專利名稱：電極板的改進的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于電極板的改進及其制造方法。
一些類型的電池中包含多個電極板，電極板由框架及其上所載的活性物質(zhì)所構(gòu)成?？蚣芤话銥闁判?，其作用是導電并支承活性物質(zhì)。
負極所用的活性物質(zhì)是一種混合物，包含顆粒狀鉛、各種鉛的氧化物、各種填料和/或增充劑、以及硫酸。硫酸使混合物形成一種可凝固的糊狀物，濕潤時與水泥膏的性質(zhì)相似。正極板上的活性物質(zhì)的構(gòu)成與負極板相似，但比例不同。電極板制成并固化或“熟化”后安裝在電化學池中。正負電極之間一般用可透過電介質(zhì)的材料所制的分隔器隔開。按照電池充電的方向使電流通過電池，以完成電池中電介質(zhì)形成過程。這一過程在很大程度上使正電極板上的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，使負電極板上的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為金屬鉛。
對于現(xiàn)有類型的酸性鉛電池，存在以下四個明顯問題1、經(jīng)過活性物質(zhì)的傳導途徑(特別是含有活性成份PbO2的正電極板)，由于與柵結(jié)構(gòu)之間平均距離較大，使得阻抗過高;
2、柵結(jié)構(gòu)對垂直的電流通路的傳導率不夠高，用鉛來傳導電流效率也不夠高;
3、對于中等強度和高強度的電流放電，酸與活性物質(zhì)之間的接觸不夠充分;
4、活性組份之間的平衡一般不能達到，與其它活性物質(zhì)相比酸量不足。
下面將進一步詳細討論以上有關問題。
(a)常規(guī)的啟動、照明、點火(SLI)類型電池中的電極板問題1、由于大電流使柵的上半部(尤其是小片附近)發(fā)生過熱。其結(jié)果是造成腐蝕和損壞。
2、由于柵傳導率與柵內(nèi)電流分布之間的不平衡，多數(shù)的柵的設計均不能使鉛得到有效的利用。
3、放電時柵上的電壓分布使得頂部的活性物質(zhì)首先放電并放電最多，因而活性物質(zhì)得不到有效利用，同時電極板頂部面積則過度循環(huán)使用。
4、正極活性物質(zhì)的較差的傳導率意味著常規(guī)的柵結(jié)構(gòu)在放電時每一柵上活性物質(zhì)面積的跨度上存在電壓梯度。這一梯度將造成放電路徑中過大的阻抗、活性物質(zhì)利用的不均勻和低效、活性物質(zhì)部分的變形及脫落的增加、以及活性物質(zhì)與柵之間接觸的不良。
5、相應造成的電勢梯度及局部活性物質(zhì)的過度放電反過來又會影響電池的充電。
(b)活性糊狀物的問題1、對于多數(shù)(即使不是全部)的汽車用啟動、照明，和點火(SLI)酸性鉛電池或啟動器SLI電池，在大電流放電時電極板上活性物質(zhì)面積內(nèi)酸的耗竭發(fā)展很快。這會造成在大電流放電(如發(fā)動機啟動)時可接近或可資利用的活性物質(zhì)不能有效的使用。
2、一般情況下電極板上活性物質(zhì)量與可資利用的電極活性物質(zhì)的孔隙度之間匹配并不得當。此外，糊狀物的孔徑大小對于放電過程并不合適，因而通常在大電流放電時負極物質(zhì)的孔隙度很快喪失，從Pb生成不溶性的PbSO4，后者所占的體積較前者為大。孔隙度的匹配不當，使得電極板孔中的酸與板上活性物質(zhì)的比例不足以在大電流放電時提供合理的容量。
(c)電池中活性物質(zhì)平衡的問題1、多數(shù)SLI電池對于充分放電不具有足夠的酸，這造成了電池不能完全利用其活性物質(zhì)，從而明顯地限制了電池的功率與重量比。
2、由于上部面積的活性物質(zhì)優(yōu)選放電，這一區(qū)域內(nèi)的酸被消耗。與基于同樣的活性物質(zhì)的最佳化設計的電池相比，這種電池的性能水平較差。
