CN108682900A - 一种含有差异化极板的铅酸蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铅酸蓄电池领域，公开了一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，本发明通过对极板厚度进行合理差异化设计，使位于极群下方的极板的厚度大于极群上方的极板的厚度，能够减少极板的充放电差异，充分发挥电池的有效容量，且通过极板的差异化设计能够保证极群内各个极板的充放电一致性，有效地提高电池的充放电效率，提高电池循环使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池领域，尤其涉及一种含有差异化极板的铅酸蓄电池。
背景技术
铅酸蓄电池价格较低，制造简单，容量高且稳定，因此被广泛应用于诸多领域。
传统铅酸蓄电池的极板垂直于地面使用，蓄电池导电部件都从上部连接引出，电流通过上部导电部件及汇流排输出及汇总。蓄电池在使用过程中容易出现电解液分层现象， 蓄电池在放电过程中由于下部的硫酸浓度高，放出的容量相对较多，蓄电池上部则硫酸浓度低放出容量少，而在充电时，则出现上部优先充上电，活性物质有逐步从上向下反应转化的趋势。如果蓄电池放电深度较大，极板导电性减弱，当蓄电池上部已经处于充足电甚至过充电状态时，下部正极板上硫酸铅转化为二氧化铅尚未全部完成反应，下部负极板上的硫酸铅部分不能转化成海绵状铅，最终下部硫酸铅失去活性，先形成不可逆转的大颗粒硫酸铅，随着使用次数的积累，这种不均衡会越来越严重，最终导致蓄电池容量的快速衰减，寿命提前终止。
在水平电池中，在反复的充放电过程中，水平电池极群下部的板栅腐蚀严重；经常由于下部板栅腐蚀导致电池寿命提前终止。
在现有技术中，普遍都是从电解液配方入手来解决电解液分层的技术问题，如申请号为CN201310124091.5的中国专利公开了一种动力型蓄电池电解液配方，含有去离子水、硫酸、增稠剂、絮凝剂和凝胶剂，其中硫酸的含量为30～45(重量)％，硫酸钠的含量为0.60～2(重量)％，纳米级二氧化硅含量为8～19(重量)％，聚丙烯酰胺含量为0.2～0.5(重量)％，其余为去离子水。由于该电解液中含有增稠剂、絮凝剂以及凝胶剂，使得电解液呈胶体状，可降低电解液分层，保持蓄电池容量稳定性。
但是胶体电解液生产技术难度大，成本高，并不适于大规模生产。因此有必要从其他角度去进行改进。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含有差异化极板的铅酸蓄电池， 本发明通过对极板厚度进行合理差异化设计，能够减少极板的充放电差异，充分发挥电池的有效容量，且通过极板的差异化设计能够保证极群内各个极板的充放电一致性，有效地提高电池的充放电效率，提高电池循环使用寿命。
本发明的具体技术方案为：一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，含有若干极群，每个所述极群中含有正极板、隔板和负极板，所述正极板和负极板分别包括板栅和活性物质层，正极板、隔板和负极板上下水平间隔堆叠，正极板和负极板的数量至少为两片，且位于极群下方的正极板厚度大于极群上方正极板的厚度，和/或位于极群下方的负极板厚度大于极群上方负极板的厚度。
本发明通过对极板厚度进行合理差异化设计，能够减少极板的充放电差异，充分发挥电池的有效容量，且通过极板的差异化设计能够保证极群内各个极板的充放电一致性，有效地提高电池的充放电效率，提高电池循环使用寿命。
其具体原理是：在水平极板的铅酸蓄电池中，由于电解液分层，极群下部的电解液浓度高于极群上部的电解液浓度，在铅酸蓄电池的充放电过程中，极群下部极板的腐蚀程度远高于极群上部；极群下部极板的寿命提前终止，从而导致整个电池寿命终止。在本发明中，加大极群下部极板的厚度，不仅有利于提高下部极板的抗腐蚀程度，而且极群上下部极板的充放电一致性得到提高；从而使得极群上部极板的容量得到充分的发挥。
作为选择之一，所述正极板之间板栅厚度不同，正极活性物质层厚度相同，和/或所述负极板之间板栅厚度不同，负极活性物质层厚度相同。
作为选择之一，所述正极板之间板栅厚度相同，正极活性物质层厚度不同，和/或所述负极板之间板栅厚度相同，负极活性物质层厚度不同。
