CN103840218A - 一种轻型、环保铅酸蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种轻型、环保铅酸蓄电池，采用多孔陶瓷板材料制作电池正极和负极的骨架替代铅合金栏板，在多孔陶瓷板里面熔入铅填充贯通的小孔，在陶瓷板的表面涂刷氧化铅或铅活性物质作为电池的正极或负极，采用多孔耐酸陶瓷板做隔板，然后将它们放置在盒子里，制作一个能够通过所有极耳的盖板盖住外壳并密封只露出极耳，采用铅-铝复合材料连接端子连接极耳并用铅焊牢靠，灌入硫酸溶液，正极端子采用棒状作引出线引出并涂红色，负极端子采用长方体状作引出线引出并涂黑色以区别于正极的一种轻型、环保铅酸蓄电池。

Description

一种轻型、环保铅酸蓄电池
技术领域
本发明涉及一种轻型、环保铅酸蓄电池，具体地说是用于电动汽车作能源储备和驱动汽车使用，同时也可以作为各种需要进行能源储备和电气设备启动使用，属于铅酸蓄电池技术领域。
背景技术
目前，用于电动汽车作能源储备和驱动汽车的铅酸蓄电池主要是阀控铅酸电池，在电池中，一部分数量的电解液被吸收在极片和隔板中，以此增加负极吸氧能力，阻止电解液损耗，使电池能够实现密封。
目前阀控铅酸电池的结构主要是正极为铅-锑-钙合金栏板，内含氧化铅为活性物质；负极为铅-锑-钙合金栏板，内含铅活性物质；隔板采用无纺超细玻璃纤维，在硫酸溶液中化学性能稳定，多孔结构保持活性物质反应所需的电解液；在电池的电化学反应中，硫酸作为电解液传导离子；外壳和盖子为ABS树脂；安全阀材质为耐酸和抗老化的合成橡胶，帽状阀中有氯丁二烯橡胶制成的单通道排气阀；根据电池的不同，正负极铅质端子可为连接片、棒状、螺柱或引出线，端子的密封为可靠的粘结剂密封，密封件的颜色：红色为正极，黑色为负极。
上述电池从结构上说已经比较完美，可靠，目前在市场上大量使用，但是阀控铅酸电池如果作为驱动汽车动力使用时由于其自身太重、存储比量低，影响了汽车的行驶里程。目前采用阀控铅酸电池制造的小汽车充电一次一般行驶里程在100-200公里，其主要原因是使用铅-锑-钙合金栏板作为骨架而使附着在铅合金栏板上不发生电化学反应的铅和氧化铅太多，蓄电池内各个极耳的连接导体采用高密度的铅，从而导致铅酸蓄电池的自身比重过大，因而制约了铅酸电池汽车的发展。
上述电池采用玻璃纤维材料作隔板，而玻璃纤维材料不易分解、破坏环境、不环保。
因此，发明一种重量轻而电池容量不变或增大且能加深放电、尽量减少使用铅和其它破坏环境材料的轻型、环保铅酸电池，延长电动汽车的续航里程，可以使电动汽车得到快速的发展，对解决汽车蓄能和驱动具有非常大的现实意义。
发明内容
为了克服上述铅酸蓄电池的不足之处，在保持铅酸蓄电池在蓄电容量不变且能增大的情况下尽可能少使用铅、氧化铅和铅合金并同时配合使用其它轻金属代替一部分重金属铅、加深蓄电池的放电量、减轻铅酸蓄电池本身的单位体积重量、减少环境污染是一个重大课题。
由于铅酸蓄电池里的硫酸溶液具有很强的腐蚀性，绝大多数金属材料都会被硫酸腐蚀而生成其它硫酸盐物质不再发生电化学反应，而高分子有机材料不耐高温，因此选择一种耐腐蚀、耐高温、吸水性好、导电、汇流性好的轻质材料制造蓄电池的极板和连接端子是制造轻型铅酸蓄电池的关键。
