐。

如所公开的，通过已知的镀覆工艺将铅带(lead stripe)结合到复合基板片34。在正极侧面35上，铅带38之间的正面区域被抗腐蚀树脂36的涂层适当地覆盖，该抗腐蚀树脂36是诸如聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)之类的碳氟树脂，该碳氟树脂可防止相邻石墨纤维和基板34的聚乙烯受到阳极腐蚀。在负极侧面35上，可以通过对于诸如聚乙烯涂层36a之类的电解质来说不可渗透的薄树脂涂层来保护铅带37之间的正面区域。在双极板21的制造中，并且在已经形成复合基板片34之后，可以将薄的聚四氟乙烯片结合到正极侧面35。在结合之前，在长度和宽度上对应于铅带的窗口状开口被切掉。此后进行镀覆将铅带38与基板侧面35上暴露的导电石墨表面结合。可以在负极侧面35上使用相同的制造工艺，以用聚乙烯或其他类似材料涂覆非带状区域。负极带的镀覆可以与正极带一样实现。

隔板23用于支撑正极活性材料24和负极活性材料25，并且可以由合适的合成有机树脂制成，优选由热塑性材料(例如，微孔聚乙烯)制成。

电池构造20包括多个导电双极板21，其外围边界或边缘被支撑并承载在外围绝缘壳体构件22中。在双极板21之间夹入并布置有多个隔板23。隔板在其一侧上承载正极活性材料24，而在其相对侧承载负极活性材料25。壳体构件22与双极板21和隔板23一起提供用于容纳电解质液体的腔室26。在电池构造20的每一端处，标准双极板21与集流板相接，其中27是负极集电板，而28是正极集电板。在端部收集器27和28的外部设置有压力构件30，该压力元件30由具有螺纹部分的杆31互连，该螺纹部分用于将压力构件板拉在一起并将轴向压缩施加到双极板和隔板的堆叠布置。

双极板21是轻质的、刚性的，但是包括在铅带边缘和保护涂层之间的接合线以抵抗对基板的腐蚀和结构劣化。此外，需要镀覆工艺以将铅带37、38结合到具有石墨纤维的导电基板上。电导率受基板中石墨纤维的大小和量类型的限制。附加地，需要多个双极板21和层放置在分开的壳体构件22和外部框架中，所有这些壳体构件22和外部框架对于更多的部件需要进一步的处理步骤。双极电池构造20是复杂的设计，其具有多层材料和基板，这些材料和基板被组装在通过复杂的外部框架固定在一起的多个腔室26和主体43中。

发明内容

除其他目的外，本发明的目的是提供一种具有简化的双极板设计的双极电池，其中，活性材料被纳入在具有可模制基板的绝缘框架内，该可模制基板具有穿孔，以改进活性材料之间的导电性。此外，双极电池生产成本低廉，并且不需要复杂的外部框架来支撑双极板。

每个双极电池板具有框架、位于框架内的基板、位于基板一侧上的第一铅层、位于基板另一侧上的第二铅层、位于第一铅层的表面上的正极活性材料(PAM)、以及位于第二铅层的表面上的负极活性材料(NAM)。基板具有多个穿孔、以及在其相对的侧表面上整体形成的多个支座。第一铅层和第二铅层通过多个穿孔彼此电连接。

附图说明

下面参考附图中所示的附图更详细地说明本发明，这些附图示出了本发明的示例性实施例，在附图中：

图1是根据本发明的双极板的前视图；

图2是沿图1的线2-2截取的双极板的截面图；

图3是根据本发明的双极电池的透视图；

图4是图4的双极电池的分解透视图；

图5是根据本发明的双极电池的具有壳体的局部截面图；

图6是根据本发明的双极电池的不具有壳体的另一局部截面图；

图7是根据本发明的双极板的近视图，其示出了在双极板的基板中的穿孔；

图8是根据本发明的双极板的另一个近视图，其示出了双极板的非导电框架；以及

图9是根据本发明的双极板的另一个近视图，其示出了双极板的另一非导电框架。

图10是根据本发明的附加实施例的双极板的透视图。

具体实施方式

下面参考附图更详细地说明本发明，其中相同的附图标记指代相同的元件。然而，本发明可以以多种不同形式来体现，并且不应当被解释为受到本文阐述的实施例的限制；更确切地说，提供这些实施例使得本描述将全面和完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

