CN105765760B - 用于板状电池电极的板栅组件以及蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电化学蓄电池的板状电池电极的板栅组件，其包括框架和布置在该框架上的板栅，其中，所述框架包括至少一个上框架部件，在该上框架部件的背离板栅的一侧上设置有所述电池电极的连接凸耳，其中，该板栅包括板栅条，板栅条分别包围所述板栅的切口，其中，包围切口的板栅条中的大多数被分别设置成六边形布置方式，从而处于其间的切口形成六边形，其特征在于以下特征a)、b)、c)、d)、e)中的一个、多个或全部：a)该板栅组件涂覆有膏状的活性物质，在该活性物质上设置有被设计用于吸收蓄电池的液体电解质的液体吸收材料，b)六边形切口的尺寸朝上框架部件的方向增大，c)所有六边形切口的板栅条具有相同的宽度或者相同的横截面面积，d)六边形切口的板栅条都不水平地延伸或平行于上框架部件延伸，e)六边形切口的板栅条都不竖直地延伸或垂直于上框架部件延伸。本发明还涉及一种蓄电池。

Description

用于板状电池电极的板栅组件以及蓄电池
本发明涉及一种用于电化学蓄电池的板状电池电极的板栅组件。本发明还涉及一种蓄电池。一般来说，本发明涉及具有板状电池电极的电化学蓄电池领域，该板状电池电极也被称作电极板。这种蓄电池尤其被制成为铅酸蓄电池。例如在文献DE 10 2008 029 386Al或者文献WO 01/04977 Al中描述了这种蓄电池的板栅组件。这种板栅组件通常由铅制成。由于原材料价格的上涨和减轻电化学蓄电池重量的目的，希望使用铅量最少。因此本发明的目的在于说明一种优化的板栅组件，其中，可减少所需的用铅量而不损害蓄电池的电气性能。还应说明一种为此目的的蓄电池。
该目的通过一种用于电化学蓄电池的板状电池电极的板栅组件来实现，该板栅组件包括框架和布置在该框架上的板栅，其中，该框架包括至少一个上框架部件，在该上框架部件的背离板栅的一侧上布置有该电池电极的连接凸耳，其中所述板栅包括板栅条，所述板栅的切口分别被所述板栅条包围，其中，包围所述切口的所述板栅条中的大多数被分别设置成六边形布置方式，从而处于板栅条之间的切口形成六边形，其特征在于以下特征a)、b)、c)、d)、 e)中的一个、多个或全部：
a)该板栅组件涂覆有膏状的活性物质，在该活性物质上设置有液体吸收材料，该液体吸收材料用于吸收该蓄电池的液体电解质，
b)六边形切口的尺寸朝所述上框架部件的方向增大，
c)所有六边形切口的板栅条具有相同的宽度或者相同的横截面面积，
d)六边形切口的板栅条都不水平地延伸或平行于所述上框架部件延伸，
e)六边形切口的板栅条都不竖直地延伸或垂直于所述上框架部件延伸。
本发明具有如下优点，借助于该板栅组件可生产出显示出更佳的电气性能参数的蓄电池。因此，尤其是蓄电池的循环稳定性可被提升。改进的板栅组件也对蓄电池的电压曲线、电容和内电阻起到积极作用。
根据特征a)，该板栅组件涂覆有膏状的活性物质，在该活性物质上设置有液体吸收材料，该液体吸收材料用于吸收该蓄电池的液体电解质。分别与所述六边形布置方式和板栅条或所述六边形切口相结合，可生产出特别高效的蓄电池，尤其是AGM蓄电池，该AGM蓄电池具有这种类型的蓄电池所固有的所有，并且在用铅量更少的情况下具有相对更高的机械负荷能力。在此， AGM代表吸附式玻璃纤维毡(AbsorbentGlassMat)。因此，所述液体吸收材料可被设计成例如微玻璃纤维隔板或者其他吸附式玻璃纤维毡。
根据特征b)，六边形切口的尺寸朝上框架部件的方向增大。换言之，被设置为远离该上框架部件的六边形切口小于被设置为靠近该上框架部件的六边形切口。所述切口的尺寸尤其可通过其表面积来限定。在电气需求方面的一个优点在于，该板栅组件设有的活性物质比已知的板栅组件中分布得更均匀。因此靠近该上框架部件的六边形切口中的每个比被设置为远离该上框架部件的六边形切口可容纳更多活性物质。模拟和试验已得出，该板栅和形成有所述板栅的电池电极显示出特别均匀的电气性能。
根据特征c)，所有六边形切口的板栅条具有相同的宽度或相同的横截面面积。这具有促进流过板栅条的电流的均匀分布的优点。
根据特征d)，六边形切口的板栅条都不水平地延伸。也可设置成，六边形切口的板栅条都不平行于所述上框架部件延伸。只要使用诸如水平地、竖直地、上方、下方、在…上方、在…下方和/或平行、或者垂直这样的术语，这些术语涉及电化学蓄电池处于根据规范的正常位置的情况下，电池电极在该电化学蓄电池中的安装方向。蓄电池根据规范的正常位置通常是将该蓄电池的底部水平布置。因此通常上框架部件同样水平地布置。所提及的特征具有如下的优点：可实现特别有效地将所述活性物质引入切口中并且可避免或者至少显著减少所谓的“膏状阴影(Pastierschatten)”。在将膏状的活性物质填涂到切口中时，在板栅条沿填涂方向的后侧部上出现所述膏状阴影。
