CN105428661A - 蓄电池以及蓄电池极板组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铅酸蓄电池的蓄电池极板组件。该组件包括导电性板栅主体构成的第一极性极板。导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件。顶架元件具有极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分。板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件。该板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，板栅元件包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件。板栅主体具有设置在其上的活性材料。高吸收性隔板包裹在第一极性极板的至少一部分周围并且朝相对的极板面延伸。提供电解液，其中基本上所有的电解液被隔板或活性材料吸收。本发明还公开了一种蓄电池组装方法。

Description

蓄电池以及蓄电池极板组件
本申请是申请日为2011年04月14日、国际申请号为PCT/US2011/032498、国家申请号为201180029967.7、发明名称为“蓄电池、蓄电池极板组件及组装方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉引用
本申请主张享有2010年4月14日提交的、名称为“蓄电池”的第61/323,988号美国临时专利申请案的优先权，该申请案以引用的方式完全并入本文中。
技术领域
本发明涉及蓄电池领域(例如：铅酸蓄电池，包括应用于车辆启动、照明和点火的蓄电池；船用蓄电池；商用蓄电池；工业蓄电池以及可用于混合动力车和微混合动力车的蓄电池等等)。本发明更具体地涉及吸液(absorbedelectrolyte)式铅酸蓄电池的内部构造。
背景技术
铅酸蓄电池(Lead-acidstoragebatteries)通常由若干个电池单元(cellelements)形成，它们被分别装在具有硫酸电解液的容器的独立隔室内。每个电池单元一般包括至少一个正极板、至少一个负极板以及位于每个正极板和负极板之间的隔板。正极板和负极板通常是铅板栅或铅合金板栅，用于支撑电化学活性材料，特别是粘到板栅上的铅基材料(即PbO、PbO2、Pb或PbSO4)。板栅提供正极活性物质和负极活性物质之间的电接触以用于导电。
众所周知的是提供一种密封铅酸蓄电池，其中一个或多个电池在氧循环中工作，在充电和合理过充电过程中发生内部氧复合。这些贫液式蓄电池(starvedelectrolytebatteries)或吸液式玻璃纤维隔板(AGM)蓄电池采用单位容积表面积大、孔隙率高的吸附性隔板(优选为微细玻璃纤维隔板)将大量电池的酸性电解液(由电池容量决定)留在隔板中，同时在活性极板表面上形成很薄的电解液层，以维持电池内部高效率的氧复合。但是，AGM蓄电池的价格高于标准的富液型蓄电池。此外，这样的AGM蓄电池以膨胀(expanded)金属板栅为电池极板(连续铸造或铰接式模铸板栅)。这样的板栅、极板、电池单元和蓄电池的生产效率低。特别是，膨胀金属板栅的使用会导致单位性能输出的铅使用效率低。另外，这些膨胀金属板栅在与冲压型(stamped)或其他板栅使用时需要额外的加工工具和生产设备，导致成本增加。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于铅酸蓄电池的蓄电池极板组件。该组件包括由导电性板栅主体构成的第一极性极板，该导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件具有极耳和向底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件，板栅主体在其上设置有活性材料。该组件还包括由导电性板栅主体构成的与第一极性相反的第二极性极板，导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件具有极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件，板栅主体在其上设有活性材料。高吸收性隔板包裹在第一极性极板的至少一部分周围并且向相对的极板面延伸。该组件还包含电解液，其中基本上所有的电解液被隔板或活性材料吸收。
