CN102903966B

CN102903966B - 密封式铅蓄电池

Info

Publication number: CN102903966B
Application number: CN201210369494.1A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 榑松道男; 佐佐木健浩
Original assignee: Panasonic Storage Battery Shenyang Co Ltd; GS Yuasa International Ltd
Current assignee: Panasonic Storage Battery Shenyang Co Ltd; GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102903966A

Abstract

本发明提供的密封式铅蓄电池包括极板组、电解液、以及容纳该极板组和电解液的电槽，所述极板组包括正极板、负极板以及介于正极板与负极板之间的隔膜，所述正极板包含正极格栅以及涂布在所述正极格栅上的正极铅膏，所述负极板包含负极格栅以及涂布在所述负极格栅上的负极铅膏，其特征在于，所述正极格栅和所述负极格栅中的至少一个为拉网格栅，在所述拉网格栅中，靠近极耳的上部格栅的厚度大于远离极耳的下部格栅的厚度，在所述电槽的底部内表面上设置有加强筋，从而在所述极板组的底端与所述电槽的底部内表面之间形成有储存游离电解液的储液空间。

Description

密封式铅蓄电池

技术领域

本发明涉及一种密封式铅蓄电池，具体来说，涉及通过格栅以及电槽的设计改良，从而提高了放电容量、电池寿命以及防振动性的密封式铅蓄电池。

背景技术

铅蓄电池具有价格低廉、输出稳定、适于大电流放电等优点，因此作为车辆启动、电动车或便携式工具的主电源、备用电源等一直具有广泛的用途。其中，密封式铅蓄电池例如阀控式铅酸蓄电池（VRLA）由于具有免维护、无漏液的优点，正逐渐成为主流。

密封式铅蓄电池主要由电池外壳、极板组、和硫酸电解液组成，极板组由正极板、负极板夹着隔膜层叠而成，电池外壳包括用于容纳该极板组以及电解液的长方形电槽、和对该电槽的开口部进行密封的带有安全阀的盖体。正、负极板均采用涂膏式极板，将铅膏（活性物质）填充在由铅合金制成的合金格栅上而得到。关于铅蓄电池中使用的合金格栅，目前倾向于采用拉网格栅来逐渐代替传统的铸造格栅。

拉网格栅是通过往复式切拉法制成的网状物，在其上部的边框上设置有极耳，相同极性的极耳通过汇流排焊接在一起，连接在铅蓄电池的与外部端子相连的极柱上。由于拉网格栅是通过设置在上部边框的极耳进行集电，因此越往格栅的下部，电流密度越低，电池的反应较为困难。为了提高活性物质的利用效率，希望在格栅的不同部位采取与电流密度成比例的铅量，从而减少格栅整体中的铅合金的用量，此时需要采取上部较厚（即铅含量较多）、下部较薄（即铅含量较少）的格栅设计结构。

但是，上述这样的上部较厚、下部较薄（以下简称为“上厚下薄”）的格栅设计通常使用于开放式的富液电池、例如汽车SLI电池中。在密封式铅蓄电池中，由于存在如下所述的电解液层化现象，这种“上厚下薄”的格栅设计一直未被广泛采用。

在密封式铅蓄电池中，通常采用硫酸作为电解液，根据使用状态的不同，分为吸附在以玻璃纤维为主体的隔膜中的吸附电解液、以及凝胶化的胶体电解液。

吸附电解液是在正极板与负极板之间插入由微细的玻璃纤维制成的隔膜，不仅隔离了正、负极板，且保持了放电所必须的硫酸电解液量。在这样的密封型铅蓄电池中，硫酸的扩散速度较快，是密封型铅蓄电池的主流。但是在这种电池中，伴随着充放电的进行，电解液的比重会在竖直方向发生偏差，高比重的电解液由于重力作用蓄积在电槽的底部，而上部的电解液的比重较低，即容易发生所谓的“电解液的层化现象”。

胶体电解液是将电解液中加入凝胶化剂从而使电解液不流动的方式，此时电解液层化现象不易发生，但与吸附电解液相比，电池性能及电池寿命较差。

在SLI等富液电池中，电解液的量较多，在电槽内循环的自由度高，且汽车的振动使得电池内部的电解液经常发生扰动，因此在电槽上、下部的硫酸比重容易变得均匀。

而密封式铅蓄电池通常是固定的使用状态，受重力影响，电槽下部的电解液的比重容易升高、电槽上部的电解液的比重容易降低，因此电解液的层化现象尤为显著。

如果电槽下部的硫酸比重变高，则格栅底部尤其是正极格栅的底部容易发生腐蚀，且负极板难以被充电，随着充放电的进行，在负极板的下部生成活性物质的放电产物即硫酸铅，造成负极板的劣化、格栅断裂等，由此导致电池的使用寿命缩短、放电容量的快速下降。这就是密封式铅蓄电池中通常不采用“上厚下薄”的格栅设计的原因。

