專利名稱：雙極電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所公開和示出的發(fā)明總體上涉及電池，并且更具體地涉及雙極鉛酸電池設(shè)備。
背景技術(shù)：
雖然替代電池材料已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)难芯亢桶l(fā)展，但是鉛酸電池仍然是很多需要可更換電池能量的運行的最常見選擇，尤其是在尋求高電流容量時。常規(guī)鉛酸電池常見的是多單元結(jié)構(gòu)，其中每個單元包括一組由包含一層或多層電化學(xué)活性膏或活性材料的鉛或鉛合金柵格所形成的交叉型單極正極和負(fù)極板。正極和負(fù)極板通常共享其間的共用隔板以防止短路。正極電極板上的膏通常將包括提供二氧化鉛0 )的材料，其在充電時能用作正極活性材料。負(fù)極板包含負(fù)極活性材料，比如海綿鉛。酸性電解液比如硫酸插入在正極和負(fù)極板之間。傳統(tǒng)的鉛酸電池在構(gòu)造板時使用重金屬鉛。從而，隨著電能需求增大(因而增大所需板的數(shù)目)，電池變得極重，使得其不適合用于減重很關(guān)鍵的場合中，比如飛行器、電動汽車和車輛領(lǐng)域。為了解決與使用重鉛板相關(guān)的重量問題的努力中，已經(jīng)從重量較輕的材料開發(fā)了較薄的板，用于代替鉛和與鉛組合。較薄輕質(zhì)板的使用產(chǎn)生了增大板數(shù)目從而提高鉛酸電池功率密度的機會。然而，常規(guī)電池性能可提高的程度是有限的，因為其功率和能量密度受到其構(gòu)造的限制。為了克服常規(guī)鉛酸電池的這些構(gòu)造限制，已經(jīng)開發(fā)了相比單極電池技術(shù)而言提供提高潛能的雙極電池。與常規(guī)鉛酸電池構(gòu)造不同，雙極電池構(gòu)造包括一組電極板都包含在一側(cè)上的負(fù)極活性材料和在另一側(cè)上的正極活性材料的電極板，從此使用詞語“雙極”和 “雙板”。雙板一般以如此的方式連續(xù)地布置以使得一個板的正極側(cè)指向相對板的負(fù)極側(cè)。 雙極電池由通過相對極性的雙板限定的分離電解單元構(gòu)成。雙板是導(dǎo)電的以在單元之間提供串聯(lián)連接。雙板通常視為能提供相比常規(guī)單極電池而言提高的電流。提高的電流相信是從雙板的一個極性至另一個極性的穿板電流傳輸?shù)慕Y(jié)果。也就是，在常規(guī)單極電池中，電流必須從一個電極板經(jīng)由常見地為曲折的并且具有相對顯著長度的導(dǎo)電路徑行進至另一相對極性的電極板。雙極電池顯著縮短的單元間電流路徑從而能降低電池的內(nèi)部電阻，使得其在放電和充電運行模式下都比常規(guī)單極電池更有效率。于是，降低內(nèi)部電阻的能力允許構(gòu)造相比其等同單極電池而言較小且較輕的雙極電池，使得其是用于對于尺寸、重量或這兩個問題而言都非常重要的飛行器、軍用和電動車輛工業(yè)中的高度期望的替代方案。
然而，雙極電池并非沒有其自身的困難和問題。第一個困難涉及電池內(nèi)的熱溫度控制以及能控制電池內(nèi)溫度以產(chǎn)生優(yōu)化電池運行效率的相關(guān)希望。另一相關(guān)問題涉及當(dāng)電池在不希望的溫度狀況下運行時斷開電流以有效地切斷電池從而幫助避免潛在有害狀況的希望。而且，以前的雙極電池構(gòu)造一直使用通過麻煩的外部結(jié)構(gòu)緊固的龐大端板來確保沒有邊緣密封斷裂。這種雙極電池通常是不可升級的，因為端板的厚度必須隨著更大的雙極板尺寸而增大以防止發(fā)生端部密封斷裂和隨后泄漏。于是，雙極電池通常實際上限制于小容量以維持高的功率密度。常見涉及雙極電池設(shè)計的其他問題包括一直希望通過一個或多個用于增大能量產(chǎn)生、降低重量、降低總體構(gòu)造尺寸、提高支撐內(nèi)部壓縮負(fù)載的構(gòu)造設(shè)計、減少構(gòu)造材料、或減少組配運行的變型來提高電池效率。美國專利No. 4，275，130公開了一種雙極鉛酸電池構(gòu)造，其包括導(dǎo)電熱塑性材料的雙板、適合于承載活性材料的隔板、以及用于包含和維持活性材料和導(dǎo)電雙板運行地組裝和電氣接觸的裝置。教導(dǎo)并沒有顯示為討論解決溫度問題的任何電池組件。美國專利No. 4，510，219公開了一種用于單極或雙極電池中的鉛酸電池板構(gòu)造。 這里所述的板包括具有氧化錫顆粒覆層的玻璃纖維片材。該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決電池溫度問題。美國專利No. 4，658，499公開了一種包括嵌入在穿孔熱塑性片材中的金屬丸的雙極金屬板。所公開的熱塑性材料描述為熔點低于作為優(yōu)選金屬丸材料的鉛的熔點。然而， 該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決電池溫度問題。美國專利No. 5，585，209公開了一種包括鈦芯表面作為防腐蝕手段的雙極電池板。雖然優(yōu)選材料描述為提高電池內(nèi)的溫度穩(wěn)定性，但是該專利的教導(dǎo)沒有顯示旨在解決在電池內(nèi)的溫度超過預(yù)定閾值的情況下自動控制地關(guān)閉的問題。美國專利No. 5，593，797描述了一種具有改進電解液密封的雙極電池電極。雖然公開了在電極芯部元件內(nèi)使用呈纖維或丸形式的導(dǎo)電材料，該專利的教導(dǎo)同樣沒有顯示旨在解決在電池內(nèi)的溫度超過預(yù)定閾值的情況下自動控制地關(guān)閉的問題。美國專利公開No. 2004/0072074公開了一種描述為基本上無孔隙的雙極電池電極。電極還描述為包括與鈦粉組合的未固化環(huán)氧樹脂。在教導(dǎo)的其他缺點中，該專利的教導(dǎo)同樣沒有顯示涉及溫度控制特點。于是，盡管現(xiàn)有技術(shù)中進行了努力，但是直到本教導(dǎo)，一直持續(xù)需要一種電池，更具體地鉛酸電池，并且進一步地尤其是雙極鉛酸電池，其構(gòu)造為使得在一個或多個以下方面提供相比常規(guī)雙極電池技術(shù)的提高溫度控制；高溫關(guān)閉；增大的能量產(chǎn)生；降低的重量，減小的總體構(gòu)造尺寸，改進的構(gòu)造設(shè)計以支撐內(nèi)部壓縮負(fù)載；減少的構(gòu)造材料或減少的組配運行。

發(fā)明內(nèi)容
