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TWI479717B - Lead-acid capacitor batteries and the preparation of lead-acid battery method - Google Patents

Lead-acid capacitor batteries and the preparation of lead-acid battery method Download PDF

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TWI479717B
TWI479717B TW102143505A TW102143505A TWI479717B TW I479717 B TWI479717 B TW I479717B TW 102143505 A TW102143505 A TW 102143505A TW 102143505 A TW102143505 A TW 102143505A TW I479717 B TWI479717 B TW I479717B
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Description

鉛酸電容電池以及製備鉛酸電容電池的方法
本發明是有關於一種鉛酸電容電池，特別是指一種包含連續碳纖維織布單元的鉛酸電容電池。
參閱圖1，以往的鉛酸電容電池1包括一複數個正極11、複數個負極12、複數個隔離膜13、複數個接著劑14以及複數個包含碳纖維粉末的塗膜15，其中，每一正極11以及每一負極12皆有透過接著劑14黏貼在其上的塗膜15。該等正極11以及該等負極12分別為一包括格子狀集電極以及充填至該集電極格子內的鉛膏的格子體，其中，該等正極11中的鉛膏包括二氧化鉛，且該等負極12中的鉛膏包括金屬鉛。
以往鉛酸電容電池的製備過程複雜，且該塗膜的形成需進行固化處理步驟，以及，接著劑的存在會影響鉛酸電容電池的充電以及放電特性，導致接著劑的選擇上易受限。該塗膜中的碳纖維粉末需具有較佳的分散性，以避免塗膜的表面不平坦或導電性不均的問題產生。再者，該塗膜中的碳纖維粉末彼此間的間距過大，易導致形成導電不連續的塗膜，使得充電以及放電效率不佳。
有鑑於此，開發一不需考量碳纖維粉末的分散性，且具有較佳連續性導電的特性，以及不使用接著劑的鉛酸電容電池，以提升鉛酸電容電池的充電以及放電效率，是此技術領域相關技術人員可再突破的課題。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種鉛酸電容電池。該鉛酸電容電池未使用碳纖維粉末，且具有較佳連續性導電的特性，以及在該電極組與該連續碳纖維織布單元間不需使用接著劑。
於是本發明鉛酸電容電池，包含：一電極組，包括一正極單元以及一負極單元；一隔離膜單元，設置在該正極單元以及該負極單元間；一連續碳纖維織布單元，設置在該電極組上；以及，一電解液，與該電極組、該連續碳纖維織布單元以及該隔離膜單元接觸；其中，在該電極組與該連續碳纖維織布單元間不具有接著劑。
該正極單元中的正極例如但不限於二氧化鉛電極，或，一包括格子狀集電極以及充填至該集電極格子內的鉛膏的格子體(plate grids)等。該格子狀集電極的材質例如但不限於鉛鈣合金或鉛銻合金等。該鉛膏例如但不限於二氧化鉛等。
該負極單元中的負極例如但不限於金屬鉛電極，或，包括格子狀集電極以及充填至該集電極格子內的鉛膏的格子體(plate grids)等。該格子狀集電極的材質例如但不限於鉛鈣合金或鉛銻合金等。該鉛膏例如但不限於金屬鉛等。
該隔離膜單元用來隔離該正極單元以及該負極單元，避免該正極單元與該負極單元接觸，導致短路。該隔離膜單元中的隔離膜例如但不限於棉纖維膜或玻璃纖維膜等。
較佳地，該連續碳纖維織布單元，設置在該正極單元與該負極單元中其中一者上。更佳地，該連續碳纖維織布單元包括複數個連續碳纖維織布，且分別設置該正極單元與該負極單元中其中一者的兩相反側上。
較佳地，該連續碳纖維織布單元的斷面呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供該正極單元與該負極單元中其中一者設置。