幾種效應的結(jié)合，使得酸性鉛電池電極板的放電電流與理論能力相比受到了限制，這些效應是活性物質(zhì)附近酸消耗的量與阻抗，活性物質(zhì)與柵絲接觸部分的面積(從中心到邊緣)的阻抗，柵結(jié)構(gòu)自身從活性物質(zhì)部分到聯(lián)接小片之間的阻抗，等等。因而，當電池循環(huán)使用時從活性物質(zhì)下部的中心到電極板的小片造成特別高的電位降，使得電池的活性物質(zhì)尤其在大電流放電時不能充分利用。同時，還阻礙了電池放電時有效而快速的放電。
常規(guī)的電極板結(jié)構(gòu)糊狀物一般是滾壓或擠壓到電極板的框架或柵上，然后干燥或熟化一段時間。糊狀物熟化并干燥，固化并粘附在柵絲上。這一過程有時稱之為“咬合”(keying)。
不幸的是，通常的電極板結(jié)構(gòu)的性質(zhì)與糊狀物粘合的過程，使活性物質(zhì)在電池循環(huán)使用時常常從柵剝落下來?；钚晕镔|(zhì)剝落后在電池底部的積累造成了電池內(nèi)部短路的危險并縮短電池的壽命。
部分已有技術中包含了相當數(shù)量的電極板，現(xiàn)討論如下U.S.專利388960是有關二次(secondary)電池電極板的制造。該發(fā)明的要點是將二塊切割好的各帶有傾斜孔的相似的金屬片壓在一起，所形成的一塊板帶有相反方向傾斜的孔道。這種結(jié)構(gòu)的電極板除了前述的多種缺點外，還使用了沉重的橫向絲，這些絲對于電流傳導幾乎不起作用。
U.S.專利1369353是有關一種電極板的制法，其要點是在金屬合金片上打上大量的孔。為保證必要的結(jié)構(gòu)強度，必須使用較厚的柵板。從空間原因來說，這使一個標準電池的容積中可安置的電極板數(shù)減少，使整個電池負載電流的能力下降。
U.S.專利2724733公開了一系列不同類型的電極板。每一種電極板的制造都包含了一個多步驟的過程，這就不可避免地使有關的電極板變得昂貴。
U.S.3099899是有關一種電池的柵型電極板，其中包含拉伸的金屬。這種柵電極板的制造也是多步驟的過程包括a)用模沖或切割的方法使一種適當?shù)慕饘倨闲纬尚】p;
b)拉伸金屬片以形成小篩網(wǎng);
c)模沖或切割上述所得到的拉伸金屬片，所形成的小縫應大于拉伸前所加工的小縫;
d)再次拉伸以制得成品柵型電極板。
顯然，此方法的弱點是多步驟過程既費時又使成本提高。
同樣明顯的是，如果所加工的小縫與內(nèi)部電流的方向(多數(shù)情況下是垂直的)不平行，則這一方法將降低柵在電流方向上的有效傳導率，對整個電極板上活性物質(zhì)的利用也有負的影響。
U.S.專利4547939是關于一種用于多池(multi-cell)二次電池的電極板。這種電極板主要包括一種熱塑性材料所制成的周邊框架，所形成面積用金屬篩網(wǎng)復蓋以支撐電池的活性糊狀物。這種電極板的弱點之一，是由于使用二種不同材料，使制造過程成為多步驟的昂貴過程。
U.S.專利4805277是關于一種用于酸性鉛電池的柵的生產(chǎn)過程。柵的制法如下a)使鉛鈣合金的薄片條上復蓋一種鉛合金的薄片或箔，二者的組成與厚度均不同;
b)對上述復層材料進行冷滾壓，使二種材料一體化，所產(chǎn)生的基元薄片的厚度小于原來的薄片條的厚度;
c)將所得的基元薄片進行伸展處理或沖孔處理。
與多數(shù)已有技術一樣，這種多步驟過程既耗資又費時。
U.S.專利5093971是有關制造拉伸篩網(wǎng)電池柵的方法和設備。這一方法是將預先形成縫隙的可變形的金屬條伸展而制成柵電極板，所用的金屬條至少在沿著側(cè)邊的方向留有不帶縫隙的部分。該方法的步驟如下a)將可變形金屬條的側(cè)邊置于同一水平面上;
b)側(cè)向拉伸金屬條已預制縫隙的部分，同時保持邊在水平面上;
c)在側(cè)向拉伸的同時對金屬條已預制縫隙的部分進行垂直方向的拉伸，同時仍保持側(cè)邊在水平面上。