关于图1至图10，根据本发明的双极电池100包括多个双极板10、保持电解质20的间隔物22以及末端部分30。这些组件中的每一个堆叠在一起以完成根据本发明的双极电池100，该双极电池100是具有最少数量的部件且没有复杂的外部支撑结构的适应性设计。

现在参考图1和图2，讨论根据本发明的双极板10。双极板10包括框架11、基板12、沿着基板12的前表面和后表面延伸并延伸穿过基板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。

通常，将基板12、铅箔14、第一活性材料16和第二活性材料纳入框架11内，该框架为双极板10提供支撑和保护。将基板12放置在框架11的中心，将铅箔14放置在基板的两侧上，然后将活性材料16、18放置在铅箔14上。框架11是非导电的。在所示的实施例中，框架11是可模制的绝缘聚合物，例如聚丙烯、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，因此形状和大小配置的数量是充足的，这提供了可以适应不同的用途的根据本发明的双极板10。

在所示的实施例中，框架11具有大体矩形的形状，其为位置框架11中的基板12提供支撑。框架11是针对双极板10以及双极电池100的壳体。框架11的外表面是双极板10和双极电池100的外表面。框架11的表面总体是平坦的，并且特别地沿着框架11的外表面是平坦的。当与间隔物22和端子部分30组装时，框架11支撑其自身以及双极板10，特别是当双极板10直立地抵靠在平坦的相对表面上时。

框架11还包括基板接纳通道11a和材料接纳通道11b，如图2所示。基板接纳通道11a是凹槽或导槽(channel)，而材料接纳通道11b是框架11中的开口，开口在双极板10的两个可堆叠侧上接纳铅箔14和活性材料16、18。

基板接纳通道11a是当基板12位于框架11内时用于接纳并固定基板12的凹槽。基板接纳通道11a的其他配置是可能的，包括槽口、凹口、凹部或将基板12固定在框架11内的任何固定机构。例如，可以使用焊接、通过粘合剂或通过紧固件将基板12固定到框架11。然而，在所示的实施例中，在制造双极板10期间将基板12固定在基板接纳通道11a中。

当基板12位于基板接纳通道11a内时，每个材料接纳通道11b位于框架11的实质中心中，该框架通过基板12彼此分开。此外，将铅箔14和活性材料16、18纳入框架11的外表面平面内。这些成对空腔的尺寸被确定为将铅箔14和活性材料16、18牢固地接纳在框架11内。

在所示的实施例中，基板12相对于框架11是单独的绝缘材料，其中基板12被接纳并固定在框架11的基板接纳通道11a内。然而，框架11和基板12可以整体地由相同的材料形成为整体结构。在制造期间，框架11和基板12由相同的材料制成一件。这可以通过诸如注射成型的工艺或其他已知方法来执行。

在所示实施例中，基板12是通常非导电的绝缘塑料，即，在所示实施例中为聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、共聚物或聚合物共混物。如以上简要讨论的，基板12可以由与框架11相同的材料制成，而不管框架11和基板12是否由一件式构造制备的。