上述的电解液层化现象还限制了密封式铅蓄电池中可以使用的电解液比重的范围，从而限制了电池容量。目前，作为防止电解液层化现象的方法，主要是通过隔膜的改良来加强对电解液的保持力等。例如，专利文献1中公开了一种在极板上设置凸条来压紧正负极板之间的玻璃纤维隔膜、从而提高电解液的保持力的方法。但这种方法需要特意在极板上形成凸条，因而电池的制作较为复杂。

另一方面，关于密封式铅蓄电池中电槽的设计，以往出于防止短路或缓解膨胀应力等目的，提出在极板组与电槽底部之间设置有空隙部。例如，专利文献2中公开了为了防止负极板与正极板在极板组的底部发生内部短路而在电槽内侧边缘设置加强筋，使负极板的底端部搭接在该加强筋上。专利文献3中公开了在电槽底部与极板组的下部之间设置空隙部，通过该空隙部来吸收消化由正极板的膨胀带来的压力。

但密封式铅蓄电池的极板组主要是靠上部的汇流排、极柱等部件而固定在电槽中的，由于电解液少，缺乏对振动的缓冲作用，如果在电槽的下部设置上述那样的空隙部，则在搬运或安装时，更容易因振动使得极耳发生破损，造成集电性下降、电连接不良等情况。为了提高电池的防振动性，专利文献4中公开了在电槽底部的外表面设置橡胶垫以防止振动对电池带来的损害。

但是，现有技术中尚没有提出通过对密封式铅蓄电池的格栅和电槽进行设计改良来同时提高电池寿命、放电容量和耐振动性的技术方案。

参考文献

专利文献1：日本特开平6-124725

专利文献2：日本特开昭59-91675

专利文献3：日本特开昭59-217963

专利文献4：中国实用新型专利CN201156563Y

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种密封式铅蓄电池，其通过对铅蓄电池的格栅和电槽的设计进行改良，能够得到优良的放电容量和寿命和耐振动性。

具体来说，本发明的密封式铅蓄电池包括极板组、电解液、以及容纳该极板组和电解液的电槽，所述极板组包括正极板、负极板以及介于正极板与负极板之间的隔膜，所述正极板包含正极格栅以及涂布在所述正极格栅上的正极铅膏，所述负极板包含负极格栅以及涂布在所述负极格栅上的负极铅膏，其特征在于，

所述正极格栅和所述负极格栅中的至少一个为拉网格栅，在所述拉网格栅中，靠近极耳的上部格栅的厚度大于远离极耳的下部格栅的厚度，

在所述电槽的底部内表面上设置有加强筋，从而在所述极板组的底端与所述电槽的底部内表面之间形成有储存游离电解液的储液空间。

优选地，所述加强筋在所述电槽的底部内表面上从四个顶点开始沿对角线延伸成交叉状，其顶端与所述极板组的底端接触。

优选地，在所述拉网格栅中，构成所述上部格栅的筋条的宽度大于构成所述下部格栅的筋条的宽度。

优选地，在所述拉网格栅中，当规定从靠近极耳的上部边框开始0～30%的区域为上部区域、30%～60%的区域为中部区域、60%～100%的区域为下部区域时，这三个区域中的筋条的宽度按照从上到下的顺序依次减小。

优选地，所述上部区域的筋条宽度与所述下部区域的筋条宽度之比以百分数计为101%-140%的范围，更优选为103%-130%的范围。

优选地，所述加强筋的高度、即所述加强筋从顶端到所述电槽的底部内表面的距离为2mm～8mm，更优选为3mm～7mm。

优选地，所述加强筋的高度在所述四个顶点处为3mm～7mm，且从所述四个顶点开始朝向所述对角线的交叉点逐渐降低，其顶端形成为弧状。

优选地，所述加强筋在所述对角线的交叉点处的高度为所述顶点处的高度的30%～80%。

优选地，所述加强筋是连续或间断地设置的。

优选地，所述电解液是比重为1.34g以上的硫酸电解液。

优选地，当所述加强筋的高度为3mm～7mm时，所述硫酸电解液的比重为1.34g/cm³～1.38g/cm³。

优选地，所述正极格栅和所述负极格栅均为上述拉网格栅。

优选地，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。

根据本发明的密封式铅蓄电池，通过在电槽底部设置加强筋，形成极板组与电槽底部内表面之间的储液空间，避免了电解液的层化现象对电池性能的不利影响，从而能够采用了“上厚下薄”的格栅设计，因此有效地提高了格栅中铅的利用效率，同时可以采用较高比重的电解液，因此能够得到同时具备优良的放电容量、寿命和耐振动性的铅蓄电池。

