CN109326797B - 一种铅蓄电池复合板栅及其制备方法 - Google Patents

一种铅蓄电池复合板栅及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池复合板栅，包括铅合金本体，所述铅合金本体包括由边框筋条围成的边框、布置在边框内交错形成网状结构的横向筋条、纵向筋条，所述铅合金本体的表面涂覆有烯基聚合物，并有局部暴露于外，形成用于结合铅膏的留白处。本发明铅蓄电池铅聚合物板栅，以铅合金本体起到电流传导体的作用，烯基聚合物起到铅膏支撑骨架的作用，大幅度降低板栅的耗铅量，提高电池的重量比能量，实现电池更轻量化的目标，提升产品的竞争力，同时也降低单只电池的生产能耗，降低热排放、减少单只电池生产时所产生的铅烟、铅尘等，也为环保减轻压力。板栅铅合金本体受到铅蓄电池电解液酸腐蚀的只有留白处，减少板栅腐蚀。

Description

一种铅蓄电池复合板栅及其制备方法
技术领域
本发明涉及铅蓄电池生产技术领域，特别是涉及一种铅蓄电池复合板栅及其制备方法。
背景技术
铅蓄电池是世界上广泛使用的一种化学电源，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。铅蓄电池由极板、隔板、电池槽、电池盖、连接件等组成，极板是在板栅上涂上含有添加剂的铅膏构成，板栅的作用既是铅膏的支撑骨架，又是电流的传导体。为了板栅具有设计合理、耐腐蚀、导电能力强、活性物质利用率高的效果，目前大多数研究方向都是在于板栅结构。
目前的铅蓄电池板栅包括边框框筋、内竖筋、内横筋都处于板栅的中心面上，例如公告号为CN203746975U专利文献公开了一种耐腐蚀的蓄电池板栅，包括极耳、由边框筋条围成的边框以及边框内交叉形成网状结构的纵向筋条和横向筋条，在交叉点处横向筋条或/和纵向筋条具有在边框所在平面内径向增粗的膨胀节。又如公开号为CN202308162U的专利文献公开了一种蓄电池板栅，包括极耳、由边框筋条围成的边框以及边框内交错形成网状结构的纵向筋条和横向筋条，所有纵向筋条均与极耳所在的边框筋条连接，且连接处设有加强耳。
由于板栅采用铅合金，一方面板栅的重量在整个极板中的占比较大，达到将近30％，由于铅材料成本高，影响电池成本，另一方面使用铅合金作为材料时，常会因电解液的浸渍腐蚀，造成内阻升高，容量下降，寿命终结。从而使得各电池生产企业产品性能之间整体差异和优势不明显，缺乏市场竞争力，同时限制了整个行业的发展。
由于作为非活性部件的板栅，主要具有两大功能：支撑活性物及传导电流。所以也有研究将板栅的上述两方面功能分开由独立承担其中一种功能的两部分组合成为复合板栅。
比如授权公告号为CN102931415B的中国发明专利公开了一种铅酸蓄电池复合板栅，由相互叠置的铅板栅和导电聚合物板栅构成。本发明还公开一种铅酸蓄电池极板，包括板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层，所述的板栅为上述的铅酸蓄电池板栅。本发明还公开一种铅酸蓄电池，包括极板，所述的极板包括上述的铅酸蓄电池板栅和涂覆在该板栅上的活性物质材料层。但是聚吡咯作为高分子材料，本身成本很高，且这种将铅板栅和导电聚合物板栅相互叠置的复合板栅制作工艺复杂且两层结构之间结合不够牢固，相互重叠区域容易形成死角，致使涂覆铅膏时内部不能被铅膏填满，从而影响极板的性能。另外导电聚合物板栅相互叠置的制作工艺，铅酸蓄电池的电解液酸会浸入叠置界面，内部的铅板栅双面都会受到铅酸蓄电池电解液酸的腐蚀。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种铅蓄电池复合板栅及其制备方法。
一种铅蓄电池复合板栅，包括铅合金本体，所述铅合金本体包括由边框筋条围成的边框、布置在边框内交错形成网状结构的横向筋条、纵向筋条，所述铅合金本体的表面涂覆有烯基聚合物，并有局部暴露于外，形成用于结合铅膏的留白处。
