CN108336257B - 一种水平电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体公开了一种水平电池，包括压力框、极板和隔板，所述压力框包括内壳、外壳以及内壳和外壳形成的空隙层，内壳底壁均匀分布有若干弹性凸块，隔板和极板依次叠放在弹性凸块上，内壳顶壁均匀分布有若干与弹性凸块对应的弹性凸起，内壳侧壁上均匀分布有若干弹性腔，每个弹性凸块、弹性凸起和弹性腔内设有隔膜和用于刺破隔膜的刺针；所述空隙层内安装有U型管，U型管靠近内壳顶壁的一端与连通有气囊，U型管内滑动连接有活塞，活塞将U型管分隔为独立密封的第一密封管和第二密封管；所述外壳设有用于观察U型管的观察窗。本发明意在实现能够判断水平电池内极板的使用情况，以及能够延长水平电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体公开了一种水平电池。
背景技术
水平电池一般包括压力框、极板、隔板和电解液，极板与隔板交错叠放在压力框内。水平电池在使用过程中，由于极板上的固态电解质反复与电解液间发生离子交换反应，部分固态电解质发生离子反应交换后无法从电解液中析出变回固态电解质，导致固态电解质越来越少，隔板与极板的重叠高度发生下降，水平电池的电容量越来越低，且固态电解质与电解液反应过程中，电池负极板上会产生硫化物质，进一步导致水平电池的电容量降低，缩短水平电池的使用寿命。
发明内容
本发明意在提供一种水平电池，以解决因极板上能与电解液反应的活性物质减少导致水平电池使用寿命缩短的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种水平电池，包括压力框、极板和隔板，所述压力框包括内壳、外壳以及内壳和外壳形成的空隙层，内壳底壁均匀分布有若干弹性凸块，所述隔板和极板依次叠放在弹性凸块上，所述内壳顶壁均匀分布有若干与弹性凸块对应的弹性凸起；每个所述弹性凸块内固定连接有第一隔膜，第一隔膜将弹性凸块分隔为独立密封的第一腔室和第二腔室，第一腔室顶壁固定连接有第一竖杆，所述第一竖杆伸入第二腔室内设置，第一竖杆靠近第二腔室的一端固定连接有用于刺破第一隔膜的第一刺针；每个所述弹性凸起内固定连接有第二隔膜，第二隔膜将弹性凸起分隔为独立密封的上腔室和下腔室，下腔室底壁固定连接有第二竖杆，所述第二竖杆伸入上腔室设置，第二竖杆靠近上腔室的一端固定连接有用于刺破第二隔膜的第二刺针；所述第一腔室和上腔室内均填充有物质A，第二腔室和下腔室内均填充有物质B，所述物质A与物质B相遇时发生反应生成膨胀物；所述内壳顶壁固定连接有气囊，所述气囊抵靠极板，所述空隙层内固定安装有U型管，U型管的管壁设有刻度线，U型管靠近内壳顶壁的一端与气囊连通，U型管内滑动连接有活塞，活塞将U型管分隔为独立密封的第一密封管和第二密封管；所述外壳设有用于观察U型管的观察窗。
本基础方案的工作原理在于：当水平电池未使用时，U型管的第一密封管对活塞施加的压力与活塞自身的重力等于第二密封管对活塞施加的压力，使得U型管内的活塞处于平衡状态，同时，与第一密封管连通的气囊对压力框内的极板施加压力，该极板对气囊具有反作用力；此时，极板和隔板对相应的弹性凸块与弹性凸起施加压力，使得弹性凸块与弹性凸起处于平衡状态。