CN103326030B

CN103326030B - 一种板栅

Info

Publication number: CN103326030B
Application number: CN201310289855.6A
Authority: CN
Inventors: 赵恒祥
Original assignee: SHANDONG RUIYU BATTERY CO Ltd
Current assignee: Sheyang Productivity Promotion Center
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN103326030A

Abstract

本发明公开了一种板栅，包括正极板和负极板，正极板的合金配方中包括1.1～1.3wt%的锡（Sn）、0.005～0.025wt%的铝（Al）、0.065～0.095wt%的钙（Ca），其余为铅（Pb）；负极板的合金配方中包括0.1～0.3wt%的锡（Sn）、0.004～0.008wt%的铝（Al）、0.085～0.115wt%的钙（Ca），其余为铅（Pb）。采用上述配比的合金加工板栅不仅易成型，降低了制造难度，而且该板栅制造的蓄电池具有较强的耐腐蚀性，延长了蓄电池的使用寿命。

Description

一种板栅

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种板栅。

背景技术

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20wt%～30wt%的比例。因此，人们对板栅的各种研究一直没有停止过。

目前，对板栅材料的研究基本上是以Pb（铅）基合金为基础的，大多研究者在合金中添加一些其他的组分，如Ca（钙）、Sn（锡）、Ba（钡）或Bi（铋）稀土等等，用以改善材料的物理性能和电化学性能。同时，板栅的生产方式也有很多进步，拉网板栅的生产不仅提高了生产效率，而且比重力浇铸板栅减重15wt%～20wt%，节铅效率高且成本显著降低；新型重力连铸板栅也能大大提高效率；此外，普通重力浇铸板栅也有很大的进步，筋条的结构更合理，筋条可以做得更细，板栅的均匀一致性有明显的提高。

人们在板栅的基础研究方面取得了一些成果，并且，人们通过对板栅的计算机多维导电模拟计算进行的研究，更好地揭示了板栅导电的规律。

随着蓄电池的发展，人们通过对板栅合金成份不同而其它条件相同的蓄电池的研究，发现板栅表面与活性物质结合部份的结构和成份对蓄电池性能（特别是寿命）的影响非常重要，因此我们更多地关注对板栅材料的研究。

通过分析用实践经验的方法比单纯用合金耐腐蚀的理论来设计板栅更符合实际情况。板栅设计时，要综合考虑蓄电池的用途和制造能力等，并且要分析筋条结构及筋条间距的要求及影响。一方面要考虑提高蓄电池的比能量，降低成本，另一方面又不能过度节约而达不到蓄电池的功能。

板栅的结构设计对蓄电池性能的影响是很大的，铅价飞涨使很多技术人员开始研究如何在降低成本的同时保持相应的性能。现有的板栅类型达400多种，其中机械化生产的类型多达160种，涵盖了大中密电池、汽车电池、动力电池、小密电池以及灯具电池等各种电池中采用的板栅，使用范围的涉及面广泛，如下就设计中以Pb—Ca合金为基础的拉网板栅进行讨论分析。

板栅设计重要依据之一是板栅的腐蚀寿命。从理论上讲这是合理的，但是由于可操作性比较差，计算结果和实际情况会相差甚远。究其原因，首先，板栅腐蚀是在活性物质覆盖下进行的，环境相当复杂，与相同板栅合金在静态条件下且在稳定的酸液中的腐蚀相差很远，根本没有可比性。其次，在蓄电池的实际使用中，充电状况、自放电状况、环境温度、贫富液状况和杂质影响等因素的作用形成一个非常复杂的电化学体系，这个体系共同决定了板栅的腐蚀，而不仅仅是单纯的电化学腐蚀。此外，板栅的制造方法也影响其腐蚀寿命，例如，压延板栅(如拉网)的耐腐蚀性比重力浇铸板栅的耐腐蚀性好得多。重力浇铸板栅的气孔和夹渣等情况都会影响腐蚀性，若板栅的合金成份不稳定也会影响腐蚀性，如Ca含量高则耐腐蚀性降低。因此以简单的耐腐蚀性来设计板栅达不到理想的效果。

对蓄电池的综合要求可能有:蓄电池的初期容量、蓄电池的寿命、蓄电池的体积、重量和比能量等。由这些要求可大致确定板栅的形状(宽和高以及极耳)和厚度，进一步推算出板栅的大致情况。

