CN102569902B - 高铅离子能电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高铅离子能电池，属于电池技术领域。它解决了现有的蓄电池能量密度小、使用寿命短的问题。本高铅离子能电池包括内部具有腔体的壳体、设置于腔体内的电池内芯和电解液以及内端分别与电池内芯连接的正极柱和负极柱，正极柱和负极柱的外端均伸出壳体，壳体上还设置有进气件，进气件能连通上述腔体与壳体外侧。本高铅离子能电池具有能量密度大、能量消耗少、使用寿命长等优点。

Description

高铅离子能电池

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种高铅离子能电池。

背景技术

电池是一种能将化学能转化为电能进行储存且在适当的时候予以释放的电气化学设备，而蓄电池就是电池中的一种，当其在放电到一定程度后，经过充电又能复原续用，目前被广泛使用于各个领域。但是，蓄电池的电压等级较低，在使用时往往需要将多个蓄电池串联使用，如使用普通的外接方式，则存在使用安全性与稳定性不高的问题。

针对以上问题，人们设计了一种内连接方形塑壳蓄电池，并申请了中国专利，【其申请号为：200910043206.1；其公开号为：CN101587965A】，该蓄电池包括内部通过塑料隔板隔开至少两个内芯室的方形塑料壳体以及由矩形极板叠片组装而成的单体电池内芯，单体电池内芯分别设置于上述内芯室内且内芯室内注入电解液，而电池内芯中正负极板之间还叠放有一隔板。单体电池内芯的正极极耳和负极极耳分别位于该单体电池内芯的相对两侧，且相邻的两个单体电池内芯可通过密封连接于塑料隔板上的密封导电连接器在塑料壳体内完成串联，保证了电池串联的安全性与稳定性。

但是，该蓄电池仍存在一些不足：

1、该蓄电池在使用过程中因极板上的孔隙较小，电解液张力较大，内芯室内的压力较低，导致电解液无法深入极板中，其与极板上的活性物质之间的反应仅仅停留在极板表面，反应效率较低，进而导致电池的能量密度(wh/kg)偏小。

2、该蓄电池虽然通过将正极极耳以及负极极耳分别设置于单体电池内芯的两侧来使极板上的电流分布更加均匀，提高了反应率，但其极耳均为板状，整体质量也较大，导致电池的能量密度虽有提升，但很有限。

3、蓄电池在放电时，其负极的金属铅会被氧化为硫酸铅，其正极的二氧化铅也被还原为硫酸铅，蓄电池充电时则反之，即在蓄电池的充放电过程中，极板上物质的体积会发生变化，当体积变大时会导致电池内芯发生膨胀形变，而体积恢复时则需要靠电池内芯中隔板的弹性来进行恢复，但隔板弹力有限，当蓄电池长期使用时，容易使得电池内芯形变后无法恢复，进而导致电池内芯中的部分极板因正负极板的距离较大而无法有效反应，造成蓄电池容量衰减的情况。

4、为保证电池内芯膨胀时，正负极板之间不会发生短路，现有蓄电池的隔板往往较厚，从而导致蓄电池的内阻较大，能量密度偏小。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种能量密度大且使用寿命长的高铅离子能电池。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高铅离子能电池，包括内部具有腔体的壳体、设置于腔体内的电池内芯和电解液以及内端分别与上述电池内芯连接的正极柱和负极柱，所述的正极柱和负极柱的外端均伸出壳体，其特征在于，所述的壳体上还设置有进气件，所述的进气件能连通上述腔体与壳体外侧。

本高铅离子能电池在生产完成并进行初次充电后，开启壳体上的进气件以连通腔体和壳体外侧，通过进气件可向壳体内注入气体(空气、惰性气体、二氧化碳等不能直接参与蓄电池化学反应的气体)，增大壳体内的气压，缓解电解液的张力，使电解液能深入到电池内芯中去，进行更全面的反应，提高蓄电池的能量密度。