較佳地，該連續碳纖維織布單元包括複數個連續碳纖維織布，且分別設置在該正極單元以及該負極單元上。更佳地，該等連續碳纖維織布分別設置在該正極單元的兩相反側上以及該負極單元的兩相反側上。
較佳地，該正極單元包括複數正極、該負極單元包括複數負極，以及該隔離膜單元包括複數隔離膜，其中，該等隔離膜用來將每一正極與每一負極隔開。更佳地，在該等負極上且朝向正極的連續碳纖維織布相連接並界 定出一容置空間，且該容置空間供該等隔離膜中其中一者設置；該等隔離膜的斷面分別呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供在該正極上的連續碳纖維織布設置；在該正極上的連續碳纖維織布的斷面呈U型並界定出一容置空間，且該容置空間供在該正極設置。
更佳地，在該等正極上且朝向負極的連續碳纖 維織布相連接並界定出一容置空間，且該容置空間供該等隔離膜中其中一者設置；該等隔離膜的斷面皆呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供在該負極上的連續碳纖維織布設置；在該負極上的連續碳纖維織布的斷面呈U型並界定出一容置空間，且該容置空間供在該負極設置。
本發明使用的該等連續碳纖維織布分別具有多 孔性，應用在鉛酸電池，特別是閥節式鉛酸電池(Valve Regulated Lead Acid Battery，簡稱VRLA)，可使該正極單元產生的氧氣穿透，並在該負極單元還原成水，可避免電解液中的水喪失。
該等連續碳纖維織布為相同或不同，且該等連 續碳纖維織布分別為未改質型連續碳纖維織布或改質型連續碳纖維織布。
該未改質型連續碳纖維織布指的是由一高分子 纖維織布經碳化處理所形成，或，碳纖維經紡織處理所形成，或，高分子纖維經碳化處理以及紡織處理所形成。該高分子纖維織布例如但不限於聚丙烯腈系纖維織布、瀝青系纖維織布、纖維素纖維織布，或酚醛樹脂纖維織布等。 該高分子纖維例如但不限於聚丙烯腈系纖維、瀝青系纖維、纖維素纖維，或酚醛樹脂纖維等。
該改質型連續碳纖維織布例如但不限於將未改 質型連續碳纖維織布經由表面官能化處理的改質型連續碳纖維織布。較佳地，該表面官能化處理是擇自於300℃至500℃的高溫處理、電漿處理，或使用含金屬元素不含硫元素的表面改質劑進行。較佳地，該等連續碳纖維織布為改質型連續碳纖維織布。
該等連續碳纖維織布的尺寸大小可依據正極單 元或負極單元的尺寸大小進行調整，也可依據鉛酸電容電池所需的特性進行調整。該等連續碳纖維織布中的碳纖維的比表面積(specific surface area)為相同或不同，且該等連續碳纖維織布中的碳纖維的平均比表面積範圍分別為800平方公尺/克以上。該等連續碳纖維織布的面積為相同或不同，且該等連續碳纖維織布的面積分別為正極單元或負極單元面積的0.1至1倍。該等連續碳纖維織布的平均厚度為相同或不同，且該等連續碳纖維織布的平均厚度範圍分別為0.1mm至2.0mm。
該電解液例如但不限於硫酸(H2 SO4 )等。
本發明鉛酸電容電池可與以往的鉛酸電池或鉛酸電容電池連結使用。該以往的鉛酸電容電池例如但不限於先前技術段落所述的鉛酸電容電池。
本發明之第二目的，即在提供一種製備鉛酸電容電池的方法。
於是本發明製備鉛酸電容電池的方法，包含以下步驟：提供一電極組，包括一正極單元以及一負極單元；提供一隔離膜單元；提供一連續碳纖維織布單元，並使其黏貼在該隔離膜單元上，形成一第一元件；將該第一元件設置於該正極單元以及負極單元間，形成第二元件，以及，提供一電解液，與該第二元件接觸。
該電極組、隔離膜單元、連續碳纖維織布單元以及電解液分別如上所述，故不再贅述。該連續碳纖維織布單元與該隔離膜單元黏貼的方式例如但不限於機械壓合或使用接著劑將該連續碳纖維織布單元黏貼至該隔離膜單元上。該接著劑只要不會與電解液反應的皆可，例如但不限於含氟聚合物系接著劑、丙烯酸酯系接著劑、苯乙烯系接著劑、苯酚系接著劑，或二氧化矽系接著劑等。該含氟聚合物系接著劑例如但不限於聚四氟乙烯系接著劑。
較佳地，該連續碳纖維織布單元黏貼在該隔離膜單元的兩相反側。
本發明之功效：本發明鉛酸電容電池未使用碳纖維粉末，且透過使用連續碳纖維織布，使該鉛酸電容電池具有連續性導電的特性，以及，在該電極組與該連續碳纖維織布單元間不使用接著劑。本發明鉛酸電容電池除具有氧化還原反應外，還具有電容效應，且具備耐過充電的 特性。
