电极、电池、电极生产方法和电池生产方法

电极、电池、电极生产方法和电池生产方法
【专利摘要】提供一种可以包括由聚合物框架支撑的导电芯的电池电极。提供一种制造电池电极的方法，可以包括：提供导电材料片；以及用聚合物材料构造导电材料片的框架。提供一种电池，可以包括：多个电极，各电极包括由聚合物框架支撑的导电芯。
【专利说明】电极、电池、电极生产方法和电池生产方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年3月29日递交的美国临时专利申请序列号为N0.61/617，200的优先权，将其全部内容在此一并引入作为参考。

【技术领域】
[0003]本公开涉及电极、电池、电极生产方法和电池生产方法。在更具体的实施例中，本公开涉及可充电电池、铅酸电池、电池组件和电池方法。本公开的具体实施例涉及新颖的电极结构和/或制造电极的方法。

【背景技术】
[0004]可充电电池例如铅酸电池可以包括通过铸造铅、扩大铅片或者创建具有冲压网格图案的铅合金箔构成的一个或更多个阴极电极。通常阴极电极由100%的铅或铅合金构成。可充电电池例如铅酸电池还可以包括利用粘贴在传统的铅电池电极基板上的氧化铅或衍生物的一个或更多个阳极电极。


【发明内容】

[0005]本公开的电池可以被配置为在标准铅酸电池制造过程和设备中使用。
[0006]本公开提供低成本、轻重量以及高级的电池电极以用于铅酸电池中。电极可以用作负极并且可以提供提高的负极活性材料利用率、更均匀的电流分布以及增强的循环寿命性能。
[0007]提供可以包括由聚合物框架支撑的导电芯的电池电极。
[0008]提供一种制造电池电极的方法，可以包括:提供导电材料片；以及用聚合物材料构造导电材料片的框架。
[0009]提供一种电池，可以包括:多个电极，各电极包括由聚合物框架支撑的导电芯。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]下面参照以下附图描述本公开的实施例。
[0011]图1是根据本公开的过程的电极的片段。
[0012]图2是根据本公开实施例的电极基板。
[0013]图2A是根据本公开实施例的图2的电极的横截面。
[0014]图3是根据本公开实施例的电极基板。
[0015]图3A是根据本公开实施例的图3的电极的横截面。
[0016]图4是根据本公开实施例的电极基板。
[0017]图4A是根据本公开实施例的图4的电极的横截面。
[0018]图5是根据本公开实施例的电极基板。
[0019]图6是根据本公开实施例的电极基板的一部分。
[0020]图7是根据本公开实施例的电极基板。
[0021]图7A是根据本公开实施例的图7的电极基板的剖面。
[0022]图8是根据本公开实施例的电极基板的一部分。
[0023]图9是根据本发明实施例的电极基板的剖面。
[0024]图10是根据本发明实施例的包括电极的电池。