本发明还提供了一种可选择的蓄电池极板组件。该组件包括多块由冲压导电性板栅主体构成的第一极性极板，该导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件具有极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，所述板栅元件包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件，板栅主体在其上设有活性材料。该组件还包括多块由冲压导电性板栅主体构成的与第一极性相反的第二极性极板，该冲压导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件包括极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，所述板栅元件包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件，板栅主体在其上设有活性材料。该组件还设有多块高吸收性隔板。多块高吸收性隔板中的每一块高吸收性隔板包裹在多个第一极性极板中的每个极板的至少一部分周围使得隔板材料交错设置在相邻极板之间。该组件还包含电解液，其中基本上所有的电解液被多块高吸收隔板或活性材料吸收。
本发明还提供了一种蓄电池的组装方法。该方法包括从板栅材料的第一连续带材上冲压多个第一极性板栅，冲压板栅包括导电性板栅主体。导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件和相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件具有极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，所述板栅元件包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及水平延伸的多个板栅线元件。该方法还包括在板栅材料的第二连续带材上冲压多个与第一极性相反的第二极性板栅，冲压板栅包括导电性板栅主体，导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件以及相对的第一侧架元件和第二侧架元件，顶架元件包括极耳和朝底架元件延伸的相对的扩大导电部分；板栅主体还包括相互连接的多个导电性板栅元件，板栅元件限定了形成多个开口区域的板栅型式，所述板栅元件包括连接到顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件以及多个水平延伸的板栅线元件。在第一极性板栅中加入活性材料从而形成多块第一极性极板。在第二极性板栅中加入活性材料从而形成多块第二极性极板。高吸收性隔板包裹在多个第一极性极板中的每一个第一极性极板的底部周围并且沿着每个极板的相对的极板面向上延伸向极耳。多块第一极性极板和多块第二极性极板被装配进容器中，从而在每块第一极性极板和每块第二极性极板之间交错设置高吸收性隔板。在容器中加入电解液，使得基本上所有的电解液被多块高吸收性隔板或活性材料吸收。电池极板的极耳用浇铸汇流排连接在一起，并且浇铸汇流排与容器携带的接线柱连接。
附图说明
下面结合附图将对根据本发明的所述系统、设备和方法的各种实施例进行详细说明，其中：
图1是包括一个或多个实施例所述之蓄电池的车辆的等距视图；
图2是一个或多个实施例所述之蓄电池的等距视图；
图3是一个或多个实施例所述的、在图2中所示的无盖蓄电池的等距视图；
图4是一个或多个实施例所述的、在图3中所示的蓄电池的电池单元(cell)的等距视图，该电池单元包括正极板、负极板和隔板；
图5是一个或多个实施例所述的、在图3中所示的蓄电池的电池单元的等距视图，该电池单元包括正极板、负极板和隔板；
图6是一个或多个实施例所述的、在图3中所示的、取自图5中的6-6段的蓄电池的电池单元的详细的部分侧面立视图；
图7是一个或多个实施例所述的、在图3中所示之蓄电池的电池单元的等距视图，该电池单元包括正极板、负极板和隔板；
图8是一个或多个实施例所述的、在图3中所示的、取自图7中的8-8段的蓄电池的电池单元的详细的部分横断面视图；
图9是一个或多个实施例所述的与图4中所示的电池单元一起使用的负极板栅的平面图；
图10是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的正极板栅的平面图；
图11是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的负极板栅的平面图，显示了负极板栅和底架元件的长度或高度；
图12是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的负极板栅的平面图，显示了负极板栅和耳板(lug)的长度和高度；
图13是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的正极板栅的平面图，显示了正极板栅和底架元件的长度和高度；
图14是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的正极板栅的平面图，显示了正极板栅和耳板的长度或高度；
图15是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的负极板栅的平面图；
图16是一个或多个实施例所述的、与图4所示的电池单元一起使用的、取自图15中16-16段的负极板栅的详细的部分剖视图；
图17是一个或多个实施例所述的与图4所示的电池单元一起使用的正极板栅的平面图；
