CN109103461A - 蓄电池板栅和极板 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池领域，具体涉及改进的蓄电池板栅，进一步涉及使用该蓄电池板栅制备的极板。所述蓄电池板栅具有相对设置的背离面和接触面，所述背离面开设多个铅膏栅孔，所述接触面开设多根平行的直线状汇流排联条槽，使得电荷经所述铅膏栅孔流入汇流排联条槽、并汇流至电池电极。本发明的蓄电池板栅采用了特殊的“面结构”，在栅板的表面形成“立体”的凹凸结构，使铅膏可在“多维度”上与极板产生电离，从而提高电转化率，在增大制电量的同时，加快了电量的充放电时间，大幅度提高了铅酸电池的“蓄电”能力。本发明中，板栅的重量大幅降低，从而提高了整个蓄电池中反应物质所占比重，使得蓄电池的实际比能量大幅提高。

Description

蓄电池板栅和极板

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及改进的蓄电池板栅，进一步涉及使用该蓄电池板栅制备的极板。

背景技术

二次电源在现代社会进程中发挥着极其重要的推进作用。特别是在石油资源越来越匮乏的今天，储能与道路移动负载电源用途占有的比例越来越高，各种新兴能源由于技术、成本等因素根本不可能在短期内满足二次电源的需求市场。而传统的铅酸蓄电池尽管具有一百五十余年的历史，它的技术成熟，原材料丰富，使用性能安全稳定的优点，却由于生产工艺落后，比能量低，严重污染环境，质量重，充电慢寿命短等缺陷，严重制约了它的生存与发展。

铅酸蓄电池的正极为二氧化铅，负极为海绵状铅，电解质主要为硫酸水溶液，隔膜(板)有微孔橡胶、微孔塑料和玻璃纤维棉等。电池壳体使用硬橡胶、工程塑料等材料制成。电解质硫酸水溶液参与电池反应，正负极放电产生物均为硫酸铅。【《电动汽车构造、原理与检修》，吴兴敏，张博，王彦光主编，北京：北京理工大学出版社，2015.07】目前市售的铅酸蓄电池依然沿用铅钙合金板栅作为电极板，由于铅钙合金板栅中含有大量的铅，在浇铸、化成、焊接阶段造成了重金属铅污染。另外，铅基活性物质的理论比能量为170w〃h/kg，实际仅为理论比能量的1/5。比能量低的主要原因，一方面在于反应物质的反应效率低下，另一方面在于反应物质在蓄电池中的重量比低下。对此，申请人在在先发明【CN102515728A、CN102522566A，现以全文引用的方式合并入本发明】中提出了一种重量轻而导电率好的导电陶瓷材料、以及该材料制备得到的蓄电池板栅；但是，该蓄电池板栅依然采用传统的带有极眼的极耳的连接方式、电荷迁移效率没有得到本质提升，呈蜂窝状排列的电极栅板孔没有摆脱反应物质在二维层面参与反应的弊端，且没有考虑铅膏在充电过程中的膨胀和剥离的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的一个方面涉及改进的蓄电池板栅，用以替代现行的铅钙合金板栅，从而提高反应物质的反应效率和其在蓄电池中的比重，从而提高蓄电池的电流密度、电池性能和存储性能。

具体而言，所述蓄电池板栅具有相对设置的背离面和接触面，所述背离面开设多个铅膏栅孔，所述接触面开设多根平行的直线状汇流排联条槽，使得电荷经所述铅膏栅孔流入汇流排联条槽、并汇流至电池电极。

本发明的蓄电池板栅在背离面开设铅膏栅孔，铅膏栅孔内部填充含有二氧化铅的铅膏；其向对面的接触面开设汇流排联条槽，汇流排联条插入汇流排联条槽中，从而使该蓄电池板栅作为正极板使用。在蓄电池的充、放电过程中，铅膏得到或失去的电子沿着“铅膏栅孔-汇流排联条槽-汇流排联条-正极”的路径迁移，由于板栅上设置多条汇流排联条槽，故电荷可以以多路并流的方式汇流至电池正极，相对于传统的使用极耳的“单通路”板栅而言，极大地提高了电流密度。