此方法不僅步驟復雜，方法所需的機械設備也極復雜。
本發(fā)明的目的之一是解決上述問題，或至少為公眾提供新的選擇。
本發(fā)明的其它目的及優(yōu)越性，可以從下文結(jié)合實施例的敘述中清楚地看出。
本發(fā)明的一個方面是提供一種用于電極板的框架，包括一個結(jié)構(gòu)組元或多個結(jié)構(gòu)組元以及交織材料(webamterial)，交織材料給框架提供的額外的表面積大于結(jié)構(gòu)組元所提供的表面積。
在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，用于電極板的柵或框架的結(jié)構(gòu)組元的典型材料是傳導絲。在優(yōu)選實施例中所用的交織材料是細的拉伸絲或“折縐”(flashing)絲。但是，本發(fā)明還能夠應用于其它場合中。
例如，交織材料可以是一種傳導薄片，活性物質(zhì)可以咬合到薄片中。在這一實施例中結(jié)構(gòu)組元可以是一種非傳導性物質(zhì)，只起到提供結(jié)構(gòu)強度和支撐交織材料的作用。
在另一實施例，交織材料可以是一種非傳導性物質(zhì)，只用來支持活性物質(zhì)，而結(jié)構(gòu)組元則可以是導電的。本說明書中所引的參考文獻均可用來與上述的優(yōu)選實例相比較。
在本說明書中，將交替地使用交織材料、折縐片、薄片材料等術語。
優(yōu)選的實例中包括了用高度折縐化的柵結(jié)構(gòu)或連續(xù)的鉛薄片結(jié)構(gòu)來代替常規(guī)的鉛柵系統(tǒng)。
本制造方法的優(yōu)點之一是用單步驟過程來制造框架。與已有技術制造電極框架的較復雜的方法相比需時較短且耗資較少。本發(fā)明可同樣適用于制造常規(guī)的柵。用澆鑄鉛材料的方法制造了一系列的常規(guī)的框架。按照本發(fā)明的鑄造方法也可以用來制框架，但同時應形成折縐或形成交織材料。
水平方向(與主電流的方向成直角)的鉛化的條或絲的必要性則大大縮小。
垂直方向上可以使用適宜的筋肋，對薄片進行折縐或壓痕(indenlation)處理則可使之強化。糊狀物在薄片上的粘附還可借助于穿孔或其它技術。
這一技術在使用等量鉛的基礎上，制得的柵結(jié)構(gòu)在電流方向上的阻抗大大縮小(可達5倍)，同時新制成的電極板更為強化。在活性糊狀物中的平均電流通路減少的倍數(shù)至少為15。正極糊狀物的阻抗與電壓降減少的倍數(shù)約為15?；钚院隣钗锱c集電流柵之間的接觸面積大為改善。電池放電時尤其是大電流放電時活性物質(zhì)的利用更為均衡和充分。
由于電極板的阻抗大大下降，基本上可消除電極板局部過熱及與之相關的正電極腐蝕和壽命縮短等問題，使電極板的壽命增長。由于電極板表面活性物質(zhì)的均衡利用，電池的循環(huán)性能也將顯著改進。
由于正極活性物質(zhì)的阻導率典型情況下約比鉛高三個數(shù)量級，標準的鉛柵包括用澆鑄的鉛絲所圍繞的活性物質(zhì)，可以用加強的或適當成形后的薄片來代替，活性物質(zhì)則沉積或穿透在薄片上。
在優(yōu)選的實施例中，另一種方式是在整個袋(pocket)面積上用柵絲以薄層的形成復蓋，用適當?shù)拇┛椎姆椒ㄊ够钚晕镔|(zhì)咬合到電極板上?；镜臇沤Y(jié)構(gòu)則可保留在薄片四周，以使薄片電極板具有強度并幫助電流的傳導。
對于典型厚度為1mm的電極板以及典型大小為10-15mm2或更大些的柵組件，高阻抗活性物質(zhì)平均電流通路可從5-8mm降至低于0.3mm。這樣，活性物質(zhì)袋中所生電流到鉛結(jié)構(gòu)間平均通路阻抗可降低15倍或更多。
柵上的活性物質(zhì)袋到柵頂部集流小片(collectingtab)之間的柵阻抗，則受到四方面的影響首先，接近頂部小片的柵絲承載了來自電極板的總電流中的一大部分。這一區(qū)域的柵絲被過熱，增加了電極板的腐蝕、變形、及損壞。這是多數(shù)電池發(fā)生損壞的情況及造成損壞的最為常見的原因。
