CN108281671B - 共挤式板栅纤维复合线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池极板的板栅领域，具体公开了一种共挤式板栅纤维复合线，包括线芯和包覆料，包覆料成分包括玻璃、多孔炭和导电金属，玻璃分散于多孔炭中，所述导电金属呈粉末状分散在包覆料中。所述无铅玻璃成分按质量分数配比，B2O3为2％至5％，Bi2O3为2％至3％，ZnO为2％至3％，Al2O3为2％至5％，MgO为2.5％，BaO为7.5％，余量为SiO2。本产品解决了现有技术通过对栅板加厚、加粗来满足机械强度和耐腐蚀性，难以轻量化的问题。
Description
技术领域
本发明属于电池极板的板栅领域，尤其涉及一种板栅复合线。
背景技术
合金板栅是蓄电池的重要组成部分，其在蓄电池中的作用：1、主要是支撑活性物质；2、使电流均匀分布在活性物质上，以提高活性物质的利用率。传统的合金板栅主要由带极耳的板栅边框和固定在板栅边框内的竖筋、横筋构成，其中，竖筋设置在板栅边框的上、下边框之间，横筋设置在两个竖边框之间。
合金板栅在蓄电池中虽不参加成流反应，但对蓄电池的主要性能如容量、寿命、电流放电及充电接受等均有很大影响。板栅边框的主要作用是防止合金板栅在后期工艺如涂板过程及蓄电池使用过程中变形，撕裂。横筋主要功能是与竖筋连接以支撑活性物质；竖筋主要作用是用以传递电流。
蓄电池合金板栅一般多采用重力浇注即铸造工艺生产，包括自动、半自动和手工方式。设备主要包括熔铅炉、板栅铸造模具等。板栅铸造工作原理是：液态合金铅由铅泵沿保温管道把铅合金液浇入板栅模具。铅合金液在板栅模具里冷却成板栅毛坯。传动带把板栅毛坯送进整平装置整平，再由传送辊送入切模切除余边，最后由翻板机构把板栅送到贮存架上，完成一个由液态合金铅到固态合金铅板栅的工艺过程。
采用铸造方法制备蓄电池板栅环时，需要合金铅液态化，并且为了满足铸造质量要求，如无气孔、疏松、合金成本偏析等缺陷，必须增加其流动性而采用超过其融化温度不断搅拌的加热方式，过程中产生大量铅烟，造成铅烟外溢，操作工人防护压力增大，易产生铅中毒。并且由于合金板栅铸造成型，合金晶粒尺寸大，耐腐蚀性差，机械强度低。而为了保证蓄电池的运行寿命，合金板栅设计必须考虑通过加厚、加粗来满足机械强度和耐腐蚀性，难以轻量化，致使蓄电池重量比能量低，材料消耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共挤式板栅纤维复合线，以提供一种玻璃纤维增强合金复合线，来解决现有技术通过对栅板加厚、加粗来满足机械强度和耐腐蚀性，难以轻量化的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种共挤式板栅纤维复合线，包括包覆料，包覆料成分包括玻璃、多孔炭和导电金属，玻璃分散于多孔炭中，所述导电金属呈粉末状分散在包覆料中。
本基础方案的有益效果在于：1.本产品的中无铅玻璃机械强度大，本产品各成分耐腐蚀性强，并且分散的导电金属配合电解液，使本产品具有良好的导电性，从而使本产品质量小，因此本产品解决了现有技术通过对栅板加厚、加粗来满足机械强度和耐腐蚀性，难以轻量化的问题。
2.本产品中含有多孔炭，从而使电解液易于浸入多孔炭，与包覆料中的铜合金接触，进而增加了板栅的导电性能。
优化方案一：所述包覆料各组分的量为：按体积分数配比，玻璃为5％至9％，导电金属为22％至30％，余量为多孔炭。采用该比例使本产品具有较好的结构强度和较好的导电性。
优化方案二：还包括线芯，线芯为玻璃纤维。玻璃纤维热塑性良好，适应了玻璃和酚醛树脂在高温处理过程中的体积变化。
优化方案三：所述玻璃为无铅玻璃。无铅玻璃的使用使本产品的含铅量减少，符合环保理念。另外无铅玻璃的软化点适中，在本产品制造过程中的炭化-活性法中作为粘接剂。使得本产品在高温时，软化的无铅玻璃使本产品具有可编织性，炭结构作为支撑防止本产品坍塌。
优化方案四：所述无铅玻璃成分按质量分数配比，B2O3为2％至5％，Bi2O3为2％至3％，ZnO为2％至3％，Al2O3为2％至5％，MgO为2.5％，BaO为7.5％，余量为SiO2。适用于碱性电解质。该配方下的无铅玻璃具有700℃的软化点，在酚醛树脂作为碳源的活化过程中，起粘接剂作用，并具有较低的电阻。
优化方案五：所述无铅玻璃成分按质量分数配比，SiO2为90％，BaO为10％。适用于酸性电解质。
优化方案六：所述导电金属为铜合金。铜合金耐腐蚀性强。
附图说明
图1为本发明实施例电镀式板栅纤维复合线的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：包覆料1、线芯2。