本教導(dǎo)通過其各個方面能通過提供用于實現(xiàn)改進電池構(gòu)造的方法和結(jié)構(gòu)來滿足上面需求中的一個或任何組合。并非限制性地，在本教導(dǎo)的各個方面之中，使得這種電池構(gòu)造如此具有吸引力是因為增強的電池能通過采用獨特的粘貼框架結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，由此膏可應(yīng)用于基片或在其中采用，其方式使得能在基片兩側(cè)獲得適合的期望導(dǎo)電率，同時還保留適合于在滿足預(yù)定溫度狀況的情況下關(guān)閉電池的裝置，并且此外由此相鄰板能適合地使用并且維持為彼此相對地間隔開，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成外部密封以使得無需另外的外部結(jié)構(gòu)或設(shè)備來密封電池以防止泄漏。因而，在一個方面，本教導(dǎo)預(yù)期一種制作雙極電池組件的方法，包括步驟提供基片、在基片中形成開口、用導(dǎo)電材料填充開口、用第一和第二集電片材以及第一和第二非導(dǎo)電粘貼框架元件覆蓋基片。導(dǎo)電材料可以是一種混合物，其在低于基片熱降解溫度的溫度下經(jīng)受相變以使得在電池組件低于相變溫度的操作溫度下介電基片具有經(jīng)由基片的第一表面和第二表面之間的材料混合物的導(dǎo)電路徑。而且，在高于相變溫度的溫度下，導(dǎo)電材料混合物經(jīng)受禁用經(jīng)由導(dǎo)電路徑導(dǎo)電的相變。第一集電片材可覆蓋基片并且可在電池的第一單元中在基片的第一表面上用作負(fù)極集電器。第二集電片材可在電池的第二單元中在基片的第二表面上用作正極集電器。 第一集電片材和第二集電片材可布置為使得導(dǎo)電材料和基片被夾持于其間。第一非導(dǎo)電性粘貼框架元件能以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第一集電片材上；并且第二非導(dǎo)電性粘貼框架元件能以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第二集電片材上?；砂ㄇ度牖械睦鋮s通道。冷卻通道可與基片的表面平行地延伸。而且， 冷卻通道可布置為不與基片中的開口交叉。冷卻通道還可延伸穿過基片、粘貼框架元件和隔板框架以使得形成延伸穿過電池的冷卻管道。粘貼框架元件可包括一個或多個支撐元件以減少電池部件內(nèi)的邊緣之間的有效距離。還可包括一個或多個粘合劑層。粘合劑層可位于基片與正極和負(fù)極集電箔片的每個之間。粘合劑層還可位于正極和負(fù)極集電箔片的每個與其相應(yīng)正極和負(fù)極非導(dǎo)電粘貼框架元件之間。導(dǎo)電材料可具有如此的熔點以使得在電池經(jīng)受高于該熔點的溫度時，導(dǎo)電材料將不能填充所述多個開口?；腥魏挝刺畛涞拈_口會引起電池部件內(nèi)的開路?；腥魏挝刺畛涞拈_口會引起電池部件內(nèi)增大的電阻?；腥魏挝刺畛涞拈_口會引起電池故障。 基片自身可具有足以經(jīng)受導(dǎo)電材料可能發(fā)生的任何熔化的熱扭變溫度。本教導(dǎo)的另一個方面預(yù)期用于雙極電池層疊結(jié)構(gòu)的獨特結(jié)構(gòu)，比如源自以上方法的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，無論是否源自以上方法，通常包括第一隔離件框架/隔板框架；具有一個或多個邊緣的負(fù)極粘貼框架元件以及在所述負(fù)極粘貼框架元件邊緣延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)；負(fù)極集電箔片；其中形成有多個開口的基片；正極集電箔片；具有一個或多個邊緣的正極粘貼框架元件以及在所述正極粘貼框架元件邊緣和第二隔板框架之間延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)。第一隔板框架可包括一個或多個邊緣。負(fù)極粘貼框架元件可具有一個或多個邊緣以使得負(fù)極粘貼框架元件的至少一個邊緣與隔板框架的至少一個邊緣平面接觸?；部删哂幸粋€或多個邊緣以使得基片的至少一個邊緣與負(fù)極粘貼框架元件的至少一個邊緣平面接觸。正極粘貼框架元件可具有一個或多個邊緣以使得正極粘貼框架元件的至少一個邊緣與基片的至少一個邊緣平面接觸。第二隔板框架可具有一個或多個邊緣以使得隔板框架的至少一個邊緣與正極粘貼框架元件的至少一個邊緣平面接觸。隔板框架、負(fù)極和正極粘貼框架元件以及基片的邊緣的平面接觸在電池上形成外部密封以使得導(dǎo)入其中的電解液將不會從電池內(nèi)泄漏。粘貼框架元件的邊緣還可包括開口，用于接收定位于隔板框架的邊緣上的對準(zhǔn)銷或支撐元件。對準(zhǔn)銷定位入粘貼框架元件上的開口中還可便于外部密封的形成。


雙極電池構(gòu)造的上述和其他特點在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中闡明，這個描述參照以下標(biāo)明的附圖給出。圖1是根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的雙極電池的透視圖。圖2是根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的橫截圖。圖3是用于制作根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的基片的橫截圖。圖4是用來制作根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的多個材料層的分解圖。圖5是用來制作根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的多個框架元件的分解圖。圖6是用來制作根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的框架元件的平面圖。圖7是用來制作根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的電極板組件的基片和不同框架元件的分解圖。圖8是沿著根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的雙極電池的截面截取的橫截圖。圖9是示出由內(nèi)部應(yīng)力引起的端板偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)有技術(shù)雙極電池的示例的橫截圖。圖10是根據(jù)本教導(dǎo)構(gòu)造的雙極電池的橫截圖。圖11是從圖10的雙極電池獲得的框架元件的透視圖。圖12是圖11的框架元件在用來形成框架元件組件時的透視圖。圖13是圖11和12的框架元件在用來形成包括一對粘貼框架元件的組件時的透視圖，這對粘貼框架元件具有插入其間的分離框架元件。圖14是從圖13的框架元件組件截取的放大截面圖。
