CN107317055A - 高性能铅酸蓄电池及其组装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高性能铅酸蓄电池，包括多个极群单体、铸焊汇流排、底槽、中盖、盖板、接线柱及安全阀，底槽内组装多个极群单体，多个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式串联后构成极群，极群上方设有与底槽通过环氧树脂密封闭合的中盖，中盖上焊接有接线柱，中盖的中部设有与盖板大小及厚度相应的盖板槽，盖板槽内设有安全阀，盖板位于安全阀上方并盖合在凹槽内。蓄电池极群极板采用正6片负7片极板，正极板栅采用铅基稀土合金，正极铅膏采用添加4BS、红丹、CMC配方，同时配合使用高温高湿固化工艺，包片采用正负板均包片，采用铸焊直连的方式进行组装成12V电池。该铅酸蓄电池比能量高，使用寿命长，低温性能好，电解液分布均匀，组合一致性好。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，具体是一种高性能铅酸蓄电池及其组装工艺。
背景技术
铅酸蓄电池广泛应用于交通、通信、电力、军事以及航海、航空等各个经济领域，起到了不可缺少的重要作用。6-DZM-20铅酸蓄电池目前是电动自行车使用量最大的型号，占电动自行车电池总销量的60%以上。该型号电池的外形尺寸为长*宽*高=181*70*172mm，因蓄电池外形尺寸的限制，该类型电池极板的尺寸普遍为宽*高=66*135--140mm，极板的宽高比为0.48，当蓄电池的宽高比小于0.5时，电解液分层较严重，同时底部活性充电接受能力差，活性物质利用率低，影响蓄电池使用寿命，组合一致性差。尤其是目前各个厂家采用内化成生产工艺，该问题显现的更加突出。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高性能铅酸蓄电池及其组装工艺，具有比能量高，使用寿命长，低温性能好，电解液分布均匀，组合一致性好等特点。
本发明采用的技术方案是：高性能铅酸蓄电池，包括多个极群单体、铸焊汇流排、底槽、中盖、盖板、接线柱及安全阀，所述底槽内组装多个极群单体，所述多个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式进行串联后构成极群，所述极群上方设有与底槽通过环氧树脂密封闭合的中盖，所述中盖上焊接有接线柱，中盖的中部设有与盖板大小及厚度相应的盖板槽，所述盖板槽内设有安全阀，所述盖板位于安全阀上方并盖合在凹槽内。
所述极群单体包括间隔设置的6片正极板和7片负极板，每片正极板和负极板均被1片“Π”形AGM隔板从底部包封，所述每片正极板均处于负极板之间。
所述铅酸蓄电池的外形尺寸为长*宽*高=185*100*115mm，极群单体为6个，分为两排，每排3个。
上述高性能铅酸蓄电池的组装工艺，包括以下步骤：
（1）板栅制造：正板栅采用低钙高锡稀土合金通过连铸连轧的方式进行生产，负板栅采用铅钙合金通过重量浇铸或拉网的方式进行生产；
（2）活性物质制造：将氧化铅与红丹、四碱式硫酸铅、羧甲基纤维素、三氧化二锑，高纯石墨、丙纶短纤维均匀混合后添加去离子水进行再混合，最后添加稀硫酸，控制过程温度75-85℃ 5min以上，制备成正极活性物质铅膏；将氧化铅与硫酸钡、腐殖酸、木素，活性炭、乙炔黑，硫酸铋，丙纶短纤维均匀混合后添加去离子水进行再混合，最后添加稀硫酸，制备成负极活性物质铅膏；
（3）极板制造：正极板由正板栅与正极活性物质组成，采用高温高湿固化工艺而成；负极板由负板栅与负极活性物质组成，采用中温固化工艺而成；
（4）极板包封：每片正极板和负极板均从底部包封1片“Π”形AGM隔板，然后将6片正极板和7片负极板间隔设置构成极群单体，包括两边的负极板均需包上AGM隔板；
（5）极群单体铸焊：将6个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式进行串联后构成极群；
（6）电池胶封：将铸焊的极群与底槽进行组装，通过环氧树脂将底槽与中盖进行密封闭合，焊接上接线柱，并点上密封胶，组装成半成品电池；