在备选实施例中，如图7所示，基板112通常是非导电的，是由绝缘塑料制备的。然而，导电纤维和材料均匀地分散在整个绝缘塑料中。例如，基板112可以由IntegralTechnologies公司出售的商品名为Electriplast的非腐蚀性塑料制备的，Electriplast包括高导电区域。如图7所示，基板112包括非导电树脂基材料或热塑性塑料112a，其具有在树脂或热塑性塑料112a内实质上均质的微米级的导体颗粒粉末和/或微米级纤维112b的组合。如图7清楚所示，导体颗粒或纤维112b在树脂或热塑性塑料112a的整个主体中是均质的。在该示例中，粉末中的导体颗粒或纤维112b的导体颗粒的直径D在约3微米和12微米之间。导体颗粒或纤维112b的导体纤维的直径在约3微米至12微米之间，通常在10微米的范围内或在约8微米至12微米的范围内，并且长度在约2毫米至14毫米之间。导体颗粒或纤维112b的微米导电纤维可以是金属纤维或镀金属纤维。此外，可以通过将金属镀覆到金属纤维上或者通过将金属镀覆到非金属纤维上来形成镀金属纤维。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、铝纤维等或它们的组合。示例性金属镀覆材料包括但不限于铜、镍、钴、银、金、钯、铂、钌和铑、及其合金。任何可镀纤维都可以用作非金属纤维的芯。示例性非金属纤维包括但不限于碳、石墨、聚酯、玄武岩、人造的和天然存在的材料等。此外，超导体金属(例如，钛、镍、铌和锆、以及钛、镍、铌和锆的合金)也可以用作微米级导电纤维和/或用作镀覆在纤维上的金属。

导体颗粒和/或纤维112b在树脂或热塑性塑料112a内实质上是均质的。基板112包括基板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塑料112a暴露，所述树脂或热塑性塑料112a通过均质化工艺而导电地连接。基板112的导电表面通过进一步的制造技术(例如，蚀刻或磨蚀喷砂)来控制，其中通过化学方法或通过在高压下将研磨材料流推向表面来使表面粗糙化。然后暴露导体颗粒和/或纤维112b，并提供基板112的导电区域。该工艺提供了具有受控量的导电率的基板112，包括导电率的大小和面积。

也可行的是，基板112包括导电颗粒、粉末和/或纤维112b的组合，它们在模制工艺期间在绝缘树脂或热塑性塑料112a中实质上一起被均质化。均质化的材料被模制成多边形形状而作为基板112，其适应根据本发明的双极板10所需的各种定制设计或性质。然后可以在单一制造技术中将基板112与框架11一起模制。这允许双极板10和双极电池100被简化，其中使用最少的部件并且消除了生产步骤。此外，可以通过沿着基板112的表面提供和控制导电区域来集中基板112和电池100的性质。由于框架11是绝缘的并且基板12、112位于基板接纳通道11a中，因此双极板10在组装时可以用作双极电池100的框架。

在制造过程中，将基板12插入模制到基板接纳通道11a中，或者将框架11包覆模制在基板12上。然而，如果框架11和基板12可模制在一起，即，将两个件插入或包覆模制在一起或注射成型成一个整体件，则双极板10的制造步骤可以被简化而具有较少的部件。此外，该工艺允许定制根据本发明的双极板10和双极电池100的大小和形状的能力。

现在再次参考图1和图2，图4至图8所示的基板12和基板112包括：沿着基板12、112的表面并且穿过主体延伸穿过相对表面的穿孔13。在所示的实施例中，穿孔13是圆形的，但是在其他方面可以是任何形状。穿孔13以对称的网格图案定位。穿孔13位于所示基板12、112的四个四分体(quadrant)中。当将铅箔14放置在基板12、112的相对侧上时，多个穿孔13以对称网格布置定位提供了穿过基板12、112的均匀导电。