在上述的高铅离子能电池中，所述的腔体内电池内芯处还设置有一能在电池内芯发生形变后使其恢复的弹性件。通过弹性件可在电池内芯发生形变时将其恢复到初始状态，避免出现因正极板与负极板之间距离过大而无法完全参与反应的情况出现。

在上述的高铅离子能电池中，所述的弹性件包括数个套设于上述电池内芯上的呈环状的弹性件一。环状的弹性件一作用于电池内芯上发生形变的侧部，使其在形变后能恢复到初始状态，同理，这里的弹性件一也可采用单一的筒状结构，并根据需要在筒状本体上开设相应的槽或孔。

在上述的高铅离子能电池中，所述的弹性件包括设置于上述电池内芯上发生形变的侧面处的弹性件二，所述的弹性件二的一端与上述电池内芯的侧面相抵触，另一端与上述壳体的内壁相抵触。

在上述的高铅离子能电池中，所述的电池内芯还包括设置于其外侧的采用绝缘材料制成的固定件。通过设置于电池内芯外侧的固定件可在电池内芯膨胀及收缩时保证其平整不变形。

在上述的高铅离子能电池中，所述的电池内芯呈方形，包括依次交替叠放的若干块负极板与正极板，相邻的正极板与负极板之间还设有一采用绝缘材料制成的隔板，所述的正极板与负极板的一端还分别具有一呈片状的极耳，且正极板的极耳与负极板的极耳分设上述电池内芯的两侧，所述的若干块正极板的极耳和负极板的极耳分别通过一条状的汇流排连接到上述正极柱与负极柱处。相对于现有技术中将极耳设计成板状以作为极板的一部分，本高铅离子能电池将极耳设计为体积与质量较小的片状，进一步提高了电池的能量密度(wh/kg)。

在上述的高铅离子能电池中，所述的若干块正极板的极耳相互对应设置，所述的若干块负极板的极耳相互对应设置，且正极板的极耳位置与负极板的极耳位置为交错设置。正极板与负极板上的极耳位置分别对应设置可减少用于连接其的汇流排的大小，而正极板与负极板的极耳交错设置，即设置于电池内芯的两对角可使极板上的电流分布得更加均匀。

在上述的高铅离子能电池中，所述的正极板与负极板均包括导电板栅以及涂填在导电板栅上的活性物质，所述的导电板栅包括呈“井”字型连接的若干筋条，沿上述正极板与负极板的极耳设置方向的筋条的截面直径大于另一方向的筋条直径。沿正极板与负极板的极耳设置方向的筋条较粗可减少两者之间的电阻，从而减少蓄电池的内阻。

在上述的高铅离子能电池中，所述的壳体上还设置有能在其内部腔体中气压大于特定值时开启的安全阀。电池内芯处发生化学反应时会释放出气体，当气压过大时，通过开启安全阀可将多余的气体放出，当气压回复到临界值以下时，安全阀关闭。

在上述的高铅离子能电池中，所述的腔体包括数个相互独立的次级腔体，各个次级腔体中均设置有一电池内芯，且对应各个次级腔体的壳体上还各设置有一进气件与安全阀。因单体电池内芯的电压等级较低，本高铅离子能电池中设置多个电池内芯，各个电池内芯可在壳体内或外部串联以方便用户的使用。

在上述的高铅离子能电池中，所述的壳体包括一主体以及密封连接于主体上侧的盖体，所述的进气件和安全阀均设置于上述盖体上。

在上述的高铅离子能电池中，所述的进气件为能连通或截断上述腔体与壳体外侧的阀门。这里，阀门可为止回阀或截止阀等阀门。

与现有技术相比，本高铅离子能电池具有以下优点：

1、通过设置于电池壳体上的进气件可在电池生产完成后向壳体内充气，提升腔体内的压力，缓解电解液的张力，促使腔体中的电解液进入到极板的孔隙中以进行深层的反应，是本高铅离子能电池的反应率高，电池的能量密度大。