具體實施例方式這里公開的雙極電池構(gòu)造和材料提供了多個期望的好處，其可包括但不限于溫度控制、高溫關(guān)閉、增大的能量產(chǎn)生、降低的重量、減小的總體構(gòu)造尺寸、改進的構(gòu)造設(shè)計以支撐內(nèi)部壓縮負(fù)載、和/或減少的構(gòu)造材料和組配成本。這些好處通過一種用來制作雙極電池部件的方法來實現(xiàn)，所述方法包括提供介電基片、在基片中形成開口并用導(dǎo)電材料混合物填充這些開口，所述導(dǎo)電材料混合物在比基片的熱降解溫度要低的溫度(例如，基片的材料經(jīng)受相變以使其作為單元(cells)之間的不穩(wěn)定物理阻擋或不然的話使其不適合用于作為單元隔板的溫度)下經(jīng)受相變(例如，其從通常自支撐和/或硬化的狀態(tài)(例如，固體、相對較高粘性體(比如膏)化學(xué)地反應(yīng)或不然的話物理地轉(zhuǎn)變至流體比如液體和/或氣體)。導(dǎo)電材料混合物因而是如此的以使得在電池組件低于其相變溫度的操作溫度下， 介電基片在基片的第一表面和相反第二表面之間具有通過材料混合物的導(dǎo)電路徑，并且在高于導(dǎo)電材料混合物的相變溫度的溫度下，導(dǎo)電材料混合物經(jīng)受禁止經(jīng)由導(dǎo)電路徑導(dǎo)電的相變。還想象到，可使用一種獨特的框架結(jié)構(gòu)，由此一個或多個隔板框架和一個或多個粘貼框架與基片相組合地將每個置于與相鄰框架和/或基片平面接觸以使得電池單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生防止任何液體或空氣從電池漏出的外部密封。粘貼框架元件的邊緣還可包括用來接收定位于隔板框架的邊緣上的對準(zhǔn)銷或支撐元件的開口。對準(zhǔn)銷定位入粘貼框架元件上的開口中可進一步便于形成外部密封。因而，導(dǎo)入電池的任何電解液將在沒有電池泄漏和隨后電池故障的風(fēng)險之下可靠地維持。而且，不需要沉重的端板或外部支撐結(jié)構(gòu)來有效地密封電池。如上所述，粘貼框架元件還可以包括定位于粘貼框架元件的邊緣之間的支撐元件 (例如，銷)。支撐元件的使用僅是解決壓縮應(yīng)力和所引起的電池內(nèi)的不希望的邊緣/剝離應(yīng)力的問題的一種方法。這些應(yīng)力可導(dǎo)致如上面所討論的不期望的電池泄漏。支撐銷在電池內(nèi)的這個用途，以及產(chǎn)生的這里所討論的內(nèi)部方法，因此可稱之為構(gòu)建具有內(nèi)部構(gòu)架的雙極電池。使用內(nèi)部構(gòu)架構(gòu)建或構(gòu)造方法(與使用外部構(gòu)架構(gòu)建方法相比)來解決電池內(nèi)壓縮應(yīng)力的不期望效果的特點在于，其沒有導(dǎo)致體積能量密度的下降。另外，其是一種輕質(zhì)的方法，僅使用具有非常少量活性材料損失的輕質(zhì)銷。而且，內(nèi)部構(gòu)架構(gòu)建方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很大地減少由邊緣剝離引起的傳統(tǒng)雙極電池故障的機會。而且，如果期望，能在框架元件的外圍或邊緣上添加銷以對準(zhǔn)分隔框架元件，從而允許其在壓縮期間上下或來回滑動。如果期望，雙極電池可使用內(nèi)部構(gòu)架和外部構(gòu)架構(gòu)建方法的組合來構(gòu)造。例如，雙極電池能使用如上所述的內(nèi)部支撐銷來構(gòu)造。除此以外，框架結(jié)構(gòu)還能位于單極的終端側(cè)面上。這個外部電池構(gòu)造可由作為美感盒子的一部分的端蓋來增強。這種構(gòu)造中的內(nèi)部構(gòu)架和外部構(gòu)架的組合特點一起作用以進一步減少最大邊緣應(yīng)力和位移。雙極電池還可以基本上沒有任何外部構(gòu)架結(jié)構(gòu)。常規(guī)雙極電池的構(gòu)造涉及將作為電池的相鄰單元之間的內(nèi)部單元隔板的導(dǎo)電基片布置為使得相應(yīng)單元中的電解液的分離由導(dǎo)電基片維持。正極活性材料(例如，以片材比如箔片的形式)應(yīng)用至基片的一側(cè)，同時負(fù)極活性材料(例如，以片材比如箔片的形式) 應(yīng)用至基片的相反側(cè)。正極活性材料暴露至一個單元的電解液并且負(fù)極活性材料暴露至相鄰單元的電解液。導(dǎo)電基片從而形成電連接兩個相鄰半個單元、一個正極和一個負(fù)極的單個結(jié)構(gòu)?；ǔ＿€將作為支撐結(jié)構(gòu)以使得能收集和在相鄰單元之間傳輸用于活性材料的電流。用于單元之間并且活性材料應(yīng)用于此的基片結(jié)構(gòu)可以是任何適合的結(jié)構(gòu)。其可以是包括至少一種非導(dǎo)電材料和至少一種導(dǎo)電材料(例如，以膏的形式應(yīng)用于形成于介電基片中的孔中的導(dǎo)電材料)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其提供基本上連續(xù)的導(dǎo)電流路。例如，其可提供基本上沒有任何空隙、裂縫或其他孔或妨礙基片的非相反側(cè)之間的非傳導(dǎo)材料的導(dǎo)電流路。基片能繞著其外圍至少部分地密封，如果不是全部密封的話，以預(yù)防相鄰單元的電解液之間的接觸。通常，這里的教導(dǎo)期待基片將與雙極電池的正極和負(fù)極活性材料相組合來使用， 其方式為使得其執(zhí)行以下的一個或任何(例如，全部)組合(1)參與引起自由電子演變的電化學(xué)反應(yīng)，(2)用作單元分隔，防止相鄰單元之間的電解液的遷移，(3)密切且有效地支撐電池單元的相關(guān)活性材料，(4)盡可能有效地導(dǎo)電，或( 與其他電池部件合作以繞著可以在電池外表面上的雙板邊緣形成電解液密封。
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基片能根據(jù)電池化學(xué)性質(zhì)的功能由各種材料形成。基片可由結(jié)構(gòu)足夠地堅固的材料形成以提供期望的雙極電極板的構(gòu)架?；捎蛇m合的材料形成和/或以允許電從基片的一個表面?zhèn)鬏斨粱喾幢砻娴姆绞綐?gòu)造?；蹇捎蓪?dǎo)電材料例如金屬材料形成，或能由非導(dǎo)電材料例如聚合或塑料材料形成，但是具有構(gòu)造于其中或其上的導(dǎo)電特點?；捎删哂衅谕潭冉Y(jié)構(gòu)剛性的非導(dǎo)電材料例如聚合或塑料材料形成。而且， 基片可由能經(jīng)受超過電池構(gòu)造中使用的任何導(dǎo)電材料的熔點的溫度的材料形成。基片還可由在與電解液(例如，硫酸溶液)接觸期間具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的材料構(gòu)成以使得基片不會在與電解液接觸時降解。基片可由聚合材料形成，包括但是不限于熱塑性塑料、熱固性塑料、包含彈性體的材料或其任何組合?？墒褂玫木酆喜牧系氖纠ň埘０贰⒕埘?、聚苯乙烯、聚乙烯(包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯)、聚丙烯、聚氯乙烯、生物基塑料/生物聚合物(例如，聚乳酸)、硅酮、丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物(ABS)、或它們的任何組合。作為示例，由ABS形成的基片的熱扭變溫度足以經(jīng)受回流焊工藝，盡管所述回流焊工藝的溫度顯著高于塑料基片的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。如所示，一種可能的方法是使用復(fù)合基片，并且更具體地是包括一個或多個形成于其中的開口的通常非導(dǎo)電的基片(例如，介電基片)。開口可在基片的制造(例如，通過模塑或成形操作)期間成形，或不然的話制造期間加工出來(例如，銑)。形成于基片中的開口的尺寸和頻率可影響電池的電阻率。開口可形成為具有至少大約0.2毫米的直徑。開口可形成為具有小于大約5毫米的直徑。開口可形成為具有從大約1. 4毫米至大約1. 8毫米的直徑。開口可形成為具有至少大約每平方厘米0. 02個開口的密度。開口可形成為具有每平方厘米少于大約4個開口的密度。開口可形成為具有從每平方厘米大約2. 0個開口至每平方厘米大約2. 