專(zhuān)利名稱(chēng)：類(lèi)管式正負(fù)極板串并聯(lián)電能輸出鉛蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬二次電池類(lèi)別的鉛蓄電池技術(shù)。類(lèi)管式極板內(nèi)部柵板是采用無(wú)網(wǎng)目筋條的管式柵骨，極板鉛粉層用涂膏式復(fù)涂鉛膏如平面片式。順柵骨長(zhǎng)度在極板兩邊將鉛膏層壓成對(duì)稱(chēng)半圓形波紋將每根柵骨包在半圓形鉛膏層中心，化成硬化干燥后，用耐酸纖維布或半圓型滌綸管排雙面包好極板，順波紋槽用縫紉線(xiàn)縫緊布層管排壓緊鉛粉層于中心柵骨上，形成不用圓形纖維管的類(lèi)管式極板結(jié)構(gòu)，能發(fā)揮管式極板的長(zhǎng)處，又能制成涂膏式的薄形極板。
背景技術(shù)：
管式極板鉛蓄電池有充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)，不爛片脫鉛粉污染環(huán)境，正常使用硫化失效后可用去硫劑或堿液多次濕法去硫再用等涂膏片式鉛電池所沒(méi)有的特出優(yōu)點(diǎn)。但是管式極板制造麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，傳統(tǒng)管式極板管徑太粗，鉛粉層厚，內(nèi)阻大，很難制出起動(dòng)型薄鉛粉層極板，相對(duì)而言，起動(dòng)型涂膏片式極板鉛粉層能做到僅厚0.8～1毫米，瞬間放電功率大，活性物鉛粉的利用率大于管式極板。就電池柵骨材料來(lái)說(shuō)，目前除國(guó)外少數(shù)鉛電池負(fù)極曾采用銅質(zhì)板柵外，全部管式涂膏式鉛電池都是用鉛質(zhì)合金板柵，鉛板柵有比重大，強(qiáng)度低，易產(chǎn)生疲勞收縮壓力斷裂和晶間腐蝕斷裂等缺點(diǎn)。涂膏式極板易變形爛片脫粉，造成電池過(guò)早報(bào)廢及鉛粉污染環(huán)境嚴(yán)重。此外，目前所有的鉛蓄電池不論管式或涂膏式，內(nèi)部格與格之間都是采用并一串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，即先在格內(nèi)各極板并聯(lián)，再格與格之間串聯(lián)到所需電壓輸出的形式，電路理論證明并一串聯(lián)電路的可靠性只有0.526。例如免維護(hù)電池常見(jiàn)的正負(fù)極板間的鉛晶枝短路，由于格內(nèi)極板都并聯(lián)，一但某點(diǎn)出現(xiàn)晶枝短路，該格2伏電壓和電能百分之百損失，電液比重下降最低點(diǎn)，內(nèi)阻增大，總個(gè)電池立即報(bào)廢，往往一個(gè)電池報(bào)廢造成一組同期啟用的多個(gè)電池不能使用要更換新電池，例如在電動(dòng)自行車(chē)電池組的使用中，這樣的例子很多。

發(fā)明內(nèi)容
