專(zhuān)利名稱：碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法及卷繞式鉛酸電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于卷繞型鉛酸電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法及卷繞式鉛酸電池。
背景技術(shù)：
因鉛酸電池的性能穩(wěn)定，且價(jià)格低廉，多年來(lái)一直被廣泛應(yīng)用于能源、通信、電力、 交通和軍事等領(lǐng)域。但是，由于鉛酸電池的重量比能量較低，從而限制了其在某些技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車(chē)。卷繞型鉛酸電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，其具有更高的重量比能量，但因受鉛合金拉伸強(qiáng)度的限制，普通的卷繞電池板柵的柵格比較小且密集，其用鉛量大，不能有效地涂覆活性物質(zhì)，從而限制了其重量比能量的提高。此外，傳統(tǒng)的卷繞電池板柵在生產(chǎn)或使用過(guò)程中都比較容易損壞，廢品率較高。另外，在作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池時(shí)，垂直放置的電池，由于受高度的限制，給其在電動(dòng)汽車(chē)中的安裝帶來(lái)了極大的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其目的在于提高鉛合金的拉伸強(qiáng)度，減少板柵的用鉛量，從而更大限度的提高卷繞型鉛酸電池的重量比能量。本發(fā)明還公開(kāi)了一種卷繞式鉛酸電池，該電池具有容量大、比能量高、適于快速和深充放電、抗振、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；同時(shí)，該電池水平放置，正負(fù)極端子由電池兩端引出， 其占用空間少。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維(只有經(jīng)線，沒(méi)有緯線，單根纖維直徑約為7 μ m，故絲束)和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于450°C 500°C的環(huán)境中烘烤 5 lOmin，脫除環(huán)氧樹(shù)指。所使用的環(huán)氧樹(shù)脂為低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂，其在高溫下 500°C )可被脫除。 環(huán)氧樹(shù)脂的作用是固定碳纖維，但是這層環(huán)氧樹(shù)脂不能帶入復(fù)合材料中，所以必需首先把這層環(huán)氧樹(shù)脂脫除，所以，第(1)步驟為脫膠。(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，把經(jīng)過(guò)第(1)步脫膠的碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中，然后將碳纖維布緩慢拉出。優(yōu)選的，在室溫下(18°C 25°C)，浸1 3分鐘。本步驟操作過(guò)程中需要注意，不能把鈉-鉀合金帶出，否則會(huì)造成燃燒等事故。碳纖維布脫膠后，其與金屬之間的浸潤(rùn)性很差，所以通過(guò)表面處理來(lái)增加金屬基體對(duì)碳纖維的浸潤(rùn)性和滲透性，此步驟稱為碳纖維浸漬。(3)熱擠壓成型碳纖維布經(jīng)過(guò)第(2)步浸漬后，與處于高溫高壓下(溫度為 450°C 500°C、壓強(qiáng)為500Mpa 550Mpa)的鉛或鉛合金液一起驟冷至200°C以下，擠壓制成板材；優(yōu)選的，板材的厚度為1. Omm。
采用熱液體擠壓工藝制備碳纖維增強(qiáng)鉛合金復(fù)合材料，鉛可以是1#鉛，鉛合金可以為鉛錫、鉛鈣和鉛銻鉻等合金，除鉛以外的金屬含量可按需要調(diào)節(jié)(鉛含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在95%以上)。(4)壓延第(3)步制成的板材可根據(jù)實(shí)際需要經(jīng)過(guò)壓延制成板材；優(yōu)選的，板材的厚度為0. 4 1. 0mm。(5)沖孔經(jīng)過(guò)第(4)步壓延制成的具有一定厚度板材可以根據(jù)不同電池的需要而沖壓出各種形狀和尺寸的孔，以制成適合各種卷繞型鉛酸電池使用的板柵。通過(guò)上述步驟，生產(chǎn)連續(xù)均勻的帶狀碳纖維-鉛合金復(fù)合板材，用來(lái)制作卷繞型鉛酸電池的板柵，其幅寬可以為0.5 1.6m，厚度可以為0.4 1.0mm，長(zhǎng)度可以為IOm 300m。本發(fā)明制成的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵，與現(xiàn)有的電池板柵相比，其拉伸強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、重量輕、耐腐蝕性好等，而且單位面積上可以涂覆更多的活性物質(zhì)，使用該板柵制作的卷繞型鉛酸電池具有更高的質(zhì)量比能量和體積比能量。