进一步地，所述铅膏栅孔为贯穿所述蓄电池板栅的漏斗状通孔，铅膏栅孔垂直于轴向的截面的面积，从背离面到接触面逐渐缩小。

通过设置漏斗状的铅膏栅孔，当铅膏填充至铅膏栅孔后，随着铅膏在放电过程中逐渐消耗，反应物质的反应面从初始状态下的与背离面齐平，逐渐变为沿膏栅孔的形状成为漏斗状，相对于传统的蜂窝状直孔的板栅，本发明的反应面由二维扩展为三维，反应面积大幅提高，提高了电量的转换率。另一方面，铅膏在放电过程中不可避免地发生膨胀，对于传统的蜂窝状直孔的板栅而言，直孔不能对膨胀的铅膏提供有效的物理阻挡，导致铅膏从板栅上脱落失效；本发明中，漏斗状的铅膏栅孔使得铅膏早膨胀后按照指向栅孔旋转轴的的方向汇聚，并且不同方向的铅膏相互阻挡，有效避免了铅膏的剥落。

进一步地，所述铅膏栅孔呈阵列式排列；所述汇流排联条槽开设于铅膏栅孔的列之间。

现有技术中采用蜂窝状直孔的板栅，尽管可以提高铅膏的填充量，但由于其仅依靠位于板栅两端的极耳进行电荷汇流，因而实际的放电效率并不理想。本发明中铅膏栅孔和汇流排联条槽配合设置的板栅结构，采用阵列式排布的铅膏栅孔，构造为一列通孔漏斗状铅膏栅孔列、一根汇流排联条槽的结构，每个板栅最大可以具有n列铅膏栅孔和n-1条汇流排联条槽，从而在保证铅膏填充量和转移电荷的管线分布密度的前提下，最大程度地减少了板栅基材的质量，有助于提高蓄电池的实际比能量。

进一步地，所述铅膏栅孔垂直于轴向的截面可以是多边形或圆形；所述多边形可以是四边形、五边形、六边形、八边形等，优选六边形。所述汇流排联条槽垂直于其长度方向的截面可以是圆形或多边形，优选为梯形、所述梯形的底边开设于所述接触面的平面，进一步优选所述梯形为正六边形的一半。

实际生产中，优选所述蓄电池板栅具有小于35g的重量，进一步优选其厚度为2.5-5.5mm。

本发明中，所述蓄电池板栅的制作材料并无特别限定。对于作为正极板使用而言，特别优选采用本申请人在前公开的石墨金属共晶陶瓷制备。具体而言，所述石墨金属共晶陶瓷按重量份计含有导电剂15～20份、陶瓷复合材料55～70份、介质材料5～10份。所述导电剂是Ti粉、Si粉、C粉按2.8：1.2：1的摩尔比球磨混合后在1250～1280℃下烧制成单相炭硅钛(Ti₃SiC₂)晶体。所述陶瓷复合材料按重量份计含有二氧化硅46～62份、三氧化二铝9～18份、氧化镁3～9份、氧化钙12～18份，具体为各原料的混合物在1300℃下烧制而成。所述介质材料为羧甲基纤维素钠与聚乙烯醇的水溶液，具体为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和水按照50:1-2.5:400-500的比例混合、搅拌加热至50-80℃后冷却得到的。对于作为负极板使用而言，可直接用铅为材料成型为具有前述形状的蓄电池板栅。

本发明的另一个方面涉及使用前述蓄电池板栅制备得到的极板，所述极板包括，接触面贴合在一起两块蓄电池板栅，以及在汇流排联条槽中插入汇流排联条、并将各汇流排联条电连接。

作为优选，所述铅膏栅孔为贯穿所述蓄电池板栅的漏斗状通孔，两块蓄电池板栅的相对的铅膏栅孔相连通、相对的汇流排联条槽边缘相吻合。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的蓄电池板栅采用了特殊的“面结构”，在栅板的表面形成“立体”的凹凸结构，使铅膏可在“多维度”上与极板产生电离，从而提高电转化率，在增大制电量的同时，加快了电量的充放电时间，大幅度提高了铅酸电池的“蓄电”能力。