附加地，如图5至图9清楚所示，基板112包括沿着基板112的表面并穿过基板112的主体的导电颗粒、粉末和/或纤维112b。通常，基板112的表面区域是绝缘的，而其他区域由于导电颗粒、粉末和/或纤维112b而是导电的。如上所述，可以通过制造基板112来控制导电面积的量。例如，基板的表面可以被粗糙化以暴露相对于基板12的整个暴露的表面侧在大小和形状方面可以定制的导电区域，或者导电颗粒、粉末和/或纤维112b的量可以相对于绝缘树脂或热塑性塑料112a的量来控制。在图5至图9所示的实施例中，基板112的整个外表面已被粗糙化以暴露导电颗粒、粉末和/或纤维12b。因此，基板在基板的暴露的表面侧上是导电的，并且铅箔14位于导体颗粒、粉末和/或纤维112b上。

现在参考图1、图2、图7和图8，将讨论铅箔14，其位于材料接纳通道11b内在基板12、112的相对侧上。铅箔14是导电的，并且通过穿孔13彼此连接。更具体地，在所示的实施例中，铅箔14彼此机械且电学地连接。基板12、112通常是绝缘的，或者基于绝缘树脂或热塑性塑料112a中的导体颗粒和/或纤维112b仅包括有限的面积或导电率。结果，在双极板10中，尤其在具有排他地由绝缘材料制备的基板12的双极板10中，使用穿孔13将铅箔14彼此连接。如图2所示，通过电阻焊或本领域已知的其他工艺将铅箔14焊接在一起。另一方面，如图7所示，具有包括基板112(其包括在树脂或热塑性塑料112a中被均质化的导体颗粒或纤维112b)的双极板10也可以包括穿孔113，其允许进一步控制和提高根据本发明的双极板10中的铅箔14和活性材料16、18之间的导电率。

在任一种情况下，穿孔13的大小、形状或网格图案都可以变化，但是其足够大使得铅箔14可以定位在穿孔13中并穿过穿孔13，并连接至相邻的铅箔14。穿孔13可以在制造期间被模制或铣削到基板12中。参考图1、图2和图8，示出了铅箔14，其分别位于基板12、112的两个暴露表面上，并且其尺寸适配于框架11的材料接纳通道11b内。铅箔14的尺寸被确定为牢固地适配在材料接纳通道11b中，使得框架11包围位于基板12、112的两侧上的每个铅箔14。铅箔14通过穿孔13机械且电学地连接，如图7所示。

如图9所示，可以在制造和组装期间将铅箔14与基板12、112一起插入基板接纳通道11中。铅箔14可以在插入模制、包覆模制或类似的制造技术期间被纳入框架内，在插入模制、包覆模制或类似的制造技术期间在基板接纳通道11a内制造铅箔14和基板12、112。铅箔14位于基板12、112的相对表面上，然后插入或制造在框架11内。可以通过已知的镀覆、气相沉积或冷焰喷涂方法来施加铅箔14。

铅箔14也可以是具有铅的糊剂，其沿着基板12、112的前表面和后表面定位。糊剂散布在基板12、112的相对表面(即，前表面和后表面)上并且在穿孔13内。糊剂通过穿孔13连接基板12、112的两侧。糊剂将足够厚以在每一侧上提供糊剂之间的连通性，但是考虑到活性材料16、18也位于材料接纳通路11b内，该糊剂不应厚于材料接纳通路11b。

参照图2和图5至图9，示出了活性材料16、18，其位于铅箔14的暴露侧上，背对基板12、112。第一活性材料层16是施加在一个铅箔14上的正极活性材料糊剂(PAM)，而负极活性材料(NAM)被施加在另一铅箔14上而作为第二活性材料18。在所示的实施方式中，正极活性材料糊剂(PAM)和负极活性材料(NAM)是铅或氧化铅与硫酸、水、纤维和碳混合的糊剂。

活性材料16、18(即NAM和PAM)的厚度不应延伸到框架11的材料接纳通道11b的外部。更确切地说，基板12、112、铅箔14和活性材料16、18的总厚度T_m小于框架11的厚度T_f。