（7）电池化成配组：将半成品电池中加入酸液，放入充放电系统中进行内化成工艺，其中，胶体电解液须冷却到5℃以下使用，充电过程中采用水冷的方式对蓄电池的温度进行控制，控制蓄电池酸液温度25-50℃范围内，内化成结束后根据蓄电池的终止电压、容量、浮充电压及开路电压对蓄电池进行配组。
所述步骤（1）中，正板栅采用的低钙高锡稀土合金由以下质量百分比的组分组成：0.06-0.09% Ca，1.25-1.6% Sn，0.02-0.035% Al，0.008-0.02% Ag，0.0008-0.005% La，0.001-0.008% Ce，余量为铅；
所述步骤（1）中，负板栅采用的铅钙合金由以下质量百分比的组分组成：0.08-0.13%Ca，0.05-0.3% Sn，0.02-0.035% Al，余量为铅。
所述步骤（2）中，正极活性物质由以下质量百分比的组分组成：5-20%红丹、5-10%四碱式硫酸铅、0.1-0.5%羧甲基纤维素、0.1-0.2%三氧化二锑、0.1-0.3%高纯石墨、0.08-0.15%丙纶短纤维、10-15%的去离子水、8-12%的1.400g/ml稀硫酸、余量为氧化度为70-80%的氧化铅；
所述步骤（2）中，负极活性物质由以下质量百分比的组分组成：0.5-1.5%硫酸钡、0.3-0.5%腐殖酸、0.2-0.4%木素、0.5-1.0%活性炭、0.3-1.0%乙炔黑、0.08-0.15%硫酸铋、0.08-0.15%丙纶短纤维、10-15%的去离子水、7-10%的1.400g/ml稀硫酸、余量为氧化度为65-75%的氧化铅。
所述步骤（3）中，高温高湿固化是指在温度80-90℃，相对湿度95-100%的环境中固化15-24h；中温固化是指固化温度不超过55℃，干燥温度不超过75℃。
所述步骤（7）中，胶体电解液由以下质量百分比的组分组成：0.5-1.0%气相二氧化硅，0.3-0.6%硅酸钠，0.1-0.5%磷酸，0.1-0.3%硫酸亚锡，1.0-1.8%硫酸钠，0.005-0.01%CMC，33-35%硫酸，余量为去离子水。
本发明的有益效果是：该铅酸蓄电池采用全新结构设计，以及采用与其配套的生产工艺，制得的电池具有比能量高（≥42Wh/kg），使用寿命长（80%DOD≥800次），低温性能好（-15℃容量≥80%），电解液分布均匀，组合一致性好等特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的外观结构图；
图3为本发明极群单体的结构示意图；
图4为本发明铸焊汇流排的结构示意图；
其中：1、负极板，2、正极板，3、AGM隔板，4、底槽，5、中盖，6、盖板，7、接线柱，8、密封胶，9、铸焊汇流排，10、极群单体，11、安全阀。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1至图4所示，高性能铅酸蓄电池，其外形尺寸为长*宽*高=185*100*115mm，包括六个极群单体10、铸焊汇流排9、底槽4、中盖5、盖板6、接线柱7及安全阀11，底槽4内组装六个极群单体10，分为两排，每排三个，六个极群单体10通过铸焊汇流排9以直连的方式进行串联后构成极群，极群上方设有与底槽4通过环氧树脂密封闭合的中盖5，中盖5上焊接有接线柱7，中盖7的中部设有与盖板6大小及厚度相应的盖板槽，盖板槽内设有安全阀11，盖板6位于安全阀11上方并盖合在凹槽内。
其中，极群单体10包括间隔设置的六片正极板1和七片负极板2，每片正极板1和负极板2均被一片“Π”形AGM隔板3从底部包封，每片正极板1均处于两片负极板2之间。
上述高性能铅酸蓄电池的组装工艺，包括以下步骤：
（1）板栅制造：正板栅采用低钙高锡稀土合金通过连铸连轧的方式进行生产，负板栅采用铅钙合金通过重量浇铸或拉网的方式进行生产；其中，低钙高锡稀土合金由以下质量百分比的组分组成：0.06-0.09% Ca，1.25-1.6% Sn，0.02-0.035% Al，0.008-0.02% Ag，0.0008-0.005% La，0.001-0.008% Ce，余量为铅；铅钙合金由以下质量百分比的组分组成：0.08-0.13% Ca，0.05-0.3% Sn，0.02-0.035% Al，余量为铅；