附图说明

图1.本发明的密封式铅蓄电池中所使用的拉网格栅的示意图，（a）主视图，（b）侧视图。

图2.（a）示意地表示利用冲压模具制作本发明的拉网格栅时的工作状态的图，（b）示意地表示上述冲压模具中动模（上刃）与静模（下刃）的位置关系的俯视图。

图3.上方是示意地表示设置有加强筋的本发明的电槽单元（E-1）、（E-2）、和（E-3）的底部结构的俯视图，下方是各加强筋的侧视图。

图4.示意地表示使用了上述电槽单元（E-1）的单元电池的侧视图。

图5.表示具备多个电槽单元（E-1）的电槽的示意图，（a）俯视图；（b）立体图。

图6.表示具备多个电槽单元（E-2）的电槽的示意图，（a）俯视图；（b）立体图。

图7.示意地表示比较例中的单元电池的结构的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的密封式铅蓄电池进行详细说明。

（拉网格栅）

拉网格栅的极耳一般设置在上部边框（集电部）上，在对铅蓄电池进行充放电时，通过格栅的电流密度在靠近极耳的上部格栅中较大，相反，在离极耳较远的下部格栅中的电流密度较小，特别是放电时电流越大，这个效果越是显著，因此希望在格栅的不同部位使用与电流密度成比例的铅量，即采用上部格栅的厚度大于下部格栅的厚度的所谓“上厚下薄”的格栅设计，以减少格栅整体中铅的使用量，提高活性物质的利用效率。

在汽车用SLI富液电池的开发中，由于汽车的发动机启动时需要大电流通过，因此尤其需要这种设计形状的格子。而密封式铅蓄电池（VRLA）的发展历史比SLI电池要短，而且原来主要是作为备用电源使用的，并未设想大电流通过，因此很少考虑采用这样的格栅设计。随着对密封式铅蓄电池在大电流放电特性方面的要求逐渐增高，希望在VRLA电池等电池中也采用这样的格栅设计，但如前述，由于密封式铅蓄电池所特有的电解液层化现象，“上厚下薄”的格栅设计被认为对电池性能具有不利的影响，会大大缩短电池寿命，因此这一设计并未得到实际的运用。

本发明的特征在于，在密封式铅蓄电池的格栅中采用了“上厚下薄”的格栅设计。“上厚下薄”是指靠近极耳的上部格栅的厚度大于远离极耳的下部格栅的厚度。更具体而言，如果构成靠近极耳的上部格栅的筋条较粗，则格栅整体厚度变厚，格栅中用铅量多；如果构成远离极耳的下部格栅的筋条较细，则格栅整体厚度较薄，格栅中用铅量少。在格栅的制作工序中，由于用于形成筋条的原料铅带的厚度是一致的，因此筋条的厚度也基本相同，影响筋条粗细的主要因素是切拉时形成的筋条宽度，因此，可以用“筋条宽度”来表示筋条的粗细程度，进而表示格栅的厚度。即，在“上厚下薄”的格栅中，构成上部格栅的筋条的宽度大于构成下部格栅的筋条的宽度。

如图1所示，在图1（a）所示的拉网格栅1的主视图中，上部边框3最宽，其上设置有极耳2，此外，下部边框4也比较宽，以确保格栅整体的强度和平整性。对于除此以外的区域中的筋条5，采取了“上厚下薄”的格栅设计，也就是说，上部格栅的筋条宽度要大于下部格栅的筋条宽度。这样的话，可以在格栅的不同部位使用与电流密度成比例的铅量，减少格栅整体中铅的使用量，并提高活性物质的利用效率。

具体而言，当规定从靠近极耳的上部边框开始0～30%的区域为上部区域（A）、30%～60%的区域为中部区域（B）、60%～100%的区域为下部区域（C）时，如图1（b）的侧视图所示，上部筋条的宽度被表示为d_A，中部筋条的宽度被表示为d_B，下部的筋条的宽度被表示为d_C。本发明的特征在于，上部格栅的筋条宽度d_A大于下部格栅的筋条宽度d_C。更优选的是，这三个区域的筋条宽度按照从A到B到C的顺序依次减小。

在上述A、B、C各区域中，筋条宽度可以分别为相同的值，即每个区域中的各筋条的宽度均为d_A、d_B或d_C，各区域中的筋条宽度也可以不相同，例如采取筋条宽度d_A、d_B或d_C分别在各自的区域中从上到下呈阶梯状减少或连续减小的方式。在这种情况下，以各区域中筋条宽度的平均值作为该区域的筋条宽度d_A、d_B或d_C。

本发明中，格栅的上部区域（A）的筋条宽度d_A与下部区域（C）的筋条宽度d_C之比即“d_A/d_C”以百分数计控制在101%～140%的范围内。如果低于101%，则本发明通过“上厚下薄”的格栅设计所取得的效果难以体现，如果高于140%，则格栅的生产性困难，且筋条容易腐蚀或断裂，导致电池寿命和放电容量的降低。优选控制在103%～130%的范围内，更优选在105%～125%的范围内，最优选在110%～120%范围内。