作为选择之一，所述正极板之间板栅厚度不同，正极活性物质层厚度不同，和/或所述负极板之间板栅厚度不同，负极活性物质层厚度不同。
作为优选，位于极群下方的N块正极板、N块负极板的厚度不同，剩余正极板的厚度相同，剩余的负极板的厚度相同。
由于电解液的浓度差异主要是在电池底部较大，因此只针对底部的极板进行差异化设计。
作为优选，所述N为整数，1≤N≤5；且不同厚度的相邻正极板之间的厚度差为3-10%，和/或不同厚度的相邻负极板之间的厚度差为3-10%，相邻正极板与负极板的容量相适应。正、负极板的厚度差异，有多种形式，如：1）正极活性物质层厚度相同，正极板之间板栅厚度的差异，和/或所述负极活性物质层厚度相同，负极板之间板栅厚度的差异；2）正极板之间板栅厚度相同，正极活性物质层厚度的差异，和/或所述负极板之间板栅厚度相同，负极活性物质层厚度的差异；3）正极板之间板栅厚度有差异，正极活性物质层厚度也有差异，和/或所述负极板之间板栅厚度有差异，负极活性物质层厚度也有差异。
本发明将极板厚度进行差异化设计，但是厚度差异也需要有严格的限定，差异过大或过小都会影响效果。经过本发明团队的进一步研究，发现将极板厚度差异依次限定在上述范围内，效果最佳。
由于位于同一隔板两侧的正极板和负极板在充放电时是相互配合的，因此需要两者之间的容量相适应。
作为优选，极群之间串联且所有极群相同。
由于极群之间是串联的，因此需要确保极群之间的一致性，如果极群之间差异性较大，会导致电池性能大幅降低。
本发明还提供了另一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，含有若干极群，每个所述极群中含有隔板和至少两片双性极板，双性极板和隔板上下水平间隔堆叠，所述双性极板包括板栅和分别涂覆于板栅两面的正极活性物质层和负极活性物质层，位于极群下方的极板厚度大于极群上方的极板厚度。
作为优选，位于极群下方的正、负极活性物质层厚度大于位于极群上方的正、负极活性物质层的厚度。
作为优选，极板的正极活性物质涂层厚度均相同，负极活性物质涂层厚度均相同的情况下，位于极群下方的极板的板栅的厚度大于极群上方的极板的板栅的厚度。
作为优选，位于极群下方的N块极板的极板厚度不同，剩余极板厚度相同。
作为优选，所述N为整数，1≤N≤5；不同厚度的相邻极板之间的厚度差为3-10%。极板的厚度差，有多种体现形式，如：1）极板的板栅厚度相同，极板上的正、负极活性物质层厚度不同；2）极板的板栅厚度不同，极板上的正极活性物质层厚度均相同，极板上 负极活性物质层厚度均相同；3）极板的板栅厚度不同，极板上的正极活性物质层厚度不相同，极板上负极活性物质层厚度不相同。
作为优选，位于同一隔板两侧的正极活性物质层和负极活性物质层的容量相适应。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明通过对极板厚度进行合理差异化设计，能够减少极板的充放电差异，充分发挥电池的有效容量，且通过极板的差异化设计能够保证极群内各个极板的充放电一致性，有效地提高电池的充放电效率，提高电池循环使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
下列实施例铅酸蓄电池的制造方法，包括以下步骤：用铅基合金铸造正、负极板；在极板上填涂活性物质，然后进行压实、 淋酸、干燥、固化及表面清理后备用；把极板、隔板、极板层叠起来完成电池极群的叠片；其中在极群叠片过程中，位于极群下方的极板的厚度大于位于极群上方的极板的厚度；铸焊工艺将极群的正极耳和负极耳分别焊铸成正、负极耳汇流排； 将两个相邻的极板群串联连接，由此依次将各个极板群串联连接起来，也就是将各个单元电池串联起来。
对比例1：
在一个铅酸电池中，电池槽共六个单格，每个单格内装配一个极群；每个极群包括五片正极板及六片负极板；正、负极板栅的厚度相同均为0.30mm；五片正极板的活性物质涂覆厚度相同，正极板的活性物质涂覆厚度为2.00mm；六片负极板的活性物质涂覆厚度相同，负极板的活性物质涂覆厚度为1.30mm。
实施例1