根据特征e)，六边形切口的板栅条都不竖直地延伸。也可设置成，六边形切口的板栅条都不垂直于所述上框架部件延伸。这同样具有能够实现特别有效地将活性物质引入切口中并且可避免或者至少显著减少所谓的“膏状阴影”的优点。
根据本发明的一种有利的改进方案，六边形切口的板栅条形成蜂窝式结构。
根据本发明的一种有利的改进方案，该板栅组件被设计成用于正极电池电极的正极板栅组件。根据本发明的一种有利的改进方案，该板栅组件是冲压的铅栅。
板栅组件至少包括上框架部件。额外地，该板栅组件可包括下框架部件、左侧与右侧框架部件，其中，该上框架部件通过所述左侧与右侧框架部件与下框架部件相连接。由此，该板栅被布置在所述框架内。这样做可提供一种在其下部区域中坚固性也提高的板栅组件。
根据本发明的一种有利的改进方案，两个彼此相连接的板栅条之间的角度中的大多数大于90°。这同样促进了将膏状的活性物质引入切口中。只要在本申请的范围中以°(度数)说明角度，则这涉及360°整圆。
根据本发明的一种有利的改进方案，六边形切口中的至少一些由六个板栅条限定，其中四个板栅条具有相同的长度而两个板栅条具有不同于该具有相同长度的四个板栅条的长度。由此可实现拉长的或者“沿长度拉伸”的六边形布置方式。
根据本发明的一种有利的改进方案，所述具有相同长度的四个板栅条分别成对地在连接点处彼此相连接。这样形成的板栅条对通过所述具有另一长度的两个板栅条彼此相连接。
根据本发明的一种有利的改进方案，延伸通过所述连接点的直线与竖直线形成5°至25°、尤其为10°至20°的角度。由此可形成向一侧斜置或者倾斜的类型的六边形板栅，这具有如下优点：通过倾斜使板栅条主要按照流向所述连接凸耳的电流方向取向，进而进一步改善该板栅组件的电气特性。
根据本发明的一种有利的改进方案，所述具有不同长度的两个板栅条的长度朝上框架部件的方向增大。由此例如可实现切口的尺寸朝上框架部件的方向增大。可替换地，切口的尺寸也可朝该上框架部件的方向以不同的方式增大，例如通过以增大包围切口的所有板栅条的长度来增大切口的面积的方式。
根据本发明的一种有利的改进方案，所述具有相同长度的四个板栅条的长度朝上框架部件的方向保持不变。换言之，该四个板栅条的长度在该板栅组件的竖直延伸上保持不变。
根据本发明的一种有利的改进方案，六边形切口的尺寸从35-45mm2的起始值朝上框架部件的方向增大至53-63mm2的终值。这具有如下优点：可实现相对小的切口，这又提高了蓄电池的性能。相对小的切口有利于减小活性物质固化时其收缩产生的影响，并且有利于改善活性物质的使用。
本文开始时提及的所述目的额外地通过一种蓄电池来实现，该蓄电池具有布置在一个或多个电极板块中的多个板状电池电极，其中，所述电池电极中的一个、多个或所有包括前述类型的板栅组件。
根据本发明的一种有利的改进方案，蓄电池填充有液体电解质。在电池电极之间设置有吸收液体电解质的液体吸收材料。所述液体吸收材料可设置在所有电池电极之间，或者仅在一些电池电极之间。例如因此可将每个第二电池电极包覆入所述液体吸收材料中。该蓄电池尤其可以是AGM蓄电池。接下来将参照附图通过实施例详细阐述本发明。
所示出的是：
图1以分解图示出了蓄电池及其构件，以及
图2示出了板栅组件，以及
图3示出了设有活性物质的板栅组件，以及
图4示出了将设有活性物质的板栅组件包覆在隔板中，以及
图5以俯视图示出了根据本发明的板栅组件，以及
图6以放大图示出了根据图5的板栅组件的细节。
在附图中使用相同的附图标记表示相对应的元件。
图1首先示出根据本发明的蓄电池100的示例基本结构。该蓄电池100尤其可被设计成具有例如呈硫酸形式的液体电解质的铅酸电池。该蓄电池100具有罩壳110，在罩壳中布置有一个或多个极板块107。该蓄电池100具有基于其电池芯数量而定的固定数量的极板块107。极板块107分别布置在罩壳110 的各个通过隔板彼此分隔的容纳室中。极板块107通过图1未示出的内连接元件在罩壳110内彼此连接成串联连接。在极板块一端的正极板和在极板块另一端的负极板与各自的外端子108、109电气连接，所述外端子108、109位于蓄电池罩壳110的盖部111中。通过所述端子108、109向耗电设备提供蓄电池 100的电能。
极板块107分别包括交替的正电极板和负电极板。所述负电极板被示出为负极板组115，所述正电极板被示出为正极板组114。在图1中还示例性地示出了单个电极板，即包括负极平面铅栅102的负电极板105和包括正极平面铅栅101的正电极板104。在图1中示出的该正电极板104和该负电极板105已涂抹有活性物质，该活性物质覆盖各个板栅条和切口。所述正极和/或负极铅栅包括多个板栅条和形成在板栅条之间的多个窗户状的切口。所述正极和/或负极铅栅101、102可通过例如冲压工艺来制造，或者通过其他方法如铸造和/或轧制来制造。