【具体实施方式】
[0025]将参照图1-10描述本公开的电极、电池、电极生产方法、电池生产方法、可充电电池、铅酸电池、电池组件以及电池方法。
[0026]首先参照图1，在根据本公开实施例的处理阶段示出了本公开的电极的示例部分。相应地，提供一种制造电池电极的方法，可以包括提供导电材料2的片。材料2可以是挤压的、压铸的或者触变注射成形的(thixomolded)导电金属或其合金的片。材料2可以具有作用于它的另一材料4。
[0027]材料4可以向材料2提供酸性保护屏障。材料4对于酸性溶液(例如用于铅/酸电池的那些酸性溶液)可以是惰性的(inert)。材料4可以是例如电镀铅的铅材料。材料4可以是例如对于酸呈惰性的导电墨水或聚合物。材料4可以提供足够厚的均匀涂层，以防止导电金属的分子迁移进入铅/酸电池的酸性电解质中。材料4可以在导电材料2上提供均匀的酸性保护屏障。作为聚合物，材料4还可以提供结构或架构的支撑。然后可以用聚合物材料6构造材料2和/或材料4之一或两者的框架。
[0028]参照图2和图2A，电池的组件被描述为电极基板12，图2A中示出了电极基板12的横截面。该基板可以是可以被冲压成型、注射成型和/或其它方式铸造为最终所期望的几何形状的三维结构。基板可以是例如具有平面侧13和边缘15的基本的平面。基板12可以按需改变形状并且可以取决于最终的电池设计。如所示，基板12不包括凸舌(tab)或柱，但是其它实施例可以包括凸舌或柱以及可以便于生产和/或使用的其它特征。
[0029]基板12可以被描述为具有至少两个部分，其中两部分之一被配置为延伸进入电池溶质，并且两部分中的第二部分被配置为位于电池溶质外侧，例如可以被配置为与连接柱耦合的一个或更多个凸舌52 (参见例如图5-8)。因此，生产电极的方法可以包括:例如沿着导电材料片18的边缘形成接触凸舌52。接触凸舌可以至少部分地被聚合物材料22包住。凸舌的位置、大小和/或形状可以与所期望的电池设计相称地变化。基板或其部分，具体地，电池溶质内的部分可以是惰性的，其中对于电池中通常呈现的条件(例如，电流、热、散热和/或与例如电池溶质相关的酸性条件)可以是惰性的。
[0030]基板12可以包括例如开口 14的凹部。开口 14可以穿过基板12随机间隔排列，并且可以被用作支撑特性以便于在电极准备处理的后一阶段将例如铅膏材料之类的材料与基板12结合。开口 14可以具有例如在电极12的平面表面13之间延伸的侧壁17。侧壁17以及表面13的至少一部分可以被认为是开口 14的边缘，并且这些边缘可以是例如有角度的和/或倾斜的。因此，生产电极的方法可以包括:在导电材料片18内提供多个开口。
[0031]根据示例实施例，基板12可以在其中具有开口，或者基板12可以在其中不具有开口。在呈现开口之处，电极可以包括在其上沉积和/或蚀刻的层和/或线的形式的附加材料。这些材料可以经由开口在基板的相对的表面之间延伸。例如，材料(例如导电材料、氧化铅和/或铅膏材料)可以与平面表面(侧面)13以及侧壁17相关联。根据示例实施例，这些材料中的一个或更多个可以通过开口 14延伸关闭开口 14。例如，铅膏材料可以通过开口 14延伸有效地关闭开口 14。根据其它实施例，铅膏材料可以例如通过开口 14延伸保留通过开口 14的通道。
[0032]根据示例实施例，基板12可以包括导电材料的芯构件18。相应地，电极可以包括由聚合物框架支撑的导电芯。该导电材料可以是例如片形式的铜、铝和/或镁。构件18可以是约0.004英寸的厚度、或者从约0.006英寸到约0.010英寸的厚度、和/或可以至少约0.016英寸厚。片可以被冲压或铸造以提供所期望的三维形状。构件18可以具有平坦的(flat)或者平(planar)的表面。根据示例实施例，构件18还可以是除了铅以外的导电材料，例如铜、铝、银、金、镍、镁和/或其合金。
[0033]例如，可以在构件18上设置铅材料19。材料19被示出与构件18的两侧相关联。可以提供材料19以覆盖和/或包住构件18。材料19可以是基本上纯铅的材料、氧化铅材料和/或铅合金材料中的一个或更多个。铅材料的合金可以包括例如锡合金。相应地，导电芯可以包括镀铅铜(lead electroplated copper)。导电芯的镀铅铜可以包括在一个横截面至少约0.018英寸厚的片中。根据其它示例，该片在一个横截面上可以从约0.019到约0.021英寸厚。
[0034]可以向构件18和材料19之一或两者提供聚合物材料22。材料22可以包括对于酸性环境是惰性的一个或更多个聚合物材料，例如存在于电池中的那些聚合物材料。可以利用聚烯烃、聚碳酸酯、聚丙烯和/或含氟聚合物。根据示例实施例，材料22可以包在构件18和材料19之一或两者上。根据示例方案,二次成型(overmolding)可以提供足够量的材料22，以支撑构件18和材料19的结构的完整性，将这两个部件保持基本上平的形式。
[0035]根据图3和3A，根据备选实施例，提供基板12A以包括铅膏的支撑结构。材料22可以进一步二次成型以支撑构件18和材料19之一或两者并形成晶格结构。该晶格结构可以被配置为:支撑铅膏，其应用可以形成完整的电极。如所示晶格结构是“菱形”的形式，然而可以考虑其它形式，包括但不限于水平/垂直的支撑。
[0036]如所讨论的，铅膏材料可以与基板12和/或12A相关联，和/或由基板12和/或12A支撑。铅膏材料可以覆盖基板的全部或一部分，并且其在应用之处可以覆盖包容构件18的铅材料19的全部或一部分。铅膏材料可以被应用于基板的两面。根据示例实施例，可以仅应用于一面。