图18是一个或多个实施例所述的、与图4所示的电池单元一起使用的、取自图17中18-18段的正极板栅的详细的部分剖视图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制。在某些情况下，忽略了对本发明的理解没有必要的细节或者会致使其他细节难以理解的细节。当然应当理解的是，本发明不一定受限于本文所述的具体实施方式。
具体实施方式
参考图1，图1所示的车辆102包括根据一个或多个实施例所述的蓄电池104。虽然图1显示的车辆102是汽车，但是根据各种可选的实施方式，车辆102可包括任何各种类型的交通工具，包括商用卡车、摩托车、巴士、休闲车、轮船、高尔夫球车和手推车、草坪和园艺车等等。根据一个或多个实施例的例子，车辆102利用内燃机或内燃机和蓄电池组合的方式获得动力。蓄电池104还可用作例如高性能的发动机启动、电源电池(powersports)、深循环电池、太阳能电池、蓄电池组等等。
图1中所示的蓄电池104被配置为至少提供车辆和/或各种车辆系统(例如，启动系统、照明系统和点火系统)启动或运行所需的一部分电力。此外，应当理解的是，蓄电池104可在各种不涉及车辆的应用中使用，并且所有此类应用均属于本发明的保护范围。
图1中所示的蓄电池104可包括任何类型的二次电池(secondarybattery)(例如，可充电蓄电池)。根据本发明的一个或多个实施例，蓄电池104是铅酸蓄电池。铅酸蓄电池可以是密封式电池(例如，免维护蓄电池)或是非密封电池(例如，湿式蓄电池)。根据一个或多个实施例，铅酸蓄电池104是密封的铅酸蓄电池。
铅酸蓄电池104的一个实例在图2-3中示出。参考图3，铅酸蓄电池104包括设在包含电解液的容器或外壳110的独立隔室108内的多个电池单元或电池元件106。此处的说明涉及汽车领域应用，其中，六个(极板)堆栈中的每个堆栈使用几组极板106用于产生标准的12V车用蓄电池。如图3-8的实例所示，每组极板106可具有多个极板112、114(正极板和负极板)。图4-8示出每组极板包括十七块极板(例如，九块负极板和八块正极板)。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，在阅读了本说明书之后，单个板栅的尺寸和数量、任何特定堆栈或组的极板的尺寸和数量以及构建蓄电池104所用的堆栈或组的数量可以根据所期望的最终用途发生很大的变化。
蓄电池外壳110包括箱型底座或箱子110，并且由可塑性树脂制成。箱子或外壳110包括前壁116、后壁118、侧壁120以及底壁122。蓄电池隔室108还包括前壁124、端壁126、后壁128以及底壁130。在本文中所述的实例中，侧壁120之间设有五块电池隔板或分隔物132，从而形成六个隔室108(参见图3)，就跟12V汽车蓄电池一样。多块极板块106根据铅酸蓄电池104的容量要求相互串联，并且与电解液一起设于蓄电池箱或外壳110内，最常用的电解液为含水硫酸。在各种实施例中，一个电池或极板块106位于每一个隔室108中。每个极板块106包括一块或多块正极板112、负极板114，每块极板具有至少一个极耳134、136和位于每个正负极板之间的隔板材料138。
如图2所示，外壳110设有电池盖140。在各种实施方式中，电池盖140包括接线柱衬套142和加液管(filltubes)，以便在电池单元中加入电解液，并且允许实施保养作业(servicing)。为了帮助允许排出电化学反应期间所产生的气体，蓄电池104还可以包括一个或多个通气孔盖组件。
蓄电池104的顶部140或正面116上或周围设有一个或多个正极接线柱144以及一个或多个负极接线柱146。这样的接线柱144和146一般包括可延伸穿过电池盖140和/或电池外壳110的正面116的部分，具体取决于电池设计。在各种实施方式中，接线柱144和146还延伸穿过接线柱密封组件，以有助于防止酸的泄露。可意识到的是，各种终端设置是可能的，包括本领域中已知的顶部、侧面或转角构造。每个接线柱144、146可以连接到浇铸汇流排(cast-onstrap(s))148、150或者连接到通过在每个电池单元的加长极耳134、136或凸出部与共用的极板连接的连接条。
如所示出的，每个电池元件或分区(chapter)106均包括一块或多块正极板112、一块或多块负极板114以及位于每个正极板和负极板之间的隔板(separator)138。根据生产方法可以对正负极板112、114分类成各种类型。举一个例子，电池单元106包括涂膏式(paste-type)极板112、114，如图4-8中所示。涂膏式极板可以包括板栅基底和该基底上设有的电化学活性材料或“膏状物(paste)”。板栅可以采用软合金。如图4中所示，每个极板112、114通常可具有矩形形状，并且包括极耳134或136，在装配好的蓄电池104中，使用(举例来说)浇铸汇流排148或150将极耳134或136电连接至电池终端144或146。极板112、114还包括侧壁152、底部边缘154及对立面156和158。
如上所述，正负极板112和114中的每块极板均包括支撑电化学活性材料164的铅或铅合金板栅160和162。板栅160和162一般在正极和负板活性材料或膏状物164之间形成电接触用来导电。板栅160和162还可以用作为基底，在制作形成蓄电池极板的过程中有助于对被沉积或放置在基底上或基底上的电化学活性材料(例如，膏状物)进行支撑。