在大的设计方向确定之后利用经验来设计板栅，即按确定的电池类型、板栅合金和蓄电池的具体要求、板栅厚度和形状大致预估设计结构，进行实物设计，按工艺制造出电池，电池经过实验室寿命测试和实用寿命测试，解剖查验板栅的状态，为相同类型和相同条件的电池的板栅设计提供依据。如果板栅的合金不变，板栅的生产方式不变，电池的用途相近，那么就在以前经验的基础上，适当调整和设计板栅，再实验再积累。这种积累就形成了独特的设计思路和方法，也是非常实用和有效的方法。如合金配方，在这种设计思路下生产的板栅的使用寿命可达到预期的要求。有的厂家合金配方不合理，那么会对电池的性能造成严重影响。

铅酸蓄电池的用途多种多样，使用环境和方法不同，要求也不同，板栅的结构和特点也就不同。

首先，对于汽车用蓄电池板栅进行设计时应该考虑，汽车蓄电池使用状态为瞬时大电流放电，最高可达400～600A，放电时间短，起动性能要好，低温的大电流放电也要好。浮充状态占整个使用过程的大部份时间。使用寿命2～3a。因此，根据这些状况，进行板栅设计应考虑以下几个方面:

(1)板栅厚度小，一般不超过2mm，以保证大电流放电；

(2)板栅的细微结构会影响板栅的效果，如中间极耳板栅优于偏极耳板栅，放射筋结构优于直筋结构；

(3)高与宽的比例明显小于其它板栅；

(4)正负板栅厚度比较小，这主要考虑负极板决定充电接收能力和低温大电流放电的需要；

(5)极耳的宽度比其他板栅的要大，厚度与板栅同厚；

(6)筋条密集，筋条粗细适中。

其次，对于大、中型密封阀控电池板栅进行设计时应该考虑到，大、中型密封电池的寿命要求较高，一般在5a以上，有的甚至为10a。在蓄电池使用过程中，相对于容量的放电电流不高，使用环境一般良好，浮充时间占使用寿命的比率很高，即蓄电池一般处于浮充状态。因此，根据这些状况，进行板栅设计应考虑以下几个方面:

(1)板栅偏厚，一般为2.5～4mm；

(2)放射筋结构对电池的性能影响不大，中间极耳的影响也很小；

(3)由于在使用过程中放置电池的方法不同，因此板栅宽高比例各种各样，具体设计根据槽体；

(4)筋条比较稀疏，筋条偏粗。

最后，对于电动自行车电池板栅进行设计时应该考虑到，电动自行车电池的使用寿命约为1.5a，容量要求高，电池属于深充/深放类型，要求蓄电池充电状态良好，放电状况要求低温、高温、振动状态下使用，放电电压相对其他用途铅酸蓄电池较稳定，因此，该蓄电池板栅设计考虑到以下几个方面:

(1)板栅不能过厚，也不能太薄，适中厚度为1.0～3.0mm；

(2)板栅的高和宽基本上由槽体来确定。由于容量要求高，相对于其它用途的板栅，高度偏大；

(3)正负极厚度比较大，这主要是由于增加正极活性物质以确保寿命的原因；

(4)筋条偏疏，筋条结构偏细。这主要是由于增加活性物质量以增加容量的原因。

板栅起导电和支撑活性物质的作用，并不直接贮存电能，不是参加化学反应的核心物质。因此，怎样使板栅发挥出最好的效能的同时减轻板栅相应的重量是当前的一个课题。关于板栅重量的探讨如下：经过大量的解剖试验发现，正常蓄电池寿命终止时，蓄电池的板栅已被严重腐蚀，一动极板就碎成小块。我们认为在这种情况下筋条中能见到细小的合金条或合金段是比较合理的，即认为功能不过剩也不富余，推断板栅筋条的设计是合理。如果蓄电池的使用寿命达到了预期的寿命，而板栅内部已不能见到合金段，表明板栅的设计量不够，需要增加筋条的强度，如果蓄电池达到了预期寿命，而板栅腐蚀较小，则有减少板栅强度的余地。

从试验结果角度看，随着板栅筋条的减少或减小，板栅重量和体积减少，活性物质增多容量提高，但随着板栅筋条的减少和减小，到一定的程度，再继续减重蓄电池大电流放电性能和充电接受性能会受到影响，因此，板栅重量和尺寸是在试验基础上确定的。

