柔性极耳3d一体化矩阵板栅的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种“柔性极耳3D一体化矩阵板栅”材料、工艺、结构技术。关键在于：1、解决了三维结构可靠连接问题。2、解决了一体化结构方式；3、一体化结构在串、并联矩阵结构。4、在工业制造三维一体化结构板栅工艺实施难题。该发明利用碳素材料乱石层结构强度好的特性，利用高分子材料PA及其它单体的聚合物作为碳化材料前驱体，发泡、一体成型、碳化等工艺解决了制造三维板栅技术问题。它为电池三维板栅制造提供了基础设计平台。本发明为电池板栅制造提供了一种实用性选择方案。
【专利说明】柔性极耳3D —体化矩阵板栅
[0001]所属领域:
[0002]本发明涉及化学电源储能技术，尤其是铅酸电池三维一体化板栅、三维一体化矩阵板栅、超级电容板栅工程制造领域。
技术背景
[0003]极板是铅酸电池最核心的技术之一，而极板又是由板栅和极耳(导电集流体)构成。铅酸电池经过100多年的研究，作为参加电化学反应的活性物质研究基本成熟。如何提高铅酸电池比能量、寿命、产品更环保等问题，作为起导电作用、固定活性物质的三维板栅成为铅酸电池研究方向。
[0004]三维板栅电池有如下优势:1、环保性:铅酸电池使用非金属泡沫三维结构能节省铅的使用量50%—-70% ;2、性能:使传统铅酸电池体积缩小45%以上、比能量大幅提高、寿命大幅延长，是现有铅酸电池I?2倍以上。3、工业化生产成本更低。
[0005](注:“动力电池技术与应用”胡信国等编著，化学工业出版社2009.5——对三维电池优势有详细介绍)
[0006]国内外现有三维电池研究文献中，作为电池集流体的板栅与外部连接方式有两种方式:1、将碳泡沫体做成做成极耳形状通过冶金复合方式与外部连接；2、将片状碳泡沫体电沉积金属材料后再与其它金属熔融(或片状金属焊接)方式将板栅与外部连接。
[0007]现有技术缺点如下:1、碳素泡沫装极耳作为连接导体。该连接方式接触面积非常小，导电接触面非常易氧化一该技术产品实用化可能可性低。2、第二种方法(美国)工艺复杂。碳泡沫电沉积金属后还要单独处理泡沫体与极耳的连接问题，、产品合格率低、成本高。是两种不同材料的连接。4、两个极板之间无并联、串联没有一体化结构不能形成板栅矩阵结构。5、碳化前驱体材料选择价格昂贵一进口。
[0008]国内参考文献:
[0009]1、申请专利号200610110234.7 ;发明名称:铅酸蓄电池钛基泡沫铅正负电极板栅材料及其制造方法。
[0010]2、邹智敏、张劲松、镀铅泡沫碳化硅正极的应用(中国科学院金属研究所)分类号TB333 文章编号 1005-3093(2004)06-0635-06
[0011]国外参考文献:
[0012]1、专利号为6，979，513，授予是2005年12月27日美国NASA下属公司FireflyEnergy发明了三维泡沫电池。该专利发明主要内容:电池由碳或轻质制成的电流收集器构成。
[0013]2、美国PWTC公司新建了一座RVC/Pb-Sn三维板栅实验工厂，2006年8月投入运行，每月可制造5000片尺寸为152.4mm*152.的RVC/Pb-Sn三维板栅，并计划将生产规模扩大到每班(8h)生产10000片?12000片。(体积缩小1/2)
[0014](电池技术)
【发明内容】
[0015]A、发明的目的:
[0016]1、本发明主要解决了三维泡电池沫板栅对外连接复杂技术难题。2、“柔性极耳3D板栅一体化成型技术”解决了三维电池极板与外部连接问题可靠性问题，3、以及解决了两块极板之间一体串、并联问题——矩阵结构。4、柔性极耳一体化三维泡沫板栅解决了工业化制造三维电池的工程难题。
[0017]B、技术实施方式:
[0018]三维电池中的三维板栅(极耳部分)对外连接一直是一个困扰三维电池普及的技术难题。板栅集流体不仅是活性物质的载体，更需要将活性物质产生的电流引导出去。在解决了板栅(固定活性物质部分)强度要求(抗拉、强压、折弯等)同时，也能同时解决了板栅对外连接的工艺性问题。使三维电池的矩阵结构工业化制造成为可能。
[0019]B-1、一体化结构:
[0020]所谓柔性极耳3D —体化矩阵结构，就是碳素泡沫与碳素薄膜(极耳部分)为一体成型结构，并折叠成型的结构方式。(附图1-5)
[0021]B-2、柔性3D —体化板栅材料构成:
[0022]碳素泡沫材料配比关系:碳(C) > 92%、三氧化二铝(Al2O3:1.5%,^ 200目粉末)、硅 Si (0.8.200 目粉末)，其它:3.7% (S、Na、Si02、Fe、、)。
[0023]B-3、实施工艺(I):
[0024]主要前驱体材料选择:
【权利要求】
1.特征在于:柔性极耳3D板栅一体成型工艺。
2.如权利要求1所述:一体成型结构。(说明书附图、摘要附图)
3.如权利要求1所述:一体串、并联结构。(说明书附图)
4.如权利要求1所述:矩阵结构。(说明书附图)
【文档编号】H01M2/28GK103872341SQ201210538733
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】李毛丁 申请人:李毛丁