在一个铅酸电池中，电池槽共六个单格，每个单格内装配一个极群；每个极群包括五片正极板及六片负极板；正、负极板栅的厚度相同均为0.30mm；极群由下至上，第一片负极板活性物质的涂覆厚度为1.36mm，第一片正极板的活性物质涂覆厚度为2.10mm；其余的五片负极板的活性物质涂覆厚度相同，负极板的活性物质涂覆厚度为1.30mm；其余的四片正极板的活性物质涂覆厚度相同，正极板的活性物质涂覆厚度为2.00mm。
实施例2
在一个铅酸电池中，电池槽共六个单格，每个单格内装配一个极群；每个极群包括五片正极板及六片负极板；极群下方的第一片负极板栅的厚度为0.33mm，其它五片负极板栅的厚度均为0.30mm；极群下方的第一片正极板栅的厚度为0.33mm，其它四片正极板栅的厚度均为0.30mm；正极板的活性物质涂覆厚度相同，负极板的活性物质涂覆厚度为1.30mm；其余的四片正极板的活性物质涂覆厚度相同，正极板的活性物质涂覆厚度为2.00mm。
实施例2的电池循环寿命较对比例1提高5%；对寿命终止的电池进行解剖，发现极群上下方板栅的腐蚀程度相当。
实施例3
单性极板，板栅厚度相同，涂层厚度不同。
在同一个极群中，板栅厚度相同，极群下方的正负极板的厚度大于极群上方的正负极板的厚度，其中相邻正极板的厚度差为6.5%，相邻负极板的厚度差为6.5%。
实施例4
单性极板，板栅厚度不同，涂层厚度相同。
在同一个极群中，所有正极板涂覆厚度相同，极群下方的正极板栅厚度大于极群上方的正极板栅厚度，其中相邻正极板栅的厚度差为3%；所有负极板涂覆厚度相同，极群下方的负极板栅的厚度大于极群上方的负极板栅的厚度，其中相邻负极板栅的厚度差为3%；同一极群中，相对的正负极板的容量相匹配。
实施例5
单性极板，板栅厚度不同，涂层厚度不同。
在同一个极群中，所有正、负极板板栅、涂覆厚度都不相同，极群下方的正、负极板栅和涂层的厚度大于极群上方的正极板板栅和涂层的厚度，其中相邻正极板的厚度差为0%，相邻负极板的厚度差为10%。
实施例6
单性极板，板栅厚度相同，涂层厚度不同。
在同一个极群中，板栅厚度相同，极群下方5块的正负极板的厚度大于极群上其它正负极板的厚度；该5块正负极板厚度由下至上依次减小，其中相邻正极板的厚度差为5%，相邻负极板的厚度差为5%。
实施例7
双性极板，板栅厚度不相同，涂层厚度相同。
在本实施例中，极板无正负极板之分，采用的极板为双性极板，即板栅两侧分别涂覆正极活性物质和负极活性物质。在同一极群堆叠过程中，极板正、负极活性物质涂层厚度相同，位于极群下方的两块极板的板栅厚度不同，两块板栅的厚度差为5%；其余极板的板栅厚度相同。位于同一隔板两侧的正极活性物质层和负极活性物质层的容量相适应。
实施例8
双性极板，板栅厚度相同，涂层厚度不同。
在本实施例中，极板无正负极板之分，采用的极板为双性极板，即板栅两侧分别涂覆正极活性物质和负极活性物质。在同一极群堆叠过程中，位于极群下方3块极板的正、负极活性物质层的厚度大于其上的极板的正、负极活性物质层的厚度，且该3块极板的正负极活性物质层由下至上依次减小；不同厚度的极板中，相邻正极活性物质层之间的厚度差为5%，相邻负极活性物质层之间的厚度差为5%；位于同一隔板两侧的正极活性物质层和负极活性物质层的容量相适应。
性能对比
实施例1-8的电池与对比例1的普通水平电池相比，极群上下部极板的充放电效率一致性提高（3-12%），且极群上下部极板的使用寿命相匹配，能够很高地发挥电池的容量，并且电池的循环寿命显著增加4-10%。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，含有若干极群，每个所述极群中含有正极板、隔板和负极板，所述正极板和负极板分别包括板栅和活性物质层，其特征在于：正极板、隔板和负极板上下水平间隔堆叠，正极板和负极板的数量至少为两片，且位于极群下方的正极板厚度大于极群上方正极板的厚度，和/或位于极群下方的负极板厚度大于极群上方负极板的厚度。
2.如权利要求1所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，所述正极板之间板栅厚度不同，活性物质层厚度相同，和/或所述负极板之间板栅厚度不同，活性物质层厚度相同。
3.如权利要求1所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，所述正极板之间板栅厚度相同，活性物质层厚度不同，和/或所述负极板之间板栅厚度相同，活性物质层厚度不同。
