CN104201394A - 铅酸蓄电池集流体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铅酸蓄电池集流体，其含有低密度掺合材料颗粒和增强纤维，低密度掺合材料颗粒密度比铅或含铅合金低，熔点比铅或含铅合金的熔点高；增强纤维熔点比铅或含铅合金的熔点高；本发明的集流体的密度最低可达到3g/cm3、重量最多可以减少70%；表面积最高可以比传统工艺的集流体提高40%；集流体强度提高200%。本发明的集流体可以广泛地应用于铅酸电池。尤其运用在高比能量、高功率、充电快的启停电池上。

Description

铅酸蓄电池集流体
技术领域
    本发明涉及铅酸蓄电池集流体。
背景技术
传统的铅酸蓄电池集流体采用重力浇注的生产工艺。由于该工艺要求将铅锭放到熔铅锅中加热熔化，经过抽液设备将液态的铅倒入模具中，靠熔化的铅自动流入模具的各个缝隙，冷却后成为集流体。
传统工艺存在很多弊端，1：如需要使用大量电能加热熔铅锅、加热抽液设备需要消耗大量的电能；2：由于铅液在模具中会冷却会使铅液的流动性变差，无法流动到更细更窄的模具中，因此传统集流体的筋条设计较厚，重量大、比表面积小。与铅膏的接触距离大，充电慢，大电流性能差，铅膏利用率低；3：由于集流体在模具中的流动全靠液态的铅的流动性以及铅的重力作用流淌到模具的每一个空间，容易出现断筋、孔洞、表面缺陷、不够密实等缺陷；4：传统工艺的集流体模具上端会多出部分铅，脱模后需要切割多余的部分，再返回熔铅锅中，增加工艺步骤、浪费电能。5：传统工艺的产生过程会大量的铅尘铅烟污染环境，需要增加环保设备投入。熔铅锅辐射大量的热，工作环境差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有密度小、重量轻、能使筋条密集比表面积增加的铅酸蓄电池集流体，使电池具有较高的比能量、比功率、充电速度、活性物质利用率。为此，本发明采用以下技术方案：
铅酸蓄电池集流体，其特征在于集流体的材料成分包含铅或含铅合金之外，还包括：
低密度掺合材料颗粒，其密度比铅或含铅合金低，熔点比铅或含铅合金的熔点高；
增强纤维，其熔点比铅或含铅合金的熔点高；
低密度掺合材料颗粒在集流体中的体积占比为5%～40%；增强纤维在集流体中的体积占比为5%～40%。
进一步地，所述低密度掺合材料颗粒经过化学镀锡、银或金预处理。所述低密度掺合材料颗粒可采用中空玻璃微球。
进一步地，所述增强纤维经过化学镀锡、银或金预处理，其可采用玻璃纤维。
低密度掺合材料颗粒的粒径一般为微米级，最佳在10～150微米之间，低密度掺合材料颗粒既能够起到代替铅材料减轻集流体的重量，使得集流体密度小、重量轻的作用，又减少外露的可能性。
在集流体中，铅或铅合金为集流体的起导电作用的主要成分，其接触、支撑活性物质；在本发明中，增强纤维用于弥补中空玻璃微球，增强集流体的强度，防止弯曲，同时增加集流体的成型性能，使这种集流体混合物料能够通过类似注塑的方法制造集流体，使集流体有条件实现筋条密集的设计，提高比表面积，使电池具有较高的比能量、比功率、充电速度、活性物质利用率；进一步地，化学镀层可以有效增加中空玻璃微球、玻璃纤维与铅及其合金的相容性，防止产生界面，防止集流体表面外露低密度掺合材料颗粒和增强纤维，提高集流体表面导电性。
通过本发明的技术方案，集流体的密度最低可达到3 g/cm3、重量最多可以减少70%（中空玻璃微球、玻璃纤维比例越高，集流体密度越低，密度为3 g/cm3～11.34 g/cm3）；表面积最高可以比传统工艺的集流体提高40%；集流体强度提高200%。本发明的集流体可以广泛的应用于铅酸电池。尤其运用在高比能量、高功率、充电快的启停电池上。
附图说明
图1为本发明集流体的一种实施例的示意图。
图2为图1的局部放大图，显示本发明的筋条的二级精细结构。
图3为集流体内部的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述。
集流体实施例1的配方设计：铅、中空玻璃微球和玻璃纤维体积各占33.3%的比例，
本发明集流体如图1,2所示：集流体一级方形栅格内向中间延伸了筋条、菱形、圆形或多边形的二级几何形状。这些二级几何形状筋条明显细于集流体栅格筋条。增加了活性物质的接触面积、缩短了电流路程。
本发明集流体如图3所示：集流体内部均匀分散了中空玻璃微球（圆形图案）、玻璃纤维（长条形图案），减小了铅的使用量，增加集流体强度，防止集流体弯曲。
本发明实施例的集流体参数对比如表1。
表1：同样边框尺寸的集流体参数对比
  集流体重量g 集流体表面积cm2 活性物质重量g γ值 α值
传统集流体 78 190 163 0.86 0.32
实施例1 37.4 260 160 0.62 0.19
较高密度实施例 71.4 260 160 0.62 0.31
较低密度实施例 25.2 260 160 0.62 0.14
注：较高密度配方体积比：铅及合金90%；中空玻璃微球5%；玻璃纤维5%。
较低密度配方体积比：铅及合金20%；中空玻璃微球40%；玻璃纤维40%。
 
由表1参数可知，本发明集流体的活性物质重量基本与传统集流体一样，但是 1集流体的γ值小于传统集流体的28%；α值小于传统集流体40%。
使用本发明集流体制作的电池与传统集流体电池性能参数对比如下表2。（集流体的长、宽、厚尺寸一样）
表2：2种集流体电池参数对比
  容量 充电时间 功率 重量 比能量 比功率
传统集流体的蓄电池 100 AH 10 H 320 W 5.3Kg 37.7Wh/Kg 60.4W/Kg
使用实施例1制作的蓄电池 110 AH 7 H 385 W 4.5Kg 48.8Wh/Kg 85.6W/Kg
采用本发明集流体的电池在外观尺寸与传统电池一样的条件下，本发明集流体电池重量减少15%、充电时间缩短30%、容量提高10%、功率提高20%、比能量提高29%、比功率提高42%。

Claims (5)

1.铅酸蓄电池集流体，其特征在于集流体的材料成分包含铅或含铅合金之外，还包括：
低密度掺合材料颗粒，其密度比铅或含铅合金低，熔点比铅或含铅合金的熔点高；
增强纤维，其熔点比铅或含铅合金的熔点高；
低密度掺合材料颗粒在集流体中的体积占比为5%～40%；增强纤维在集流体中的体积占比为5%～40%。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池集流体，其特征在于所述低密度掺合材料颗粒经过化学镀锡、银或金预处理。
3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池集流体，其特征在于所述增强纤维经过化学镀锡、银或金预处理。
4.如权利要求1或2所述的铅酸蓄电池集流体，其特征在于所述低密度掺合材料颗粒为中空玻璃微球。
5.如权利要求1或3所述的铅酸蓄电池集流体，其特征在于所述增强纤维是玻璃纤维，直径为10～100微米。
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