專利名稱：電動汽車用高容量長壽命鈦絲編織輕型板柵鉛酸電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輕型板柵鉛酸蓄電池，屬能源領域電池類別。 目前公知的鉛酸蓄電池有二種類型，其一是以鉛或鉛合金為原料制成板柵的 普通型鉛酸蓄電池；二是以非鉛原料制成板柵的輕型板柵鉛酸蓄電池，筒稱輕 型鉛酸電池。普通鉛酸電池由板柵涂膏后制成的極板、隔板、連接件、接線樁 頭、電解液、外殼組成，是目前最通用、質量最穩(wěn)定、價格最低廉的汽車起動 電源，也可應用于其它領域。但它存在以下缺點l..鉛的比重大，電池的重量比 容量難以提高。2.鉛或鉛合金在硫酸電解液內的腐蝕速度較快，要求柵筋有相應 的腐蝕余量，所以其柵筋直徑較粗大。3.由于鑄造困難和柵筋粗大原因，柵筋間 距也要求較大， 一般在4X8mm以上，否則活性物質填膏量減少。4.極板厚度大。 由于存在以上缺點，普通鉛酸電池(以涂膏平面板式極板電池為例)的鉛膏(活 性物質)鉛金屬(板柵加連接件總和)重量比一般在l: 1以下，活性物質利用 率在55%以下，重量比容量在45w/H以下，使用壽命在深循環(huán)300 500次左右， 可用一至二年。該電池屬低容量低壽命電池，不適合用作電動車動力電源。
輕型板柵鉛酸蓄電池是普通鉛酸電池的改正型，具有大容量、長壽命的特點， 人類對于輕型板柵鉛酸電池的研究由來已久，特別是近來高聚物修飾電極技術 的出現(xiàn)，為輕型板柵鉛酸電池技術的進步提供了技術基礎。目前世界各國對于 輕型板柵鉛酸電池的研究還停留在實驗階段，由于產(chǎn)品穩(wěn)定性差，產(chǎn)品不能進 入實用階段。輕型板柵中的鈦絲編織電極技術是輕型板柵鉛酸電池中較早進入
研究目標，技術較為成熟的一種。鈦在H2S04中呈鈍態(tài)，防腐性能好，在鈦表
面涂上Sn02 + Sb203或Sn02 + SbOx + Ir03涂層對鈦基表面進行修飾，然后再鍍 上P 41)02可以制成與鉛合金壽命相當?shù)恼龢O電極板柵。但問題是不能制成穩(wěn)定 耐久的Pb02涂層，使得鈦絲編織輕型板柵鉛酸電池不能迸入實用階段。
為了克服現(xiàn)有鈦絲編織輕型板柵鉛酸電池技術的不足，本發(fā)明提供一種鈦絲 編織輕型板柵鉛酸電池，該電池能夠進一步提高鈦絲電極的防腐能力，保證P
-PbCb涂層的穩(wěn)定耐久性，使電池進入實用階段。
本發(fā)明為解決現(xiàn)有電池的技術問題采用以下技術方案.-
輕型板柵鉛酸電池的構造與普通鉛酸電池基本相同，也是由正極板、負極板、 隔板組成極板群，極板群與連接件、外殼、接線樁頭、電解液組成電池，有所 不同的是正極板的板柵的材質不同，普通鉛酸電池的材質是鉛或鉛合金，而輕
型鉛酸電池的材質有金屬類如鈦、銅、鋁、鎂、錫及它們的合金，不銹鋼等， 非金屬類如導電塑料、導電高聚物、塑料鍍金屬、導電陶瓷、導電玻璃等。本 發(fā)明采用鈦絲編織輕型板柵制造正極板，結合電極修飾原理及普通電池制造技 術，解決了以下技術問題
1. 電池正極板板柵腐蝕失效是影響鈦絲編織輕型極板壽命的首要問題，為此 本發(fā)明把鈦絲與極耳熔鑄成一體，再進行修飾導電陶瓷或導電玻璃或導電氧化 物涂層，其后再修飾導電高聚物或導電塑料涂層，對鈦絲、極耳及連著的橫邊 框進行雙層修飾。通過對修飾層材質和厚度的調節(jié)，可以調整不溶陽極腐蝕壽 命。
2. e-Pb02涂層不能穩(wěn)定持久問題，本發(fā)明采用對鈦絲涂上一層導電塑料或導 電高聚物或導電膠粘劑，在涂層未干時噴涂上P-Pb02顆粒涂層，使顆粒粒徑的