额外地，正电极板104经由分离材料106与负电极板105分开。该分离材料106尤其可被构造成袋状以容纳正电极板104并将该正电极板104和相邻的电极板分隔开。每个正电极板104包括相应的连接凸耳103，在该正极板组 114中的电极板通过该连接凸耳103彼此连接成并联连接。每个负电极板105 包括相应的连接凸耳103，在负极板组115中的电极板通过该连接凸耳103彼此连接成并联连接。可通过在图1中可见的钎焊或熔焊到连接凸耳103上的连接件112实现所述连接。
根据图1的蓄电池100尤其可包括一个或多个根据本发明的例如呈正电极板104形式的电极板。
图2以俯视图示出了正极铅栅101的一个实例。可见该铅栅101具有多个板栅条114，在板栅条114之间存在多个窗户状的切口113。为了更好的可操作性和机械稳定性以及改善电气特性的原因，该铅栅101的外缘可具有下述框架部件中的一个、多个或所有：上框架部件115、左侧框架部件119、下框架部件117和右侧框架部件118。
图3示出了已至少部分被覆盖有通常呈膏状涂覆的活性物质的图2中的铅栅101。该过程也称作填涂。图4示出了根据图3的设有活性物质的铅栅103 正被插入在袋状隔板106中。
图5示出了根据本发明而形成的板栅组件101，该板栅组件也包括具有上框架部件120、下框架部件117、右侧框架部件118和左侧框架部件119的框架。板栅113位于被前述的框架部件所包围的区域内。板栅113具有分别被板栅条包围的多个切口。大多数切口为六边形，诸如示例性地设有附图标记的切口1、2、3。板栅113的由六边形切口形成的区域终止于该区域向框架部件 117、118、119、120的过渡部中。如还可见到的那样，切口的尺寸从底部开始 (例如从所述切口1开始)直至上框架部件120逐渐增大，如通过比较所述切口1与所述切口2而显而易见的那样。所述切口以及包围切口的板栅条布置成一种蜂窝式结构。在此，该蜂窝式结构并不以特定板栅条精确地平行于框架 117、118、119、120的其中之一来取向，而是该整个蜂窝式结构可以说略微向右倾斜。这通过图5中所示的直线G显而易见，所述直线G倾斜一个角度a，该角度a对应于其相对于竖直线V的倾角。
接下来根据图6对上述板栅组件进行阐述，该图示出了切口3和包围该切口的板栅条的放大图作为所有六边形切口的实例。还可见所述直线G，该直线相对于竖直线V倾斜角度a。
所述切口3被板栅条11、12、13、14、15、16包围。在此所述板栅条 11、12、14、15具有相同的长度。板栅条11、12在上连接点17处彼此相连接，板栅条14、15在下连接点18处彼此相连接。所述直线G延伸通过所述连接点17、18。
在每种情况下，所述板栅条13、16都具有相同的长度。尽管根据本发明的板栅组件中各个切口具有不同长度，板栅条13、16的长度可以与板栅条 11、12、14、15的长度相同。特别是，在所述下框架部件117附近的板栅条 13、16的长度可小于或等于板栅条11、12、14、15的长度。板栅条13、16的长度朝所述上框架部件120的方向增大，并且在该上框架部件120附近的板栅条13、16的长度等于或者大于板栅条11、12、14、15的长度。
切口的尺寸以其面积的形式进行测量，该尺寸可从例如在35-45mm2的数值范围内(例如在切口1处为40mm2)朝向上的方向、即朝上框架部件120的方向增大至在53-63mm2的数值范围内(尤其在切口2处为58mm2)。

Claims (30)

1.一种用于电化学蓄电池(100)的板状电池电极(104、105)的板栅组件(101、102)，所述板栅组件(101、102)包括框架(117、118、119、120)和布置在所述框架上的板栅(113)，其中所述框架(117、118、119、120)包括至少一个上框架部件(120)，所述至少一个上框架部件(120)具有所述电池电极(104、105)的连接凸耳(103)，所述连接凸耳(103)设置在所述上框架部件(120)背离所述板栅(113)的一侧上，其中所述板栅(113)包括板栅条(11至16)，所述板栅条(11至16)分别包围所述板栅(113)的切口(1、2、3)，其中，包围所述切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)中的大多数被分别设置成六边形布置方式，使得处于其间的所述切口(1、2、3)形成六边形，其特征在于以下特征：
所述六边形切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)都不平行于所述上框架部件(120)延伸；并且
所述六边形切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)都不垂直于所述上框架部件(120)延伸。