為解決傳統(tǒng)鉛蓄電池的上述問(wèn)題，本發(fā)明采用類(lèi)管式極板組裝鉛電池，綜合了管式電池壽命長(zhǎng)，不脫鉛粉污染環(huán)境，硫化失效可用堿液濕法還原，再用多次的優(yōu)點(diǎn)和涂膏式電池薄型極板，材料利用率高、瞬間放電功率大、生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。極板內(nèi)部用管式柵骨，板柵有如一把薄形梳子，一端是正極，另一端是負(fù)極，從中均分，焊接而成，柵骨匯流條材料用抗拉強(qiáng)度好的0.5～1毫米厚鋼板或鋁合金板，沖壓或焊接上所需長(zhǎng)度尺寸的圓鋁絲、圓鋼絲，或剪切成的面條狀的鋼條、鋁條。整體用脈沖鍍鉛的方法鍍上一層密致的純鉛包封起來(lái)。鍍鉛厚0.1毫米左右即可，再另將正極部分柵骨用熱浸鍍的方法再加鍍上一層0.5～1毫米厚的鉛鈣錫鋁合金或其它正極板柵用多元合金，正極柵骨浸鍍好鉛層將頂部與負(fù)極連接部分涂一層耐腐蝕樹(shù)脂膠包封，與負(fù)極焊接部份不涂膠，負(fù)極部份同樣涂膠防腐，防止在涂膏、化成、裝配電池及使用中損壞鍍鉛層。進(jìn)入下一道工序涂鉛膏，將正負(fù)配方鉛膏各自涂敷在正負(fù)部份柵骨上，再順柵骨長(zhǎng)度方向在每根柵骨之間兩面壓出半圓形波紋槽，形成一排圓柱型管式鉛粉芯。鍍鉛柵骨在鉛粉圓柱體中心，本發(fā)明將平面鉛膏壓成圓型以增加極板表面積，又使放電形成的硫酸鉛體積向周?chē)鶆蚺蛎?，不產(chǎn)生畸變力。將纖維布或滌綸管排縫合于極板上形成類(lèi)管式結(jié)構(gòu)這一關(guān)鍵工序，一種是在涂膏壓波紋后立即進(jìn)行。另一種是在極板化或干燥硬化后進(jìn)行，縫合可在上下二面塑料或不銹鋼半圓型模具保護(hù)下進(jìn)行。本發(fā)明用涂膏式涂敷鉛膏來(lái)生產(chǎn)類(lèi)管式極板是為了制出薄型管式極板和簡(jiǎn)化工序和設(shè)備。本發(fā)明采用鋼材、鋁合金材制柵骨來(lái)抵抗電池充放電活性鉛粉體積大幅度變化的反復(fù)膨脹收縮壓力，車(chē)輛電池行駛時(shí)長(zhǎng)時(shí)間搖晃、震動(dòng)，起步剎車(chē)的貫性受力，而鉛質(zhì)柵骨抵抗這些受力性能很差，具統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)自行車(chē)電池組早期報(bào)廢60％是由于柵骨斷裂起因造成。鋼鋁材柵骨強(qiáng)度好基本不會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，其導(dǎo)電性比鉛好，能提高電池電性能，鋼鋁材比重輕于鉛，能提高電池的比功率和比能量。此外采用鋼鋁材更可降低電池成本，鋁的密度約鉛的1/3，一噸鋁材可比一噸鉛多制出三倍的柵骨(用圓鋁絲制柵骨無(wú)邊角料)，按目前市場(chǎng)鉛與鋁的比價(jià)，用鋁材反而比鉛成本低。用一噸電鉛的價(jià)格購(gòu)鋼材能制出約三倍于鉛的柵骨產(chǎn)品(圓鋼絲制柵骨無(wú)邊角料)，因此用鋼鋁材制管式板柵能大幅度降低電池成本和重量。