[0037]基板可以具有一个或更多个凹部，例如贯穿基板延伸的开口。这些凹部(例如开口)可以用铅膏材料填充并且延伸穿过开口，保留开口的至少一部分贯通(clear)，或者例如完全地关闭开口。这种铅膏材料的配方对于铅酸电池生产的本领域技术人员是已知的，并且对于本公开并非关键内容。铅膏材料可以包括例如可以被用于增加表面区域的添加齐U。根据示例配置，当与上述铅材料比较时，铅膏材料可以被认为是多孔的。基本上纯的铅、氧化铅和/或铅材料的铅合金可以是基本均匀的，由此防止电池溶质接触导电材料。
[0038]根据图4和图4A，根据又一实施例，构件38如上所述可以利用导电但耐酸的聚合物材料42完全地二次成型。材料42可以是例如给材料一些导电性的包括碳的聚合物材料。材料42可以被二次成型到构件38上，以支撑构件38并为所述铅膏材料提供支撑。这种支撑结构可以包括但不限于凹槽和/或延伸。基板30可以包括平的表面33以及开口 34。
[0039]参照图5，描述了包括凸舌52以及突出部(lug)54的另一示例基板50。凸舌52可以是基板50的构件的延伸，并且可以被用作完整的电极的柱。突出部54可以是例如聚合物材料的延伸并且可以在处理阶段期间并在用作电极之前移除。相应地，形成电极的方法可以包括:沿着框架的至少一个边形成聚合物凸舌，和/或包括沿着框架的至少一个相对边形成接触凸舌。处理该电极可以包括:使用聚合物凸舌和/或接触凸舌作为卡爪承载(convey)电极。
[0040]参照图6，导电材料2的详细的描述被示为铜片。根据示例实施例，材料2可以在其中具有开口 14以及凸舌52。参照图7和7A，在处理的另一阶段示出材料2。相应地，电极包括包围导电芯2的聚合物材料框架6。参照图7A，示出电极的一部分来详述周边开口(例如开口 72)大小的差异。这些差异可以用于例如辅助材料2的电镀。一些周边开口 71可以具有约0.062英寸的直径，而其它开口可以具有约0.075英寸的直径。可以提供材料6以从较大的开口例如72向外延伸。参照图8，示出至少部分地包含在材料2中的凸舌52的更详细的视图。
[0041]参照图9示出示例性的电极片断，以表现整体的厚度以及各种材料对该厚度的贡献。因此，导电材料2可以具有从约0.014到约0.016英寸的厚度，并且铅材料4可以具有约0.001英寸的厚度，使得导电材料2 (0.016)与铅材料的组合并且约为0.018英寸的整个厚度。可以向电极提供从约0.020到约0.025英寸厚度的铅膏材料8，使得整个电极的厚度约为0.058英寸。根据该示例实施例，该电极厚度从未被可操作地实现并且实质上使用这些电极中的一个或更多个改变电池的整体重量和/或性能。
[0042]参照图10，示出包括多个电极62的示例电池60。电极62的一个或更多个可以被配置为如这里描述的。这里描述的电池可以包括扁平的、管状、圆形的和/或双极性电池。该电池可以是例如电池组中的多个电池中的至少一个。作为另一示例，该电池可以被配置为各电池的组。根据示例实施例，在这些电池内存储电力可以包括向电池提供电流。电池可以具有既对电池溶质是惰性的并且包括非导电材料的电极。可以在与具有类似极性的多个电极中的一个或更多个电通信中向一个或更多个柱组件提供电流。电池可以包括多个电极，各电极包括由聚合物框架支撑的导电芯。这些电极中的至少一个可以定义与导电芯电耦合的导电凸舌。
【权利要求】
1.一种电池电极,包括由聚合物框架支撑的导电芯。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述导电芯包括铜。
3.根据权利要求2所述的电极，其中所述导电芯的铜被包括在一个横截面至少为约0.016英寸厚的片中。
4.根据权利要求1所述的电极，其中所述导电芯包括镀铅铜。
5.根据权利要求4所述的电极，其中所述导电芯的镀铅铜被包括在一个横截面至少为约0.018英寸厚的片中。
6.根据权利要求5所述的电极，其中所述片在一个横截面中的厚度是约0.019到约0.021英寸。
7.根据权利要求1所述的电极，还包括包围导电芯的铅膏。
8.根据权利要求1所述的电极，还包括延伸穿过导电芯的开口。
9.根据权利要求1所述的电极，其中所述聚合物框架包括聚丙烯。
10.根据权利要求1所述的电极，还包括在框架的内边缘之间延伸的聚合物材料。
11.一种制造电池电极的方法，包括: 提供导电材料片；以及 用聚合物材料构造导电材料片的框架。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括沿导电材料片的边缘形成接触凸舌。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括用聚合物材料构造接触凸舌的框架，所述框架露出凸舌的一部分。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括沿框架的至少一个边缘形成聚合物凸舌。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括沿着框架的至少一个相对的边缘形成接触凸舌。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括使用聚合物凸舌和/或接触凸舌作为卡爪来承载电极。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括在导电材料片内设置多个开口。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括电镀导电材料。
19.一种包括多个电极的电池,各电极包括由聚合物框架支撑的导电芯。
20.根据权利要求19所述的电池，其中所述电极中的至少一个定义与所述导电芯电耦合的导电凸舌。
【文档编号】H01M4/137GK104303342SQ201380018081
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】阿尔弗雷德·T·沃伯丁, 布莱德雷·W·斯通 申请人:耐克斯瓦特公司