8個開口的密度。開口可由導(dǎo)電材料例如包含金屬的材料填充。例如，導(dǎo)電材料可以是或包括焊料材料，例如，包括鉛、錫、鎳、鋅、鋰、銻、銅、鉍、銦或銀中的至少一種或任何兩種或多種的混合物的焊料材料?？墒褂玫暮噶喜牧系氖纠ǖ幌抻赟n-Ag-Cu(例如，SnAg3.0Cu0.5, SnAg3 5Cu0 7、SnAg3 5Cu0 9、SnAg3 8Cu0 7、SnAg3 8Cu0 7Sb0 M、禾口 / 或 SnAg3 9Cu0 6)、SnCu0 7、SnZn9、 SnZn8Bi3、SnSb5> SnAg2 5Cu0 8Sb0 5> SnIn8 0Ag3 5Bi0 5> SnBi57Ag1^ SnBi58、SnInffi^ 以及它們的組合。導(dǎo)電材料可基本上沒有任何鉛(即，其包含至多痕量的鉛)或其可包括功能地操作量的鉛。材料可包括鉛和錫的混合物。例如，其可包括大部分錫和小部分鉛(例如，大約55 至65份重量的錫和大約35至45份重量的鉛。)材料可顯示低于大約240°C、230°C、220°C、 210°C或者甚至低于大約200°C (例如，在大約180至大約190°C的范圍內(nèi))的熔化溫度。材料可包括共晶混合物。使用焊料作為填充開口的導(dǎo)電材料的特點在于，焊料具有限定的熔化溫度，其能根據(jù)所使用焊料的類型改變，以致在對于連續(xù)電池運行而言可能不安全的溫度下熔化。一旦焊料熔化，包含熔化焊料的基片開口不再導(dǎo)電并且在電極板內(nèi)產(chǎn)生開路。開路可運行為急劇增大雙極電池內(nèi)的電阻，從而停止進一步的電流流動并且關(guān)閉電池內(nèi)的不安全反應(yīng)。 于是，所選擇來填充開口的導(dǎo)電材料的類型能根據(jù)是否期望在電池內(nèi)包括這種內(nèi)部關(guān)閉機構(gòu)而變化，以及如果這樣的話期望實現(xiàn)這種內(nèi)部關(guān)閉的溫度。本教導(dǎo)的獨特方面之一期待基片將構(gòu)造為使得在超過預(yù)定狀況的運行狀況的情況下，基片將用來通過中斷穿過基片的導(dǎo)電性來禁止電池的運行。例如，填充介電基片中的孔的導(dǎo)電材料將經(jīng)受相變(例如，其將熔化)以使得基片兩側(cè)的導(dǎo)電性中斷。中斷的程度可以是局部地或者甚至是全部地使得穿過基片的導(dǎo)電性功能禁用。本教導(dǎo)的再一個獨特特點是框架結(jié)構(gòu)的使用，其用來形成在電池周圍有效地產(chǎn)生外部密封的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，從而允許任何電解液在沒有邊緣剝離或泄漏之下維持在單元內(nèi)。這個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)還降低對于通常用來密封電池的任何笨重端板或外部結(jié)構(gòu)的需要。 在不需要這些端板或外部結(jié)構(gòu)之下，用來形成電池的單元的數(shù)量在尺寸和重量方面不受限制，因而更多單元可組合以產(chǎn)生更多動力而不需要更多重量和尺寸來密封電池。組件可包括一個或多個粘貼框架元件、分隔框架元件或兩者都有。舉例來說，分隔框架元件可定位為鄰近正極粘貼框架元件。分隔框架元件可操作為將一個電極組件的正極粘貼框架元件與相鄰電極組件的負(fù)極粘貼框架元件分開。分隔框架元件還可提供用于在其之間容納期望容量的電解液的包含腔室。分隔框架元件可由結(jié)構(gòu)剛性的非導(dǎo)電材料形成， 其能在不存在邊緣剝離或泄漏問題之下在操作溫度下在鉛酸電池環(huán)境內(nèi)執(zhí)行。分隔框架元件和粘貼框架元件可由包括但是不限于熱塑性塑料、熱固性塑料、包含彈性體的材料以及它們的任何組合的聚合材料構(gòu)成。正極和負(fù)極粘貼框架元件可包括具有設(shè)置來容納相應(yīng)正極側(cè)和負(fù)極側(cè)活性材料體積的開口內(nèi)部區(qū)段的大致剛性框架。正極和負(fù)極粘貼框架元件可由非導(dǎo)電材料形成，其能在不存在泄漏問題之下在操作溫度下在鉛酸電池環(huán)境內(nèi)執(zhí)行。置于粘貼框架元件的邊界內(nèi)的活性材料包括那些用來在常規(guī)雙極電池中形成電極表面的正極和負(fù)極活性材料。出于端接的目的，負(fù)極粘貼框架元件可從用于形成正極終端的端接電極組件中省略，并且正極粘貼框架元件將從用于形成負(fù)極終端的端接電極組件中省略。這里公開的電池構(gòu)造還可包括用來防止常規(guī)雙極電池中普遍的應(yīng)力相關(guān)的剝離問題的附接和/或支撐元件。應(yīng)力相關(guān)的剝離問題已經(jīng)有些限制了較大尺寸和功率的雙極電池的構(gòu)造，因為在電池組裝之后由于壓縮而有應(yīng)力置于電池端板上。電池構(gòu)造可包括多個在剛性基部和端板之間延伸的支撐元件或銷。銷可定位于分隔框架元件的內(nèi)部邊緣之間的構(gòu)造內(nèi)從而減少構(gòu)造內(nèi)的邊緣之間的有效距離。銷還可減少最大邊緣應(yīng)力和端板位移的量。銷的放置因而可減少由于壓縮應(yīng)力的作用導(dǎo)致電池內(nèi)出現(xiàn)不希望的剝離。粘貼框架元件的邊緣還可包括用于接收定位于隔板框架的邊緣上的對準(zhǔn)銷或支撐元件的開口。對準(zhǔn)銷定位入粘貼框架元件上的開口還可便于形成外部密封。粘貼框架元件還可包括在框架元件邊緣之間延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)，其中格柵結(jié)構(gòu)包括延伸穿過格柵結(jié)構(gòu)以適應(yīng)支撐銷穿過其中放置的多個開口或孔。圖1示出根據(jù)本教導(dǎo)的原理的雙極電池10的示例，其包括多個從前至后(或不然的話以至少部分地跨越電池兩側(cè)的布置，如果不是完全跨越的話)疊置(例如以串聯(lián)的形式)的電極板12或雙板。雙板的數(shù)量和構(gòu)造可根據(jù)期望進行選擇以限定電池的長度和橫截面形狀。圖1示出雙板形成為方形或矩形構(gòu)造的雙極電池的示例，但是如果期望，能使用其他板構(gòu)造，比如圓形、橢圓形、六邊形等。例如如圖2所示，電極板組件14包括定位于粘貼框架元件18和20之間的基片16。分隔框架元件22和M放置為與相應(yīng)的粘貼框架元件18和20相接觸。正極和負(fù)極粘貼框架元件可包括具有開口內(nèi)部區(qū)段21、23的大致剛性框架18、20，開口內(nèi)部區(qū)段21、23設(shè)置為容納相應(yīng)正極側(cè)活性材料；34和負(fù)極側(cè)活性材料36的體積。例如如圖2所示，基片可包括多個形成于基片中并且在相反表面觀和30之間延伸穿過基片的厚度的開口沈、孔或通道。開口沈的數(shù)量和尺寸足以在電池運行期間允許期望的電流流量在表面28和30之間穿過基板。如圖2所示，基片表面觀和30可包括分別布置于其上的導(dǎo)電材料層34和36。導(dǎo)電材料層34和36能以金屬箔片的形式提供。用來形成導(dǎo)電材料的優(yōu)選金屬材料由鉛形成。金屬箔片可通過能在電池運行期間保持箔片層附接至相鄰基片表面的適合粘合劑附接至基片。