实施例：本方案中的共挤式板栅纤维复合线包括线芯2和包覆料1，线芯2为玻璃纤维，包覆料1成分包括无铅玻璃、多孔炭、铜合金，所述铜合金呈粉末状分散在包覆料1中。
本方案中的板栅的包芯编织方法包括以下步骤：
第一步：无铅玻璃粉制备
无铅玻璃粉的配方组成：按质量分数配比，B2O3为2％，Bi2O3为3％，ZnO为3％，Al2O3为2％，MgO为2.5％，BaO为7.5％，余量为SiO2。
将上述配料分次加入到陶瓷坩埚中，待箱式烧结炉升温至1250℃，将陶瓷坩埚放入烧结炉中，保温30min后，迅速倒入水中进行水淬，将水淬后的玻璃装入球磨罐中球磨72h，用400目筛网过筛，得到平均粒径3μm的玻璃粉，制得具有软化点为700℃的无铅玻璃粉。
第二步：包覆料1制备
包覆料1组成：按体积分数配比，无铅玻璃粉为8％，铜合金粉末为30％，余量为热固性酚醛树脂，不饱和脂肪酸，以及有机溶剂；铜合金粉末的合金原子为镍以及/或者锌，由上述成分制成铜合金粉末的悬浮液。
形成所述铜合金的合金原子的含量为30％。铜合金粉末颗粒的球换算平均一次颗粒直径为0.1μm以上50μm以下，而且，包覆颗粒的99％累积颗粒直径D99为100μm以下。
所述包覆料1为100重量份(以固体成份换算)时，所述热固性酚醛树脂、所述不饱和脂肪酸和所述有机溶剂的含量如以下所示：
所述热固性酚醛树脂：20重量份；热固性酚醛树脂为甲阶酚醛树脂。
所述不饱和脂肪酸：5重量份；所述不饱和脂肪酸是炭数为6以上20以下的不饱和脂肪酸。
所述有机溶剂：30重量份。所述机溶剂成份为乙二醇醚类以及/或者萜烯醇类。
第三步：复合线制备
将玻璃纤维和包覆料1放入同轴共挤机中，采用同轴连续挤压方法挤出直径为1.8mm复合线。具体为，将150℃熔融状态下的玻璃纤维和液态的包覆料1加入同轴共挤机中，并在112℃的环境下挤出，形成包覆料1包覆玻璃纤维线芯2的复合线。此时，包覆料1中甲阶酚醛树脂变为粘稠状乙阶酚醛树脂，需要使用加热器加稳定在120℃两小时使其中的乙阶酚醛树脂固化，然后再随玻璃纤维芯一起冷却至常温置的复合线。此过程乙阶酚醛树脂起粘接剂作用，将包覆料1中的铜合金颗粒和无铅玻璃粉固定。
第四步：板栅编织
将第三步中制备的复合线在110℃下编织成板栅，此时因热塑性乙阶酚醛树脂软化并具有弹性，使复合线具备可编织性。
第五步：制备多孔炭
将编织好的板栅采用炭化-活化两步法制备多孔炭材料，利用板栅中的酚醛树脂在KOH作活化剂，炭化温度为600℃，活化温度为900℃和活化时间为2h的工艺条件下制得带有多孔炭的复合线。此过程包覆料1中的乙阶酚醛树脂炭化成多孔炭，过程中软化的无铅玻璃粉起粘接剂作用，将包覆料1中的铜合金颗粒固定。该多孔炭在水系电解液中1mA/cm～2充放电时，比电容达到310F/g，电流密度增大50倍容量保持率达到90％。
Claims (1)
1.共挤式板栅纤维复合线，其特征在于，包括包覆料，包覆料成分包括玻璃、多孔炭和导电金属，玻璃分散于多孔炭中，所述导电金属呈粉末状分散在包覆料中，所述导电金属为铜合金；还包括线芯，线芯为玻璃纤维；
所述玻璃为无铅玻璃，所述无铅玻璃成分按质量分数配比，B2O3为2%至5%，Bi2O3为2%至3%，ZnO为2%至3%，Al2O3为2%至5%，MgO为2．5%，BaO为7．5%，余量为SiO2；
或者，所述无铅玻璃成分按质量分数配比，SiO2为90%，BaO为10%；
共挤式板栅纤维复合线的包芯编织方法如下：
步骤1，玻璃粉制备,将玻璃粉配方分次加入到陶瓷坩埚中，待箱式烧结炉升温至1250℃，将陶瓷坩埚放入烧结炉中，保温30min后，迅速倒入水中进行水淬，将水淬后的玻璃装入球磨罐中球磨72h，用400目筛网过筛，得到平均粒径3μm的玻璃粉；
步骤2，包覆材料制备，按体积分数配比，步骤1中的玻璃粉为8%，铜合金粉末为30％，余量为热固性酚醛树脂，不饱和脂肪酸，以及有机溶剂，制成铜合金粉末的悬浮液；铜合金粉末的合金原子为镍以及/或者锌；
步骤3，复合线制备，将玻璃纤维和步骤2中的包覆材料放入同轴共挤机中，采用同轴连续挤压方法挤出直径为1.8mm复合线；
步骤4，板栅编织，将步骤3中制备的复合线在110℃下编织成板栅；
步骤5，制备多孔炭，将步骤4中的板栅采用炭化-活化两步法制备多孔炭材料，利用板栅中的酚醛树脂在KOH作活化剂，炭化温度为600℃，活化温度为900℃和活化时间为2h的工艺条件下制得带有多孔炭的复合线。
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