只要上部区域与下部区域的筋条宽度的比例在上述范围内，则对各区域的筋条宽度的具体数值不做任何限制，可以根据本领域的常识和铅蓄电池的类型而适当选择。作为一个优选的具体例，对于上部区域（A）来说，筋条宽度d_A优选为1.5±0.4mm，如果过宽，则筋条有可能露出铅膏的表面，与硫酸接触，容易使格栅腐蚀，造成电池寿命缩短；如果过窄，则有大电流通过时容易熔断、且活性物质难以化成的问题。中部区域（B）的筋条宽度d_B只要介于上部区域与下部区域之间即可，优选为1.4±0.4mm，下部区域（C）的筋条宽度d_C优选为1.3±0.4mm，如果过宽，则格栅的生产性困难，如果过窄，则格栅易腐蚀断裂，且活性物质难以化成。

上述格栅设计可以应用于正极格栅和负极格栅的任一个中。由于铅蓄电池的性能主要由正极板控制，因此，优选在正极板中采用此“上厚下薄”的设计。另一方面，负极上硫酸铅的生成容易导致负极格栅下端的体积膨胀，有可能导致电槽受力过大而破裂。从这个角度出发，优选负极板采用“上厚下薄”的结构。进一步优选正极板与负极板的格栅均选用上述“上厚下薄”的格栅设计。

（拉网格栅的制造方法）

本发明的拉网格栅可以利用冲压模具通过通常的切拉工艺制得。本发明中可以使用的冲压模具包括具有多个齿状上刃的动模和具有多个棱柱状下刃的静模，通过调整动模以及静模中各相邻切割面之间的间距，就可以得到本发明的“上厚下薄”的拉网格栅。

作为原料的铅带可以采用本领域常用的铅合金箔，例如含有Ca和Sn中的至少一种金属的Pb合金箔，就耐腐蚀性和机械强度而言，优选由Pb-Ca-Sn三元合金构成。在使用具有这样合金组成的铅带时，铅蓄电池的寿命特性容易得到改善。

图2（a）示意地表示了利用冲压模具制作本发明的“上厚下薄”的拉网格栅时的工作状态。将原料铅带6沿长度方向（图中的水平箭头方向）送入动模7与静模8之间进行冲压，当动模7的上刃9相对于静模8的下刃10垂直运动而对铅带6进行冲压时，在铅带6上形成多条狭缝，并通过动模7的继续运动而向下方展开。在此次冲压结束后，使铅带6沿长度方向向前移动规定距离，重复上述的步骤，从而在铅带上形成多个菱形网眼。原料铅带的中央部分不被冲压，在后述的裁切工序中被加工为极耳。

如图2（a）所示，动模7在图中右侧的第一个上刃9的形状为梯形，相对于静模8的下刃沿垂直方向（图中上下方向的箭头）向下运动，在铅带上形成第一排的狭缝。由于处于铅带的边缘，因此该狭缝展开幅度较小，形成为格栅的下部边框。从右侧第二个开始的上刃9为三角形状，通过切割在铅带上形成第二排狭缝，第一排狭缝与第二排狭缝之间形成为筋条，两排狭缝之间的距离即为筋条的宽度，该宽度与右侧的第一个上刃与第二个上刃之间的间隙相对应。

如图2（b）的俯视图所示，动模7与静模8相对运动而形成切割面11，相邻上刃9或相邻下刃10之间的间隙即是两个相邻切割面11之间的间距。从图中可以看出，位于图中左侧的相邻切割面之间的间距d_a要大于位于图中右侧的相邻切割面之间的间距d_c，由此一来，在形成的拉网格栅中，上部区域的筋条宽度d_A要大于下部区域的筋条宽度d_C。

本发明中所使用的冲压模具的特征在于，各相邻切割面之间的间距不是等间距的，而是从左到右逐渐减小，与此对应地，由该冲压模具所形成的筋条宽度从上部到下部逐渐变细。由此，通过控制冲压模具的相邻的切割面之间的间距，就能在铅带上形成具有不同的筋条宽度的网状物，从而得到本发明的“上厚下薄”的拉网格栅。

（电槽）

本发明通过采用“上厚下薄”的格栅设计，达到了减少铅用量，提高活性物质利用率的初始目的。但是，这种设计带来的问题就是格栅的下端容易发生腐蚀。为了避免由电解液的层化现象引起的格栅下端腐蚀的问题，本发明者们在铅蓄电池的电槽底部设置了加强筋，从而整体提升了极板组，避免格栅底端与储存在电槽底部的高比重的电解液的接触。