框架11包围基板12、112、铅箔14和活性材料16、18。结果，当组装的双极电池100是以双极板10的堆叠的形式组装而成时，框架11用作针对双极电池100的支撑和外表面。组装步骤和部件的数量可以最小化。此外，由于可以将框架11和基板12模制成各种形状和大小，因此可以容易地定制双极电池100和双极板10以用于各种应用。

现在参考图3和图4，示出了间隔物22，其与根据本发明的双极板10堆叠和密封，并且用于保持用于双极电池100的电解质20。

示出了间隔物22在堆叠的相邻双极板10之间。间隔物22实质上是具有与框架11相似的尺寸的壳体，并且包括电解质接纳空间22a，如图3至图6所示。电解质接纳空间22a是穿过电解质接纳空间22a的孔，其实质上位于间隔物22的中心并且保持电解质20。当被密封在两个相邻的双极板10之间时，间隔物22防止电解质20泄漏，并且允许电解质20在双极板10之间提供导电性。

如图5和图6所示，在间隔物22中设置有至少一个电解质接纳通道22b，该电解质接纳通道22b位于间隔物22的外表面上并引导到电解质接纳空间22a内。在间隔物22与相邻的双极板10组装并密封之后，用户可以通过电解质接纳通道22b提供电解质20并使其进入电解质接纳空间22a。通常，电解质接纳通道22b是在间隔物22中的开口，该开口延伸穿过间隔物22并进入电解质接纳空间22a。然而，可以使用本领域已知的其他机构或结构来允许电解质20进入电解质接纳空间22a。当不使用接纳通道22b时，该接纳通道22b可以按某一容量被塞住或阻塞，或者用于从电解质接纳空间22a中排出气体。

电解质20可以是多种物质，包括酸。然而，该物质应为包括使该物质导电的自由离子的物质。电解质20可以是有助于通过电解质的离子产生电池电路的溶液、熔融材料和/或固体。在根据本发明的双极电池100中，活性材料16、118提供将化学能转化为电能的反应，并且电解质20也允许电能从双极板10流向另一双极板10、以及电池100的电极36。

在所示的实施例中，电解质20是一种酸，其被保持在吸附式玻璃纤维棉(absorbedglass mat)(AGM)21中，如图4和图5所示。电解质20通过毛细作用保持在玻璃纤维棉21上。将非常细的玻璃纤维编织到玻璃纤维棉21中，以增加表面积，以足以在其使用寿命期间将电解质20保持在单元上。玻璃纤维棉21的包括细玻璃纤维的纤维既不吸收也不受纤维所驻留的酸性电解质20的影响。玻璃纤维棉的尺寸在大小方面可以变化。然而，在所示的实施例中，玻璃纤维棉21适配在电解质接纳空间22a内，但是具有比间隔物22更大的厚度。附加地，在所示的实施例中，电解质接纳空间22a附加地包括用于电解质20的一部分的空间，并且更具体地包括用于玻璃纤维棉21的空间。结果，根据本发明的双极电池100的设计允许保持玻璃纤维棉21的间隔物22与相邻的双极板10均匀地堆叠，其中活性材料16、18位于包含电解质20的玻璃纤维棉21上。

也可以去除玻璃纤维棉21，并且电解质20(例如，凝胶电解质)在间隔物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。

在其他实施例中，间隔物22也可以是框架11的延伸。通常，框架11包括较深的材料接纳通道11b，以便包围铅箔14和活性材料16、18以及电解质20。此外，如果框架11的尺寸确定为使得可堆叠双极板10的材料接纳通道11b也能够将纤维玻璃纤维棉21保持在彼此之间，则将铅箔14、活性材料16、18、玻璃纤维棉21和电解质20包围在堆叠和密封的双极板10中。框架11可以包括电解质接纳通道22b，该电解质接纳通道22b延伸穿过框架并进入材料接纳通道11b。在该实施例中，双极板10可以彼此堆叠并密封。

现在参考图4至图6，将讨论双极电池100的端子部分30，其盖住双极电池100的端部。端子部分30堆叠在堆叠的双极板10的相对侧上，彼此相邻堆叠的双极板10的数量取决于特定电池设计和形状所需的电势。