当水平电池使用一段时间后，极板上的固态电解质减少，导致极板和隔板的高度降低，此时，与第一密封管连通的气囊失去极板对其的反作用力，气囊膨胀，导致第一密封管的体积增大而内压减小，第二密封管对活塞施加的压力大于第一密封管对活塞施加的压力与活塞自身重力之和，活塞向第一密封管滑动，通过外壳上的观察窗观察活塞滑动的位置，以判断极板上固态电解质的消耗量；气囊在膨胀过程中接触下落后的极板，并对极板施加压力，挤压极板和隔板，使得极板在挤压作用下产生新的活性物质；同时，弹性凸起的下腔室失去极板的支撑发生形变，下腔室带动第二竖杆以及第二竖杆上的第二刺针刺破第二隔膜，物质A与物质B相遇并发生反应生成膨胀物，将弹性凸起撑大，弹性凸起膨胀后对极板与隔板施加压力，挤压极板与隔板，使得极板在挤压作用下产生新的活性物质；随着极板上固态电解质的减少，极板与隔板对弹性凸块施加的重力减少，弹性凸块的第一腔室向内壳顶壁移动，带动第一竖杆以及第一竖杆上的第一刺针刺破第一隔膜，物质A得以与物质B相遇发生反应生成膨胀物，将弹性凸块撑大，弹性凸块进步一挤压极板与隔板，使得极板在挤压作用下产生新的活性物质。
本基础方案的有益效果在于：
1、本基础方案中利用U型管、活塞以及气囊，通过观察活塞的移动程度能够判断极板上固态电解质的消耗情况，并且，当活塞移动到U型管安全刻度线以外时，即可判断该水平电池内的极板不能正常工作，应该将该水平电池进行回收；同时利用膨胀后的气囊对水平电池内的极板与隔板施加压力，使得极板在挤压作用下产生新的活性物质，延长水平电池的使用寿命。
2、水平电池使用过程中，极板与隔板对弹性凸起和弹性凸块施加的重力发生变化，利用这种重力差实现弹性凸起和弹性凸块的形变，使得第一刺针和第二刺针分别刺破第一隔膜和第二隔膜，进而使得物质A与物质B相遇发生反应生成膨胀物，达到挤压极板与隔板的目的，使得极板在挤压作用下产生新的活性物质，进一步延长水平电池的使用寿命。
进一步，所述物质A为水，物质B为遇水膨胀胶，水和遇水膨胀胶的价格低，降低水平电池的生产成本。
进一步，所述内壳侧壁均匀分布有若干弹性腔，所述弹性腔内固定连接有第三隔膜，第三隔膜将弹性腔分隔为独立密封的左腔室和右腔室，所述左腔室内固定连接有用于刺破第三隔膜的第三刺针，左腔室与弹性凸起间固定连接有用于推动第三刺针的连杆；所述左腔室内填充有遇水膨胀胶，右腔室内填充有水。
当弹性凸起膨胀发生形变时，带动连杆推动内壳侧壁上的弹性腔内的第三刺针向右腔室移动，第三刺针刺破第三隔膜，使得遇水膨胀胶与水相遇发生反应生成膨胀物，撑大弹性腔，弹性腔推动极板的侧壁，使得极板与隔板间发生相对移动并产生摩擦力，该摩擦力将极板上的硫化物质磨去，进而增大极板上固态电解质与电解液间的接触面积，延长水平电池的使用寿命。
进一步，所述弹性凸块、弹性凸起、气囊和弹性腔的外层均涂覆有防腐蚀保护层，保护弹性凸块、弹性凸起、气囊和弹性腔不受电解液腐蚀，延长其使用寿命。
进一步，所述第一刺针、第二刺针和第三刺针均呈“山”字形，增加其刺破面积，加快水与遇水膨胀胶的相遇，缩短两者的反应时间。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中弹性凸块的结构示意图；
图3为本发明实施例中弹性凸起的结构示意图；
图4为本发明实施例中弹性腔的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：外壳1、内壳2、空隙层3、弹性凸块4、第一腔室401、第二腔室402、极板5、隔板6、弹性凸起7、上腔室701、下腔室702、第一隔膜8、第一竖杆9、第一刺针10、第二隔膜11、第二竖杆12、第二刺针13、弹性腔14、左腔室141、右腔室142、第三隔膜15、第三刺针16、连杆17、气囊18、U型管19、第一密封管191、第二密封管192、活塞20。