2.根据权利要求1所述的板栅组件，进一步包括以下特征中的一个、两个或全部：
所述板栅(113)涂覆有膏状的活性物质(116)，在所述活性物质(116)上布置有液体吸收材料(106)，所述液体吸收材料(106)被设计用于吸收所述蓄电池(100)的液体电解质；
所述六边形切口(1、2、3)的尺寸朝所述上框架部件(120)的方向增大；
所有六边形切口(1、2、3)的所述板栅条具有相同的宽度(B)或者相同的横截面面积。
3.根据权利要求1或2中所述的板栅组件，其特征在于，所述板栅组件(101、102)被设计成用于正极电池电极(104、105)的正极板栅组件。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的板栅组件，其特征在于，所述板栅组件(101、102)是冲压的铅栅。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的板栅组件，其特征在于，所述框架(117、118、119、120)包括所述上框架部件(120)、下框架部件(117)、左侧框架部件(119)和右侧框架部件(118)，其中，所述上框架部件(120)通过所述左侧框架部件(119)和所述右侧框架部件(118)与所述下框架部件(117)相连接，其中，所述板栅(113)布置在所述框架(117、118、119、120)内。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的板栅组件，其特征在于，两个彼此相连接的板栅条(11至16)之间的角度(β)中的大多数大于90°。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的板栅组件，其特征在于，所述六边形切口(1、2、3)中的至少一些由六个板栅条(11至16)限定，所述六个板栅条(11至16)中的四个板栅条(11、12、14、15)具有相同的长度并且两个板栅条(13、16)具有不同于具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)的长度。
8.根据权利要求7所述的板栅组件，其特征在于，具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)分别成对地在第一连接点(17)和第二连接点(18)处彼此相连接，并且由此形成的板栅条对通过具有另一长度的所述两个板栅条(13、16)连接在一起。
9.根据权利要求8所述的板栅组件，其特征在于，延伸通过所述第一连接点(17)和所述第二连接点(18)的直线(G)与垂直于所述上框架部件(120)的竖直线形成角度(a)，所述角度(a)为5°至25°。
10.根据权利要求8所述的板栅组件，其特征在于，延伸通过所述第一连接点(17)和所述第二连接点(18)的直线(G)与垂直于所述上框架部件(120)的竖直线形成角度(a)，所述角度(a)为10°至20°。
11.根据权利要求7所述的板栅组件，其特征在于，具有不同长度的所述两个板栅条(13、16)的长度朝所述上框架部件(120)的方向增大。
12.根据权利要求7所述的板栅组件，其特征在于，具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)的长度朝所述上框架部件(120)的方向保持不变。
13.根据权利要求1-2中任一项所述的板栅组件，其特征在于，所述六边形切口(1、2、3)的尺寸从在35-45mm2范围内的起始值朝所述上框架部件(120)的方向增大至在53-63mm2范围内的终值。
14.一种蓄电池(100)，所述蓄电池(100)具有被布置在一个或多个电极板块(107)中的多个板状电池电极(104、105)，其中，所述电池电极(104、105)中的一个、一些或所有包括根据前述权利要求中任一项所述的板栅组件(101、102)。
15.根据权利要求14所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池(100)填充有液体电解质并且在所述电池电极(104、105)之间设置有液体吸收材料(106)，所述液体吸收材料吸收所述液体电解质。
16.一种用于电化学蓄电池(100)的板状电池电极(104、105)的板栅组件(101、102)，所述板栅组件(101、102)包括框架(117、118、119、120)和布置在所述框架上的板栅(113)，其中所述框架(117、118、119、120)包括至少一个上框架部件(120)，所述至少一个上框架部件(120)具有所述电池电极(104、105)的连接凸耳(103)，所述连接凸耳(103)设置在所述上框架部件(120)背离所述板栅(113)的一侧上，其中所述板栅(113)包括板栅条(11至16)，所述板栅条(11至16)分别包围所述板栅(113)的切口(1、2、3)，其中，包围所述切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)中的大多数被分别设置成六边形布置方式，以使得处于其间的所述切口(1、2、3)形成六边形，其特征在于以下特征：