每个端子部分30包括附加的活性材料层32、端子板34、电极36和端板38。端板38位于堆叠的双极板10的相对端上，其中活性材料32、端子板34和电极36位于端板38内。

提供活性材料32以增加从一个端子部分30到另一端子部分30通过双极电池100的电流。活性材料32由与来自相邻的双极板10的相邻的活性材料16、18相互作用的材料制成。如上所述，由于间隔物22和电解质20位于双极板10的每个可堆叠侧，因此间隔物22位于端子部分30与外侧双极板10之间。结果，离子可以自由地流过电解质20并流到端子部分30的活性材料32上。

如图5至图6所示，端子板34被设置并封装在端子部分30内。端子板34是导电的并且通常是金属。端子板34附接到电极36，该电极是双极电池100的阳极或阴极。阳极定义为电子离开单元并发生氧化的电极36，阴极定义为电子进入单元并发生还原的电极36。取决于通过单元的电流的方向，每个电极36可以成为阳极或阴极。端子板34和电极36两者可以形成为一件。

如图4至图6所示，端板38是不导电的，并为根据本发明的双极电池100的端部提供结构支撑。端板38包括端子接纳通道38a，该端子接纳通道38a是其中放置有端子板34、电极36和活性材料32的凹部。附加地，与材料接纳通道11b一样，端子接纳通道38a提供足够的间隙以使一定量的电解质20被端子部分30包围，并且特别地与活性材料32、端子板34和电极36一起在材料接纳通道11b内。在图5和图6所示的实施例中，端子接纳通道38a还提供了足够的空间以接纳和包围玻璃纤维棉21的一部分。

参考图3至图8，将进一步讨论根据本发明的双极电池100的组件。

双极板10是用固定有框架11的基板12、112组装制造而成的。基板12、112包括穿孔13和/或导体颗粒或纤维112b，并且通常与框架11一起模制为单个或单独的组件。当基板12、112置于框架11内时，铅箔14与框架11的材料接纳通道11b一起置于基板12、112的两个暴露的表面上。铅箔14通过穿孔13机械地连接在一起，并且通过设置在基板12、112中的导体颗粒或纤维112b电连接。然后，将第一活性材料16置于材料接纳通道11b中在基板12的一侧上，而将第二活性材料18置于材料接纳通道11b中在基板的另一侧上。结果，框架11将基板12、铅箔14和活性材料16、18纳入在双极板10的表面边界内。

然后，将双极板10彼此相邻地堆叠在一起，并在每个堆叠的双极板之间设置间隔物22。电解质20设置在电解质接纳空间22a中，电解质接纳空间22a的尺寸类似于框架11的材料接纳通道11b。也可以在电解质接纳空间22a中设置纤维玻璃纤维棉21，并且通过电解质接纳通道22b将电解质20提供到纤维玻璃纤维棉21中。间隔物22和双极板10均匀地彼此相邻堆叠，并且随后被密封。由于间隔物22和堆叠的双极板10包括非导电的外表面，因此间隔物22和双极板10的框架11形成了双极电池100的外壳。双极板10的框架11和间隔物22可以通过本领域已知的任何方法彼此固定，使得间隔物22和框架11的接触表面彼此固定并密封。例如，粘合剂可以用于将表面连接和密封在一起。附加地，当端子部分30被组装时，它们可以置于堆叠的双极板10和间隔物22上，然后以相同的方式被密封。

端板38、间隔物22和框架11还可以包括固定机构(未示出)(例如，接合技术或紧固件)，以将双极电池100的各件连接在一起。然后可以施加密封剂以在双极电池100周围提供密封，并且更具体地，在连接端板38、间隔物22和框架11周围提供密封。