如下面更详细的描述，现有铅酸蓄电池板栅的制作方法包括：(1)批处理工艺，比如铰链式铸型重力铸造法；以及(2)连续处理工艺，比如带材拉伸(stripexpansion)、带材冲压(stripstamping)、连续铸造及紧随连续铸造的轧制(rolling)。用这些工艺制成的板栅往往具有特定处理工艺的独特的特性，并且在铅酸蓄电池中表现不同，特别是涂膏(pasting)工艺。
本文所述的板栅或多个板栅160或162为冲压板栅。图9-18显示了冲压板栅160、162的一个或多个实施例，包括用于正极板112(例如，图10)和负极板114的板栅(例如，图9)，一个或多个板栅具有或包括活性材料或膏状物(大体由附图标记164表示)。图中所示的示例包括正极板112和负极板114(参见图4-8)以及正极板栅160(例如，图10)和负极板栅162(例如，图9)。冲压板栅160、162是具有一框架的导电性板栅主体，该框架包括顶架元件166、168、第一侧架元件170、172和第二侧架元件174、176以及底架元件178、180。在各种实施方式中，冲压板栅160、162包括一系列导电性板栅线(wires)184、186、188、190、192和194，限定了包括开口区域的板栅型式，该开口区域有助于装有(hold)有助于电流生成的活性材料或膏状物164。在各种实施方式中，集电极耳134、136与顶架元件166、168成为整体。虽然在图9-18描述了极耳134和136偏离顶架元件166和168的中心，可选择的是，极耳134、136可设于居中或位于靠近第一或第二侧架元件170、174或172、176。顶架元件166、168可包括放大的导电部分182、183，其中至少一部分放大的导电部分直接位于极耳134、136下方，用于优化至极耳的电流传导。放大的导电部分182、183朝底架元件178、180延伸。底架元件178、180可以由一个或多个向下延伸的支腿(图中未显示)形成，从而将板栅的剩余部分与蓄电池箱110的底部隔开。
一系列或多根呈放射状延伸的竖向板栅线184、186或元件构成板栅160、162的一部分。竖向线元件184、186与顶架元件166、168以及底架元件178、180连接。一个或多个竖向线元件184、186还与顶架元件166、168及第一侧架元件170、172或第二侧架元件174、176连接。竖向线元件188、190与侧架元件170、172、174和176平行。剩下的竖向线元件184、186从虚构的交会点沿穿过竖向元件的半径线呈放射状延伸。竖向线元件184、186在从底架元件178、180移向顶架元件166、168时开始靠得更近，并且在从竖向元件188、190移向第一侧架元件170、172或第二侧架元件174、176时分得更开。
板栅160、162还包括多个水平或横向的线元件192、194。为了辅助支撑电化学膏状物164和/或允许膏状物颗粒的形成，在实施例的各种示例中，冲压板栅包括等距离间隔开的并且与顶架和/或底架元件166、168、178和180平行的水平线192、194。然而，如图9-20所示，至少一些水平线192、194可能不是等距离间隔开的，或者与顶架和/或底架元件不平行。
竖向线元件184、186、188、190和水平线元件或交叉线元件192、194的个别段具有对立端部，该对立端部在多个节点196、198处接合，但是限定了支撑用于导电的电化学膏状物164的开口区域200、202。
在各种实施例的示例中，至少一些板栅线的横截面在长度方向上从底部到顶部是增大的或者是锥形的，以优化板栅线的载流容量，从而带走从底部到顶部所产生的不断增加的电流。可以预先确定侧元件之间的板栅线的宽度和间距使得板栅整个宽度方向上的电势点大致相等。
板栅线的横截面可随板栅制作工艺的变化而变化。然而，为了提高蓄电池膏状物164的粘着力，在各种实施方式中，可以对板栅线机械再成形或再抛光。需要理解的是，只要提供适当的膏状物粘着特性，那么板栅线可以采用任何形状。举例来说，板栅线的横截面可以是任何横截面设计，包括大致呈椭圆形、大致为矩形、大致为菱形、大致为长菱形、大致为六角形和/或大致为八角形。
在电池板栅160、162中，每个板栅线部分可具有不同的横截面配置，或者每个板栅线部分可具有相同或相似的横截面配置。可以根据需要，板栅可以仅在竖向线元件处发生变形，仅在水平线元件处发生变形，或在竖向线元件和水平线元件处均发生变形。
可以采用各种板栅设计(例如，冲压板栅设计)。参见例如美国专利申请第5,582,936号、第5,989,749号、第6,203,948号、第6,274,274号、第6,921,611号、第6,953,641号、第7,398,581号、第7,763,084号、第7,767,347号和第7,799,463号以及美国专利申请案第10/819,485号、第12/529,599号和第60/904,404号，上述专利和申请案通过引用的方式全部并入本文中。适当的冲压板栅包括用作正极板栅和负极板栅的冲压板栅(可从威斯康星州密尔沃基的江森自控有限公司获得)。应当注意的是，无数种板栅设计都可以使用，因此，本文中的描述的意图并不表示本发明局限于图9-18中所示的板栅设计，图示实施例仅作示意的目的。
