CN102931415B - 一种铅酸蓄电池复合板栅以及极板和电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铅酸蓄电池复合板栅，由相互叠置的铅板栅和导电聚合物板栅构成。本发明还公开一种铅酸蓄电池极板，包括板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层，其特征在于，所述的板栅为上述的铅酸蓄电池板栅。本发明还公开一种铅酸蓄电池，包括极板，所述的极板包括上述的铅酸蓄电池板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层。本发明通过铅板栅与导电聚合物板栅的复合，实现铅板栅和导电聚合物板栅的有效结合，与现有技术相比，既保证了电池在充放电过程中电流的分布和流向，又可节省铅耗，重量轻，降低了材料成本，提高了市场竞争力。

Description

一种铅酸蓄电池复合板栅以及极板和电池

技术领域

本发明涉及蓄电池的制造领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池复合板栅以及极板和电池。

背景技术

目前，铅蓄电池广泛应用在汽车、火车、拖拉机、摩托车、电动车以及通讯、电站、电力输送、仪器仪表、UPS电源和飞机、坦克、舰艇、雷达系统等领域。随着世界能源经济的发展和人民生活水平的日益提高，在二次电源使用中，铅蓄电池已占有85％以上的市场份额。

蓄电池的主要部件为极板，极板多为涂膏式，即在板栅上覆盖涂抹活性物质，经辊压机辊压，干燥窑加热，固化烘干后制成正负极板，其中，板栅是由一定厚度的边框筋条、极耳以及框内纵横交错的横向筋条和纵向筋条构成。

板栅是活性物质的导电体和承载体，在蓄电池中起重要作用。在蓄电池的成本组成中也占有20％～30％的比例。人们对板栅的各种研究一直没有停止过。对板栅材料的研究目前基本上是以Pb基合金为基础。

由于板栅采用铅合金，一方面板栅的重量在整个极板中的占比较大，达到将近30％，由于铅材料成本高，影响电池成本，另一方面使用铅合金作为材料时，常会因电解液的浸渍腐蚀，造成内阻升高，容量下降，寿命终结。从而使得各电池生产企业产品性能之间整体差异和优势不明显，缺乏市场竞争力，同时限制了整个行业的发展。

作为非活性部件的板栅，主要具有两大功能：支撑活性物及传导电流。因此，理论上只要具有这两种功能并在硫酸电解质中稳定的材料，都可用作板栅材料。大多研究者在合金中添加一些其他的组分，如Ca、Sn、Sb、Bi、稀土等，用以改善材料的物理性能、电化学性能。另一种研究不以Pb 合金为基础，而是以塑料、无机材料、有机材料、合成材料等代用材料为基础，进行电镀等电化学处理后用作板栅。

导电聚合物具有较高的电导率、较大的比表面积、生产成本低、能效高、而且它的柔韧性好、比重较轻，基于以上优点，可以将导电聚合物材料应用于铅酸蓄电池板栅的制备。

另外，板栅的结构设计对铅酸蓄电池的电性能影响很大，如目前汽车用铅酸蓄电池普遍使用的垂直矩型板栅，其结构外框较粗厚，内部横竖筋条较细薄(其厚度约为外框的1/3或2/3)，并且横竖筋条是相互垂直沿线性均匀分布。这种结构的板栅不利于电流在极板中的分布，由于横筋和竖筋的截面积相差不大，不利于电流沿竖筋条向极耳汇流，同时以极耳为中心的相同竖向距离上的电流分布极不均衡，从而导致竖向等位线上出现较大的欧姆压降，使得极板的内阻增加，损耗电能。

发明内容

针对现有技术中铅酸蓄电池板栅的重量大、铅耗大而造成的成本高的问题，本发明提供节约成本的铅酸蓄电池复合板栅。

一种铅酸蓄电池复合板栅，由相互叠置的铅板栅和导电聚合物板栅构成。

目前，应用最多的板栅材料为铅锑合金和铅钙合金，但这两种合金不仅重量大，而且价格昂贵。导电聚合物具有较高的电导率、较大的比表面积、生产成本低、能效高、而且它的柔韧性好、比重较轻。本发明通过将铅板栅和导电聚合物板栅的良好配合，既保证了电池在充放电过程中电流的分布和流向，又可节省铅耗，降低成本，同时使得板栅的总体重量大大减轻。

所述铅板栅和导电聚合物板栅均包括边框以及分布在边框内的筋条；铅板栅的筋条和导电聚合物板栅的筋条之间设有位置对应的卡接部件。通过卡接部件将铅板栅和导电聚合物板栅紧密复合在一起，共同完成支撑活性物质及导电的作用。

作为优选，所述导电聚合物板栅的筋条上设有嵌入孔，所述铅板栅的 筋条上设有用于插入所述嵌入孔的嵌入点。所述的嵌入点为一圆柱状凸起，且嵌入点与嵌入孔之间为过盈配合，防止嵌入点从嵌入孔中脱落，造成铅板栅与导电聚合物板栅相分离，影响板栅的使用寿命。

作为优选，所述导电聚合物板栅的材料为聚吡咯。

所述铅板栅的顶沿中部带有极耳，所述导电聚合物板栅的边框带有与所述极耳位置相应的避让缺口，极耳设置在铅板栅的顶沿中部，缩减了极板各部分到极耳的电流传输路径，进而减少了压力降，增强了导电能力。

由于极耳处受力较大，为增大极耳处抵抗较大作用力的能力，可在靠近极耳处，铅板栅与导电聚合物板栅相配合的筋条上分别设置较多的嵌入孔和嵌入点，加固了铅板栅与导电聚合物板栅之间的配合，防止大压力造成的两个板栅之间的脱离。