优选的，所述留白处在铅合金本体两个侧面错位设置。留白处错位设置即保证了铅合金本体所起到的电流传导体的作用，同时又兼顾了烯基聚合物所起到的铅膏支撑骨架的作用，使两方面在整块板栅上协调布局，保证板栅的综合性能。
优选的，所述留白处总面积占铅合金本体总表面积的40％～48％。
优选的，所述烯基聚合物为ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)或PE(聚乙烯)等聚合物中的一种或混合。
优选的，铅合金本体的厚度为0.3mm～0.5mm。由于板栅支撑铅膏的作用由烯基聚合物来承担，铅合金本体只需要承担电流传导作用，所以，相对于现有技术中的常规板栅来说，本发明铅合金本体的厚度可以设计的较小，从而可以较多的降低铅使用量，降低能耗。
优选的，正极板栅烯基聚合物的厚度为0.9mm～1.1mm，负极板栅烯基聚合物的厚度为0.5mm～0.7mm。由于烯基聚合物涂覆在铅合金本体表面，涂覆一整圈，所以烯基聚合物本身为管状，此处烯基聚合物的厚度是指单层烯基聚合物的厚度。
优选的，所述横向筋条之间的间距为10mm～13mm，纵向筋条之间的间距为6mm～9mm。横向筋条分布疏，纵向筋条分布密。纵向筋条多，板栅的导电能力强，极板下部的活性物质反应较为活跃，极板下部的活性物质利用率更高。
优选的，所述烯基聚合物的截面的外周呈六边形。将烯基聚合物的外周面设计成多边形，相较于圆形外表面，有利于增加烯基聚合物与铅膏的结合强度。所述留白处为在六边形上形成缺口。
本发明还提供了所述的铅蓄电池复合板栅的制备方法，先制备铅合金本体，然后通过热熔包注的方法将烯基聚合物涂覆到铅合金本体表面。热熔包注是指通过加热方法将烯基聚合物熔融，利用压力注入置有铅合金本体板栅的型腔，将铅合金本体板栅间隔错位包覆，形成烯基聚合物板栅。由于板栅的铅合金本体较细较薄，如果直接涂覆铅膏，则铅膏活性物质容易脱落，而通过热熔包注的方法在铅合金本体上涂覆烯基聚合物，形成整体的铅蓄电池复合板栅，烯基聚合物起到铅膏活性物质支撑骨架的作用。
优选的，所述铅合金本体使用冲网方法制得。通过冲网方法制得的铅合金本体组织致密、耐腐蚀性能好，电导率高。
本发明的有益效果：
本发明铅蓄电池铅聚合物板栅，将板栅原有的铅膏支撑骨架作用和电流传导体作用进行分离，铅合金本体起到电流传导体的作用，烯基聚合物起到铅膏支撑骨架的作用，大幅度降低板栅的耗铅量，提高电池的重量比能量，实现电池更轻量化的目标，提升产品的竞争力，同时也降低单只电池的生产能耗，降低热排放、减少单只电池生产时所产生的铅烟、铅尘等，也为环保减轻压力。同时，板栅铅合金本体受到铅蓄电池电解液酸腐蚀的只有留白处，其他地方由于烯基聚合物的包覆而不会受到酸的腐蚀，腐蚀程度降低，既确保板栅的导电性能，又减少板栅腐蚀。
附图说明
图1为本发明铅蓄电池复合板栅的铅合金本体的结构示意图。
图2为本发明铅蓄电池复合板栅一个侧面的结构示意图。
图3为本发明铅蓄电池复合板栅另一个侧面的结构示意图。
图4为本发明铅蓄电池复合板栅的立体结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和2所示，一种铅蓄电池复合板栅，包括铅合金本体1，铅合金本体1包括由边框筋条2围成的边框、布置在边框2内交错形成网状结构的横向筋条3、纵向筋条4，铅合金本体1的表面涂覆有烯基聚合物5，并有局部暴露于外，形成用于结合铅膏的留白处6。
留白处6在铅合金本体1两个侧面错位设置。留白处6错位设置即保证了铅合金本体1所起到的电流传导体的作用，同时又兼顾了烯基聚合物5所起到的铅膏支撑骨架的作用，使两方面在整块板栅上协调布局，保证板栅的综合性能。留白处6总面积占铅合金本体1总表面积的40％～48％。
烯基聚合物5所使用的材料为ABS、PC、PP、PS或PE等聚合物中的一种或混合。铅蓄电池复合板栅分为正极板栅和负极板栅，两者的厚度不同，正极板栅烯基聚合物5的厚度为0.9mm～1.1mm，负极板栅烯基聚合物5的厚度为0.5mm～0.7mm。