本实施例基本如图1所示，一种水平电池，包括压力框、极板5和隔板6，压力框包括内壳2、外壳1以及内壳2和外壳1形成的空隙层3。内壳2底壁均匀分布有若干弹性凸块4，隔板6和极板5依次叠放在弹性凸块4上，内壳2顶壁均匀分布有若干与弹性凸块4对应的弹性凸起7。
每个弹性凸块4内固定连接有第一隔膜8，第一隔膜8将弹性凸块4分隔为独立密封的第一腔室401和第二腔室402，第一腔室401顶壁固定连接有第一竖杆9，第一竖杆9伸入第二腔室402内设置，第一竖杆9的下端固定连接有用于刺破第一隔膜8的第一刺针10，如图2所示。每个弹性凸起7内固定连接有第二隔膜11，第二隔膜11将弹性凸起7分隔为独立密封的上腔室701和下腔室702，下腔室702底壁固定连接有第二竖杆12，第二竖杆12伸入上腔室701设置，第二竖杆12的上端固定连接有用于刺破第二隔膜11的第二刺针13，如图3所示。
内壳2侧壁均匀分布有若干弹性腔14，弹性腔14内固定连接有第三隔膜15，第三隔膜15将弹性腔14分隔为独立密封的左腔室141和右腔室142，左腔室141内固定连接有用于刺破第三隔膜15的第三刺针16，左腔室141与弹性凸起7间固定连接有用于推动第三刺针16的连杆17，如图4所示。第一腔室401、上腔室701和右腔室142内均填充有水，第二腔室402、下腔室702和左腔室141内均填充有遇水膨胀胶。
内壳2顶壁固定连接有气囊18，气囊18抵靠极板5，空隙层3内固定安装有U型管19，U型管19的管壁设有刻度线，U型管19的上端与气囊18连通，U型管19内滑动连接有活塞20，活塞20将U型管19分隔为独立密封的第一密封管191和第二密封管192。外壳1设有用于观察U型管19的观察窗。
具体实施情况如下：
当水平电池未使用时，U型管19的第一密封管191对活塞20施加的压力与活塞20自身的重力之和等于第二密封管192对活塞20施加的压力，使得U型管19内的活塞20处于平衡状态，同时，与第一密封管191连通的气囊18对压力框内的极板5施加向下的压力，极板5对气囊18具有向上的反作用力；此时，极板5和隔板6对相应的弹性凸块4与弹性凸起7施加压力，使得弹性凸块4与弹性凸起7处于平衡状态。
当水平电池使用一段时间后，极板5上的固态电解质减少，导致极板5和隔板6的高度降低。此时，与第一密封管191连通的气囊18失去极板5对其的反作用力，气囊18膨胀，导致第一密封管191的体积增大而内压减小，第二密封管192对活塞20施加的压力大于第一密封管191对活塞20施加的压力与活塞20自身重力之和，使得活塞20向第一密封管191滑动，通过外壳1上的观察窗能够观察活塞20滑动的位置，并利用U型管19上的刻度线判断极板5上固态电解质的消耗量，当活塞20的位置移动到安全刻度线以外时，提醒使用人员该水平电池不再正常工作，需要对其进行回收处理。气囊18在膨胀过程中接触下落后的极板5，并对极板5施加压力，挤压极板5和隔板6，使得极板5在挤压作用下产生新的活性物质，新的活性物质与电解液发生离子交换反应，延长水平电池的使用寿命。