如上面提到的，在足以引起開口沈內(nèi)的焊料熔化的較高操作溫度期間，焊料或其他適合的導(dǎo)電材料在材料層34和36中擴散，留下沒有導(dǎo)電材料的開口以促進期望的開路狀況。電極組件14還可以是對于電池之間的電解液的任何不期望的泄漏是不可滲透的。因而，期望用來通過基板16填充多個開口沈的導(dǎo)電材料以如此的方式完全地填充開口以避免其中電解液的任何不期望的泄漏。基板表面上方的導(dǎo)電材料層34和36還可操作來防止穿過板的不期望的電解液泄漏。雖然材料層中的缺陷能引起電解液的泄漏，但是缺陷將必須與穿過基片的開口對準(zhǔn)。而且，所述具體開口中的導(dǎo)電材料將必須不能填充開口以使得這種缺陷引起穿過電極組件的泄漏。圖3示出另外的示例基片40，其包括內(nèi)部地布置于基片層43和44之間的基片內(nèi)的導(dǎo)電互連層42，其中基片層的外表面分別與導(dǎo)電材料層46和48相接觸。互連層42可由導(dǎo)電材料例如金屬材料形成，并且定位于彼此結(jié)合的兩個相對基片層疊層之間。基片層43 和44能由上述用于基片的那些材料形成。如圖3中進一步所示，互連層42允許開口 50從每個表面42和44延伸，并且由期望的導(dǎo)電材料51填充，彼此偏移或相互阻擋以避免形成穿過基片的連續(xù)液體泄漏路徑。雖然從每個表面延伸的導(dǎo)電開口 50彼此偏移或相互阻擋，它們?nèi)匀唤柚谄溥B接至共用導(dǎo)電互連層42的優(yōu)點用于穿過基片傳輸電流。雖然圖3所示的基片實施例顯示了基片如何能構(gòu)造來具體地解決避免電解液泄漏路徑的問題，理解到可使用其他實施例和/或方法。例如，電極組件能使用放置為彼此相鄰的多于一個的基片形成，和/或通過形成具有多個內(nèi)層的基片構(gòu)造而形成。這些實施例將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。返回參照圖2，用于制作電極組件的基板14還可構(gòu)造為具有布置于其中的一個或多個內(nèi)部通路52。通路52可定向為在基片內(nèi)水平地和/或垂直地和/或?qū)堑匮由欤⑶依硐氲貥?gòu)造為適應(yīng)于冷卻介質(zhì)在其中的傳輸。例如，基片14能構(gòu)造為具有多個構(gòu)造和定向為適應(yīng)于冷卻液或氣體在其中傳輸?shù)膬?nèi)部通路52。基片內(nèi)的這種內(nèi)部冷卻通路的存在可操作來控制在操作期間電池內(nèi)的溫度從而促進優(yōu)化的電池性能。通路52能由可與基片成一整體或獨立的適合入口和出口連接。入口和出口可將冷卻液流或氣流導(dǎo)入電池內(nèi)的多個電極組件和從其中導(dǎo)出。流體或氣體控制設(shè)備比如閥等可在需要時與冷卻通路相聯(lián)系地使用以在操作和充電期間給雙極電池提供期望程度的溫度控制。雖然圖3中未示出，但是理解到這種內(nèi)部冷卻通路M可存在于這里給出的具體基片40內(nèi)。圖4示出包括多個構(gòu)造層的示例層疊電極構(gòu)造60。這種層疊電極構(gòu)造的特點是能使用獨立地設(shè)計以提供用于雙極電池內(nèi)的期望導(dǎo)電性、不滲透性以及耐腐蝕性的不同材料層。這種層疊電極構(gòu)造60位于每個相對的基片表面上方并且附接至表面，例如，通過粘合附接，并且形成導(dǎo)電材料層。雖然可使用具有其他類型構(gòu)造的導(dǎo)電材料層，例如，由單層材料形成，但是這種層疊電極構(gòu)造60的使用提供了某些期望的優(yōu)點。例如，層疊電極構(gòu)造60可包括由具有期望程度的耐腐蝕性和改進導(dǎo)電性的導(dǎo)電材料形成的內(nèi)層62。內(nèi)層62 可由銅或銅合金形成并且能以具有至少大約0. 01毫米厚度的箔片的形式提供。箔片可具有小于大約1毫米的厚度。箔片的厚度可在大約0. 05毫米至大約0. 6毫米的范圍。最外層64和66可沿著內(nèi)層的相反表面定位并且也可由導(dǎo)電材料形成。最外層64 和66可由鉛形成。最外層64和66能以具有至少大約0. 01毫米厚度的箔片的形式提供。 箔片可具有小于大約1毫米的厚度。箔片的厚度可在大約0. 05毫米至大約0. 6毫米的范圍。層疊電極構(gòu)造60可布置為使得最外層64和66分別通過中間層68和70的使用放置并且保持為與內(nèi)層62相接觸。中間層可由具有相對較低熔點的導(dǎo)電材料比如前述材料形成，并且層疊構(gòu)造可通過熔化中間層之間的材料并且將這些層壓在一起以確保其間的電連接來形成。中間層可由具有相對較低熔點的導(dǎo)電材料比如前述材料形成。舉例來說，可使用鉛錫焊料以使得層可在中等壓力下以大約200°C的溫度壓在一起以形成期望的層疊電極構(gòu)造60。 圖5示出根據(jù)本發(fā)明原理準(zhǔn)備的示例電極組件70。電極組件70可包括雙極電極 72，其構(gòu)造為具有基片(如圖2和3中所示)和沿著基片的外表面布置的層疊電極構(gòu)造(如圖4中所示)。組件70還可包括一個或多個粘貼框架元件。例如其可包括定位為鄰近電極 72的一個表面74的正極粘貼框架元件73，以及定位為鄰近電極72的相反表面78的負(fù)極粘貼框架元件76。分隔框架元件80可定位為與正極粘貼框架元件73相鄰。分隔框架元件80可操作為將一個電極組件的正極粘貼框架元件與相鄰電極組件的負(fù)極粘貼框架元件分離。分隔框架元件80還可提供包含腔室82，用于在其間容納期望體積的電解液。分離框架元件80 還可提供位移擋塊以確保隔板材料比如吸附性玻璃墊的正確壓縮。分隔框架元件80可由能在沒有泄漏問題之下以操作溫度在鉛酸電池環(huán)境內(nèi)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)剛性的非導(dǎo)電材料形成。 分隔框架元件和粘貼框架元件可由包括但是不限于熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體包含材料或其任何組合的聚合材料構(gòu)成。圖6示出用于制作可包括定位于外部框架邊緣88之間的支撐格柵結(jié)構(gòu)86的電極組件的示例粘貼框架元件84。在這個構(gòu)造中，支撐格柵86可設(shè)置為給粘貼框架元件提供增強程度的結(jié)構(gòu)支撐，并且促進標(biāo)準(zhǔn)粘貼裝備中的兩側(cè)粘貼。支撐格柵可在粘貼過程期間提供結(jié)構(gòu)支撐以防止彎曲并且還可改進粘附。另外，保護性釋放層可附接至框架邊緣的外表面。因此，在粘貼后的操作期間，與框架邊緣意外地接觸的任何活性材料能容易地從邊緣移除，留下清潔的表面用于接下來的框架附接。圖7示出電極板組件90，其包括電極92 (包括基片元件和布置于其上的外部導(dǎo)電材料)、定位于電極92的相反表面上的正極和負(fù)極粘貼框架元件94和96、以及附接至正極和負(fù)極粘貼框架元件94的相應(yīng)表面的分隔框架元件98和100。在粘貼和固化正極和負(fù)極粘附框架元件94和96之后，分隔框架元件98和100可附接于此。電池然后可通過疊置電極組件直到獲得期望數(shù)量的單元或電壓來構(gòu)建。這種疊置并組裝的方法的優(yōu)點在于電池構(gòu)造的壓力均勻地布置于每個單元的兩側(cè)，這對于閥調(diào)節(jié)的鉛酸電池的性能是重要的。在組裝之后，電池可通過存在于單元框架元件中的端口(未示出)由電解液填充。 