其次，柵絲尤其是接近于電極板頂部處柵絲的阻抗，造成了跨越電極板上半部的電壓梯度。這就阻抑了電極板其它區(qū)域的電流供應，使得活性物質(zhì)不能有效利用，而電極板頂部區(qū)域的活性物質(zhì)則過度放電，造成電極板上該區(qū)域的過早老化(容量降低、糊狀物阻抗增加、糊狀物與柵之間的剛性連接變差)，并使電極板過早失效。
第三、有時稱之為冷啟動電流(CCA)(coldcrankingamps)的電池電流容量，會因為電極板下部與頂部小片之間的電壓梯度及相應的活性物質(zhì)的低效利用而降低。
第四，由于電池柵制作時通常從底部到頂部其橫截面多少都是均勻的，而垂直絲上的電流對于一個有效率的電池來說應隨著與底部之間的距離的增加而線性增加。對于電池的潛在的CCA容量來說，底部的鉛太多而頂部的鉛太少。合理地利用這一相同量的鉛和活性物質(zhì)，能顯著地提高CCA并增長電池的壽命。由于活性物質(zhì)的利用及電池中電流的發(fā)生，會隨柵內(nèi)歐姆電流造成的超電勢而呈指數(shù)型的下降，所以上述效應是特別重要的。
根據(jù)本發(fā)明，用薄片或折縐薄片可大大有助于解決以上問題。通過增加垂直方向電流所需的鉛的橫截面積，可以增加垂直方向的柵的導電率。
常規(guī)的柵的形狀不足以使頂部小片附近承載最大可期望的電流。如果小片的位置在中心位置，則可收集到很重要的一部分電流，否則這些電流就只在柵內(nèi)流動，這樣，過熱和電壓梯度都顯著減少。
電極板的強化程度可以通過改進薄片的結(jié)構(gòu)來加以改進。
糊狀物與電極板的咬合在一些實施例中用穿孔折縐薄片取得較好效果，優(yōu)于平面薄片或折縐薄片。
電極板的強化強度可以通過改進薄片的結(jié)構(gòu)來加以改進。無論是在模具中鑄造框架時或在后續(xù)的獨立的操作中，都可以使薄片或折縐薄片穿孔、硬化、折縐、或適當變形，以改善糊狀物與電極板之間的咬合，特別是增加電極板的硬度和強化程度。對折縐薄片加上筋肋或使之成為碟形，可大大增加電極板的硬度和強度，并可減少電極板下部所需的鉛量，增加電極板的強度使之可自我支撐，使電極板與糊狀物結(jié)合的操作易于進行，無須過分的小心和支撐。
除了使薄片折縐或成為碟形以增加強化程度之外，糊狀物與柵之間的咬合還可以借助于狹縫、孔洞、鑿紋等等。因而，不再必要借助柵絲或筋肋構(gòu)成通常的菱形以幫助糊狀物和柵孔之間的咬合。這種形狀不利于強化，因為多數(shù)的材料位于近中軸處，結(jié)構(gòu)上無所得益。加上筋肋后(垂直方向有利于改進傳導率，水平方向有利于提高強度)，同樣數(shù)量的材料可以成形得到結(jié)構(gòu)強化得多的電極板。用同樣數(shù)量的鉛通過導電率和強度的增加使電極板的性能提高，或在保持相同性能水平的前提下可以顯著減少柵的鉛用量。
用筋肋加強的薄片型柵使鉛可得到有效利用，柵的導電率與目前常規(guī)的柵相比可提高5倍。由于柵內(nèi)電流形成的超電勢的非線性效應的消除，電極板性能所得到的改進自然就更大。
為了改進柵上鉛的利用率，導體的尺寸(絲，折縐薄片等)應與電流相匹配。例如，對于一種常規(guī)的電池電極板，水平方向的絲幾乎不承載電流，說明鉛未得到充分利用，這部分鉛只是為了澆鑄方便和保證強度。如果一種設計中包含一個或多個延伸的小片時，水平絲可以用來側(cè)向傳輸電流至小片(中心)和邊緣。一個折縐薄片電極板成形為碟形經(jīng)波紋或加筋處理，柵絲的粗細與間隔所能提供的是必要的強度以及滿足側(cè)向電流傳導的要求。
本發(fā)明能提供電極板的框架，這種框架不需要分立的水平柵絲或條，用交織材料或薄片在整個或大部垂直方向連續(xù)延伸來提供強度，這一方向是所期望的電流的總方向。水平柵絲或條的結(jié)構(gòu)功能，最好大部或全部用垂直方向延續(xù)的薄的交織材料或薄片代替，并在垂直方向有效地承載電流。