現(xiàn)有所有種類(lèi)的正極柵板鉛合金在高溫電液中都迅速腐蝕，壽命比室溫時(shí)大為縮短，本發(fā)明采用鈦鉭、鈦鈮復(fù)合氧化物涂敷于鉛合金柵骨表面，形成一層僅2～5微米厚的復(fù)合氧化物保護(hù)層，來(lái)進(jìn)一步提高柵骨抗充電氧化和高溫充放電腐蝕性能，鈦鉭、鈦鈮氧化物具有導(dǎo)電性?xún)?yōu)良，電化學(xué)催化活性卻很差的寶貴特點(diǎn)，鈦鉭復(fù)合氧化物電阻率約為10-2~10-3Ω·cm，與β型結(jié)晶二氧化鉛型相近。在充電位到二氧化鉛折氧反應(yīng)和板柵鉛合金高溫強(qiáng)烈腐蝕時(shí)，鈦鉭復(fù)合氧化物卻只是導(dǎo)電，無(wú)折氧反應(yīng)，因此，鈦鉭、鈦鈮氧化物能隔開(kāi)內(nèi)層金屬不被氧化腐蝕，因鈦鉭復(fù)合氧化物層僅2～5微米厚，為防止鈦鉭層在涂膏工序中被刮破損傷，要再在其表面再電鍍一層α型晶體二氧化鉛作保護(hù)層，在堿性溶液中電沉積二氧化鉛，只能得到α型結(jié)晶，在特定堿性電液，電位條件下電積二氧化鉛可以得到完全無(wú)內(nèi)部應(yīng)力，不會(huì)開(kāi)裂、鼓皮的α型二氧化鉛結(jié)晶層緊密包復(fù)于鈦鉭、鈦鈮氧化物涂層上，電積時(shí)，α型二氧化鉛能首先與鈦鉭、鈦鈮形成同晶間原子結(jié)合，又能與上層活性物鉛粉化成產(chǎn)生的β型、α型二氧化鉛晶體結(jié)合牢固，提高了柵骨與活性物鉛粉之間的電傳導(dǎo)和結(jié)合強(qiáng)度，協(xié)同鈦鉭鈮氧化物保護(hù)柵骨不受電液侵蝕。用鈦鉭或鈦鈮氧化物復(fù)合α型二氧化鉛層綜合涂敷鋁柵骨，不需要再用正極板柵鉛合金熱浸鍍柵骨，柵骨重量厚度減輕，具有優(yōu)良抗高溫氧化腐蝕性能和電性能，適應(yīng)在高溫條件下的鉛電池和要求特長(zhǎng)壽命鉛電池。本發(fā)明正極柵骨選用鋁合金材是依據(jù)國(guó)內(nèi)外用于鉛蓄電池的添加劑、去硫劑、增強(qiáng)劑等都含有大量硫酸鋁成份，使用時(shí)過(guò)量幾倍也不對(duì)電池造成損害。因此，萬(wàn)一鋁質(zhì)柵骨表面保護(hù)層出現(xiàn)針孔，損傷，長(zhǎng)期腐蝕局部出現(xiàn)破洞，項(xiàng)多是生成硫酸鋁成份，電池仍可用，電池負(fù)極只要不反極，始終處于還原狀態(tài)，柵骨上的鍍鉛層只要無(wú)針孔，不刮傷露出內(nèi)部鋼鋁材，就不會(huì)腐蝕，因此負(fù)極柵骨僅鍍一層鉛保護(hù)即可。
本發(fā)明鉛蓄電池各格之間正負(fù)極板聯(lián)接采用串一并聯(lián)方式，即極板的正負(fù)部份在格內(nèi)不與其它極板并聯(lián)，而是各自獨(dú)立跨過(guò)格壁與鄰格極板串聯(lián)到所需電壓，如12伏或24伏，再在輸出端頭與其它極板并聯(lián)的方式，不同如目前全世界所有鉛電池先在格內(nèi)并聯(lián)再格與格之間串聯(lián)的先并后串方式，電路理論證明，串一并聯(lián)電路可靠性高達(dá)0.999，而并一串聯(lián)電路可靠性只能達(dá)到0.526。電池容量越大，極板越多，電池越多，電壓越高，越趨向如此。例如本發(fā)明鉛電池設(shè)格內(nèi)正負(fù)極板各10片，某點(diǎn)晶枝短路，僅損失了10％的電量，該片短路的2伏電壓被本格極板和鄰格極板通過(guò)電液均壓，電池仍可用，而現(xiàn)有鉛電池一但出現(xiàn)內(nèi)短路，因?yàn)樗袠O板并聯(lián)，該格電壓和容量立即喪失，電液比重下降內(nèi)阻大增，致使總組電池報(bào)廢。