在填充后，閥(未示出)可附接至分隔框架元件。為了便于這個附接，分隔框架元件可構(gòu)造為在正極和負(fù)極粘貼框架元件上方延伸(如圖7中所示)，這還提供了用于電解液的另外的頭部空間。如上所述，用于制作雙極電池的電極組件可構(gòu)造為在其中容納冷卻劑流以在正常電池操作期間和/或電池充電期間促進電池溫度控制。具體地，如上所述并且如圖2和3 中所示，這個發(fā)明的電極組件可包括基片元件，基片元件具有一個或多個布置于其中的冷卻通道，用來便于期望的冷卻介質(zhì)貫穿其中通過以幫助控制內(nèi)部電池溫度。圖8示出具有內(nèi)部冷卻系統(tǒng)112的雙極電池110的截面圖。冷卻系統(tǒng)可包括與延伸穿過構(gòu)成電池的多個(例如，全部或選擇數(shù)量)單元的冷卻管道116相通的冷卻流體或氣體入口和冷卻流體或氣體出口。冷卻管道116可延伸穿過電池內(nèi)的所有單元，并且能以對準(zhǔn)的開口 120的形式提供，開口 120穿過多個基片元件121、粘貼框架元件122以及分隔框架元件124。冷卻系統(tǒng)可構(gòu)造為提供穿過電池的單個或多通道冷卻劑流。另外，構(gòu)成每個電池單元的分隔元件能構(gòu)造為以能基于具體電池構(gòu)造和/或電池用途最佳地解決任何獨特電池冷卻需求的方式引導(dǎo)電池內(nèi)的冷卻劑流。這里公開的電池構(gòu)造還可包括作用來防止常規(guī)雙極電池普遍的應(yīng)力相關(guān)剝離問題的附接和/或支撐元件。舉例來說，圖9示出包括剛性基部132、分隔框架元件134以及端板136的常規(guī)雙極電池構(gòu)造130，其中分隔框架元件134插入在剛性基部和端板之間，并且其中分隔框架元件包括吸附性玻璃墊(AGM) 137。上述應(yīng)力相關(guān)剝離問題有些限制較大尺寸和功率的雙極電池的構(gòu)造，因為在電池組裝之后應(yīng)力由于AGM墊137的壓縮而置于電池端板136上。如圖9中所示，在常規(guī)雙極電池構(gòu)造中，由AGM墊137引起的壓縮應(yīng)力能引起端板 136向外彎曲，在組件的邊緣上布置最大應(yīng)力。這個應(yīng)力可產(chǎn)生不期望的內(nèi)部剝離。這種邊緣應(yīng)力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)足以剝離在雙極電池構(gòu)造期間使用的大部分膠或粘合劑。任何粘合劑剝離可引起電解液從電池不期望地泄漏。圖10示出根據(jù)這里公開原理準(zhǔn)備的雙極電池構(gòu)造150。電池構(gòu)造150包括剛性基部152、分隔框架元件154、以及端板156，其中分隔框架元件IM插入在剛性基部152和端板156之間，并且AGM墊155布置于剛性基部和端板之間。雙極電池構(gòu)造150的特點在于其包括多個在剛性基部152和端板156之間延伸的支撐元件或銷158。如圖10中進一步所示，銷158定位于分隔框架元件154的內(nèi)側(cè)邊緣160之間的構(gòu)造內(nèi)以便從而減少構(gòu)造內(nèi)的邊緣之間的有效距離。銷158還可降低最大邊緣應(yīng)力量以及端板位移。銷158的布置因而可減少電池內(nèi)由于壓縮應(yīng)力的作用而造成的不期望的剝離。圖11和12示出包括在框架元件邊緣174之間延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)172的示例粘貼框架元件170，其中格柵結(jié)構(gòu)172包括多個延伸穿過格柵結(jié)構(gòu)以容納穿過其中的支撐銷178(圖12中所示)的布置的開口或孔176。支撐銷178可具有如此的長度以使得它們?nèi)鐖D10所示在剛性基部和端板之間延伸。支撐銷178還可具有如此的厚度以在電池內(nèi)提供期望級別的結(jié)構(gòu)支撐。支撐銷178可由非導(dǎo)電材料比如塑料等形成，它們都是足夠地剛性以在雙極電池的操作環(huán)境內(nèi)在剛性電池元件之間提供期望程度的支撐。例如，銷由與用來形成粘貼框架元件和/或分離框架元件的相同類型的材料形成。圖13和14示出電極組件180，其包括正極粘貼框架元件182、布置于正極粘貼框架元件182上方的分隔框架元件184、以及布置于分隔框架元件184上方的負(fù)極粘貼框架元件186。負(fù)極粘貼框架元件186可構(gòu)造為包括支撐格柵188，支撐格柵188包括多個包含布置于其中的支撐銷192的孔190。支撐銷192可從負(fù)極粘貼框架元件186向外延伸并且可從正極粘貼框架元件182 與支撐格柵194的相鄰部分相接觸。正極粘貼框架元件支撐格柵194可包括或不包括孔以接受支撐銷位于其中。以這種方式構(gòu)造，支撐銷可操作為維持電池內(nèi)的組裝元件之間的期望間隔，并且操作為減少如上所述存在于電池內(nèi)的內(nèi)部邊緣應(yīng)力。圖14示出在正極和負(fù)極粘貼框架元件182和186之間延伸的支撐銷192的布置。將理解到，用來構(gòu)造雙極電池的支撐銷的精確位置、尺寸和數(shù)量可根據(jù)電池的具體尺寸、構(gòu)造和/或應(yīng)用而改變，并且這種變化將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，雖然支撐元件已經(jīng)描述為銷，但是將理解到支撐元件可采用能執(zhí)行上面提到功能的各種不同形狀或構(gòu)造，并且這些不同形狀和構(gòu)造理解為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這里描述的雙極電池的示例構(gòu)造在示例1中描述。更具體地，可提供基片。其可切割為適合的尺寸和/或形狀。多個孔可形成于介電聚合基片中?？蓪M行清潔。導(dǎo)電材料可應(yīng)用來填充孔。例如，其可印刷、噴射、散布、蒸發(fā)、電鍍、或由任何類似的沉積工藝沉積。片材(例如，金屬箔片)應(yīng)用于基片的每個側(cè)面上。其可以是滾壓的或不然的話平滑的。片材可經(jīng)由任何適合的粘合劑粘合至基片。施加熱和/或壓力來將片材結(jié)合至基片和其中的導(dǎo)電材料。熱能以至少大約80°C的溫度施加。熱能以小于大約475°C的溫度施加。 壓力能以大于大約30PSI施加。施加的壓力可小于大約300PSI。在一些構(gòu)造中可不施加壓力。所得到的雙板可經(jīng)受在大約50°C至大約200°C的溫度下的烘爐加熱。烘爐加熱可以是任何足以固化在構(gòu)造中使用的任何粘合劑的任何溫度。粘貼框架然后可經(jīng)由粘合劑附接至雙板的兩側(cè)。雙板可用膏覆蓋，所述膏可以是含鉛的膏。膏可以是氧化鉛膏。雙板還可在粘貼之后烘爐固化。雙板然后可組裝以形成電池。電池組件可包括負(fù)極單極、正極單極、以及在它們之間的多個雙板。一個或多個隔板框架可位于單極和雙板之間。隔板框架也可包括一個或多個支撐結(jié)構(gòu)。一個或多個墊隔板材料(例如，吸附性玻璃墊)可位于每個隔板框架中。粘合劑(例如，塑膠)可應(yīng)用至每個隔板框架。板然后可疊置并固化。組裝的電池然后可與電解液(例如，硫酸溶液)相接觸。一旦填滿，填充的端口可由粘合劑密封。示例1-具有環(huán)氧樹脂層疊基片的雙極電極環(huán)氧樹脂層疊板,FR4 Micarta 板(可由 Norplex Micarta，Postville，IA獲得) 用作基片材料?；?.8毫米厚并且切割為197X166毫米。在中心上的720個1. 6mm 直徑的孔6. 25mm銑入基片。樣品在兩個表面上稍微打磨并且用異丙醇沖洗。橡膠基的熱