電極板框架的硬度和強度可以通過垂直方向延續(xù)的適當變形的交織材料或薄片來提供，這樣，既使垂直方向得到有效的電流承載系統(tǒng)，又發(fā)揮了強化的作用使水平的絲或條的存在不再必要。
理想情況下，框架中裝填活性物質(zhì)的袋或構(gòu)件的尺寸和形狀，應使活性物質(zhì)至最鄰近的框架導電元件之間平均電流通路不大于3mm。
使用本發(fā)明的框架還具有其它的優(yōu)點。
正極糊狀物是一種半導體，電池的性能明顯的因該糊狀物的導電率差而受到影響。因此常用添加劑來改善它的導電率。
利用新的折縐薄片型電極板，從正極糊狀物到柵之間的平均有效阻抗可降低約10倍。因此，使用添加劑人人地增加正極糊狀物的導電率將不再重要。這就給集中改進糊狀物的孔隙度提供了更大的自由度。
具有高孔隙度的活性糊狀物，與框架結(jié)合時其密度優(yōu)選是低于4g/cm3。這樣，酸性電介質(zhì)能以較高的比例與活性物質(zhì)混合，避免了大電流放電時酸耗竭的問題。
利用本發(fā)明擴展糊狀物孔隙度將具有改進的效果，包括a)通過增加持續(xù)放電所需要的可直接利用的酸，同時因大大增加暴露的表面積使得電池放電時PbSO4絕緣表面層的擴展及其影響縮小，電極板的CCA容量得到增加。
b)由于可交替地使電池中糊狀物(密度很高)的量減少或酸量增加，三種所需的組分之間可以達到較好的平衡，即正極活性物質(zhì)，負極活性物質(zhì)，和酸。通過這一方法電池的功率/重量比得到顯著改進(大于25%)。
c)放電初期尤其是在大電流放電時，PbSO4在表面或接近表面和堵塞孔隙后造成的影響將會排除。
d)但是，孔隙度的增加會增加正極板糊狀物的平均阻導率，因為傳導性差的PbO2被傳導性更差的酸所代替。由于正極糊狀物阻抗增加的效應可以被糊狀物與柵之間電流通路的縮短所抵消，因而只有對折縐薄片型的電極板上述情況是可以接受的。
本發(fā)明的實施有多種方法。
目前多數(shù)的電池柵是鑄造的。這一方法易于改變來使折縐薄片填充柵的中間平面，可以有也可以沒有活性物質(zhì)咬合所需要的孔洞。鑄造時在絲和薄片上形成的裂紋無關重要，因為本方法使柵得到附加的強度和導電率。同時還可能模具改造后使之包括小的但有相當數(shù)量的碟形凹曲或壓紋，使柵更為強化。這些變動(以及薄片穿孔)也可以在隨后的操作中用壓模來實施，操作簡易成本不高。
一種優(yōu)選的制造方法是，用模具鑄造框架，使鑄造時模具內(nèi)的垂直流道位于框架區(qū)域中，成為框架的承載垂直電流的條。對于垂直的澆鑄需要較大尺寸的流道，這樣就有效地利用了鉛。
上面討論的電極板改進的另一種技術是，用壓制或模沖的技術來制造電池柵。例如，可以將薄鉛片與成形的絲或筋肋順縱向安置一起滾壓，中心部分有較寬的小片從柵往外伸出。然后的操作是使?jié)L壓的薄片變形以形成壓紋使紋向和橫向加強。筋肋之間的薄片提供了足夠的橫向?qū)щ娐?，結(jié)果良好且成本較低。強度較高的電極板具有上述所有的優(yōu)點，只是垂直方向上的導電率不隨高度而變化。這一點當然也并不差于常規(guī)的電池柵。
一個改進的制造步驟是利用擠壓輥使鉛集中在電極板的頂部。壓輥上具有傾斜的筋肋邊緣，有中心位置上的傾斜的筋肋，趨向于小片，然后再是傾斜的筋肋。同時也可以使筋肋之間薄片的厚度在朝向柵頂部時變厚。這樣的擠壓系統(tǒng)也可以用來制成碟形凹曲和波紋，以使電極板強化。
由于用于電極柵的鉛及其合金的展延性，可以用一步操作綜合上面所考慮的所有的改進，用模沖技術就可以完成所需電極柵的制造。初始時的裝備費用雖較高，但這一方法不同于現(xiàn)有的各種方法，而且克服了現(xiàn)用的鑄造法中的許多困難，能夠適用于多種用于制柵的合金材料而無須改變方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所提供的一種方法是用于制造電極板，包括將活性物質(zhì)噴涂到所述的電極板上。