相此，本發(fā)明鉛電池可靠性將超過(guò)現(xiàn)有鉛電池。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是采用類(lèi)管式極板，雙管式極板不存在鉛粉會(huì)從極板上脫落而造成爛片脫粉短路等等結(jié)構(gòu)被破壞的失效，而失效于重負(fù)荷過(guò)放電、欠充電、不按時(shí)充電、長(zhǎng)期停充電、充電失水等硫化失效，如電動(dòng)車(chē)輛普遍長(zhǎng)期深放電循巡工作方式硫化失效，而單一的硫化失效可用堿液濕法還原去硫化多次復(fù)活電池再用，使用壽命超過(guò)目前任何一種鉛蓄電池，電池壽命超長(zhǎng)就減少了報(bào)廢回收冶煉鉛再造電池對(duì)環(huán)境污染的次數(shù)，又因管式結(jié)構(gòu)將鉛粉包在極板上不脫落，避免了目前涂膏式極板鉛電池在使用中和報(bào)廢回收階段鉛粉脫落嚴(yán)重污染環(huán)境的現(xiàn)象。我國(guó)每年生產(chǎn)近1億只大小鉛蓄電池進(jìn)入社會(huì)各個(gè)行業(yè)利用，除少數(shù)正極管式外，90％以上是正負(fù)極板涂膏片式鉛電池，消耗方面包括社會(huì)保有的車(chē)船，每年以2千萬(wàn)輛以上新增的車(chē)、電腦UPS電池，社會(huì)各項(xiàng)各業(yè)所用鉛電池，農(nóng)村50％以上家庭微型照明燈鉛電池，除固定式外，壽命都很短，1～2年即進(jìn)入失效期回收廢鉛冶煉，再造電池。由于涂膏式極板始終存在鉛粉脫落于電液和殼壁上無(wú)法分離回收去除，這些物質(zhì)不可避免地將要進(jìn)入環(huán)境，造成鉛擴(kuò)散污染，在回收廢鉛冶煉再造新電池的每一過(guò)程都產(chǎn)生廢水、廢氣、粉塵污染，電池壽命越短，再造新電池次數(shù)越多，對(duì)環(huán)境污染就越重，能耗次數(shù)也越多，如此量大面廣的涂膏式鉛電池鉛粉脫落對(duì)環(huán)境造成的污染和危害也是驚人的，本發(fā)明的類(lèi)管式鉛電池由于壽命特長(zhǎng)和鉛粉始終不會(huì)從極板上脫落，使鉛電池對(duì)環(huán)境的污染大幅減少和終止。
單獨(dú)兩片正負(fù)極板之間跨格聯(lián)接條因?yàn)槭芰^大，本發(fā)明采用不銹鋼纖維或碳纖維增強(qiáng)鉛合金復(fù)合材料，跨格聯(lián)接條采用鉛質(zhì)纖維增強(qiáng)材料后，強(qiáng)度大增，就可用薄片長(zhǎng)時(shí)間承受受力而不會(huì)斷裂。用涂敷有硼化鈦或用膠體鈀活化表面鍍鉛錫的碳纖維，將鉛材加熱到近熔化點(diǎn)，攪拌出現(xiàn)稀松爛泥狀時(shí)，將纖維加入，迅速拌入鉛泥中翻炒均勻后，出鍋壓平到所需厚度，冷卻后切片切條備用，否則碳纖維根本無(wú)法均勻混入鉛材中，起不到增強(qiáng)作用。本發(fā)明鉛蓄電池輸出接線(xiàn)端子和極板管式柵骨也可用這種纖維增強(qiáng)材料制造，用鉛質(zhì)柵骨涂敷鉛膏后可直接平面包布縫合，不壓出半圓面，順柵骨縫緊形成平面類(lèi)管式結(jié)構(gòu)，其目的是防止鉛粉從平面涂膏式極板上松散脫落、失去作用和污染環(huán)境。