（2）活性物质制造：将以下质量百分比的组分：氧化度为70-80%的氧化铅、5-20%红丹、5-10%四碱式硫酸铅、0.1-0.5%羧甲基纤维素、0.1-0.2%三氧化二锑，0.1-0.3%高纯石墨、0.08-0.15%丙纶短纤维均匀混合后添加10-15%的去离子水进行再混合，最后添加8-12%的1.400g/ml的稀硫酸，控制过程温度75-85℃ 5min以上，制备成正极活性物质铅膏；将氧化度为65-75%的氧化铅与0.5-1.5%硫酸钡、0.3-0.5%腐殖酸、0.2-0.4%木素，0.5-1.0%活性炭、0.3-1.0%乙炔黑，0.08-0.15%硫酸铋，0.08-0.15%丙纶短纤维均匀混合后添加10-15%的去离子水进行再混合，最后添加7-10%的1.400g/ml的稀硫酸，制备成负极活性物质铅膏；
（3）极板制造：正极板由正板栅与正极活性物质组成，采用高温高湿固化工艺而成，其中，高温高湿固化是指在温度80-90℃，相对湿度95-100%的环境中固化15-24h；负极板由负板栅与负极活性物质组成，采用中温固化，固化温度不超过55℃，干燥温度不超过75℃；
（4）极板包封：每片正极板和负极板均从底部包封1片“Π”形AGM隔板，然后将6片正极板和7片负极板间隔设置构成极群单体，包括两边的负极板均需包上AGM隔板，保证蓄电池在充放电过程中边负极板的酸供应，提高边负板活性物质利用率；
（5）极群单体铸焊：将6个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式进行串联后构成极群，铸焊汇流排采用直连的方式进行连接可以减低连接件的重量，降低连接件的电阻，同时提高电池内部的利用空间；
（6）电池胶封：将铸焊的极群与底槽进行组装，通过环氧树脂将底槽与中盖进行密封闭合，焊接上接线柱，并点上密封胶，组装成半成品电池；
（7）电池化成配组：将半成品电池中加入酸液，放入充放电系统中进行内化成工艺，其中，胶体电解液须冷却到5℃以下使用，充电过程中采用水冷的方式对蓄电池的温度进行控制，控制蓄电池酸液温度25-50℃范围内，内化成结束后根据蓄电池的终止电压、容量、浮充电压及开路电压对蓄电池进行配组。其中，胶体电解液由以下质量百分比的组分组成：0.5-1.0%气相二氧化硅，0.3-0.6%硅酸钠，0.1-0.5%磷酸，0.1-0.3%硫酸亚锡，1.0-1.8%硫酸钠，0.005-0.01%CMC，33-35%硫酸，余量为去离子水。
采用以上方式生产的6-DZM-20电池与现市场普遍流通的同型号电池具体参数对比如表1所示：
。
通过以上数据可以看出，比能量为42.18Wh/kg，80%DOD使用寿命865次，-15℃低温性能19.1Ah（大于80%），电解液分布均匀。明显优于常规的同型号电池。
本发明的高性能6-DZM-20铅酸蓄电池，外形尺寸为长*宽*高=185*100*115mm，蓄电池单格采用2*3结构设计，各单格极群之间通过串联的方式组成12V电池，极群极板采用正6片负7片厚极板设计，正极板栅采用铅基稀土合金，正极铅膏采用添加4BS、红丹、CMC配方，同时配合使用高温高湿固化工艺，包片采用正负板均包片，采用铸焊直连的方式进行组装。具有比能量高（≥42Wh/kg），使用寿命长（80%DOD≥800次），低温性能好（-15℃容量≥80%），电解液分布均匀，组合一致性好等特点。
Claims (10)
1.高性能铅酸蓄电池，其特征在于，包括多个极群单体、铸焊汇流排、底槽、中盖、盖板、接线柱及安全阀，所述底槽内组装多个极群单体，所述多个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式进行串联后构成极群，所述极群上方设有与底槽通过环氧树脂密封闭合的中盖，所述中盖上焊接有接线柱，中盖的中部设有与盖板大小及厚度相应的盖板槽，所述盖板槽内设有安全阀，所述盖板位于安全阀上方并盖合在凹槽内。
2.根据权利要求1所述的高性能铅酸蓄电池，其特征在于，所述极群单体包括间隔设置的6片正极板和7片负极板，每片正极板和负极板均被1片“Π”形AGM隔板从底部包封，所述每片正极板均处于负极板之间。
3.根据权利要求1所述的高性能铅酸蓄电池，其特征在于，所述铅酸蓄电池的外形尺寸为长*宽*高=185*100*115mm，极群单体为6个，分为两排，每排3个。