盡管許多實例中活性物質(zhì)包含的是如前所述的鉛和鉛的氧化物，本發(fā)明所適用的活性物質(zhì)可以有不同的組成。
有多種方法可以將活性物質(zhì)噴涂到電極板上。在一個實例中所用的噴涂裝置與噴水泥所用的裝置類似。例如，噴嘴之上可以安置一個料斗。用壓縮空氣注入噴嘴再將活性物質(zhì)從噴嘴壓出。當然也可以用其它的噴霧設備。
在本發(fā)明優(yōu)選的實例中，活性物質(zhì)在電極板上的噴涂可以同時在電極板的兩面進行。這種噴涂方法有許多優(yōu)點。
首先，兩側(cè)同時噴涂可以限制活性物質(zhì)濺射到電極板之外。
其次，電極板兩側(cè)同時噴涂有助于活性物質(zhì)在電極板上咬合的加強。
申請人發(fā)現(xiàn)上述過程使得較細的柵絲也可以使用，這樣就降低了前述的安裝電極板的電池的成本與重量。
本發(fā)明的方法易于自動化，在優(yōu)選的實例中，電極板被傳送經(jīng)過噴嘴。
在一個實例中，電極板可以或夾持在噴嘴上方或夾持在噴嘴下方，使電極板的大部分表面積暴露于噴嘴的噴射范圍中。
在某些實例中，不需要噴涂活性物質(zhì)的小片可以用來夾持電極板，使之移動通過噴涂過程。
由于活性物質(zhì)具有毒性，整個過程最好在一閉合的環(huán)境如一種通道中進行?？梢杂门懦隹诨蚱渌O施來除去未附著在電極板上的過剩的活性物質(zhì)。
本發(fā)明的技術可以適用于將除活性物質(zhì)之外的其它各種物質(zhì)添加到電極板上。例如，在用噴嘴噴涂活性物質(zhì)之前，可用另一組噴嘴在電極板上噴涂處理劑，如清洗液等。處理用的化學品對電極的處理在過程的開始時進行，使電極板對隨后噴涂的活性物質(zhì)具有更好的接受能力。
對于本發(fā)明來說，可以用多種活性物質(zhì)涂層。例如，可以安置多對噴嘴，傳送系統(tǒng)將電極板從一對噴嘴的位置傳送到另一對噴嘴以便噴涂活性物質(zhì)。
多層的噴涂可以保證活性物質(zhì)更牢固地粘附在電極板上。
在某些實例中，電極板上的涂層相互之間可以有不同的密度、配伍性、及組成。
在噴涂活性物質(zhì)后，電極板上還可以再進行涂層。例如，可以將多孔物質(zhì)噴涂到活性物質(zhì)之上。這種物質(zhì)可以起分隔物的作用使電極板之間分開。由于它是多孔的，電介質(zhì)仍可以通過分隔物與電極板上的活性物質(zhì)接觸。在一個實例中所用的分隔物可以是泡沫。
還可以有其它的預處理方法，如干燥。
值得提到的是本發(fā)明提供的方法可以使電極板上載有較多量的活性物質(zhì)，且粘附得更為牢固，這是已有技術所不及的。由此，可以提高電池的效率。本發(fā)明還提供了一種制造電極板的自動化的方法，從而降低了制造成本。另外，還可以使用較細的柵。在某些實施例中，由于噴涂了泡沫或其它物質(zhì)使分隔物與電極板形成一體，不再需要單獨的分隔材料。
申請人相信將惰性纖維引入到活性物質(zhì)中可以改善電極板在快速放電時的行為。這可能是因為活性物質(zhì)對電介質(zhì)的孔隙度得到改進，還可能因為毛細管作用將電介質(zhì)引入糊狀物，改進了活性物質(zhì)的有效導電率。
這種纖維可以是由聚合物、玻璃、或金屬制成的，可以有傳導性，可以中空等等。這些纖維還可以是折縐的或卷曲的以增加強化的作用，并使糊狀物中形成空間，在熟化過程中形成開口的孔隙。這些纖維還增加了糊狀物的導電率。
對于折縐薄片型的柵，用這一方法較容易引入纖維。另外的好處是可以使活性物質(zhì)增強，與水泥纖維板的情況相似。
引入纖維的另一作用是穿透折縐薄片并在穿透后的孔洞中插入纖維。這樣纖維所起的作用包括上述內(nèi)容在內(nèi)為a)如前所述改進了電極板的電性能;
b)加強了糊狀物，結(jié)合在一起使它更為牢固;