铅合金本体1的厚度为0.3mm～0.5mm。由于板栅支撑铅膏的作用由烯基聚合物5来承担，铅合金本体1只需要承担电流传导作用，所以，相对于现有技术中的常规板栅来说，本发明中铅合金本体1的厚度可以设计的较小，从而可以较多的降低铅使用量，降低能耗。
横向筋条3之间的间距为10mm～13mm，纵向筋条4之间的间距为6mm～9mm，横向筋条3分布疏，纵向筋条4分布密。纵向筋条4多，板栅的导电能力强，极板下部的活性物质反应较为活跃，极板下部的活性物质利用率更高。烯基聚合物的截面的外周呈六边形，将烯基聚合物的外周面设计成多边形，相较于圆形外表面，有利于增加烯基聚合物与铅膏的结合强度。所述留白处为在六边形上形成缺口。
实施例2～8、对比例1
实施例2～8中所述的正极板栅、负极板栅的制备，制备成规格为电动助力车用密封铅蓄电池6-DZM-20的板栅，均是先通过轧制方式制成铅合金薄板，再通过冲裁成型的方式制成铅合金本体，再在铅合金本体上热熔包注烯基聚合物的工艺制成铅蓄电池复合板栅。具体见表1，其中实施例7和实施例8中两种烯基聚合物按质量比混合。
对比例1为现有常规重力浇铸铅合金板栅。
表1
Figure BDA0001367171610000041
实施例9
将上述实施例2～8及对比例1中制备的板栅制备成型号为6-DZM-20的电池，然后对各电池的性能进行检测，检测项目包括：2hr容量、-15℃低温容量、大电流放电特性，均都按照国标GB/T22199-2008《电动助力车用密封铅酸蓄电池》的检测方法进行检测。
结果如表2所示，其中编号2和3分别为使用实施例2制备的板栅，只是编号2电池的铅膏重量与现有工艺中相同，与编号1中仅使用的板栅不同，经检测发现编号2电池性能(电池容量、-15℃低温容量及大电流放电特性)较编号1略有下降，说明铅合金板栅本体与铅膏的结合面面积大幅度减少的情况下，对电池性能略有影响，电池极板的活性物质利用率略有降低，但不是与结合面面积成比例的降低。编号3电池的板栅也是使用实施例2中制备的板栅，与编号2电池相比，铅膏重量增加了3％，电池性能保持与原有铅合金板栅电池(编号1电池)一样或略高一点，说明铅合金板栅本体与铅膏聚合物的结合面面积减少，降低活性物质利用率的问题，可以通过增加活性物质量就能得到解决。编号4～9电池也是铅膏重量增加3％，验证了上述结论。
这样，对于单只6-DZM-20电池来说，板栅总重量减少了764～797g/只，铅膏总重量增加了116g/只，电池总重量减少648～681g/只，实现电池更轻量化的目标，大幅度提高电池的重量比能量，降低单只电池的生产铅耗，同时也大幅降低单只电池的生产能耗。
表2
Figure BDA0001367171610000051

Claims (1)

1.一种铅蓄电池复合板栅，包括铅合金本体，所述铅合金本体包括由边框筋条围成的边框、布置在边框内交错形成网状结构的横向筋条、纵向筋条，其特征在于，所述铅合金本体的表面涂覆有聚合物，并有局部暴露于外，形成用于结合铅膏的留白处，所述留白处在铅合金本体两个侧面错位设置，所述留白处总面积占铅合金本体总表面积的40%~48%，
所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚乙烯中的一种或混合，
铅合金本体的厚度为0.3mm~0.5mm，
正极板栅聚合物的厚度为0.9mm~1.1mm，负极板栅聚合物的厚度为0.5mm~0.7mm，
所述横向筋条之间的间距为10mm~13mm，纵向筋条之间的间距为6mm~9mm，
所述聚合物的截面的外周呈六边形，所述留白处为在六边形上形成的缺口，以使所述铅合金本体局部暴露于外，
所述铅蓄电池复合板栅的制备方法为：先制备铅合金本体，然后通过热熔包注的方法将聚合物涂覆到铅合金本体表面，
所述铅合金本体使用冲网方法制得。
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