15固性粘合劑然后刷到基片的兩個表面上并允許干燥直到其不剝落性。也可以使用環(huán)氧樹脂基的粘合劑。絲網(wǎng)印刷用來將錫鉛焊膏印刷入基片的孔。NC65063/37錫鉛焊料(可從FCT Assembly, Greely, CO獲得)用于這個示例。焊料首先絲網(wǎng)印刷到基片的正極表面上。在印刷之后，鉛箔片應(yīng)用至這個表面并且滾壓平滑。箔片是3密耳厚，含鉛98. 5%和錫1. 5% 的箔片。可使用其他焊料，包括錫鉍和無鉛焊膏?；缓蠓D(zhuǎn)并且焊料絲網(wǎng)印刷到基片的負(fù)極表面上。在印刷之后，鉛箔片，如上所述，應(yīng)用至負(fù)極表面并且滾壓平滑。可使用其他類型的箔片，包括銅、鍍錫銅、鍍鎳銅和鍍鋅銅。基片組件接著放置入熱壓印機。壓板溫度(頂部和底部)設(shè)置用于焊料的共晶， 在此情況下為183°C。施加的壓力大于100PSI。樣品受壓40秒。在這個操作期間，焊料回流且形成電接觸并且粘合劑部分地固化。樣品然后放置于125°C的烘爐中1小時以完成橡膠基粘合劑的固化。粘貼框架然后附接至基片組件。正極和負(fù)極粘貼框架由1/16英寸厚的ABS塑料加工。粘貼框架使用橡膠基熱固性粘合劑附接至基片。電極放置于具有輕壓力(Ipsi)的夾具中并且整夜固化。在固化之后，樣品使用噴砂(80粗砂玻璃珠)清潔直到鉛箔片是均勻的無光澤灰色。樣品然后用壓縮空氣清潔。最后，保護膜(3密耳PE帶)應(yīng)用至粘貼框架的正極和負(fù)極表面。使用EXtech380460數(shù)字歐姆表利用基片兩側(cè)16個點上的4點Kelvin探針來測量電極的電阻。全部16個電阻值都小于0.1毫歐，這也是毫歐表的限度。樣品然后從8英尺的高度落下。沒有觀察到分層或損壞。而且，電阻值沒有改變。示例2-具有ABS熱塑性基片的雙極電極丙烯腈二乙烯丁二烯(ABS)塑料片材用作基片?；?.6mm厚并且切割為 197mmX 186mm。720個1. 6mm直徑的孔銑入基片。樣品在兩個表面上輕微磨砂且用異丙醇沖洗。橡膠基熱固性粘合劑然后刷到基片的兩個表面上并允許干燥直到其不剝離。絲網(wǎng)印刷用來將錫鉛焊膏印刷入基片的孔。NC650 63/37錫鉛焊料(可從FCT Assembly, Greely, CO獲得)用于這個示例。焊料首先絲網(wǎng)印刷到基片的正極表面上。在印刷之后，鉛箔片應(yīng)用至表面并且滾壓平滑。箔片是3密耳厚，含有98. 5%鉛和1.5%錫的箔片?；缓蠓D(zhuǎn)并且焊料絲網(wǎng)印刷到基片的負(fù)極表面上。在印刷之后，鉛箔片如上所述應(yīng)用至負(fù)極表面并且滾壓平滑?；M件接著放置入熱壓印機。壓板溫度(頂部和底部)設(shè)置用于焊料的共晶， 在此情況下為183°C。壓力由于ABS的低熱扭曲溫度而沒有施加。壓板重量用來形成接觸。 樣品受壓40秒。在這個操作期間，焊料回流且形成電接觸并且粘合劑固化。樣品然后放置于125°C的烘爐中1小時以完成橡膠基粘合劑的固化。粘貼框架然后附接至基片組件。正極和負(fù)極粘貼框架由1/16英寸厚的ABS塑料加工。粘貼框架使用橡膠基熱固性粘合劑附接至基片。電極放置于具有輕壓力(Ipsi)的夾具中并且整夜固化。在固化之后，樣品使用噴砂(80粗砂玻璃珠)清潔直到鉛箔片為均勻無光澤的灰色。使用Extech380460數(shù)字歐姆表在基片兩側(cè)16個點使用4點Kelvin探針測量的電極的電阻。儀表的敏感度為0. 1毫歐。全部16個電阻值小于0.1毫歐，這是毫歐表的限度。樣品然后從8英尺的高度落下。觀察到?jīng)]有分層或損壞。而且，沒有改變電阻值。在這個發(fā)明的其他實施例中，已經(jīng)使用包括聚碳酸酯、丙烯酸、聚苯乙烯和聚氯乙烯的其他基片材料。示例3-溫度對于電極電阻的影響溫度對于示例1中制作的雙極電極在沒有附接粘貼框架之下的電阻的影響通過改變壓力機中不同溫度下的時間量來研究。樣品使用剪刀剪裁為最大1. 25英寸X 1. 25英寸的方形以使得每個試樣具有9個焊料填充的通孔。在一些情況下箔片由于切割工藝而在邊緣處升高。每個樣品再次滾壓以將箔片緊固至基片。壓力機加熱至設(shè)置點溫度并且保持以確保壓板均勻地受熱。所測試的設(shè)置點溫度處于從172°C (低于共晶)、182.5°C (處于共晶)至192.5°C的范圍。溫度使用分辨率至 0. rc的數(shù)字型K熱電偶測量。當(dāng)壓板處于初始溫度時，壓力機打開，樣品放置于中心中，壓力機閉合并且定時器啟動。在所有情況下，壓板的溫度在樣品插入時下降。對于所有測試， 壓板加熱器在樣品處于壓力機中時保持關(guān)閉以避免由于僅頂部壓板被加熱而造成的不對稱加熱。在加熱之后，試樣的電阻使用EXtech380460數(shù)字毫歐表來測量。儀表的敏感度為 0.1毫歐。樣品放置于使用手鉗來壓縮的銅電極之間。壓板在不同設(shè)置點溫度下作為時間的函數(shù)的結(jié)果在表A中繪制。測試證實在樣品暴露至高于焊料共晶溫度時，電阻在焊料被吸入正極和負(fù)極電流收集箔片時增大數(shù)個數(shù)量級。低于合金的共晶點，電極的電阻仍然較低。在有害溫度下熔化的這個性質(zhì)有利于由這里公開的雙極電極制成的電池，因為其提供了內(nèi)部熔斷安全機構(gòu)。表A 時間和溫度對電極電阻的影響壓板(platen)溫度設(shè)置點=187.5°C
權(quán)利要求
1.一種制作雙極電池組件的方法，包括步驟 提供具有第一表面以及相反第二表面的介電基片； 在基片中形成多個開口；用至少一個導(dǎo)電材料混合物填充多個開口，混合物在低于基片熱降解溫度的溫度下經(jīng)受相變以使得在電池組件低于相變溫度的操作溫度下，介電基片具有經(jīng)由基片的第一表面和第二表面之間的材料混合物的導(dǎo)電路徑，并且在高于相變溫度的溫度下，導(dǎo)電材料混合物經(jīng)受禁用經(jīng)由導(dǎo)電路徑導(dǎo)電的相變；用將在電池的第一單元中在基片的第一表面上用作負(fù)極集電器的第一集電片材以及將在電池的第二單元中在基片的第二表面上用作正極集電器的第二集電片材覆蓋基片，第一集電片材和第二集電片材布置為使得所述至少一個導(dǎo)電材料和基片被夾持于其間；將第一非導(dǎo)電性粘貼框架元件以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第一集電片材上，從而沿著電池的外部形成防泄漏密封；以及可選地將第二非導(dǎo)電性粘貼框架元件以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第二集電片材上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基片包括至少一個嵌入基片中的冷卻通道以使得所述至少一個冷卻通道與基片的表面平行地延伸； 