c)使糊狀物與柵之間的結(jié)合極其牢固，即使在加強的糊狀物與折縐薄片鉛柵之間在界面上存在微小的間隙，糊狀物仍然不會脫落，孔隙度將保證薄層的電介質(zhì)在很寬的表面上使活性物質(zhì)糊狀物與鉛柵之間保持電的連接。
附圖簡述
本發(fā)明的一些方面將通過實例并參照附圖進行說明。


圖1為按照本發(fā)明的一個實例的電極板的圖示。
圖2為圖1所示電極板的橫截面放大圖。
圖3為用于鑄造電極板的部分模具圖。
圖4為活性物質(zhì)噴涂電極板的圖示。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種可能的制造過程的圖示。
實施本發(fā)明的最佳方式圖1中所示的電極板19是按照本發(fā)明的方法制造的。19A是糊狀物與活性物質(zhì)。19B所示的柵絲在電極板19上構(gòu)成矩形的柵。19C箭頭所指為已穿孔的模制折縐薄片。這些穿孔部分放大后如19D所示。
圖2所示為柵19上至少二根柵絲19B的橫截面放大圖。柵19上已敷有活性物質(zhì)19A，可以看出模制薄片19C的兩側(cè)都被活性物質(zhì)所復蓋。還可以看出，在模制薄片上活性物質(zhì)咬合在孔19D之間。
圖3所示為用來鑄造電極柵的部分模具頭。特別是顯示了模頭的二部分非常接近。19E所示是寬的孔隙。柵上大孔隙的形成是通過模具在模制薄片寬孔的接近中心部分緊壓而實現(xiàn)的。19G所示為較小的孔。
使用圖示的模具可以將導電材料薄片置于柵絲之間模壓成電極板。通過橫具及其襯里材料可以制出具有大孔隙的薄片。
用前述的常規(guī)方法可以使活性物質(zhì)復蓋到柵上。
一種本身也可構(gòu)成本發(fā)明的優(yōu)選的方法可用圖4和5說明并敘述如下。
圖4中的電極板1用活性物質(zhì)2噴涂。
電極板1用夾具3置于垂直位置，夾具3位于傳送帶4上。傳送帶的結(jié)構(gòu)為一種粗篩網(wǎng)，通過傳送帶4上的孔5可以排出過剩的活性物質(zhì)2。
用二個噴霧裝置6和7將活性物質(zhì)2噴涂在電極板1上。噴霧裝置6和7各有一個料斗8(未完全圖示)、一個噴嘴室9、一個噴嘴10、以及一個注入口11。噴霧裝置6和7的結(jié)構(gòu)和操作與用于噴涂粉刷漿料的裝置類似。壓縮空氣從注入口11進入，使活性物質(zhì)從料斗8進入噴嘴室9并從噴嘴10噴出。調(diào)整噴嘴10使噴霧范圍復蓋電極板1的整個表面。通過活性物質(zhì)2的競爭噴射可以減少活性物質(zhì)的過分的濺射。當電極板按優(yōu)選的情況具有折縐小片時，則活性物質(zhì)可以通過的孔較少且較小。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一種可能的制造流程。為清晰起見，傳送帶4和夾具5未表示在圖5中。
傳送系統(tǒng)(示畫出)將電極板1經(jīng)通道12按箭頭所示方向往前傳送。第一對噴霧機構(gòu)13用預處理化學品14相對噴涂電極板1。在一些實例中，預處理化學品14可以是潔凈劑或擦洗劑或某些可以使電極板上稍稍形成麻點的其它物質(zhì)，以促進活性物質(zhì)的咬合。
第2對噴霧機構(gòu)15將高密度的活性物質(zhì)2a噴涂到電極板上。
噴霧裝置16將密度低于活性物質(zhì)2a的活性物質(zhì)2b噴涂到電極板上。
最后，噴霧裝置17將泡沫18噴涂到電極板1上。泡沫18固結(jié)后成為電極板的分隔物，但仍能使電介質(zhì)通過而與電極板1上的活性物質(zhì)2接觸。
噴涂泡沫后，電極板1再向前通過熱空氣干燥器20。
噴霧機構(gòu)相互間的間距與傳送帶速度之間的匹配，最好能保證每次噴涂操作所達到的狀況應適合于下一道工序的操作。