双极板10可以彼此相邻堆叠并固定，而没有间隔物22。然而，当将堆叠的双极板10密封在一起时，材料接纳通道11b应足够大以保持和包围铅箔14、活性材料16、18和电解质20，包括纤维玻璃纤维棉21。此外，框架11应该包括位于框架11的延伸部分中的至少一个电解质接纳通道22b，从而可以将电解质20提供到框架11的材料接纳通道11b中，或者允许电解质20排出。

双极电池100中使用的双极板10的数量是设计选择的问题，这取决于电池100的大小和所需的电势。在所示的实施例中，存在至少三个彼此相邻堆叠的双极板10。端子部分30位于堆叠的双极板10和电解质20的相对端，端子部分30包括活性材料层32、端子板34和电极36以及端板38。在所示的实施例中，间隔物22和框架11的外表面在堆叠和密封时实质上彼此齐平。这种设计提供了光滑的外部支撑表面。然而，可行的是，表面可存在不整齐。例如，间隔物22可以大于框架11；然而，电解质接纳空间22a不能大于框架11。附加地，材料接纳通道11b不能大于间隔物22。在任一种情况下，都会难以密封间隔物22和双极板10，并且在组装之后并且电解质20位于相邻的双极板10之间时，电解质20可能从双极电池100泄漏。

此外，当端板38相邻地堆叠到相邻的间隔物22和/或相邻的双极板10的框架11时，端板38、间隔物22和框架11的外表面应实质上齐平。然而，可行的是，表面可存在不整齐。例如，端板38可以比间隔物22稍大，间隔物22可以比框架11大。但是，端子接纳通道38a不应大于接纳通道22b或框架11。附加地，端子接纳通道38a不应大于材料接纳通道11b或框架，或者端板38不应小于间隔物22。在任一种情况下，在组装之后并且电解质20设置在堆叠的双极板10之间，电解质20可能从双极电池100泄漏。通常，框架11支撑双极板10，并包围基板12、铅箔14和活性材料16、18以及电解质。当堆叠时，双极板10连同相邻的间隔物20和堆叠的端子部分30为双极电池100提供了外部支撑表面。这种构造提供了一种双极电池100，其具有简化的设计，具有比现有技术所需的制造步骤和部件更少的制造步骤和部件。由于框架10、间隔物22和端板38是绝缘塑料并且是可模制的，因此可以根据电势和用途定制双极电池100以适应形状和大小要求。

在另一实施例中，如图5所示，还提供了保护壳体200，其包围根据本发明的双极电池100。壳体200将包括主体202、盖204和电极接纳空间206，以使电极36延伸出壳体200。与双极电池100的外部结构不同，壳体20可以用于容纳双极电池100并提供更大的保护。

在另一实施例中，如图10所示，上述实施例的双极板10还可以包括位于基板12、112的每一侧上的多个支座40。支座40一体地形成在基板12、112的每一侧上，并且与穿孔13间隔开。在图10所示的实施例中，位于基板12、112上的铅箔14具有与支座40相对应的孔41，使得铅箔14容纳支座40并位于基板12、112的表面上。

当将具有支座40的双极板10组装到双极电池中时，一个双极板10的框架11和支座40分别附接到另一双极板10的框架11和支座40，从而在双极电池组件的板10之间提供均匀的间隔和结构完整性。一个双极板10的框架11可以通过本领域普通技术人员已知的任何类型的焊接(包括超声波焊接、化学焊接、溶剂焊接、旋转焊接或热板焊接)而附接到另一双极板10的框架11。备选地，框架11可以通过本领域普通技术人员已知的任何机械连接(包括钩和闩锁或球窝连接)而附接到另一框架11。一个双极板10的支座40可以通过本领域普通技术人员已知的任何类型的塑性焊接(包括超声波焊接、化学焊接、溶剂焊接、旋转焊接或热板焊接)而附接到另一双极板10的支座40。备选地，支座40可以通过本领域普通技术人员已知的任何类型的机械连接(包括钩和闩锁或球窝连接)而附接到另一支座40。