所述铅板栅的筋条呈辐射状分布，均从靠近极耳端向矩形框筋的下侧边和左右侧边延伸，辐射状导电骨架的设计使得靠近极耳处的筋条密集，利于极耳对电流的聚集和传导，同时还降低了极板内的电压降，使电池具有高倍率放电的能力。

所述导电聚合物板栅的筋条为纵横交错的网格状，其中纵向分布的筋条与铅板栅的筋条具有相对应的走向，与铅板栅中呈辐射状分布的筋条位置对应，并通过嵌入孔与嵌入点的配合，将铅板栅与导电聚合物板栅合二为一。

所述导电聚合物板栅中横向分布的筋条为弧形，以极耳为中心，向外扩散。

本发明还提供一种铅酸蓄电池极板，包括板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层，其特征在于，所述的板栅为上述的铅酸蓄电池板栅。

本发明还提供一种铅酸蓄电池，包括极板，所述的极板包括上述的铅酸蓄电池板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层。

本发明通过铅板栅与导电聚合物板栅的复合，实现铅板栅和导电聚合物板栅的有效结合，与现有技术相比，既保证了电池在充放电过程中电流的分布和流向，又可节省铅耗，重量轻，降低了材料成本，提高了市场竞争力。

附图说明

图1为本发明铅酸蓄电池复合板栅的结构示意图；

图2为本发明中导电聚合物板栅的结构示意图；

图3为本发明中铅板栅的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种铅酸蓄电池复合板栅，由相互叠置的铅板栅1和导电聚合物板栅2构成。

如图2和图3分别示出了导电聚合物板栅和铅板栅的结构示意图，从图中可看出，铅板栅1和导电聚合物板栅2均包括边框3以及分布在边框内的筋条4；铅板栅的筋条4和导电聚合物板栅的筋条4上分别设有位置对应的相互配合的嵌入孔5和嵌入点6，嵌入孔5设置在导电聚合物板栅2的筋条4上，嵌入点6设置在铅板栅1的筋条4上。将铅板栅和导电聚合物板栅相对的叠放在一起，并通过嵌入点6和嵌入孔5的插接作用，将铅板栅1和导电聚合物板栅2紧密结合在一起，成为一个集铅板栅与导电聚合物板栅双重功能的复合板栅。原有的铅合金板栅既要支撑活性物质，又要承担电流的传递，增加了导电聚合物后，可相应的减少铅合金的质量，由于导电聚合物的导电性能良好，也不会影响板栅整体的导电性能。

本发明中导电聚合物板栅的材料为聚吡咯，聚吡咯具有相对铅合金较轻的重量，且具有较好的导电性能，能够有效降低整个板栅的重量，降低了板栅的生产成本。

由于极耳的作用是承载输入及输出电流，所以尽量缩减极板各部分到极耳的电流传输路径，减少压力降，极耳7的位置设置在框筋顶沿的中间部位，导电聚合物板栅的边框带有与极耳位置相应的避让缺口8，该避让缺口为弧形。

铅板栅的筋条呈辐射状分布；现有板栅的横竖筋条一般是相互垂直沿线性均匀分布。这种结构的板栅不利于电流在极板中的分布，不利于电流沿竖筋条向极耳汇流，同时以极耳为中心的相同竖向距离上的电流分布极 不均衡，从而导致竖向等位线上出现较大的欧姆压降，使得极板的内阻增加，损耗电能。本发明采用辐射状分布的筋条使得板栅在汇流效果及电位分布等方面有所提高和改进。

导电聚合物板栅的筋条为纵横交错的网格状，其中纵向分布的筋条与铅板栅的筋条具有相对应的走向，且位置相对应，通过嵌入点和嵌入孔的插接配合将铅板栅和导电聚合物板栅复合在一起；导电聚合物板栅中横向分布的筋条为弧形，由于铅板栅中无横向的筋条，所以该导电聚合物板栅中的横向筋条主要起支撑活性物质的作用，两个板栅相互配合，将板栅的作用充分发挥出来。

上述复合板栅应用于极板上，将该复合板栅上涂覆正极活性物质，经辊压机辊压、干燥窑加热，固化、烘干后制成正极片，在该板栅上涂覆负极活性物质，经辊压机辊压、干燥窑加热，固化、烘干后制成负极片，以本发明复合板栅为基础制作的极板具有成本低，重量轻，导电性好的特点。

进一步延伸，将上述制作的极板应用于铅酸蓄电池，同样铅蓄电池也具有成本低，重量轻，导电性好的特点。

Claims (3)

1.一种铅酸蓄电池复合板栅，其特征在于，由相互叠置的铅板栅和导电聚合物板栅构成；

所述铅板栅和导电聚合物板栅均包括边框以及分布在边框内的筋条；铅板栅的筋条和导电聚合物板栅的筋条之间设有位置对应的卡接部件；

所述导电聚合物板栅的筋条上设有嵌入孔，所述铅板栅的筋条上设有用于插入所述嵌入孔的嵌入点；

导电聚合物板栅的材料为聚吡咯；

所述铅板栅的顶沿中部带有极耳，所述导电聚合物板栅的边框带有与所述极耳位置相应的避让缺口；

所述铅板栅的筋条呈辐射状分布；

所述导电聚合物板栅的筋条为纵横交错的网格状，其中纵向分布的筋条与铅板栅的筋条具有相对应的走向；

所述导电聚合物板栅中横向分布的筋条为弧形。

2.一种铅酸蓄电池极板，包括板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层，其特征在于，所述的板栅为权利要求1所述的铅酸蓄电池复合板栅。

3.一种铅酸蓄电池，包括极板，其特征在于，所述的极板包括权利要求1所述的铅酸蓄电池复合板栅和涂覆在该铅酸蓄电池复合板栅上的活性物质材料层。