2、板栅的重量大幅降低，从而提高了整个蓄电池中反应物质所占比重，使得蓄电池的实际比能量大幅提高。

3、避免了使用铅等重金属作为板栅原料，减少了重金属资源的浪费，降低、防止了潜在的重金属污染，具有提高的环保性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的蓄电池板栅的一个实施例的示意图。

图2是本发明所提供的蓄电池板栅的一个实施例的局部放大示意图。

图3是本发明所提供的蓄电池板栅的另一个实施例的局部放大示意图。

图4是本发明所提供的使用前述蓄电池板栅制备得到的极板的一个实施例的示意图。

图5是图4极板的剖面图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1。本发明提供的蓄电池板栅10采用石墨金属共晶陶瓷制作，该板栅10可以具有193.9mm×155.3mm×3mm的尺寸，重量小于35g。

该蓄电池板栅10具有相对设置的背离面11和接触面13。背离面11开设多个铅膏栅孔12，该铅膏栅孔12呈漏斗形通孔状且作阵列式排布，其垂直于旋转轴的截面面积自背离面11到接触面13呈逐渐减小的状态。在于背离面11相对的接触面上开设多根平行的直线状汇流排联条槽14，该汇流排联条槽14开设于各列铅膏栅孔12之间。如图1所示，该板栅10具有7列铅膏栅孔12和6条该汇流排联条槽14。

进一步参见图2-3。前述铅膏栅孔12垂直于旋转轴的截面的形状可以是四边形，也可以圆形。本领域技术人员也容易想到并使用其他形状，例如正六边形、正五边形等。前述汇流排联条槽14垂直于其长度方向的截面是梯形，具体为正六边形的一般，以使得两块蓄电池板栅10的接触面13贴合时，两条汇流排联条槽14组成截面为正六边形的通道。

实施例2

参见图4-5。当两块蓄电池板栅10的接触面13贴合时，相对的漏斗形通孔状的铅膏栅孔12相互贯通，相对的两条汇流排联条槽14组成截面为正六边形的通道、其中插入汇流排联条20。将各汇流排联条20连接后，再与电池的输出电极相连接。

当作为正极板使用时，在铅膏栅孔12内填充有含有二氧化铅的铅膏，将各汇流排联条20与电池正极相连。此时，电荷沿着“铅膏栅孔12-汇流排联条槽14-汇流排联条20-正极”的路径迁移。

当作为负极板使用时，可以直接使用铅作为基材，通过浇注成型等本领域常规的金属成型方式，制备为具有前述形状的蓄电池板栅10，同样地向两条汇流排联条槽14组成的通道中插入汇流排联条20，并将各汇流排联条20连接至电池负极。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.蓄电池板栅，其特征在于，具有相对设置的背离面和接触面，所述背离面开设多个铅膏栅孔，所述接触面开设多根平行的直线状汇流排联条槽，使得电荷经所述铅膏栅孔流入汇流排联条槽、并汇流至电池电极。

2.根据权利要求1所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述铅膏栅孔为贯穿所述蓄电池板栅的漏斗状通孔，铅膏栅孔垂直于轴向的截面的面积，从背离面到接触面逐渐缩小。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述铅膏栅孔呈阵列式排列；所述汇流排联条槽开设于铅膏栅孔的列之间。

4.根据权利要求3所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述板栅具有n列铅膏栅孔和n-1条汇流排联条槽。

5.根据权利要求1所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述铅膏栅孔垂直于轴向的截面可以是多边形或圆形。

6.根据权利要求5所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述多边形可以是四边形、五边形、六边形、八边形等，优选六边形。

7.根据权利要求1所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述汇流排联条槽垂直于其长度方向的截面可以是圆形或多边形。

8.根据权利要求7所述的蓄电池板栅，其特征在于，所述多边形是梯形，所述梯形的底边开设于所述接触面的平面，优选所述梯形为正六边形的一半。

9.使用权利要求1-8任一项所述的蓄电池板栅制备得到的极板，其特征在于，所述极板包括，接触面贴合在一起两块蓄电池板栅，以及在汇流排联条槽中插入汇流排联条、并将各汇流排联条电连接。

10.根据权利要求9所述的极板，其特征在于，所述铅膏栅孔为贯穿所述蓄电池板栅的漏斗状通孔，两块蓄电池板栅的相对的铅膏栅孔相连通、相对的汇流排联条槽边缘相吻合。