不與基片中的多個開口交叉；并且延伸穿過基片、粘貼框架元件、隔板框架以及位于其間的任何粘合劑從而形成延伸穿過電池的冷卻管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中粘合劑層應(yīng)用于粘貼框架、集電片材和基片中的一個或多個之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何的方法，其中導(dǎo)電材料在高于導(dǎo)電材料熔點的任何溫度下熔化并不能填充所述多個開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何的方法，其中基片中任何未填充的開口將引起以下的至少一個(i)部件內(nèi)的開路；(ii)部件內(nèi)增大的電阻；以及(iii)電池故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何的方法，其中導(dǎo)電材料是焊膏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任何的方法，其中基片由具有足以經(jīng)受導(dǎo)電材料的任何熔化的熱扭變溫度的材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任何的方法，其中一個或多個粘貼框架元件包括一個或多個支撐元件以減少電池部件內(nèi)的邊緣之間的有效距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任何的方法，其中第一和第二集電片材由箔片材料構(gòu)成。
10.一種雙極電池層疊結(jié)構(gòu)，其包括 具有一個或多個邊緣的第一隔板框架；具有一個或多個邊緣的負(fù)極粘貼框架元件，其中負(fù)極粘貼框架元件的至少一個邊緣與隔板框架的至少一個邊緣平面接觸；在所述一個或多個負(fù)極粘貼框架邊緣之間延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)； 粘附至負(fù)極粘貼框架元件的負(fù)極集電片材； 基片，其具有第一表面和第二表面，第一表面放置為經(jīng)由粘合層與負(fù)極集電片材平面接觸； 一個或多個邊緣，以使得至少一個邊緣與負(fù)極粘貼框架元件的至少一個邊緣平面接觸；以及形成于其中的多個開口，其中所述多個開口由導(dǎo)電材料填充； 正極集電片材，其布置為經(jīng)由粘合層與基片的第二表面平面接觸； 在所述一個或多個正極粘貼框架邊緣之間延伸的支撐格柵結(jié)構(gòu)； 具有一個或多個邊緣的正極粘貼框架元件，其中負(fù)極粘貼框架元件的至少一個邊緣與基片的至少一個邊緣平面接觸；以及具有一個或多個邊緣的第二隔板框架，其中至少一個邊緣與正極粘貼框架元件的至少一個邊緣平面接觸，其中隔板框架的邊緣、負(fù)極和正極粘貼框架元件的邊緣以及基片的邊緣的平面接觸在電池上形成外部密封以使得導(dǎo)入其中的電解液將不會從電池內(nèi)泄漏。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電池結(jié)構(gòu)，其中電池基本上沒有任何外部緊固結(jié)構(gòu)以防止邊緣剝離。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的電池結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電材料是焊膏。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電池結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電材料具有低于基片熱降解溫度的熔點。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電池結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電材料在高于導(dǎo)電材料熔點的任何溫度下熔化并且不能填充所述多個開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電池結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電基片片材中任何未填充的開口將引起以下至少一個(i)單元內(nèi)的開路；(ii)單元內(nèi)增大的電阻；以及(iii)電池故障。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15的任何的電池結(jié)構(gòu)，其中負(fù)極和正極集電片材由箔片材料構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16的任何的電池結(jié)構(gòu)，其中基片由具有足以經(jīng)受導(dǎo)電材料的任何熔化的熱扭變溫度的材料構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17的任何的電池結(jié)構(gòu)，其中一個或多個粘貼框架包括一個或多個連接至相對粘貼框架的支撐元件以減少電池單元內(nèi)的邊緣之間的有效距離。
19.一種制作雙極電池組件的方法，包括步驟 提供具有第一表面以及相反第二表面的介電基片； 在基片中形成多個開口；用至少一個導(dǎo)電材料混合物填充所述多個開口，混合物在低于基片熱降解溫度的溫度下經(jīng)受相變以使得在電池組件低于相變溫度的操作溫度下，介電基片具有經(jīng)由基片的第一表面和第二表面之間的材料混合物的導(dǎo)電路徑，并且在高于相變溫度的溫度下，導(dǎo)電材料混合物經(jīng)受禁用經(jīng)由導(dǎo)電路徑導(dǎo)電的相變；由粘附至基片并且將在電池的第一單元中在基片的第一表面上用作負(fù)極集電器的第一集電器箔片和粘附至基片并且將在電池的第二單元中在基片的第二表面上用作正極集電器的第二集電器箔片覆蓋基片，第一集電片材和第二集電片材布置為使得所述至少一個導(dǎo)電材料和基片被夾持于其間；將第一非導(dǎo)電性粘貼框架元件以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第一集電片材上，從而沿著電池的外部形成密封；以及將第二非導(dǎo)電性粘貼框架元件以與基片的邊緣平面接觸的方式定位于第二集電片材上定位，形成沿著電池外部的密封的附加部分；提供至少一個冷卻通道，其延伸通過基片、粘貼框架元件、隔板框架以及位于其間的任何粘合劑從而形成延伸穿過電池的冷卻管道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中導(dǎo)電材料是焊膏。
全文摘要
一種雙極電池構(gòu)造公開為包括基片(16)、基片中的開口(26)、位于開口中的導(dǎo)電材料(32)、位于基片的相反側(cè)上的負(fù)極和正極集電箔片(34，36)以及負(fù)極和正極粘貼框架元件(18，20)。導(dǎo)電材料可具有低于基片熱降解溫度的熔點。
文檔編號H01M10/12GK102272978SQ201080004102
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者E·O·謝弗, W·B·布雷赫特 申請人:高級電池概念有限責(zé)任公司