利用不同材料之间的电化学势(potential)生成电流的各种化学成份已经得到了广泛的研究和商业化实施。请参见Besenhard,J.O.等人，《蓄电池材料手册》，德国魏因海姆Wiley-VCHVerlag公司，1999年；Linden,D.等人，《蓄电池手册》第二版，纽约McGrawHil公司，199年，上述内容通过引用的方式并入本文中。
板栅上放置的活性材料或膏状物164一般是通过涂于、沉积于或其他方式设置到板栅160、162上的铅基材料(例如，在蓄电池不同的充电/放电阶段的PbO、PbO2、Pb或PbSO4等)。正如本领域中所知的，可以根据电力要求、成本和电池环境等条件确定膏状物164成分。在各种实施方式中，对氧化铅、硫酸和水进行混合来制备铅酸蓄电池104的活性材料164。氧化铅与硫酸反应生成单碱式、三碱式和/或四碱式硫酸铅。活性材料164中亦可加入如纤维和膨胀剂(expander)等干燥的添加剂。举例来说，在各种实施方式中，可以在活性材料164中加入细粒的碳粉(例如，煤烟或碳黑)、硫酸钡和各种木质素等膨胀剂。在各种实施方式中，对混合物进行干燥并且再添加水以形成具有期望稠度的膏状物164。
负极板栅162上具有的活性材料或膏状物164在类型上与正极板栅160上具有的活性材料164类似。然而，可预期的是，根据待加入活性材料的板栅极性，活性材料164会有些区别。例如，正极板栅160(例如，氧化铅[PbO2])上具有的活性材料164可以是细颗粒形式的，以利于电解液被允许扩散并渗透正极板112上的氧化铅细颗粒。负极板栅162的活性材料164可以是多孔反应性(reactive)材料，以使电解液被允许扩散并渗透负极板114上的铅。本文所列的是具体的实施例，在不离开本发明的整体范围内还有很多变化。
为了防止活性材料164脱离板栅160、162，并且确保极板112、114制作过程中活性材料164的简易处理，在活性材料164的至少一个表面上粘附或以其他方式设置裱糊纸(pastingpaper)(图中未显示)，在活性材料沉积到板栅上之后支撑活性材料。可以选择的是，也可以在表面中或活性材料164上使用多孔无纺布(例如，具有微米孔)而不是裱糊纸，以防止活性材料164脱离和处理问题以及初始高倍率放电退化。举例来说，可以使用通过纺粘(spun-bonding)或热粘合(thermal-bonding)由热塑性树脂合成的无纺织物。在各种实施方式中，无纺布材料由一种或多种聚酯、聚丙烯和粘胶构成。
在各种实施例的示例中，使用一块或多块蓄电池隔板138来切断正极板112和负极板114之间的导电。用于分离相邻隔板112、114的隔板材料138具有足够的孔隙率和固位力(retention)以大致保留支持电化学反应所需的全部电解液。在各种实施例的示例中，隔板材料138是可压缩的，使得在堆叠这些元件时，隔板材料基本上符合极板112、114的表面的轮廓，以有助于它实现其毛细吸收或毛细管作用。
在一个或多个实施例的示例中，隔板138是高孔超细玻璃纤维垫(mat)，并且其性能适用于采用氧复合工作原理的密封铅酸蓄电池。本文所述的隔板138适于提供蓄电池104内氢和氧的复合，并且可包括氧气气相转移到负极板114，从而使得在充电时复合成水。一般情况下，形成隔板138或垫的材料可使电解液悬浮紧靠极板活性材料164，并且可以通过毛细作用吸收电解液。在各种实施例的示例中，隔板138由吸收玻璃垫(AGM)构成。隔板138优选地包括如聚丙烯和/或聚乙烯等的聚合组分。在各种实施例的示例中，AGM或隔板138为无纺织物或无纺布，并且包括超细玻璃纤维，用于保持电解液(例如，通过毛细管作用)，并且在板栅中的电解液不完全饱和时提供气体空间。就这点而言，虽然电解液能自由流动，但受到的限制大于富液型蓄电池。此外，电池单元也可以使用或者选择性地使用其他已知的或后续开发的隔板材料，包括但不限于微孔泡沫胶、聚氯乙烯、聚烯烃及酚醛树脂浸渍纸。
如图5-8所示，在各种实施方式中，隔板138被放置在极板上和/或被放置在极板112、114之间。隔板138可以设在极板112、114之间以防止蓄电池104在反应过程中发生短路和/或不良电子流现象。在一个或多个实施例的示例中，隔板材料138可以包裹在某些极板112或114(例如，同极性极板)下面和/或周围。在所示的示例中，隔板材料138全部或部分包裹在正极板112或部分正极板112周围，在不脱离本发明整体范围的情况下，隔板材料138也可以全部或部分包裹在负极板114或部分负极板114周围。举例来说，隔板材料138可以包裹在极板112的底部边缘154周围，并且沿对立的极板面156、158朝极耳134向上延伸，以大体或部分将极板112和相邻的极板114隔离，如极性相反的极板112和114。
在每一个电池单元中，最好是，除了保持在隔板材料138或极板112、114任何孔内的电解液外，电池单元基本不含或者含很少的自由电解液。但是，可以预期的是，隔板138不会吸收全部的电解液，因此电池单元内还会或可能会存在一些自由电解液。在各种实施方式中，隔板材料138包围一块或多块极板的边缘154(例如，部分由底框元件构成的边缘)，并且可至少接触容器110的一个内表面。