2、电池内芯处设置固定件以及弹性件，可保证电池内芯膨胀变形时正负极板不变形且在反应结束后使电池内芯回复到初始状态，保证其的正常工作，提供了电池的使用寿命。

3、电池内芯处正极板与负极板的极耳呈片状，在保证其正常工作的同时降低了其重量，提高了电池的能量密度，而正极板的极耳与负极板的极耳呈对角设置，可使导电板栅上的电流分布更加均匀，化学反应更充分。

4、正极板与负极板的极耳设置方向上的筋条相对于另一方向的筋条较粗，可在该方向上减小电阻，即减少电池的内阻，减少电池不必要的能量消耗。

附图说明

图1是本高铅离子能电池的内部结构示意图。

图2是本高铅离子能电池另一视角的剖视结构示意图。

图3是本高铅离子能电池中导电板栅的结构示意图。

图中，1、壳体；1a、腔体；1b、主体；1c、盖体；2、电池内芯；2a、负极板；2b、正极板；2c、隔板；3、正极柱；4、负极柱；5、进气件；6、弹性件；7、固定件；8、极耳；9、汇流排；10、导电板栅；10a、筋条；11、安全阀。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本高铅离子能电池包括内部具有腔体1a的壳体1、均设置于腔体1a内的电池内芯2与电解液、正极柱3与负极柱4以及设置于壳体1上的进气件5和安全阀11。正极柱3与负极柱4的内端均与电池内芯2相连接，其外端伸出壳体1。在本实施例中，壳体1包括主体1b以及与主体1b密封连接的盖体1c，进气件5和安全阀11均设置于盖体1c上；壳体1内的腔体1a包括六个相互独立的次级腔体，各个次级腔体内均设有一电池内芯2，与各个次级腔体对应的壳体1上分别设有一进气件5与安全阀11；进气件5为一能开启与截止的阀门，如止回阀与截止阀等。而使用本高铅离子能电池时，可将各个次级腔体内的电池内芯2上伸出壳体1的正极柱3与负极柱4对应串联以满足用户的使用。

电池内芯2呈方形，包括数块交替叠放的负极板2a和正极板2b，相邻的负极板2a与正极板2b之间还设置有一绝缘材料制成的隔板2c。这里，负极板2a的数量比正极板2b的数量多一块，即电池内芯2两侧的极板均为负极板2a。数块正极板2b一端的对应位置均具有一片状的极耳8，数块负极板2a上与正极板2b相反方向的一端均具有一片状的极耳8，即正极板2b与负极板2a的极耳8分设于上述电池内芯2的两侧，且两部分极板的极耳8呈对角地设置与上述电池内芯2上。正极板2b的极耳8与负极板2a的极耳8分别通过一条状汇流排9连接至正极柱3与负极柱4的内端。

电池内芯2还包括设置于正极板2b与负极板2a外侧的采用绝缘材料制成的固定件7，固定件7外侧还设置有一能在电池内芯2发生形变后使其恢复的弹性件6。这里，固定件7采用环氧树脂制成，弹性件6则为数个套设于固定件7外侧的橡皮筋，该橡皮筋的内侧面与固定件7的外侧面紧密抵触。

如图3所示，正极板2b与负极板2a均包括一导电板栅10以及涂填在导电板栅10上的活性物质，而导电板栅10则包括呈“井”字型连接的若干条筋条10a，其中，沿正极板2b与负极板2a的极耳8设置方向的筋条10a的截面直径大于另一方向的筋条10a直径。

本高铅离子能电池在生产完成并进行初次充电后，可将电池内多余的电解液倒出，盖上安全阀11，再开启进气件5，通过进气件5向电池的各个次级腔体内充气(空气、惰性气体、二氧化碳等不能直接参与蓄电池化学反应的气体)，提升次级腔体内的气压，缓解电解液的张力，使其深入到极板的孔隙中，进行充分的反应。