如图3所示，本发明者们在电槽单元（E-1）、（E-2）和（E-3）的底部内表面上分别以三种不同的设计方式设置了加强筋14，其中，（E-1）的加强筋采用的是SLI电池中经常采用的与电槽的一个底边平行的排列方式，这种排列方式比较简单，极板组的底端可以稳定地搭接在加强筋的顶端上表面，从而在极板组的底端与电槽底部内表面之间形成一定的储液空间。但在这种情况下，只能将极板组以与加强筋相互垂直的方向装入，电槽设计的自由度较低。

而在（E-2）和（E-3）的设计方式中，加强筋14是从电槽底部的四个顶点开始沿对角线向中间延伸地设置而成的交叉形状。这种设计方式与上述（E-1）的设计相比具有明显的优点，不仅加强筋的稳定性要强，节省材料用量，而且设计自由度大大提高，无论极板组怎么装入，都可以稳定地搭接在加强筋上，从而解决了电极的放置的方向性的限制。

在上述任一种设计方式中，加强筋14在其长度方向都可以连续地设置，也可以间断地设置，当连续设置时，稳定性较强，对电池的耐振动性有好处，当间断设置时，储存于电槽底部的游离电解液对流的自由度较大，对电极反应的均匀性、提高电池容量有好处。

加强筋的高度即加强筋的顶端到电槽的底部内表面的距离根据所使用的极板组和电槽的尺寸而定，对于通常所使用的VRLA来说，例如适宜为2mm～8mm。从电池容量以及电池寿命的平衡性角度出发，优选为3mm～7mm。如果加强筋过高，则极板组与储存在电槽底部的硫酸的接触面积减少，导致吸附在极板组中的电解液量减少，反而不利于电池容量和寿命特性，如果加强筋的高度过低，则不能与极板组的底端稳定地接触，电池的耐振动性能变差。

如图3中的下方的侧视图所示，在（E-1）和（E-2）的设计中，加强筋14的顶端为水平直线状，表明加强筋的高度处处相等。但加强筋的高度也可以不是处处相等，例如如（E-3）所示，加强筋的高度从所述电槽的四个顶点开始朝向对角线的交叉点而逐渐降低，其顶端形成为弧状，此时，只要将其最高处（顶点处）的高度限定为2mm～8mm即可，优选为3mm～7mm。在这种设计中，储存于电槽底部的游离电解液的对流较为有利，电解液的比重容易均匀，对电极反应的均匀性、提高电池容量有好处，因此更为优选。更优选地，所述加强筋在对角线的交叉点处的高度为在所述顶点处的高度的30%～80%，这样可以兼顾电解液的对流和极板组的稳定性。

另外，由于通过设置加强筋而在电槽底部形成一定的储液空间，这部分空间中的游离硫酸可以被极板组充分吸附，因此不仅有利于延长电池寿命，还能够提高电池容量。

此外，密封式的铅蓄电池与液式蓄电池相比，由于电解液较少，因此耐振动性较差。本发明通过在极板组底端与电槽底部内表面之间设置加强筋，使极板组的底端搭接在该加强筋上，在电槽底部形成一定的储液空间，因此，还可以使电池的耐振动性得以改善。

在上述的加强筋的具体设置方式的示例中，以长方形的电槽为例进行了说明，但本发明不限于此。只要通过设置加强筋能够在电槽底部形成一定的储液空间，就包含在本发明的范围内。电槽形状也可以是长方形或正方形以外的其他形状，此时需要对加强筋的设置方式进行适当调整。

（电解液）

本发明的密封式铅蓄电池的电解液可以采用铅蓄电池领域中常用的硫酸溶液，没有特别的限制。阀控式铅蓄电池中通常采用比重为1.30～1.33g/cm³的硫酸。本发明者们发现，通过设置加强筋，可以有效避免格栅下部的腐蚀问题，因此，本发明可以采用比以往的比重更高的硫酸。具体来说，在本发明中，通过在电槽底部设置加强筋，可以采用比重为1.33g/cm³以上的硫酸，优选采用比重为1.34g/cm³以上的硫酸，因此大大改善了电池的放电容量特性。另一方面，过高的硫酸比重会增加对格栅的腐蚀，因此，优选将硫酸比重控制在1.40g/cm³以下。

本发明者们发现，加强筋的高度、硫酸比重与电池容量、寿命特性之间具有一定的平衡关系。特别是，当加强筋的高度为3mm～7mm时，优选使用比重为1.34～1.38g/cm³的硫酸，此时可以达到电池寿命与容量的最佳平衡点。更优选的硫酸比重范围为1.35～1.37g/cm³。

对造成上述现象的原因还不是很清楚，但据推测，可以认为通过适当调整加强筋的高度，使得格栅底部的较粗的边框恰好与电槽底部较浓的电解液接触，由于边框较粗不易腐蚀，同时高比重的硫酸提高了格栅边框处的电流密度，因而可以提高电池容量，这样一来，电池寿命与电池容量可以达到较好的平衡。