因此，如何对板栅进行合理的设计制造以优化产品性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种板栅，具有优良的性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种板栅，包括正极板和负极板，所述正极板的合金配方中包括：1.1～1.3wt%的锡，0.005～0.025wt%的铝，0.065～0.095wt%的钙，其余为铅；

所述负极板的合金配方中包括：0.1～0.3wt%的锡，0.004～0.008wt%的铝，0.085～0.115wt%的钙，其余为铅。

优选地，在上述板栅中，所述正极板的合金配方中包括：1.2wt%的锡，0.015wt%的铝，0.08wt%的钙，其余为铅；

所述负极板的合金配方中包括：0.2wt%的锡，0.006wt%的铝，0.10wt%的钙，其余为铅。

优选地，在上述板栅中，所述正极板的合金配方中以及所述负极板的合金配方中的所述铅均为微量元素含量小于等于0.01wt%的纯铅。

优选地，在上述板栅中，所述板栅中的筋条设计成朝向相反的半筋。

优选地，在上述板栅中，所述板栅中的单根筋条在长度方向上依次分成第一部分、中间部分和第二部分，所述第一部分靠近电极，所述第一部分的筋条宽度值、所述中间部分的筋条宽度值和所述第二部分的筋条宽度值之间的比例为10:9:7.5。

优选地，在上述板栅中，所述第一部分、所述中间部分和所述第二部分的长度值的比例为2:2:7。

优选地，在上述板栅中，所述第一部分和所述中间部分之间以及所述中间部分和所述第二部分之间分别设置有过渡结构。

优选地，在上述板栅中，所述板栅中单根筋条的筋条宽度值为1.0～3.0mm。

优选地，在上述板栅中，所述板栅中相邻筋条之间的间距为8～12mm。

优选地，上述板栅为拉网板栅。

本发明实施例提供的板栅，不仅易成型，降低了制造难度，而且该板栅制造的蓄电池具有较强的耐腐蚀性，延长了蓄电池的使用寿命。同时，在确保板栅导电和耐腐蚀的基础上，板栅合金量最小，可增加蓄电池极板的涂膏量，增加蓄电池的比能量。可见，本发明提供的板栅具有更加优良的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的板栅的结构示意图；

图2为图1中板栅的横筋结构的A向截面图；

图3为本发明实施例提供的板栅中一根筋条的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的板栅的筋条中的过渡结构的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种板栅，具有优良的性能。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的板栅的结构示意图，图2为图1中板栅的横筋结构的A向截面图，图3为本发明实施例提供的板栅中一根筋条的结构示意图，图4为本发明实施例提供的板栅的筋条中的过渡结构的示意图。

本发明实施例提供的板栅，包括正极板和负极板，正极板的合金配方中包括1.1～1.3wt%的锡（Sn）、0.005～0.025wt%的铝（Al）、0.065～0.095wt%的钙（Ca），其余为铅（Pb）；负极板的合金配方中包括0.1～0.3wt%的锡（Sn）、0.004～0.008wt%的铝（Al）、0.085～0.115wt%的钙（Ca），其余为铅（Pb）。在实际生产过程的具体实施例中，上述配方选用微量元素含量小于等于0.01wt%的纯铅。例如，在一个具体实施例中：正极板的合金配方中包括1.2wt%的Sn、0.015wt%的Al和0.08wt%的Ca，其余为Pb以及纯铅中小于等于0.01wt%的微量元素；负极板的合金配方中包括：0.2wt%的Sn、0.006wt%的Al和0.10wt%的Ca，其余为Pb以及纯铅中小于等于0.01wt%的微量元素。采用上述配比的合金加工板栅不仅易成型，从而降低了制造难度，而且该板栅制造的蓄电池具有较强的耐腐蚀性，延长了蓄电池的使用寿命。

本发明实施例提供的板栅以可应用于汽车起动用蓄电池、大中型密封蓄电池以及电动自行车蓄电池中的拉网板栅为例进行说明。本发明实施例提供的板栅，将板栅中的筋条设计成如图2所示的朝向相反的半筋，其优点包括：能够满足板栅的功能要求，降低板栅的重量，留出更大的空间来容纳活性物质；这样布局可使活性物质导电的间距均匀，更加合理；对于较薄的板栅(厚度低于1.6mm)，如汽车蓄电池板栅，筋条的第一长向b要与板栅平面平齐，即b=0.5e（e为板栅厚度），这时拉网板栅是靠剪切拉伸成型的。