所述六边形切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)都不水平地延伸或平行于所述上框架部件(120)延伸；以及
所述六边形切口(1、2、3)的所述板栅条(11至16)都不竖直地延伸或垂直于所述上框架部件(120)延伸。
17.根据权利要求16所述的板栅组件，进一步包括以下特征中的一个或两个：
所述板栅(113)涂覆有膏状的活性物质(116)，在所述活性物质(116)上布置有液体吸收材料(106)，所述液体吸收材料(106)被设计用于吸收所述蓄电池(100)的液体电解质；
所有六边形切口(1、2、3)的所述板栅条具有相同的宽度(B)或者相同的横截面面积。
18.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，所述板栅组件(101、102)被设计成用于正极电池电极(104、105)的正极板栅组件。
19.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，所述板栅组件(101、102)是冲压的铅栅。
20.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，所述框架(117、118、119、120)包括所述上框架部件(120)、下框架部件(117)、左侧框架部件(119)和右侧框架部件(118)，其中，所述上框架部件(120)通过所述左侧框架部件(119)和所述右侧框架部件(118)与所述下框架部件(117)相连接，其中，所述板栅(113)布置在所述框架(117、118、119、120)内。
21.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，两个彼此相连接的板栅条(11至16)之间的角度(β)中的大多数大于90°。
22.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，所述六边形切口(1、2、3)中的至少一些由六个板栅条(11至16)限定，所述六个板栅条(11至16)中的四个板栅条(11、12、14、15)具有相同的长度并且两个板栅条(13、16)具有不同于具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)的长度。
23.根据权利要求22所述的板栅组件，其特征在于，具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)分别成对地在第一连接点(17)和第二连接点(18)处彼此相连接，并且由此形成的板栅条对通过具有另一长度的所述两个板栅条(13、16)连接在一起。
24.根据权利要求23所述的板栅组件，其特征在于，延伸通过所述第一连接点(17)和所述第二连接点(18)的直线(G)与竖直线(V)形成角度(a)，所述角度(a)为5°至25°。
25.根据权利要求23所述的板栅组件，其特征在于，延伸通过所述第一连接点(17)和所述第二连接点(18)的直线(G)与竖直线(V)形成角度(a)，所述角度(a)为10°至20°。
26.根据权利要求22所述的板栅组件，其特征在于，具有不同长度的所述两个板栅条(13、16)的长度朝所述上框架部件(120)的方向增大。
27.根据权利要求22所述的板栅组件，其特征在于，具有相同长度的所述四个板栅条(11、12、14、15)的长度朝所述上框架部件(120)的方向保持不变。
28.根据权利要求16所述的板栅组件，其特征在于，所述六边形切口(1、2、3)的尺寸从在35-45mm2范围内的起始值朝所述上框架部件(120)的方向增大至在53-63mm2范围内的终值。
29.一种蓄电池(100)，所述蓄电池(100)具有被布置在一个或多个电极板块(107)中的多个板状电池电极(104、105)，其中，所述电池电极(104、105)中的一个、一些或所有包括根据权利要求16-28中任一项所述的板栅组件(101、102)。
30.根据权利要求29所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池(100)填充有液体电解质并且在所述电池电极(104、105)之间设置有液体吸收材料(106)，所述液体吸收材料吸收所述液体电解质。
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