当电池内进行化学反应而使其内部反应物质的体积增大时，电池内芯2克服橡皮筋的弹力向外膨胀变形，此时，固定件7能保证极板平整不变形。当电池进行反向反应而使其内部的反应物质体积恢复时，电池内芯2受到橡皮筋的作用力而恢复到初始状态，从而保证了其正常工作状态。

在电池内进行化学反应时，会产生一些气体，当电池内的气压高于特定值时，安全阀11开启，释放气体；当气压低于特定值时，安全阀11重新关闭。这里，因本高铅离子能电池内通过进气件5充气，气压相对于现有的蓄电池较高，所以，安全阀11的开启压力比普通蓄电池的压力大很多，国家标准为10kPa～49kPa，本高铅离子能电池的安全阀11的开启压力可远大于普通的安全阀11。

此外，上述的弹性件6也可采用其他技术方案，如采用单一的筒状结构，并根据需要在筒状本体上开设相应的槽或孔或者采用数个塑料弹簧，分别设置于上述电池内芯2上发生形变的侧面处，其一端与电池内芯2上固定板的外侧面相抵触，另一端与壳体1的内壁相抵触。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种高铅离子能电池，包括内部具有腔体（1a）的壳体（1）、设置于腔体（1a）内的电池内芯（2）和电解液以及内端分别与上述电池内芯（2）连接的正极柱（3）和负极柱（4），所述的正极柱（3）和负极柱（4）的外端均伸出壳体（1），其特征在于，所述的壳体（1）上还设置有进气件（5），所述的进气件（5）能连通上述腔体（1a）与壳体（1）外侧，且通过其能向壳体（1）内注入气体以增大壳体（1）内的气压。

2.根据权利要求1所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的腔体（1a）内电池内芯（2）处还设置有一能在电池内芯（2）发生形变后使其恢复的弹性件（6）。

3.根据权利要求2所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的弹性件（6）包括数个套设于上述电池内芯（2）上的呈环状的橡皮筋。

4.根据权利要求2所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的弹性件（6）包括设置于上述电池内芯（2）上发生形变的侧面处的塑料弹簧，所述的塑料弹簧的一端与上述电池内芯（2）的侧面相抵触，另一端与上述壳体（1）的内壁相抵触。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的电池内芯（2）还包括设置于其外侧的采用绝缘材料制成的固定件（7）。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的电池内芯（2）呈方形，包括依次交替叠放的若干块负极板（2a）与正极板（2b），相邻的正极板（2b）与负极板（2a）之间还设有一采用绝缘材料制成的隔板（2c），所述的正极板（2b）与负极板（2a）的一端还分别具有一呈片状的极耳（8），且正极板（2b）的极耳（8）与负极板（2a）的极耳（8）分设上述电池内芯（2）的两侧，所述的若干块正极板（2b）的极耳（8）和负极板（2a）的极耳（8）分别通过一条状的汇流排（9）连接到上述正极柱（3）与负极柱（4）处。

7.根据权利要求6所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的若干块正极板（2b）的极耳（8）相互对应设置，所述的若干块负极板（2a）的极耳（8）相互对应设置，且正极板（2b）的极耳（8）位置与负极板（2a）的极耳（8）位置为交错设置。

8.根据权利要求7所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的正极板（2b）与负极板（2a）均包括导电板栅（10）以及涂填在导电板栅（10）上的活性物质，所述的导电板栅（10）包括呈“井”字型连接的若干筋条（10a），沿上述正极板（2b）与负极板（2a）的极耳（8）设置方向的筋条（10a）的截面直径大于另一方向的筋条（10a）直径。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的壳体（1）上还设置有能在其内部腔体（1a）中气压大于特定值时开启的安全阀（11）。

10.根据权利要求9所述的高铅离子能电池，其特征在于，所述的壳体（1）包括一主体（1b）以及密封连接于主体（1b）上侧的盖体（1c），所述的进气件（5）和安全阀（11）均设置于上述盖体（1c）上。

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