如果筋条很细，筋条在拉伸时将会发生拉伸不均匀、甚至断裂，结果是拉伸不出合格的板栅，一般筋条的第一长向b<0.6mm就会很难成型。要综合考虑筋条的第二长向a和第一长向b的尺寸，如果b很小，就要适当增大a，因为a、b都很小时，筋条将是很难成型的，一般要求a+b>1mm。在正常情况下a为0.2～0.4mm。筋条两侧面的夹角R角的作用是涂板时较易挂膏，如果没有R角，挂膏难度增加，不易操作。如果筋条太细，可适当增大R角的角度以增加筋条的截面积，保证筋条应有的性能。筋条宽度值c值一般在1.0～1.4mm之间，可根据情况选用合适尺寸。对于相邻筋条之间的间距d(中心间距)的尺寸在d=8～12mm为合适。试验证明，间距增大后，对蓄电池的初期容量影响不大，但对蓄电池的大电流放电性能、充电接受能力影响较大。因此，相邻筋条之间的间距即d值不能增加太多。对于备用电源用蓄电池的厚度较大的板栅，控制第二长向a在0.2～0.4mm之间，第一长向b>0.7mm，筋条宽度值c在1.0～3.0mm之间，相邻筋条之间的间距d在8～12mm之间是较为合理的。

为了进一步优化上述技术方案，本发明实施例提供的板栅中，单根筋条在长度方向上依次分成第一部分、中间部分和第二部分，第一部分靠近电极。在一个优选地具体实施例中，第一部分、中间部分和第二部分的长度值（即图1中第一部分、中间部分和第二部分分别竖直方向上的长度）的比例为2:2:7。进一步地，第一部分的筋条宽度值、中间部分的筋条宽度值和第二部分的筋条宽度值之间的比例为10:9:7.5。此外，筋条的第一部分和中间部分之间的宽度变化以及中间部分和第二部分之间的宽度变化均为逐渐过渡而成，即如图4中所示的过渡结构11。

在此，需要进行说明的是，上文中所述的“筋条宽度值”为图3中所示的c。具体请参考图1，以最上面的第一部分为基准，设第一部分筋条宽度值c1=1，则中间部分的筋条宽度值c2=0.9，位于最下面的第二部分的筋条宽度值c3=0.75。这样设计是在确保板栅导电和耐腐蚀的基础上，板栅合金量最小，以增加蓄电池极板的涂膏量，增加蓄电池的比能量。

上述实施例中公开的板栅，不仅易成型，降低了制造难度，而且该板栅制造的蓄电池具有较强的耐腐蚀性，延长了蓄电池的使用寿命。同时，在确保板栅导电和耐腐蚀的基础上，板栅合金量最小，可增加蓄电池极板的涂膏量，增加蓄电池的比能量。可见，本发明提供的板栅具有更加优良的性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种板栅，包括正极板和负极板，其特征在于，所述正极板的合金配方中包括：1.1～1.3wt％的锡，0.005～0.025wt％的铝，0.065～0.095wt％的钙，其余为铅；

所述负极板的合金配方中包括：0.1～0.3wt％的锡，0.004～0.008wt％的铝，0.085～0.115wt％的钙，其余为铅；

所述板栅中的单根筋条在长度方向上依次分成第一部分、中间部分和第二部分，所述第一部分靠近电极，所述第一部分的筋条宽度值、所述中间部分的筋条宽度值和所述第二部分的筋条宽度值之间的比例为10:9:7.5。

2.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于，所述正极板的合金配方中包括：1.2wt％的锡，0.015wt％的铝，0.08wt％的钙，其余为铅；

所述负极板的合金配方中包括：0.2wt％的锡，0.006wt％的铝，0.10wt％的钙，其余为铅。

3.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于，所述正极板的合金配方中以及所述负极板的合金配方中的所述铅均为微量元素含量小于等于0.01wt％的纯铅。

4.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于，所述板栅中的筋条设计成朝向相反的半筋。

5.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于，所述第一部分、所述中间部分和所述第二部分的长度值的比例为2:2:7。

6.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于，所述第一部分和所述中间部分之间以及所述中间部分和所述第二部分之间分别设置有过渡结构(11)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的板栅，其特征在于，所述板栅中单根筋条的筋条宽度值为1.0～3.0mm。

8.根据权利要求1-6任一项所述的板栅，其特征在于，所述板栅中相邻筋条之间的间距为8～12mm。

9.根据权利要求1-6任一项所述的板栅，其特征在于，所述板栅为拉网板栅。