一部份進入導電塑料或導電高聚物或導電膠粘劑涂層，干固在鈦絲上，另一部 份露出在外面與今后的鉛膏結合，確保0 —1)02涂層的穩(wěn)定持久。
3. 負極板的制造負極板采用鉛或鉛合金的拉網(wǎng)式板柵，或者普通的澆鑄式板
柵，也可采用鉛或鉛合金拉絲后，鉛絲編織板柵，制造過程為:采用金屬熔固方法
把鉛絲熔固在極耳及連著的橫邊框上，再用另外的鉛絲對極耳及連著的橫邊框
上的鉛絲進行編織，編織成型后，再用塑料或金屬對其余三個邊封固上邊框即成 負極板柵，對板柵涂上鉛膏進行浸酸、熟化、化成、洗滌、烘干即成負極板。
4. 正極板的制造本發(fā)明采用金屬熔固方法把鈦絲熔固在極耳及橫邊框上， 再進行一到二層涂層修飾，再取同樣經(jīng)過涂層修飾的鈦絲對極耳上的鈦絲進行 編織，通過控制編織間距，提高活性物質利用率。編織成極板形狀后，用塑料 或金屬封固另外三個邊框，即成正極板板柵，對板柵涂上鉛膏，經(jīng)過浸酸、熟 化、化成、洗滌、烘干等程序即制成鈦絲編織輕型正極板。
5. 活性物質(鉛膏)軟化和脫落問題涂膏式平面正極板的活性物質在使用 1-3年后即軟化脫落，電池失效，而管式正極板的活性物質可以一直使用15年 或更久。根據(jù)這一原理本發(fā)明采用纖維薄膜層(最好是導電纖維)對正極鈦絲 編織輕型極板進行包裹，然后對活性物質施加一個適當?shù)膲毫?，用以阻止活?物質的膨脹，延緩活性物質中珊瑚狀結構的形成和崩潰，抵消正極板的彎曲應 力，使涂膏式正極板的活性物質具有等同于管式正極板活性物質的工作環(huán)境。 實施過程是應用擠緊板的楔形結構原理，采用加壓移動擠緊板塞緊極板群與外 殼間的間隙達到加壓目的。擠緊板采用格柵結構，提高電解液容量。
6. 電池組裝把經(jīng)過包裹的正極板、隔板、負極板組成極板群裝入外殼內， 在外殼與極板群間擠入擠緊板，給予正極板活性物質一個適當?shù)膲毫?。其它裝 配過程則與普通鉛酸電池的裝配方法完全一樣。
7. 提高正極活性物質利用率當正極板柵筋間距達到0. 1 X0. 2mm范圍時，活 性物質利用率可提高到92%以上，同時在相等活性物質質量下，極板做得越薄， 活性物質利用率越高。為達到上述目的，理論上把鈦絲制造得越細越好，但實際 上要根據(jù)需要，通過實驗確定，本發(fā)明把范圍值定在0.01-5mm。
本發(fā)明的有益效果是
1. 大容量正極板鈦絲編織柵筋間的距離可以控制到O. lX0.2mm，可以使活 性物質利用率提高到92%，比現(xiàn)有普通鉛酸電池的55%的活性物質利用率提高60% 以上，正極板采用鈦絲編織輕型極柵，可使鉛酸電池的鉛膏(活性物質)金屬
(板柵連接件之和)重量比提高到1.2:1-1.5:1，比普通鉛酸電池的1:1以下有 大幅提高?？v合以上優(yōu)勢，鈦絲編織輕型鉛酸電池的重量比容量提高到65WH/kg 以上。
2. 長壽命由于對正極板鈦絲表面進行二層修飾，通過對修飾層材質和厚度 的調整，可以控制鈦絲的腐蝕速率，使產(chǎn)品壽命達到設計要求。由于對活性物 質施加了適當?shù)膲毫?，使活性物質的正常工作壽命提高到十年以上，接近管式 電池水平，所以鈦絲編織輕型鉛酸電池的壽命可以設計成與電動汽車相等的工 作壽命。
3. 自放電小電極表面析氫過電位比鉛鈣電極高，自放電小。
4. 使用范圍廣除低溫環(huán)境外，本發(fā)明可應用于目前普通鉛酸電池在用的所 有場合，特別適用于電動汽車、電動摩托車、電動自行車中作牽引動力電源；