同时，由于极板5和隔板6的高度降低，弹性凸起7的下腔室702失去极板5的支撑发生形变，下腔室702带动第二竖杆12以及第二竖杆12上的第二刺针13向下移动，第二刺针13刺破第二隔膜11，水与遇水膨胀胶相遇并发生反应生成膨胀物，将弹性凸起7撑大，弹性凸起7膨胀后对极板5与隔板6施加向下的压力，挤压极板5与隔板6，使得极板5在挤压作用下产生新的活性物质，新的活性物质与电解液发生离子交换反应，延长水平电池的使用寿命。随着极板5上固态电解质的减少，极板5与隔板6对弹性凸块4施加的重力减小，弹性凸块4的第一腔室401向上移动，带动第一竖杆9以及第一竖杆9上的第一刺针10刺破第一隔膜8，水与遇水膨胀胶相遇发生反应生成膨胀物，将弹性凸块4撑大，弹性凸块4进步一挤压极板5与隔板6，使得极板5在挤压作用下产生新的活性物质，进一步延长水平电池的使用寿命。
在弹性凸起7膨胀变形的过程中，弹性凸起7带动连杆17推动弹性腔14内的第三刺针16向右移动，第三刺针16刺破第三隔膜15，使得遇水膨胀胶与水相遇发生反应生成膨胀物，撑大弹性腔14，弹性腔14膨胀变形，对极板5的侧壁产生推力，使得极板5与隔板6间发生相对移动并产生摩擦力，该摩擦力将极板5上的硫化物质磨去，使得硫化物质覆盖下的固态电解质裸露，增大极板5上固态电解质与电解液间的接触面积，延长水平电池的使用寿命。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (5)
1.一种水平电池，包括压力框、极板和隔板，其特征在于：所述压力框包括内壳、外壳以及内壳和外壳形成的空隙层，内壳底壁均匀分布有若干弹性凸块，所述隔板和极板依次叠放在弹性凸块上，所述内壳顶壁均匀分布有若干与弹性凸块对应的弹性凸起；每个所述弹性凸块内固定连接有第一隔膜，第一隔膜将弹性凸块分隔为独立密封的第一腔室和第二腔室，第一腔室顶壁固定连接有第一竖杆，所述第一竖杆伸入第二腔室内设置，第一竖杆靠近第二腔室的一端固定连接有用于刺破第一隔膜的第一刺针；每个所述弹性凸起内固定连接有第二隔膜，第二隔膜将弹性凸起分隔为独立密封的上腔室和下腔室，下腔室底壁固定连接有第二竖杆，所述第二竖杆伸入上腔室设置，第二竖杆靠近上腔室的一端固定连接有用于刺破第二隔膜的第二刺针；所述第一腔室和上腔室内均填充有物质A，第二腔室和下腔室内均填充有物质B，所述物质A与物质B相遇时发生反应生成膨胀物；所述内壳顶壁固定连接有气囊，所述气囊抵靠极板，所述空隙层内固定安装有U型管，U型管的管壁设有刻度线，U型管靠近内壳顶壁的一端与气囊连通，U型管内滑动连接有活塞，活塞将U型管分隔为独立密封的第一密封管和第二密封管；所述外壳设有用于观察U型管的观察窗。
2.根据权利要求1所述的水平电池，其特征在于：所述物质A为水，物质B为遇水膨胀胶。
3.根据权利要求2所述的水平电池，其特征在于：所述内壳侧壁均匀分布有若干弹性腔，所述弹性腔内固定连接有第三隔膜，第三隔膜将弹性腔分隔为独立密封的左腔室和右腔室，所述左腔室内固定连接有用于刺破第三隔膜的第三刺针，左腔室与弹性凸起间固定连接有用于推动第三刺针的连杆；所述左腔室内填充有遇水膨胀胶，右腔室内填充有水。
4.根据权利要求3所述的水平电池，其特征在于：所述弹性凸块、弹性凸起、气囊和弹性腔的外层均涂覆有防腐蚀保护层。
5.根据权利要求4所述的水平电池，其特征在于：所述第一刺针、第二刺针和第三刺针均呈“山”字形。
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