铅的密度是11.34克/立方厘米、熔点为327.5℃，用作铅酸蓄电池负极的活性物质。二氧化铅(PbO2)的密度是9.375克/立方厘米、290℃分解，用作铅酸蓄电池正极的活性物质。铝的密度是2.7克/立方厘米、熔点为660℃。耐酸多孔陶瓷板的密度为0.2-1.5克/立方厘米，耐800℃以上温度。
本发明的主要内容是，提供一种在制造铅酸蓄电池时，能够耐硫酸腐蚀、耐高温、吸水性好的多孔耐酸陶瓷板替代目前使用的铅合金栏板，在多孔耐酸陶瓷板里熔入铅填充多孔陶瓷板里面贯通的小孔形成一个铅丝网作导电和汇流、并在电化学反应中吸附铅与氧化铅活性物质，然后在熔入了铅的多孔陶瓷板上面刷涂一层铅活性物质的需要量作为电池的负极极板，在上面刷涂一层氧化铅活性物质的需要量作为电池的正极极板，在铅和氧化铝活性物质与硫酸溶液发生电化学反应时，蓄电池的蓄电容量保持不变或因多孔陶瓷板的表面积增大而使蓄电池的蓄电容量增大，采用密度更小、吸水率高的多孔耐酸陶瓷板作隔板隔离正极和负极，采用耐腐蚀、导电性能更好、密度为2.8-4克/立方厘米的铅-铝复合材料作为极板的连接端子制造的铅酸蓄电池。
本发明使用耐酸多孔陶瓷板而不使用铅合金可以减少铅的使用量，同时也没有其它合金金属与硫酸反应生成其它硫酸盐而发生自放电，因此可以提高蓄电池的使用效率和寿命。同时多孔陶瓷板的表面积远大于现在铅酸蓄电池使用的铅合金极板的表面积，可以让更多的铅和氧化铅发生电化学反应而提高电池的比容量。
本发明采用熔入铅填充多孔陶瓷板里面贯通的小孔方式可以使多孔陶瓷板内形成一个密集的铅丝网而起到快速汇集电流的作用，可以提高电池的使用效率。
本发明采用密度更小、吸水率高的多孔耐酸陶瓷板作隔板。耐酸多孔陶瓷板在硫酸溶液中化学性能稳定，多孔结构可以提高活性物质反应的速度、有助于保持活性物质反应所需的电解液，防止活性物质脱落、不污染环境，可以减轻保护环境的压力、是一种环保产品。
目前大量铅酸蓄电池的极板与极板之间的连接端子采用铅材制作，而铅的密度为11.34克/立方厘米，为了进一步降低蓄电池的单位体积比重量，本发明采用耐腐蚀、导电性能更好、密度为2.8-4克/立方厘米的铅-铝复合材料作为极板的连接端子可以进一步降低蓄电池的单位体积比重量。
铅-铝复合材料连接端子的制作：首先根据电池极板之间的距离、极板的可蓄电容量和极板的厚度设计端子的大小、形状和尺寸，然后通过铸铝型材加工制作成带有“凹”形夹板的铝合金端子，再在铝合金端子的表面镀或刷或涂一层电解铅，这样制作出一种能够耐硫酸腐蚀的铅-铝复合材料连接端子。
由于铝材料很容易被硫酸腐蚀，因此在使用铝材料作为连接端子时要在铝质连接端子的表面覆盖一层薄铅防硫酸腐蚀，本发明利用铝材优良的导电性能、低密度和铅耐硫酸腐蚀的特性制作铅-铝复合材料连接端子。
本发明利用金属铅的硬度小于多孔陶瓷板的硬度特性，采用表面是铅质材料的铅-铝复合材料连接端子的“凹”形夹板通过紧密配合的接触方式，卡接电池极板的极耳并用铅焊补缝隙以保证极板与端子之间连接的可靠、有效和牢固。
通过封闭各个电池组而只露出各电池极板的极耳，然后采用铅-铝复合材料连接端子连接各极板的极耳并作导线引出可以完全解决硫酸腐蚀铝的问题。