(四)附圖，

圖1、類(lèi)管式極板橫切剖面圖。1、柵骨；2、涂膏鉛粉層；3、耐酸纖維布或滌綸半圓型排管；4、縫合壓緊線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式一、將多根直徑0.5～1毫米的圓鋼絲或鋁合金絲焊接于寬5～10毫米，0.5～1毫米厚的鋼質(zhì)，鋁質(zhì)匯流帶上，絲與絲之間距約3-4毫米，再整體鍍上一層0.1毫米厚的鉛，成為正負(fù)柵骨毛坯，焊接與鍍鉛目前都有成熟的技術(shù)供參照。二、將鍍0.1毫米厚鉛層的正極鋁柵骨毛坯用熱浸鍍的方法再鍍上0.2～0.5毫米厚的鉛鈣錫鋁合金或其它正極柵用多元鉛合金，由于大量生產(chǎn)時(shí)鍍鉛成份及厚度不好撐握，也可用壓包好上述鉛合金的鋼絲鋁絲扣焊、嵌焊于匯流條上(用電線(xiàn)行業(yè)生產(chǎn)銅包鋼絲，鋁包鋼絲，鉛包電纜的方法設(shè)備壓包鉛合金于鋼鋁絲上)，鋼鋁絲與匯流條焊接處要再次熱浸鍍鉛封閉保護(hù)。三、用于高溫鉛電池的柵骨鈦鉭、鈦鈮復(fù)合氧化物涂敷，鈦鉭和鈦鈮可任選一者。將鍍好內(nèi)層鉛的鋁柵骨毛坯浸染上一層五氯化鉭和四氯化鈦，鹽酸的混合液，三組份濃度為0.13mol/L，再進(jìn)入紅外燈烘烤下溫度250℃～300℃，含有氨氣的熱氣室中5-10分鐘，制得柵骨表面有金屬摩爾比鉭1份，鈦2份的混合氧化物包敷層，水洗干燥后電鍍?chǔ)列投趸U保護(hù)層，電鍍液成份；一氧化鉛溶解于3.5mol/L氫氧化鈉水溶液內(nèi)到飽和，于40℃電流密度0.5～1A/dm2，將涂敷有鈦鉭復(fù)合氧化物的鋁柵骨坯放入電鍍液中電鍍4～6小時(shí)，控制陽(yáng)極電位為0.25v，可鍍得10～20微米厚無(wú)內(nèi)部畸變應(yīng)力的全α型二氧化鉛保護(hù)層于鈦鉭氧化物面上。鋁柵骨毛坯涂鍍好鈦鉭—二氧化鉛混合保護(hù)層后不需要再浸鍍正極柵骨用鉛合金，可直接抹涂鉛膏。四、將鍍鉛完工好的正負(fù)極柵骨按各自所需配方鉛膏涂抹于柵骨上，涂平涂滿(mǎn)，厚度2～4毫米，再將涂好鉛膏的極板順內(nèi)心柵骨長(zhǎng)度方向雙面對(duì)壓上半圓型波紋槽，每根柵骨都應(yīng)在半圓型或圓型鉛粉層的中心位。再用半圓型滌論排管上下二塊兩面包攏涂膏極板用滌論線(xiàn)順槽縫合成類(lèi)管式極板，進(jìn)入下道化成工序，如果用薄玻璃纖維布或化纖布縫合制類(lèi)管式極板應(yīng)在化成干燥極板硬化后進(jìn)行，化成干燥后再縫合對(duì)縫紉機(jī)的防腐清灰簡(jiǎn)便些。縫合時(shí)可用半圓型塑料模具蓋在極板上縫合，以防針頭走偏損壞鉛粉層和匯流條鍍鉛層。如果用纖維增強(qiáng)鉛合金管式柵骨，可在涂膏后鉛膏未硬化前包布平面縫合，縫緊形成平面型類(lèi)管式結(jié)構(gòu)，不必壓出半圓槽，適應(yīng)于1～1.5毫米厚的極板。五，用纖維增強(qiáng)鉛質(zhì)跨格聯(lián)接條將正負(fù)極板焊好，制成一端正極一端負(fù)極的跨格串聯(lián)式極板，焊處要涂樹(shù)脂膠防腐。