本發(fā)明卷繞式鉛酸電池，包括殼體、端蓋、正極板、隔板、負(fù)極板、極耳、正極端子、 負(fù)極端子、電解液、排氣閥，殼體兩端開(kāi)口，內(nèi)裝一卷軸，正負(fù)極、隔板、負(fù)極板依次層疊后繞所述的卷軸卷繞數(shù)圈，卷繞后外圓周壁由隔板的延伸段包裹；所述的正極板、負(fù)極板分別采用本發(fā)明前述碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法所制得的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵分別涂覆有正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)而制成；所述的正極板、負(fù)極板分別對(duì)應(yīng)有正極耳、負(fù)極耳，正極耳、負(fù)極耳分別與正極端子、負(fù)極端子相連；所述的殼體水平放置，正極端子、負(fù)極端子分別從殼體的兩端引出；所述端蓋封裝于所述殼體的端部，端蓋上裝有排氣閥；所述的電解液充分吸附于正極板、負(fù)極板和隔板。所述的卷繞式鉛酸電池，正極板和正極極耳、負(fù)極板和負(fù)極極耳分別采用所述碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵一體沖壓而成。所述的卷繞式鉛酸電池，正極端子、負(fù)極端子分別焊接于正極極耳、負(fù)極極耳。所述的卷繞式鉛酸電池，殼體外壁裝配一底座。所述的卷繞式鉛酸電池，正極耳、負(fù)極耳分別與正極匯流排、負(fù)極匯流排相連，正極匯流排、負(fù)極匯流排分別與所述的正極端子、負(fù)極端子焊接。本發(fā)明卷繞式鉛酸電池可以水平放置，正、負(fù)極分別由電池兩端引出，使電池的放置和配組更加靈活，為其在電動(dòng)汽車(chē)上的使用提供了便利。該電池結(jié)構(gòu)新穎，占用空間少， 電池內(nèi)阻低，比能量高，大電流放電能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，非常適合于電動(dòng)汽車(chē)使用。本發(fā)明鉛酸電池采用了碳纖維增強(qiáng)板柵，所以極板更易卷繞，制造工藝性好；同時(shí)，電池的裝配壓力可以更大，使活性物質(zhì)很難脫落，從而使電池的抗振能力更強(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)。由于碳纖維增強(qiáng)板柵要比普通的鉛箔板柵更輕、更薄，從而增加了活性物質(zhì)的接觸面，提高了活性物質(zhì)的利用率，因此電池的比能量更高。綜上，本發(fā)明卷繞式鉛酸電池不僅具有容量大、比能量高、耐振動(dòng)性能好、大電流放電性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其獨(dú)特的水平設(shè)計(jì)，使其非常適合于電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明制成的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明電池的軸向剖視圖。圖3是本發(fā)明電池的橫截面視2、3中，1-殼體，2-正極端子，3-負(fù)極端子，4_正極極耳，5_負(fù)極極耳，6_隔板， 7-正極板，8-負(fù)極板，9-底座，10-排氣閥，11-卷軸，12-端蓋，13-正極匯流排，14-負(fù)極匯流排。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維(只有經(jīng)線，沒(méi)有緯線)和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于480°C的環(huán)境中烘烤7min，脫除環(huán)氧樹(shù)指。(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，在室溫下，把經(jīng)過(guò)⑴步脫膠的碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中2分鐘，然后將碳纖維布緩慢拉出。(3)熱擠壓成型碳纖維布經(jīng)過(guò)第(2)步浸漬后，與處于高溫高壓下(溫度為 540°C、壓強(qiáng)為510Mpa)的鉛或鉛合金液一起驟冷至200°C以下，擠壓制成厚度為1. Omm的板材。鉛可以是1#鉛，鉛合金可以為鉛錫、鉛鈣和鉛銻鉻等合金，除鉛以外的金屬含量可按需要調(diào)節(jié)。(4)壓延第(3)步制成的板材可根據(jù)實(shí)際需要經(jīng)過(guò)壓延制成厚度為0. 4 1. Omm 的板材。(5)沖孔經(jīng)過(guò)第(4)步壓延制成的具有一定厚度板材可以根據(jù)不同電池的需要而沖壓出各種形狀和尺寸的孔，以制成適合各種卷繞型鉛酸電池使用的板柵。通過(guò)上述步驟，生產(chǎn)連續(xù)均勻的帶狀碳纖維-鉛合金復(fù)合板材，用來(lái)制作卷繞型鉛酸電池的板柵，其幅寬可以為0.5 1.6m，厚度可以為0.4 1.0mm，長(zhǎng)度可以為IOm 300m。圖1是本發(fā)明制成的碳纖維增強(qiáng)板柵結(jié)構(gòu)圖。