本发明可以显著的减轻铅酸蓄电池的重量，使用本轻型铅酸蓄电池制造的电动汽车可以显著的增加汽车的续行里程，可以大量减少对金属铅的使用量而更好的保护环境，可以减少蓄电池的发热量、节约电能，提高蓄电池的使用效率和蓄电比容量，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面本发明将结合以下设计实施例作进一步描述：
本实施例为设计制造一个12V、300Ah的轻型蓄电池，采用耐硫酸腐蚀的多孔陶瓷板制作电池的正极和负极，该陶瓷板的密度为0.7克/立方厘米，正极陶瓷板的尺寸为240*160*2.2mm，在每片多孔陶瓷板里面熔入30g铅填充贯通的小孔、共30片，然后在每片熔了铅的陶瓷板的表面涂刷氧化铅活性材料315g；负极陶瓷板的尺寸为240*160*2mm，在每片多孔陶瓷板里面熔入25g铅填充贯通的小孔、共36片，然后在每片熔了铅的陶瓷板的表面涂刷铅活性材料215g；采用密度为0.3克/立方厘米、尺寸为240*160*1mm、吸水率高的耐酸陶瓷板做隔板隔离正极和负极，然后将它们放置在采用ABS树脂制作的蓄电池外壳盒子里形成6个小电池组，再采用ABS树脂制作一个能够通过所有极耳的盖板盖住蓄电池外壳并密封只露出极耳，采用具有优质耐酸和抗老化的合成橡胶制作安全阀，帽状阀中有橡胶制成的单通道排气阀安装在该盖板上，盖板上有几个能够密封的洞作灌硫酸使用，采用密度为3.4克/立方厘米的铅-铝复合材料连接端子连接各个对应的极耳并用铅焊牢靠，打开盖板上的洞灌入硫酸溶液作电解液传导离子并产生电化学反应，然后密封洞口，正极端子采用棒状作引出线引出并涂红色，负极端子采用长方体状作引出线引出并涂黑色以区别于正极，制作完成一个重量23kg左右、12V、300Ah、尺寸为26*18*45cm的轻型、环保铅酸蓄电池。

Claims (4)

1.一种轻型、环保铅酸蓄电池，其特征是采用耐酸多孔陶瓷板作电池正极和负极的骨架替代铅合金栏板，在耐酸多孔陶瓷板里熔入铅填充多孔陶瓷板里面贯通的小孔形成铅丝网，再在陶瓷板上涂刷氧化铅或铅活性物质作电池的正极或负极，采用多孔陶瓷板做隔板，使用硫酸作为电解液传导离子，外壳和盖子采用ABS树脂，采用铅-铝复合材料端子连接极耳并作引出线引出，正极的铅-铝复合材料端子采用棒状引出并涂红色，负极的铅-铝复合材料端子采用长方体状引出并涂黑色以区别于正极的一种轻型、环保铅酸蓄电池。
2.根据权利要求1所述的一种轻型、环保铅酸蓄电池，其特征在于所述采用耐酸多孔陶瓷板作电池正极和负极的骨架替代铅合金栏板，在耐酸多孔陶瓷板里熔入铅填充多孔陶瓷板里面贯通的小孔，再在陶瓷板上涂刷氧化铅或铅活性物质作电池的正极和负极制作的铅酸蓄电池。
3.根据权利要求1所述的一种轻型、环保铅酸蓄电池，其特征在于所述采用多孔陶瓷板做隔板而制作的铅酸蓄电池。
4.根据权利要求1所述的一种轻型、环保铅酸蓄电池，其特征在于所述采用铅-铝复合材料作为连接端子制作的铅酸蓄电池。
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