也就是说，本发明者们克服了密封式铅蓄电池中“电解液的层化现象”会对电池性能带来不利影响的传统偏见，通过设置加强筋，有效地利用了这一现象，不仅可以采用上厚下薄的格栅设计，而且可以并使用较高比重的电解液，从而在不降低电池寿命的前提下，进一步提高了电池容量。

具体而言，通过在极板组与电槽底部之间设置加强筋，提升了极板组的高度，避免了由电解液层化现象引起的格栅下端易腐蚀、负极板底部发生膨胀等问题，因此能够采用上厚下薄的格栅设计，减少了铅的使用量，并确保电池寿命不降低。进而，由于在电槽底部形成有储液空间，比重高的硫酸不与极板组底端直接接触，因此可以采用较高比重的硫酸作为电解液，同时在电池使用过程中将该空间中的电解液补充供应给极板组，因此进一步提高了电池的容量。另外，通过设置在电槽底部的加强筋，还提高了电池的耐振动性，得到了同时具备优良的放电容量、电池寿命和耐振动性的密封式铅蓄电池。

（铅蓄电池）

本发明的密封式铅蓄电池主要由电池外壳、极板组、硫酸电解液组成，极板组由正极板、负极板夹着隔膜层叠而成，电池外壳包括容纳该极板组以及电解液的电槽、和对该电槽的开口部进行密封的带有安全阀的盖体。正负极板均采用涂膏式极板，将铅膏（活性物质）填充在铅合金制成的合金格栅上而得到。

除了采用本发明的格栅、电槽以外，本发明的密封式铅酸电池可以通过以往常用的制造方法来制备。具体来说，首先，在本发明的上述拉网格栅上进行铅膏填充。作为活性物质的铅膏是在由60~90质量%的氧化铅与40~10质量%的金属铅构成的铅粉中，加入水和硫酸进行混炼而成的。铅膏可以从网状物的一面进行填充，也可以从网状物的正反两面进行填充，经熟化、干燥后形成本发明的极板。

如图4所示，将多个正极板、多个负极板隔着玻璃纤维隔膜层叠而成的极板组12放入一个电槽单元13中，使极板组12的底端搭接在电槽底部的加强筋14上，形成为一个单元电池。在图4中，加强筋14采用了（E-1）的排列方式，当然也可以采取（E-2）或（E-3）的排列方式。图5和图6分别示出了具备多个电槽单元13的电槽的示意图。图5中加强筋14采用（E-1）的排列方式，图6中加强筋14采用（E-2）或（E-3）的排列方式。

首先，在各图示的电槽单元中放置极板组，然后，在电槽上部的开口处安装内置有安全阀的电池中盖，将电槽的两侧端部的正极柱及负极柱分别与设于电池中盖上的正极端子以及负极端子连接，并将电槽与中盖用粘结剂粘结。然后向电槽中注入电解液，注液后，将电池上盖与电槽及中盖密封固定，从而形成本发明的铅蓄电池。

本发明的铅蓄电池由于在极板格栅中采用了上厚下薄的设计，且在电槽底部设置了加强筋，因此可以采用高浓度的硫酸电解液，避免了电解液层化现象对格栅底部的腐蚀，不仅电池整体的防振动性增加，而且得到了优良的放电容量和寿命特性。

实施例

下面，利用实施例和比较例来详细说明本发明，但本发明并不限于这些具体例子。

实施例1：

将原料铅带送入本发明的冲压模具中，上下反复冲压铅带制成网状片，然后对得到的网状片进行整形，并填充正极铅膏或负极铅膏。将填充有铅膏的网状物切断为规定的形状和尺寸，熟化干燥后形成本发明的正极板（纵：121mm，横：139mm，厚：3.3mm）和负极板（纵：119mm，横：139mm，厚：2.1mm）。

在上述冲压工序中，调整冲压模具的各相邻切割面之间的间距，从而将拉网格栅在不同区域中的筋条宽度设定为合适的值。在本实施例中，正极格栅上部的筋条宽度为1.5mm，下部为1.3mm，上部与下部的宽度比例为115%，负极格栅上部的筋条宽度为1.0mm，下部格栅的筋条宽度为0.85mm，上部与下部的宽度比例为118%。

然后，将8片正极板与7片负极板隔着以玻璃纤维为主体的隔膜交互地层叠，形成极板组。然后，将极板组收纳于各电槽单元中，使得极板组的底端正好搭接在电槽底部设置的加强筋上。在本实施例中，电槽单元的底部设置了E-2型的加强筋，加强筋的高度为2mm。

此后，向电槽中注入适量的电解液，然后在电槽的开口部安装中盖和上盖并进行密封，化成处理后得到电池容量为100Ah的VRLA型铅蓄电池。

此时硫酸的比重为1.360g/cm³，是通过解析实测的数值。

实施例2:

除了将加强筋的高度改为3mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例3:

除了将加强筋的高度改为4mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例4:

除了将加强筋的高度改为5mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例5:

除了将加强筋的高度改为6mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例6

除了将加强筋的高度改为7mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例7

除了将加强筋的高度改为8mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例8

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.33g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例9

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.34g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例10

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.35g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例11

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.37g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例12

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.38g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例13

除了将加强筋的高度改为5mm、并将硫酸的比重改为1.39g/cm³以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例14

除了在电槽单元的底部设置E-3型的加强筋、并将加强筋的高度改为5mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例15

除了在电槽单元的底部设置E-1型的加强筋、并将加强筋的高度改为5mm以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例16

调整冲压模具中相邻切割面之间的间距，从而使正极格栅中上部的筋条宽度为1.45mm，下部为1.41mm，上部与下部的宽度比例为103%；使负极格栅中上部的筋条宽度为0.95mm，下部为0.92mm，上部与下部的宽度比例为103%。另外，将加强筋的高度改为5mm，除此以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例17

调整冲压模具中相邻切割面之间的间距，从而使正极格栅中上部的筋条宽度为1.5mm，下部为1.15mm，上部与下部的宽度比例为130%；使负极格栅中上部的筋条宽度为0.95mm，下部为0.73mm，上部与下部的宽度比例为130%。另外，将加强筋的高度改为5mm，除此以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例18

调整冲压模具中相邻切割面之间的间距，从而使正极格栅中上部的筋条宽度为1.5mm，下部为1.49mm，上部与下部的宽度比例为101%；使负极格栅中上部的筋条宽度为0.95mm，下部为0.94mm，上部与下部的宽度比例为101%。另外，将加强筋的高度改为5mm，除此以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

实施例19

调整冲压模具中相邻切割面之间的间距，从而使正极格栅中上部的筋条宽度为1.5mm，下部为1.1mm，上部与下部的宽度比例为135%；使负极格栅中上部的筋条宽度为0.95mm，下部为0.7mm，上部与下部的宽度比例为135%。另外，将加强筋的高度改为5mm，除此以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

比较例1

除了不在电槽底部设置加强筋、使极板组的底端直接与电槽底部接触以外，与实施例1相同地制作了VRLA型铅蓄电池。其中，电槽的设计参见图7（A）。

比较例2

除了不在电槽底部设置加强筋、将单元电池以极板组的底端距离电槽底部内表面悬空5mm的方式设置在电槽内（参见图7（B））以外，与实施例1相同地制作了VRLA型铅蓄电池。

比较例3

除了不在电槽底部设置加强筋、在极板组的底端设置PVC垫块15（参见图7（C））以外，与实施例1相同地制作了VRLA型铅蓄电池。

比较例4

调整冲压模具中相邻切割面之间的间距，从而使正极格栅中上部的筋条宽度为1.4mm，下部为1.4mm，上部与下部的宽度比例为100%；使负极格栅中上部的筋条宽度为0.95mm，下部为0.95mm，上部与下部的宽度比例为100%。另外，将加强筋的高度改为5mm，除此以外，与实施例1相同地制作VRLA型铅蓄电池。

对上述实施例1～19、比较例1～4中得到的各铅蓄电池，在下述条件下进行了电池性能的评价测试。

（一）放电容量的评价

对满充电状态的电池，在25±2℃的环境温度下进行放电电流为0.25C的恒流放电，在放电终止电压为10.5V/cell（单电池）时结束放电，记录各电池的放电时间（单位为分钟），根据放电时间，以下述标准来评价电池的放电容量。

◎：220分钟以上

○-◎：210～220分钟

○：200～210分钟

○-△：190～200分钟

△：180～190分钟

×：180分钟以下

（二）电池寿命的评价：

（1）初期容量C₀的测定：

首先，对满充电状态的电池，在25±2℃的环境温度下进行放电电流为0.25C的恒流放电，在放电终止电压为1.75V/cell时结束放电，记录电池的放电时间h₀，按以下公式得到初期容量C₀：

初期容量C₀=放电电流（I）×放电时间（h₀）

（2）恢复充电：

对上述测定后的电池，在25±2℃的环境温度下进行充电电压为2.275V/cell的恒压充电，最大充电电流为0.4C，充电6～16个小时，达到满充电状态。

（3）高温涓流充电：

将上述电池放进60±2℃的恒温箱，进行充电电压为2.275V/cell的恒压充电，持续充电3周。

（4）放电容量C的测定：

将上述电池从恒温箱中取出，在25±2℃的环境下放置12～25小时后，进行与（1）相同条件下的放电，测定此时的放电时间h，按以下公式得到放电容量C，将此过程作为一个充放电循环。