隔板138的厚度会随着所使用蓄电池104类型的变化而变化。在各种实施方式中，隔板138的厚度在0.01毫米至2.00毫米范围之间或更多的大约是1.65毫米(0.065英寸)。
在一个或多个可选的实施例中，邻接包裹有隔板材料138的极板112的极板114的板栅162比包裹有隔板材料138的极板112的板栅160要更长或更高(参见图5-8和图11-18)。因此，与包裹有隔板材料138的极板邻接的极板(即，未包裹隔板材料的极板)的极耳136的高度与包裹有隔板材料138的极板的极耳134的高度大致上相似或相同。有几种保持极耳高度基本一致的方法。举例来说，如图9-18中所示，对于与包裹有隔板138的极板112邻接的极板114(例如，一块或多块负极板)，其一个或多个板栅162的底架元件180的边缘(X)(参见图16、图18)的厚度可大于包裹有隔板138的极板112的板栅160(其具有极板高度)的底架元件178的厚度，使得包裹有隔板138的极板112的极耳高度大致与未包裹有隔板138的极板114的极耳高度相同。就这一点而言，板栅可具有以下比例(参见图11-14)：
极板高度(A1)<极板高度(B1)
极耳高度(A2)<极耳高度(B2)；但是
极耳高度(A2)+隔板厚度＝极耳高度(B2)
在各种实施方式中，并且如图5-8中所示，相对厚度的增加大致等于隔板材料138的厚度。在各种实施方式中，如图11-18所示，与包裹有隔板138的极板112邻接的极板114的一个或多个板栅162(例如，一个或多个负极板栅)的底架元件180的厚度可以在大约1.25毫米～1.75毫米之间，大于包裹有隔板138的极板112的板栅160的底架元件178的厚度。在所示的实例中，为了方便参考和理解，示出的正极板栅160和极板112在其上包裹有隔板138，但是可选择的，如本文中所指出的，在负极板栅162和极板114上可设置有隔板138。
通过在诸如铅合金板栅160、162的导电支架上涂敷活性材料或膏状物164制成铅酸蓄电池104的极板112、114。可以按制作极板的方法对极板进行分类。可以使用各种现有的或后续开发的工艺制作板栅160、162。举例来说，如上文所述，基底(substrate)160、162可通过铸造工艺(例如，通过将熔融合金倒入模具中)、冲压工艺或通过连续轧制工艺形成。在根据本文一个或多个实施例所述的蓄电池104的装配方法中，通过将板栅材料的轧制锻造带材(rolledwroughtstrip)冲压成多个板栅来形成具有本文中所描述的板栅式样的多个正极板栅160。通过在板栅材料的轧制锻造带材上冲压出多个板栅也可以形成具有本文中所述的板栅式样的多个负极板栅162。在板栅160、162或极板112、114的制作过程中，板栅线可以被重新抛光或再成形。
然后活性材料或膏状物164被施加到、沉积在或者其他方式设置(例如，用传统的胶纸胶粘)在板栅160、162上以形成极板112、114。膏状物164可以被施加使得膏状物164可以被设置在基本所有的板栅上，包括边沿或边缘、填充板栅孔以及在每一面或侧形成涂层。或者，边缘和极耳134、136基本不抹膏状物164。在各种实施方式中，活性材料164的一个表面或两个表面都设置有一种或多种裱糊材料(pastingmaterials)或裱糊纸(pastingpapers)。在各种实施方式中，在连续工艺中配备裱糊材料或裱糊纸。
在各种实施例的示例中，板栅160、162、活性材料164和裱糊材料(pastingmaterials)或裱糊纸被送入分隔器(divider)，在该处带材被切割成极板112、114。从带材切割出的极板可以是平整的，或者被改进成使任何不平坦的胶粘区域平滑。
成组的单个蓄电池极板112或114可以用隔板材料138进行组装、包住、交错或者以其他方式隔开。举例来说，未成形的极板112、114可以用交错的高吸收性隔板138或AGM隔板材料组装，根据需要被压到所需的压力，再插入容器110中，极板和隔板138保持相互压紧的状态。在各种实施例的示例中，AGM材料或隔板138如图4-8中所示包裹在极板112或114周围。举例来说，AGM材料可包裹在每个正极板112的底部边缘154周围，并且沿每个正极板112的对立极板面156、158朝极耳134向上延伸。AGM材料138可覆盖一部分的极板112或者极板的绝大部分。
在装配过程中，蓄电池极板112的正极极耳134连接在一起，并且蓄电池极板114的负极极耳136连接在一起。通过采用装配好的蓄电池堆栈106，翻转它们并且将极耳134、136浸入模具中的熔铅形成浇铸汇流排148、150，使用浇铸汇流排148、150实现了极耳的连接。为了允许电流流经蓄电池104，堆栈106的浇铸汇流排148或150是连接或联合的。另外，配备有终端接线柱144、146，该终端接线柱144、146延伸穿过电池盖140或外壳110或延伸进入电池盖140或外壳110内的衬套(bushings)142，以允许与车辆的电气系统或需要或意在使用蓄电池电力的其他系统发生电接触。浇铸汇流排148或150与相应的终端接线柱144或146连接。