上文示出了实现本发明的一些可能性。在本发明的范围和精神内，许多其他实施例是可能的。因此，意图是上述描述被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等同物的全部范围给出。

Claims (20)

1.一种用于双极电池的双极电池板，包括：

框架；

基板，置于所述框架内，并且具有：

多个穿孔；以及

多个支座，整体形成在相对的侧表面上；

第一铅层，位于所述基板的一侧上；

第二铅层，位于所述基板的另一侧上，所述第一铅层和所述第二铅层通过所述多个穿孔彼此电连接；

正极活性材料PAM，位于所述第一铅层的表面上；以及

负极活性材料NAM，位于所述第二铅层的表面上。

2.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述第一铅层和所述第二铅层具有与所述多个支座相对应的孔，当所述第一铅层和所述第二铅层位于所述基板的每一侧上时，所述孔与所述支座对齐。

3.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述框架是可模制的绝缘聚合物。

4.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述框架是所述双极电池的外壁，所述外壁为所述双极电池提供结构支撑。

5.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述基板由与所述框架相同的材料制备成一件式构造。

6.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述基板是具有导电颗粒的非导电绝缘塑料，所述导电颗粒在整个所述绝缘塑料中均匀分散。

7.根据权利要求6所述的双极电池板，其中，所述基板包括导电表面，其中，所述基板的表面通过化学或磨蚀而被粗糙化，并且所述导电颗粒暴露于所述绝缘塑料的外部。

8.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述穿孔沿着所述基板定位并延伸穿过所述基板。

9.根据权利要求8所述的双极电池板，其中，所述铅层是通过所述穿孔而导电的铅箔。

10.根据权利要求9所述的双极电池板，其中，所述铅箔通过所述穿孔彼此机械且电学地连接。

11.根据权利要求10所述的双极电池板，其中，所述铅箔通过电阻焊而焊接在一起。

12.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述第一铅层和所述第二铅层是沿着所述基板的前表面和后表面定位的铅糊剂。

13.根据权利要求12所述的双极电池板，其中，所述第一铅层遍及所述基板的前表面并在所述穿孔的至少一个穿孔内，以使所述第一铅层连接到相对侧上的所述第二铅层。

14.根据权利要求1所述的双极电池板，其中，所述正极活性材料是施加在所述第一铅层上的糊剂，并且所述负极活性材料是施加在所述第二铅层上的糊剂。

15.一种双极电池，包括：

彼此相邻放置的多个板，每个板具有：

框架；

基板，置于所述框架内，具有：

多个穿孔；以及

多个支座，整体形成在相对的侧表面上；

第一铅层，位于所述基板的一侧上；

第二铅层，位于所述基板的另一侧上，所述第一铅层和所述第二铅层通过所述多个穿孔彼此电连接；

正极活性材料PAM，位于所述第一铅层的表面上；以及

负极活性材料NAM，位于所述第二铅层的表面上；

一对端子部分，位于堆叠的多个双极板的相对端上；以及

电解质，位于所述多个双极板的每一个双极板与所述一对端子部分之间。

16.根据权利要求15所述的双极电池板，其中，所述第一铅层和所述第二铅层具有与所述多个支座相对应的孔，当所述第一铅层和所述第二铅层位于所述基板的每一侧上时，所述孔与所述支座对齐。

17.根据权利要求15所述的双极电池板，其中，所述多个板上的所述框架被附接在一起。

18.根据权利要求15所述的双极电池板，其中，一个板的多个支座附接到另一板的多个支座。

19.根据权利要求18所述的双极电池板，其中，一个板的支座通过超声波焊接、化学焊接、溶剂焊接、旋转焊接或热板焊接被附接到另一板的支座。

20.根据权利要求18所述的双极电池板，其中，一个板的支座通过钩和闩锁或球窝连接而附接到另一板的支座。