放电容量C=放电电流（I）×放电时间（h）

（5）反复进行上述（2）～（4）的步骤，当计算得到的放电容量C低于初期容量C₀的50%时，结束试验，根据进行的充放电循环次数来评价电池的寿命特性。

◎：13次以上

○-◎：12次

○：11次

○-△：10次

△：9次

×：8次以下

（三）振动耐性的评价

（1）实验对象和环境：

对在30天以内制造的上述新品电池，在没有特别指定的情况下，在温度15～35℃，相对湿度25～75%的条件下进行评价。

（2）实验步骤：

对上述电池充电，测定其静特性，测定项目包括开路电压、内阻、质量。然后，利用振动试验机在以下的条件下对电池施加振动，结束后再次测定电池的静特性，包括端子电压、判断有无短路、断路，并观察电池的外观，确认有无变形、破损或漏液，然后按照上述相同的方法测定放电容量。

振动的条件：

（a）、振动方向水平和垂直

（b）、全振幅 4mm

（c）、振动数 16.7Hz

（d）、振动时间连续1个小时

（e）、电池的姿势直立状态

(3)评价标准

◎：放电时间为220分钟以上，外观无变化。

○-◎：放电时间为210～220分钟以上，外观无变化

○：放电时间为200～210分钟，外观无变化。

○-△：放电时间为190～200分钟，外观无变化

△：放电时间为180～190分钟，外观无变化

×：放电时间为180分钟以下，外观发生变形，发生漏液、短路或断路

将上述得到的各蓄电池的各项参数及各项测试结果汇总后示于下表1。

表1

根据表1的结果可知，在比较例1中，虽然采用了“上厚下薄”的格栅设计，但没有在电槽底部设置有加强筋，极板组的底端直接与电槽底面接触，此时电槽底部的高浓度的硫酸对格栅有腐蚀，因此电池的寿命特性较差。在比较例2中，也采用了“上厚下薄”的格栅设计，但没有在电槽底部设置有加强筋，极板组底端悬空而不与电槽底面接触，此时电池的寿命特性较好，但耐振动性差。在比较例3中，也采用了“上厚下薄”的格栅设计，并且在极板组的底端设置垫块，此时电池的耐振动性较好，但寿命特性较差。在比较例4中，虽然在电槽底部设置了加强筋，但没有采用“上厚下薄”的格栅设计，因此电池的放电容量和寿命特性不理想。

与比较例1～4相比，本发明的采用了“上厚下薄”的格栅设计且在电槽底部设置有加强筋的实施例1～19的电池，在放电容量、寿命特性以及耐振动性方面均取得了显著的提高。尤其是，采用了E-2和E-3的电槽设计的实施例1～14、16～19相对于采用了E-1的电槽设计的实施例15，在设计自由度方面还具有优越性。

另外，在将加强筋高度限定为3～7mm、且采用了比重为1.34～1.38g/cm³的硫酸的实施例2～6、9～12、14～17的电池在放电容量、寿命特性方面取得了良好的平衡，且具有优良的耐振动性。

Claims

1.一种密封式铅蓄电池，其包括极板组、电解液、以及容纳该极板组和电解液的电槽，所述极板组包括正极板、负极板以及介于正极板与负极板之间的隔膜，所述正极板包含正极格栅以及涂布在所述正极格栅上的正极铅膏，所述负极板包含负极格栅以及涂布在所述负极格栅上的负极铅膏，其特征在于，

在所述电槽的底部内表面上设置有加强筋，从而在所述极板组的底端与所述电槽的底部内表面之间形成有储存游离电解液的储液空间，

所述加强筋在所述电槽的底部内表面上从四个顶点开始沿对角线延伸成交叉状，其顶端与所述极板组的底端接触，

所述加强筋的高度在所述四个顶点处为2mm～8mm，且从所述四个顶点开始朝向所述对角线的交叉点逐渐降低，其顶端形成为弧状。

2.根据权利要求1所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，在所述拉网格栅中，构成所述上部格栅的筋条的宽度大于构成所述下部格栅的筋条的宽度。

3.根据权利要求2所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，在所述拉网格栅中，当规定从靠近极耳的上部边框开始0～30％的区域为上部区域、30％～60％的区域为中部区域、60％～100％的区域为下部区域时，这三个区域中的筋条的宽度按照从上到下的顺序依次减小。

4.根据权利要求3所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述上部区域的筋条宽度与所述下部区域的筋条宽度之比以百分数计为101％-140％的范围。

5.根据权利要求3所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述上部区域的筋条宽度与所述下部区域的筋条宽度之比以百分数计为103％-130％的范围。

6.根据权利要求1所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述加强筋在所述对角线的交叉点处的高度为所述顶点处的高度的30％～80％。

7.根据权利要求1或2所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述加强筋是连续或间断地设置的。

8.根据权利要求1或2所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述电解液是浓度为1.34g/cm³以上的硫酸电解液。

9.根据权利要求8所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述硫酸电解液的浓度为1.34g/cm³～1.38g/cm³。

10.根据权利要求1或2所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述正极格栅和所述负极格栅均为权利要求1中所述的拉网格栅。

11.根据权利要求1或2所述的密封式铅蓄电池，其特征在于，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。