還可用作小型的手機電池，手提電腦電池等。 下面給出本發(fā)明的實施例，說明具體實施過程。


圖l是本發(fā)明實施例的結構圖。 圖2是圖1的側視圖。
圖3是本發(fā)明正極板結構圖。 圖4是圖3側視圖。 圖5是圖3 A部放大圖。
圖中(1)負極板、(2)正極板、(3)隔板、(4)極板群、(5)電池外殼、(6)
連接件、(7)樁頭、(8)擠緊板、(9)加液口、 (11)蓋頭、(12)鉛膏、(13) 鈦絲或鉛絲柵筋、(14)纖維薄膜、(15)極耳、(16)邊框。 實施例
圖3、圖4、圖5是正極板(2)的結構圖，正極板(2)的制造過程為把鈦 絲(13)均勻分布在模具上，以熔融鉛或鉛合金等低熔點合金澆鑄極耳(15) 和橫邊框(16)，把鈦絲(13)等距地凝固在極耳(15)和連著的橫邊框(16) 上。再以修飾電極方法把鈦絲(13)、橫邊框(16)、極耳(15)的浸酸部分同 時涂上Sn02 + Sb203或Sn02 + SbOx + Ir03或Ti3SiC2系導電陶瓷或稀土滲入鈦酸鹽 導電陶瓷涂層，然后再以高聚物修飾電極方法對鈦絲(13)、橫邊框(16)、極 耳(15)的浸酸部分涂上一層PAn導電高聚物涂層，再把已同樣涂上雙層修飾 物的鈦絲(13)，對極耳(15)上的鈦絲進行編織，編織間距掌握在O. lX0.2mm， 編織成極板(2)形狀后，再在極板(2)的二個垂直邊， 一個底邊上固定塑料 邊框(16)或金屬邊框(16)，并進行密封，這就制成了正極板(2)的板柵。 再用修飾電極方法對正極板(2)板柵涂上一層較薄的PAn導電高聚物涂層，在 涂層未干時，噴涂上3 -Pb02顆粒涂層，使顆粒粒徑的一部分進入導電聚合物涂層 內凝固其上，另一部分露出在外面，便于與活性物質緊密結合。再對正極板(2) 板柵進行填涂鉛膏，經(jīng)過浸酸、熟化、化成、洗滌、烘干等程序后，再用纖維 薄膜(14)包復正極板(2)，纖維薄膜(14)的開口處用膠粘劑膠固或用線縫 固即制成鈦絲編織輕型正極板(2)。
負極板(1)的制造負極板(1)采用鉛或鉛合金的拉網(wǎng)式板柵，或者采用 普通的澆鑄式板柵，也可采用鉛絲編織板柵，制造方法是把鉛絲(13)均勻分 布在模具上，用熔融鉛或鉛合金澆鑄極耳(15)和連著的橫邊框(16)，使鉛絲 (13)等距分布在橫邊框(16)上，再用另外的鉛絲(13)對極耳(15)上的
鉛絲(13)進行編織，編織成極板(1)形狀后，在極板(1)的其它三邊封固
上塑料邊框(16)或金屬邊框(16)，即成負極板柵，在板柵上填涂鉛膏，經(jīng)過
浸酸、熟化、化成、洗滌、烘干等工序后即制成鉛絲編織負極板(1)。
電池的組裝如圖l、圖2示，把負極板(1)、正極板(2)、隔板(3)按順 序組合成極板群(4)，把極板群(4)與連接件(6)用鉛熔焊方式連接起來， 裝入電池外殼(5)，再用擠緊板(8)擠緊極板群(4)，在電池外殼(5)內把 各極板群(4)的連接件(6)用鉛熔焊連接，再蓋上蓋頭(11)，用鉛焊焊接上 樁頭(7)，即完成組裝，加上電解液便可正常工作。
權利要求
1.一種電動汽車用鈦絲編織輕型板柵鉛酸蓄電池，由正負極板、隔板、外殼、連接件、梳分卡、接線樁頭、電解液構成，其技術特征在于正極板板柵采用鈦絲編織而成，鈦絲電極經(jīng)過無機導電層，有機導電層多層修飾，對正極板活性物質進行包復加壓。