圖1中，1’為方孔，2’為經(jīng)線，3’ 為緯線，方孔的大小以及經(jīng)線和緯線的寬度可以按照實(shí)際需要調(diào)節(jié)，方孔的尺寸最大可為 20mmX 10mm,經(jīng)線和緯線的寬度可以在0. 4mm 1. 2mm之間。本發(fā)明通過(guò)碳纖維布高溫脫膠、碳纖維浸漬、碳纖維和金屬鉛及鉛合金在高溫高壓下而制成復(fù)合板材，然后再經(jīng)過(guò)沖壓、壓延及沖孔而制成碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵，其厚度優(yōu)選為0.4 1.0mm，碳纖維的含量?jī)?yōu)選為10% 30% (體積)。經(jīng)檢測(cè)，含30%碳纖維的復(fù)合材料比基體材料的拉伸強(qiáng)度高45%以上，而且碳纖維和鉛合金之間的結(jié)合力很好。實(shí)施例二 碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維(只有經(jīng)線，沒(méi)有緯線)和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于455°C的環(huán)境中烘烤9min，脫除環(huán)氧樹(shù)指。(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，在室溫下，把經(jīng)過(guò)(1)步脫膠的碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中1. 5分鐘，然后將碳纖維布緩慢拉出。(3)熱擠壓成型碳纖維布經(jīng)過(guò)第(2)步浸漬后，與處于高溫高壓下(溫度為 460°C、壓強(qiáng)為MOMpa)的鉛或鉛合金液一起驟冷至200°C以下，擠壓制成厚度為1. Omm的板材。鉛可以是1#鉛，鉛合金可以為鉛錫、鉛鈣和鉛銻鉻等合金，除鉛以外的金屬含量可按需要調(diào)節(jié)。(4)壓延第(3)步制成的板材可根據(jù)實(shí)際需要經(jīng)過(guò)壓延制成厚度為0. 5mm的板材。(5)沖孔經(jīng)過(guò)第(4)步壓延制成的具有一定厚度板材可以根據(jù)不同電池的需要而沖壓出各種形狀和尺寸的孔，以制成適合各種卷繞型鉛酸電池使用的板柵。實(shí)施例三碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維(只有經(jīng)線，沒(méi)有緯線)和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于495°C的環(huán)境中烘烤5min，脫除環(huán)氧樹(shù)指。(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，在室溫下，把經(jīng)過(guò)(1)步脫膠的碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中3分鐘，然后將碳纖維布緩慢拉出。(3)熱擠壓成型碳纖維布經(jīng)過(guò)第(2)步浸漬后，與處于高溫高壓下(溫度為 500°C、壓強(qiáng)為530Mpa)的鉛或鉛合金液一起驟冷至200°C以下，擠壓制成厚度為1. Omm的板材。鉛可以是1#鉛，鉛合金可以為鉛錫、鉛鈣和鉛銻鉻等合金，除鉛以外的金屬含量可按需要調(diào)節(jié)。(4)壓延第(3)步制成的板材可根據(jù)實(shí)際需要經(jīng)過(guò)壓延制成厚度為0. 9mm的板材。(5)沖孔經(jīng)過(guò)第(4)步壓延制成的具有一定厚度板材可以根據(jù)不同電池的需要而沖壓出各種形狀和尺寸的孔，以制成適合各種卷繞型鉛酸電池使用的板柵。實(shí)施例四如圖2、3所示，卷繞式鉛酸電池包括殼體1、端蓋12、正極板7、隔板6、 負(fù)極板8、正極極耳4、正極匯流排13、正極端子2、負(fù)極極耳5、負(fù)極匯流排14、負(fù)極端子3、 電解液、底座9、排氣閥10、卷軸11、端蓋12，殼體1呈兩頭開(kāi)口的圓柱狀，沿其軸向中部裝入卷軸11，正極板7、隔板6、負(fù)極板8按照一定層次疊放后繞卷軸11卷繞數(shù)圈，卷繞后，外圓周壁由隔板6的延伸段包裹并采用夾具固定。電解液充分吸附于正極板、負(fù)極板及隔板。正負(fù)極板分別采用本發(fā)明實(shí)施例一制得的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵，極耳在制造板柵時(shí)一體成型，板柵其經(jīng)過(guò)涂膏后(即碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵分別涂覆正負(fù)極活性物質(zhì)) 制成正、負(fù)極板。正極板7、負(fù)極板8分別對(duì)應(yīng)有正極極耳4、負(fù)極極耳5，正、負(fù)極衛(wèi)4、5分別與匯流排13、14相連，匯流排13、14分別與正、負(fù)極端子2、3焊接。電池水平放置，正、負(fù)極端子2、3分別從殼體1的兩端引出，殼體1的兩端分別封裝一端蓋12，每一端蓋12上還安裝有排氣閥10。殼體1的外壁安裝底座9，用于水平放置電池。以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，依據(jù)本發(fā)明提供的思想，在本發(fā)明具體實(shí)施方式