4.一种如权利要求1所述的高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）板栅制造：正板栅采用低钙高锡稀土合金通过连铸连轧的方式进行生产，负板栅采用铅钙合金通过重量浇铸或拉网的方式进行生产；
（2）活性物质制造：将氧化铅与红丹、四碱式硫酸铅、羧甲基纤维素、三氧化二锑，高纯石墨、丙纶短纤维均匀混合后添加去离子水进行再混合，最后添加稀硫酸，控制过程温度75-85℃ 5min以上，制备成正极活性物质铅膏；将氧化铅与硫酸钡、腐殖酸、木素，活性炭、乙炔黑，硫酸铋，丙纶短纤维均匀混合后添加去离子水进行再混合，最后添加稀硫酸，制备成负极活性物质铅膏；
（3）极板制造：正极板由正板栅与正极活性物质组成，采用高温高湿固化工艺而成；负极板由负板栅与负极活性物质组成，采用中温固化工艺而成；
（4）极板包封：每片正极板和负极板均从底部包封1片“Π”形AGM隔板，然后将6片正极板和7片负极板间隔设置构成极群单体，包括两边的负极板均需包上AGM隔板；
（5）极群单体铸焊：将6个极群单体通过铸焊汇流排以直连的方式进行串联后构成极群；
（6）电池胶封：将铸焊的极群与底槽进行组装，通过环氧树脂将底槽与中盖进行密封闭合，焊接上接线柱，并点上密封胶，组装成半成品电池；
（7）电池化成配组：将半成品电池中加入酸液，放入充放电系统中进行内化成工艺，其中，胶体电解液须冷却到5℃以下使用，充电过程中采用水冷的方式对蓄电池的温度进行控制，控制蓄电池酸液温度25-50℃范围内，内化成结束后根据蓄电池的终止电压、容量、浮充电压及开路电压对蓄电池进行配组。
5.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，正板栅采用的低钙高锡稀土合金由以下质量百分比的组分组成：0.06-0.09% Ca，1.25-1.6% Sn，0.02-0.035% Al，0.008-0.02% Ag，0.0008-0.005% La，0.001-0.008% Ce，余量为铅。
6.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，负板栅采用的铅钙合金由以下质量百分比的组分组成：0.08-0.13% Ca，0.05-0.3%Sn，0.02-0.035% Al，余量为铅。
7.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，正极活性物质由以下质量百分比的组分组成：5-20%红丹、5-10%四碱式硫酸铅、0.1-0.5%羧甲基纤维素、0.1-0.2%三氧化二锑、0.1-0.3%高纯石墨、0.08-0.15%丙纶短纤维、10-15%的去离子水、8-12%的1.400g/ml稀硫酸、余量为氧化度为70-80%的氧化铅。
8.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，负极活性物质由以下质量百分比的组分组成：0.5-1.5%硫酸钡、0.3-0.5%腐殖酸、0.2-0.4%木素、0.5-1.0%活性炭、0.3-1.0%乙炔黑、0.08-0.15%硫酸铋、0.08-0.15%丙纶短纤维、10-15%的去离子水、7-10%的1.400g/ml稀硫酸、余量为氧化度为65-75%的氧化铅。
9.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，高温高湿固化是指在温度80-90℃，相对湿度95-100%的环境中固化15-24h；中温固化是指固化温度不超过55℃，干燥温度不超过75℃。
10.根据权利要求4所述的一种高性能铅酸蓄电池的组装工艺，其特征在于，所述步骤（7）中，胶体电解液由以下质量百分比的组分组成：0.5-1.0%气相二氧化硅，0.3-0.6%硅酸钠，0.1-0.5%磷酸，0.1-0.3%硫酸亚锡，1.0-1.8%硫酸钠，0.005-0.01%CMC，33-35%硫酸，余量为去离子水。
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