本發(fā)明的基本方面只是用實例進行了說明。應該認識到，可以進行一些修改和補充，但并不偏離所附權(quán)項所定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電極板框架，包括一個或多個結(jié)構(gòu)組元以及交織材料，交織材料使框架增加的表面積大于結(jié)構(gòu)組元的表面積。
2.一種權(quán)項1中的框架，其中所述的交織材料用比結(jié)構(gòu)組元細的材料制成。
3.一種權(quán)項1或權(quán)項2的框架，其中所述的交織材料中具有孔隙。
4.一種用鑄模的方法制成的權(quán)項3的框架，其中使結(jié)構(gòu)組元的材料折縐而形成交織材料。
5.一種如說明書及附圖所述的電極板框架。
6.一種電池用的電極板，包括如前述任一權(quán)項中所述的框架。
7.一種權(quán)項6的電極板，包含涂敷在框架上的活性物質(zhì)。
8.一種權(quán)項7的電極板，其中所述的活性物質(zhì)是用壓縮空氣噴涂的。
9.一種權(quán)項7的電極板，其中所述的活性物質(zhì)在框架兩側(cè)同時噴涂到框架上。
10.一種權(quán)項7的電池板，其中所述的框架在活性物質(zhì)的噴涂之前先用處理劑處理。
11.一種權(quán)項6的電極板，其中所述的活性物質(zhì)包含纖維。
12.一種權(quán)項6的電極板，其中所述的活性物質(zhì)的涂層有多層。
13.一種權(quán)項7的電極板，其中包含分隔物材料。
14.一種基本上如說明書和附圖所描述的電極板。
15.一種制造電極板框架的方法，包括一模鑄過程，包括使結(jié)構(gòu)組元折皺而形成交織材料的步驟，框架增加的表面積大于結(jié)構(gòu)組元的表面積。
16.一種制造電池用的電極板的方法，包括權(quán)項15的制造電極板框架的方法。
17.一種權(quán)項16的制造電極板的方法，其中，包括在框架上噴涂活性物質(zhì)的步驟。
18.一種權(quán)項17的制造電極板的方法，其中包括用壓縮空氣噴射活性物質(zhì)的步驟。
19.一種權(quán)項17的制造電極板的方法，其中包括從框架的相對兩側(cè)噴涂活性物質(zhì)的步驟。
20.一種權(quán)項17的電極板，包括在向框架噴涂活性物質(zhì)之前先經(jīng)過預處理的步驟。
21.一種權(quán)項16的制造電極板的方法，其中所述的活性物質(zhì)包含高聚物纖維。
22.一種權(quán)項16的制造電極板的方法，其中包括噴涂多層活性物質(zhì)的步驟。
23.一種權(quán)項16的制造電極板的方法，其中包括施加分離物材料的步驟。
24.一種權(quán)項17的制造電極板的方法，其中包括滾壓相反一側(cè)以使框架施加活性物質(zhì)的步驟。
25.一種權(quán)項15的用澆鑄法制造電板框架的方法，其中模具的安置使得垂直流道在澆鑄過程中位于框架部位，使之成為框架中承載垂直電流的條，有效地利用了垂直澆鑄所需的大尺寸流道(runner channels)中的鉛。
26.一種實質(zhì)上如說明書及附圖所描述的電極板的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明是關于用于電池的電極板。該電極板包含一個框架與一個或多個結(jié)構(gòu)組元以及一種交織材料。所述的交織材料給框架提供的額外的表面積大于結(jié)構(gòu)組元所提供的表面積。該交織材料使活性物質(zhì)更易與電極板咬合。在優(yōu)選的實施例中活性物質(zhì)通過噴涂過程施加到電極板的框架上。
文檔編號H01M4/20GK1086348SQ9311750
公開日1994年5月4日 申請日期1993年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月10日
發(fā)明者皮塔·懷特希拉 申請人:皮塔·懷特希拉