2‧‧‧電極組
21‧‧‧正極單元
211‧‧‧正極
22‧‧‧負極單元
221‧‧‧負極
3‧‧‧隔離膜單元
31‧‧‧隔離膜
4‧‧‧連續碳纖維織布單元
41‧‧‧連續碳纖維織布
5‧‧‧電解液
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體示意圖，說明以往鉛酸電容電池的構造；圖2是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第一較佳實施例；圖3是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第二較佳實施例；圖4是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第三較佳實施例；圖5是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第四較佳實施例；圖6是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第五較佳實施例；以及，圖7是一剖面示意圖，說明本發明鉛酸電容電池第六較佳實施例。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2，本發明鉛酸電容電池的第一較佳實施例包含一電極組2、隔離膜單元3、一連續碳纖維織布單元 4，以及，一與該電極組2、該隔離膜單元3以及該連續碳纖維織布單元4接觸的電解液5，其中，在該電極組2與該連續碳纖維織布單元4間不具有接著劑。該電解液5為硫酸。
該電極組2包括一正極單元21以及一與正極單 元21間隔設置的負極單元22。該正極單元21包括兩個正極211，且，該負極單元22包括三個負極221。該隔離膜單元3包括四個隔離膜31，且分別設置在每一正極211與每一負極221間，以將每一正極211與每一負極221隔離。該連續碳纖維織布單元4包括三個連續碳纖維織布41，且分別設置在每一負極221上。該等連續碳纖維織布41分別是使用聚丙烯腈系纖維經碳化處理以及紡織處理所形成。該等連續碳纖維織布41的厚度分別為0.4mm。該等連續碳纖維織布41的面積分別為負極面積的0.9倍。
參閱圖3，本發明鉛酸電容電池的第二較佳實施 例與第一較佳實施例不同在於：該連續碳纖維織布單元4包括六個連續碳纖維織布41，且該負極單元22的每一負極221的兩相反側上設置有連續碳纖維織布41。
參閱圖4，本發明鉛酸電容電池的第三較佳實施 例與第一較佳實施例不同在於：該連續碳纖維織布單元4包括十個連續碳纖維織布41，且該正極單元21的每一正極211的兩相反側上設置有連續碳纖維織布41，以及，該負極單元22的每一負極221的兩相反側上設置有連續碳纖維織布41。
參閱圖5，本發明鉛酸電容電池的第四較佳實施 例與第一較佳實施例不同在於：該等連續碳纖維織布41的斷面皆呈U型，且，每一個連續碳纖維織布41界定出一容置空間，且每一容置空間供該等負極221中其中一者設置。
參閱圖6，本發明鉛酸電容電池的第五較佳實施 例與第一較佳實施例不同在於：該等連續碳纖維織布41的斷面皆呈U型，且，每一個連續碳纖維織布41界定出一容置空間，且每一容置空間供該等正極211與該等負極221中其中一者設置。
參閱圖7，本發明鉛酸電容電池的第六較佳實施 例包含一電極組2、隔離膜單元3、一連續碳纖維織布單元4，以及，一與該電極組2、該隔離膜單元3以及該連續碳纖維織布單元4接觸的電解液5，其中，在該電極組2與該連續碳纖維織布單元4間不具有接著劑。該電解液5為硫酸。
該電極組2包括一正極單元21以及一與正極單 元21間隔設置的負極單元22。該正極單元21包括兩個正極211，且，該負極單元22包括三個負極221。該連續碳纖維織布單元4包括四個連續碳纖維織布41。該隔離膜單元3包括兩個隔離膜31。該等連續碳纖維織布41分別是使用聚丙烯腈系纖維經碳化處理以及紡織處理所形成。該等連續碳纖維織布41的尺寸大小分別為135mm(長)×40mm(寬)。