在各种实施方式中，包括电池盖140的电池外壳110内含电池单元，其中，带隔板138的各种极板组106被加入到容器110的单独隔室108。在各种实施方式中，再将电解液加入到电池单元中。对电解液的量进行控制，以使电解液基本上被极板112、114和隔板138的孔(pores)全部吸收。冲掉任何残留的电解液流体涂层、粉尘及其他碎片以制备待装运的蓄电池104。
在初洗之后，电流通过蓄电池104，特别是流过电池单元和电极，举例说将硫酸铅或碱式硫酸铅转换为二氧化铅(正极板)或铅(负极板)，从而使蓄电池组电化学地成形。这就是所谓的“成形”工艺。成形可发生在将封盖140密封到容器110之前或者在密封之后。
与传统设备相比，本文所述的电池、极板、板栅和隔板具有很多优势。本文所述的蓄电池还具有高功率系数或功率密度，并且具有低内阻，可实现快速充放电。与吸收性隔板电池一起使用的本文所述的蓄电池、极板、板栅和隔板可提供单位性能输出的铅更高效的使用率。此外，由于每个极板不需要支撑其自身重量，并且极板能对抗使用AGM隔板材料(matting)所产生的夹层构造的振动，因此蓄电池极板中的铅纯度更高。另外，蓄电池，包括吸收性隔板材料(matting)有助于保持流体，降低蓄电池电解液外溢的可能性并保存水。此外，电解液悬浮在极板活性材料附近能提高蓄电池的充放电效率。
使用相同形式的板栅，即冲压板栅，或使用冲压轧制带材来制作用于吸收性隔板电池的板栅时，由于它允许共用(举例来说)AGM蓄电池的正极板和负极板的工具，并且不需要使用连续铸造或铰链式铸型板栅，降低了成本(例如，除其他成本之外的工具费用等)。
本申请所公开的第二吸收性玻璃隔板(AGM)蓄电池或类似的蓄电池类型包括本文中所描述的一个或多个冲压板栅，作为正极板栅和负极板栅，改善了蓄电池的电流、性能、使用寿命和/或腐蚀性能(corrosioncapabilities)。本文中所描述的一个或多个冲压板栅作为正极板栅和负极板栅的使用还降低了蓄电池中导电材料(例如，铅)的重量和/或数量，提高了刚度并且降低了蓄电池中板栅的短路。另外，本文所描述的一个或多个冲压板栅作为正极板栅和负极板栅的使用能消除生产工艺中的金属膨胀和/或铸造板栅的膨胀，从而改善了制造正板栅和负板栅的生产工艺并且降低了材料和/或生产成本(例如，通过允许使用相同的冲压设备，诸如，仅对设备作小的改变或改型)。此外，本文所描述的、相对于或比较于至少一个相应的相反极性的冲压板栅进行延伸(例如，在高度上)的冲压板栅的使用有助于使包括这样的冲压板栅的正极板和负极板或电极之间保持大致相对一致的极耳高度。
如在本文所使用的，术语“大约”、“左右”、“大致”和类似的术语具有广泛的含义，与本发明主题相关领域的普通技术人员所普遍接受的用法一致。本领域的技术人员应该理解，这些术语用于对所述及主张的某些特征进行说明，并未将这些特征局限于本文所述的精确的数值范围。因此，这些术语应解释为所述及主张的主题的非实质或细微修改或改型被认为是属于所附权利要求书所述的本发明的保护范围内。
应当注意的是，在本说明书中对相对位置的参考(例如，“顶部”和“底部”)仅用于识别各种元件在附图中所示的位置。应当认识到，特定部件的方向可能随着应用环境的变化而发生很大的变化。
从本发明的目的而言，术语“连接(coupled)”指两个元件相互之间的直接或间接连接。这样的连接本质上可以是静态的，或者本质上也可以是动态的。这样的连接可以是两个元件来或两个元件和任何附加的中间元件整体形成为一个单个元件实现，或两个元件或两个元件和任何附加中间元件相互连接而实现。这样的连接本质上可以是永久连接和可拆卸连接。
同样重要还必须注意的是，各种实施例的示例所示和所描述的蓄电池、极板或隔板的构造和布置仅作示意之用。虽然本公开仅详细描述了一些实施例，但是阅读本公开的本领域的技术人员应该理解，在不实质地脱离本发明所记载的主题内容的新颖教导和优势的情况下，可进行许多修改(例如，对尺寸、结构、外表和各种元件的比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、方向等)。举例来说，显示为整体成形的元件可以由多个部件或元件组成，接口的运行方式可进行翻转或改变，结构和/或元件或连接件或其他系统元件的长度或宽度可进行变化，元件之间的调节位置的性质和数量可进行改变(比如，通过改变啮合槽的数目或啮合槽的尺寸或啮合的类型)。根据不同的实施例，可以改变或重新排列任何工艺或方法的步骤顺序。在不偏离本发明的精神或范围内，允许对各种实施例的设计、运行条件和布置进行其他的替代、修改、变化和省略。

Claims (20)

1.一种用于铅酸蓄电池的蓄电池极板组件，包括：
由导电性板栅主体构成的第一极性极板，所述导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件，所述底架元件具有第一边缘，所述顶架元件具有极耳，所述导电性板栅主体还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域；
由导电性板栅主体构成的与第一极性相反的第二极性极板，所述导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件，所述底架元件具有第二边缘，所述顶架元件具有极耳，所述导电性板栅主体还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域；高吸收性隔板，所述高吸收性隔板包裹在第一极性极板的至少一部分周围并且延伸至相对的极板面，其中所述隔板包裹在第一极性极板的底架元件周围，使得所述隔板沿相对的极板面向上延伸向极耳，并且其中所述第二极性极板的极耳和包裹有所述隔板的第一极性极板的极耳对齐。