組裝極板于電池殼內(nèi)如12伏6格電池，頭尾兩格正負(fù)極板各自并聯(lián)焊接成正負(fù)極板群組和輸出外殼接線(xiàn)端子，與常規(guī)鉛電池?zé)o區(qū)別，群組焊接處要再涂樹(shù)膠脂防腐，另外四格用一端正一端負(fù)的跨格串聯(lián)式極板從頭到尾逐格插緊安裝在電池格內(nèi)，每塊極板在格內(nèi)均不并聯(lián)，用隔板隔開(kāi)，電能輸出是通過(guò)電液將各極板串聯(lián)到頭尾兩格，再通過(guò)正負(fù)極板群組并聯(lián)各極板電流輸出的串—并聯(lián)電路形式?？绺竦奶祭w維增強(qiáng)鉛聯(lián)接條都用專(zhuān)用的塑料夾子擠緊膠緊于電池殼格壁上防止上下移位晃動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種正負(fù)極板采用類(lèi)管式結(jié)構(gòu)的鉛蓄電池，其特征是在管式柵骨上用涂膏制成的平面片式薄層鉛膏上，順柵骨長(zhǎng)度方向在鉛膏雙面對(duì)稱(chēng)壓出半圓型波紋槽使柵骨位于圓心位，用同形狀的半圓型滌綸管排或耐酸纖維布縫合縫緊于極板上包纏鉛粉層制成防止極板脫粉的類(lèi)管式極板鉛蓄電池。
2.按權(quán)利要求1所述特征結(jié)構(gòu)鉛蓄電池，電池內(nèi)部各極板及各2伏格之間電聯(lián)接是采用串一并聯(lián)電路。
3.按權(quán)利要求1所述特征鉛蓄電池，正負(fù)極柵骨采用表層鍍包鉛及鉛合金的硬鋁合金絲。
4.按權(quán)利要求1所述特征鉛蓄電池，正極柵骨鍍鉛層表面第一層涂敷有鈦鉭或鈦鈮復(fù)合氧化物和第二層鍍包α型結(jié)晶二氧化鉛層。
5.按權(quán)利要求1所述特征鉛蓄電池，用鉛質(zhì)材料制作管式柵骨涂抹平面鉛膏層不壓波紋，制成用纖維布平面縫合壓緊鉛粉層不脫落松散的平面類(lèi)管式結(jié)構(gòu)極板。
6.按權(quán)利要求1所述特征鉛蓄電池，用涂敷硼化鈦的碳纖維增強(qiáng)鉛合金材料制作蓄電池聯(lián)接條，輸出接線(xiàn)端子，管式柵骨。
全文摘要
本發(fā)明類(lèi)管式極板鉛蓄電池綜合了管式鉛電池壽命長(zhǎng)，不脫鉛粉污染環(huán)境，硫化失效可以用堿液濕法還原，再用多次的優(yōu)點(diǎn)和涂膏極板鉛電池薄形極板，材料利用高，瞬間放電功率大，生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明鉛電池采用了串一并聯(lián)電路的內(nèi)部極板電池格聯(lián)接，電路理論證明串一并聯(lián)電路可靠性高達(dá)0.999，而目前所有鉛蓄電池都在2伏格內(nèi)極板并聯(lián)，再格與格之間串聯(lián)的并一串聯(lián)電路，其電路可靠性只有0.526的。本發(fā)明鉛電池還采用了鈦鉭、鈦鈮復(fù)合氧化物這種只有導(dǎo)電性，無(wú)電化學(xué)氧化活性的抗腐蝕材料涂敷正極柵骨抗高溫和過(guò)充電腐蝕。本發(fā)明還采用鋼絲、硬鋁合金絲這兩種強(qiáng)度高、重量輕、成本低的材料包鍍鉛用于電池柵骨。
文檔編號(hào)H01M4/73GK1881669SQ200610031539
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者陳雅羅 申請(qǐng)人:陳雅羅