其中，在該等負極221上且朝向正極211的連 續碳纖維織布41相連接並界定出一容置空間，且該容置空間供該等隔離膜31中其中一者設置；該等隔離膜31的斷面皆呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供在該正極211上的連續碳纖維織布41設置；在該正極211上的連續碳纖維織布41的斷面呈U型並界定出一容置空間，且該容置空間供在該正極211設置。
本發明製備鉛酸電容電池的方法的第一較佳實 施例，包含以下步驟：提供一電極組、一隔離膜單元、一連續碳纖維織布單元，以及，一與電極組、隔離膜單元以及連續碳纖維織布單元接觸的電解液。該電解液為硫酸。
該電極組包括一正極單元以及一與正極單元間 隔設置的負極單元。該正極單元包括一個正極，且該負極單元包括兩個負極。該連續碳纖維織布單元包括四個連續碳纖維織布，且該隔離膜單元包括兩個隔離膜。
分別在每一隔離膜的兩側塗佈丙烯酸酯接著劑 ，並透過丙烯酸酯接著劑在每一隔離膜的兩側黏貼連續碳纖維織布，形成兩個分別包括一個隔離膜及兩個連續碳纖維織布的第一元件。將該等第一元件分別設置在該正極以及該等負極間，形成第二元件。接著，將該第二元件與電解液接觸，即可獲得一鉛酸電容電池。
綜上所述，該鉛酸電容電池未使用碳纖維粉末 ，且透過使用連續碳纖維布，使該鉛酸電容電池具有連續性導電的特性，以及，在該電極組與該連續碳纖維織布單 元間不需使用接著劑，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧電極組
21‧‧‧正極單元
211‧‧‧正極
22‧‧‧負極單元
221‧‧‧負極
3‧‧‧隔離膜單元
31‧‧‧隔離膜
4‧‧‧連續碳纖維織布單元
41‧‧‧連續碳纖維織布
5‧‧‧電解液

Claims (10)

  1. 一種鉛酸電容電池，包含：一電極組，包括一正極單元以及一負極單元；一片狀隔離膜單元，設置在該正極單元以及該負極單元間；一片狀連續碳纖維織布單元，設置在該電極組上；以及，一電解液，與該電極組、該片狀連續碳纖維織布單元以及該片狀隔離膜單元接觸；其中，在該電極組與該片狀連續碳纖維織布單元間不具有接著劑。
  2. 如請求項1所述的鉛酸電容電池，其中，該片狀連續碳纖維織布單元，設置在該正極單元與該負極單元中其中一者上。
  3. 如請求項2所述的鉛酸電容電池，其中，該片狀連續碳纖維織布單元包括複數個片狀連續碳纖維織布，且分別設置該正極單元與該負極單元中其中一者的兩相反側上。
  4. 如請求項1所述的鉛酸電容電池，其中，該片狀連續碳纖維織布單元的斷面呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供該正極單元與該負極單元中其中一者設置。
  5. 如請求項1所述的鉛酸電容電池，其中，該片狀連續碳纖維織布單元包括複數個片狀連續碳纖維織布，且分別 設置在該正極單元以及該負極單元上。
  6. 如請求項3所述的鉛酸電容電池，其中，該正極單元包括複數正極、該負極單元包括複數負極，以及該片狀隔離膜單元包括複數片狀隔離膜，其中，該等片狀隔離膜用來將每一正極與每一負極隔開。
  7. 如請求項6所述的鉛酸電容電池，其中，在該等負極上且朝向正極的片狀連續碳纖維織布相連接並界定出一容置空間，且該容置空間供該等片狀隔離膜中其中一者設置；該等片狀隔離膜的斷面分別呈U型並界定出一容置空間，且每一容置空間供在該正極上的片狀連續碳纖維織布設置；在該正極上的片狀連續碳纖維織布的斷面呈U型並界定出一容置空間，且該容置空間供在該正極設置。
  8. 如請求項3所述的鉛酸電容電池，其中，該等片狀連續碳纖維織布的面積分別為該正極單元或該負極單元面積的0.1至1倍。
  9. 一種製備鉛酸電容電池的方法，包含以下步驟：提供一電極組，包括一正極單元以及負極單元；提供一片狀隔離膜單元；提供一片狀連續碳纖維織布單元，並使其黏貼至該片狀隔離膜單元上，形成一第一元件；將該第一元件設置於該正極單元以及負極單元間，形成第二元件，以及， 提供一電解液，與該電極組、該片狀連續碳纖維織布單元以及該片狀隔離膜單元接觸。
  10. 如請求項9所述的製備鉛酸電容電池的方法，其中，該片狀連續碳纖維織布單元黏貼在該片狀隔離膜單元的兩相反側。
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