、應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其特征是按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于 450°C 500°C的環(huán)境中烘烤5 lOmin，脫除環(huán)氧樹(shù)指；(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，把經(jīng)過(guò)第(1)步脫膠的碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中，然后將碳纖維布拉出；(3)熱擠壓成型碳纖維布經(jīng)過(guò)第( 步浸漬后，與處于溫度為450°C 500°C、壓強(qiáng)為 500Mpa 550Mpa的鉛或鉛合金液一起驟冷至200°C以下，擠壓制成板材；(4)壓延第C3)步擠壓而成的板材進(jìn)行壓延，而制成壓延后的板材；(5)沖孔經(jīng)過(guò)第(4)步壓延而成的板材沖壓出孔。
2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其特征是第(2)步中，在室溫下，碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中1-3分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其特征是第C3)步擠壓成的板材厚度為1. Omm。
4.如權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其特征是第(4)步壓延而成的板材厚度為0. 4 1. Omm。
5.如權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法，其特征是所述板柵的幅寬為0. 5 1. 6m,長(zhǎng)度為IOm 300m。
6.卷繞式鉛酸電池，包括殼體、端蓋、正極板、隔板、負(fù)極板、極耳、正極端子、負(fù)極端子、 電解液、排氣閥，其特征在于殼體兩端開(kāi)口，內(nèi)裝一卷軸，正負(fù)極、隔板、負(fù)極板依次層疊后繞所述的卷軸卷繞數(shù)圈，卷繞后外圓周壁由所述隔板的延伸段包裹；所述的正極板、負(fù)極板分別采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)制造方法所制得的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵分別涂覆有正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)而制成；所述的正極板、負(fù)極板分別對(duì)應(yīng)有正極耳、負(fù)極耳，正極耳、負(fù)極耳分別與正極端子、負(fù)極端子相連；所述的殼體水平放置，正極端子、負(fù)極端子分別從殼體的兩端引出；所述端蓋封裝于所述殼體的端部，端蓋上裝有排氣閥；所述的電解液充分吸附于正極板、負(fù)極板和隔板。
7.如權(quán)利要求6所述的卷繞式鉛酸電池，其特征在于所述的正極板和正極極耳、負(fù)極板和負(fù)極極耳分別采用所述碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵一體沖壓而成。
8.如權(quán)利要求6或7所述的卷繞式鉛酸電池，其特征在于所述的正極端子、負(fù)極端子分別焊接于正極極耳、負(fù)極極耳。
9.如權(quán)利要求6所述的卷繞式鉛酸電池，其特征在于所述的殼體外壁裝配一底座。
10.如權(quán)利要求6或7所述的卷繞式鉛酸電池，其特征在于所述的正極耳、負(fù)極耳分別與正極匯流排、負(fù)極匯流排相連，正極匯流排、負(fù)極匯流排分別與所述的正極端子、負(fù)極端子焊接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法及卷繞式鉛酸電池。碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵的制造方法按如下步驟(1)碳纖維布高溫脫膠碳纖維布由單向長(zhǎng)碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂制成，將碳纖維布置于450℃～500℃的環(huán)境中烘烤5～10min，脫除環(huán)氧樹(shù)指；(2)碳纖維浸漬在無(wú)水和惰性氣體保護(hù)中，把碳纖維布浸入液態(tài)的鈉-鉀合金中，然后拉出；(3)熱擠壓成型碳纖維布與處于溫度為450℃～500℃、壓強(qiáng)為500Mpa～550Mpa的鉛或鉛合金液一起驟冷至200℃以下，擠壓制成板材；(4)壓延壓延而成板材；(5)沖孔沖壓出孔。本發(fā)明制成的碳纖維增強(qiáng)鉛合金板柵，拉伸強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、重量輕、耐腐蝕性好等，且單位面積上可以涂覆更多的活性物質(zhì)，使用該板柵制作的卷繞型鉛酸電池具有更高的質(zhì)量比能量和體積比能量。
文檔編號(hào)H01M4/82GK102244268SQ20111014085
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者汪訓(xùn)國(guó) 申請(qǐng)人:杭州中億科技有限公司