2.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，其中所述第一极性极板是正极板。
3.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，其中所述隔板是吸收性玻璃垫。
4.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，其中所述第一极性极板具有板栅元件，所述板栅元件包括连接至顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件，以及多个水平延伸的板栅线元件。
5.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，其中所述第一边缘和第二边缘具有不同的高度，使得所述第二极性极板的高度大于所述第一极性极板的高度。
6.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板的高度大于所述第一极性极板的高度。
7.根据权利要求6所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板和所述第一极性极板之间的高度差相当于所述隔板的厚度。
8.根据权利要求1所述的蓄电池极板组件，还包括活性材料和电解液，其中基本上所有的电解液被所述隔板或活性材料吸收。
9.一种包括权利要求1所述的蓄电池极板组件的蓄电池。
10.一种蓄电池极板组件，包括：
具有相对的顶架元件和底架元件的多个第一极性极板，所述顶架元件具有极耳，第一极性极板还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域；
与第一极性相反的多个第二极性极板，所述第二极性极板具有相对的顶架元件和底架元件，所述顶架元件具有极耳，所述第二极性极板还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域；
多个高吸收性隔板，所述多个高吸收性隔板中的每个高吸收性隔板包裹在多个第一极性极板中的每个极板的至少一部分周围，使得隔板材料交错设置在相邻极板之间，其中所述多个高吸收性隔板中的每个高吸收性隔板包裹在多个第一极性极板中的每个极板的底架元件周围，使得多个第二极性极板的极耳的高度基本上与包裹有所述隔板的第一极性极板的极耳的高度一致。
11.根据权利要求10所述的蓄电池极板组件，其中所述第一极性极板是正极板。
12.根据权利要求10所述的蓄电池极板组件，其中所述高吸收隔板是吸收性玻璃垫。
13.根据权利要求10所述的蓄电池极板组件，其中所述第一极性极板具有板栅元件，所述板栅元件包括连接至顶架元件的多个呈放射状延伸的竖向板栅线元件，以及多个水平延伸的板栅线元件。
14.根据权利要求10所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板的框架元件的高度大于所述第一极性极板上相应的框架元件的高度。
15.根据权利要求10所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板具有高度，所述高度大于所述第一极性极板的高度。
16.根据权利要求15所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板和所述第一极性极板之间的高度差相当于所述隔板的厚度。
17.一种包括权利要求10所述的蓄电池极板组件的蓄电池。
18.一种用于铅酸蓄电池的蓄电池极板组件，包括：
由导电性板栅主体构成的第一极性极板，所述导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件，所述顶架元件具有极耳，所述导电性板栅主体还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域，所述第一极性极板具有在顶架元件和底架元件之间延伸的第一极板高度；
由导电性板栅主体构成的与第一极性相反的第二极性极板，所述导电性板栅主体具有相对的顶架元件和底架元件，所述顶架元件具有极耳，所述导电性板栅主体还具有多个相互连接的限定板栅型式的导电性板栅元件，所述板栅型式限定多个开口区域，所述第二极性极板具有在顶架元件和底架元件之间延伸的第二极板高度，其中所述第二极板高度大于第一极板高度。
19.根据权利要求18所述的蓄电池极板组件，还包括隔板，所述隔板包裹在所述第一极性极板的底架元件周围，使得所述第二极性极板的极耳与包裹有所述隔板的所述第一极性极板的极耳对齐。
20.根据权利要求18所述的蓄电池极板组件，其中所述第二极性极板和所述第一极性极板之间的高度差相当于隔板的厚度。
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