2. 根據(jù)權利1所述的鉛酸電池，其技術特征在于正極板鈦絲電極的無機修 飾層采用導電陶瓷或導電玻璃或導電氧化物材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于正極板無機修飾層采 用氧化錫、氧化銻、氧化銥及其混合物，也可采用具有我國自主知識產(chǎn)權的 Ti3SiC2系導電陶瓷和稀土滲入鈦酸鹽導電陶瓷，修飾層厚度與材質由電池設計壽命決定。
4. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于正極板鈦絲電極的有 機修飾層釆用導電高聚物和導電塑料。
5. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其特征在于正極板鈦絲電極的有機修飾層采用PAn導電高聚物和PAn導電高聚物摻合其它有機、無機導電物的導電 塑料材料，修飾層厚度與材質由電池設計壽命決定。
6. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于對正極板板柵涂上一 層導電高聚物或導電塑料或導電膠粘劑，在涂層未干時噴涂上P -Pb02顆粒涂層， 使顆粒粒徑的一部份進入涂層干固在鈦絲上，另一部份露出在外面與涂膏后的 鉛膏結合。
7. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于:鈦絲直徑盡量做細，范 圍值0.01 5mm，垂直鈦絲直徑大于等于橫織鈦絲直徑，正極板鈦絲編織間距 0. 1X0. 2mm至2X4mm。
8. 根據(jù)權利求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于正極板包復纖維薄膜， 纖維薄膜緊包正極板活性物質，開口部位用線縫合或膠粘劑膠合。
9. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于用擠緊板通過外殼對 極板群施加一個初始壓力。
10. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于在極板群一邊放一 塊到多塊的平面擠緊板，在另一面放一頭厚另一頭薄的楔形擠緊板二塊，厚薄 相對安裝在極板群與外殼之間，通過加壓移動其中的一塊楔形擠緊板，給予極 板群一個初始壓力。
11. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于采用極耳串過梳分 卡封固在電池槽蓋頭外，接線樁頭與極耳接觸點不受電解液腐蝕。
12. 根據(jù)權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特征在于負極板板柵用鉛絲 編織制成。
全文摘要
一種電動汽車用鈦絲編織輕型板柵鉛酸蓄電池，由正負極板、隔板、外殼、連接件、梳分卡、接線樁頭、電解液組成。其技術特點在于正極板用鈦絲編織制成板柵，其中的正極板柵經(jīng)過無機導電涂層和有機導電涂層多層電極修飾處理，還對正極活性物質施加了初始壓力，這一措施提高了電池容量，重量比容量一般可達65WH/kg以上；延長了電池壽命，深循環(huán)次數(shù)可達到1500次以上，設計使用年限為8年，該電池可用于起動電源、照明電源、手機電源、電腦電源，特別適用于電動汽車、電動摩托、電動自行車作動力電源。
文檔編號H01M4/68GK101101999SQ20061010109
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權日2006年7月6日
發(fā)明者夏振明 申請人:夏振明