4.如权利要求1所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，所述正极板之间板栅厚度不同，活性物质层厚度不同，和/或所述负极板之间板栅厚度不同，活性物质层厚度不同。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，位于极群下方的N块正极板、N块负极板的厚度不同，N为整数，1≤N≤5；剩余正极板的厚度相同，剩余负极板的厚度相同。
6.如权利要求5所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，不同厚度的相邻正极板之间的厚度差为3-10%，和/或不同厚度的相邻负极板之间的厚度差为3-10%，相邻正极板与负极板的容量相适应。
7.一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，含有若干极群，其特征在于：每个所述极群中含有隔板和至少两片双性极板，双性极板和隔板上下水平间隔堆叠，所述双性极板包括板栅和分别涂覆于板栅两面的正极活性物质层和负极活性物质层，位于极群下方的极板厚度大于位于极群上方的极板厚度。
8.如权利要求7所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，位于极群下方的正、负极活性物质层厚度大于位于极群上方的正、负极活性物质层的厚度。
9.如权利要求7所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，位于极群下方的极板的板栅的厚度大于极群上方的极板的板栅的厚度。
10.如权利要求7或8或9所述的一种含有差异化极板的铅酸蓄电池，其特征在于，位于极群下方的N块极板的极板厚度不同，N为整数，1≤N≤5；剩余极板厚度相同；不同厚度的相邻极板之间的厚度差为3-10%；位于同一隔板两侧的正极活性物质层和负极活性物质层的容量相适应。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 313100 new industrial park, pheasant Town, Huzhou, Zhejiang, Changxing County Applicant after: Chaowei Power Group Co.,Ltd. Address before: 313100 new industrial park, pheasant Town, Huzhou, Zhejiang, Changxing County Applicant before: CHILWEE POWER Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A lead acid battery with differential plates Effective date of registration: 20210630 Granted publication date: 20210420 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Changxing County branch Pledgor: Chaowei Power Group Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000727 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20231016 Granted publication date: 20210420 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Changxing County branch Pledgor: Chaowei Power Group Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000727 |
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