CN110061241A - 一种新型轻质铅酸动力电池板栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型轻质铅酸动力电池板栅，其特征在于板栅由极耳1、边框2、横筋条3和竖筋条4组成，极耳1位于边框2的一侧边缘；所述竖筋条4和横筋条3垂直交织组合成纵向长方形网格，横筋条3间距为竖筋条4间距的1.5~2.0倍，竖筋条4数量为传统板栅的2~3倍，该发明板栅对制备高倍率、高能量密度和长循环寿命的动力铅酸电池、铅碳电池等具有提升电流的汇流能力，使电流传输距离更短，极板上欧姆压降降低，更安全，适合推广应用。

Description

一种新型轻质铅酸动力电池板栅

技术领域

本发明涉及一种铅酸蓄电池组成部件，具体地，本发明涉及一种新型轻质铅酸动力电池板栅。

背景技术

铅酸蓄电池已经历了近150年的发展历程，其动力型电池凭借高可靠性、低成本、优异的高低温性能及98%以上的回收率使得其具有重要的商业价值，至今在低速电动车领域(如电动助力车、电摩等)依然占据主要的市场份额。但传统铅酸动力电池单体(12V20Ah)由于其循环寿命短(80%DOD，~300次循环)，单体重量高(~7.2kg)、低功率及较差的高低温性能(东南亚及中国北方寒冷地区)，限制了这种高安全、低成本且具有极大商业价值的低速动力车辆的应用发展。

面对这一挑战，大多数研究者致力于控制电极材料的组成和结构，制造更好的电极。但动力电池实际运行后的失效分析显示，大多数低速电动车的失效来源于失水、正负极板栅腐蚀（电动助力车、电摩在常规使用时，基本是0.5C率的高倍放电使用，在启动、爬坡等情况下，甚至电流会达到1C率) 这种工况运行条件会提高电池内阻，失水会进一步提高电池酸密度，加深腐蚀层的生长，阻绝集流体和活性物质之间的导电界面。同时，国家关于低速电动车(电动助力车和电摩)的2018新标准已经出台，替换之前的2009版，新版本要求进一步降低电动助力车的重量，使目前的电池能量密度从35Wh/kg提高到38Wh/kg，这对铅酸动力电池行业形成了巨大的挑战，所以只研究正负极材料并不能有效降低整电池的重量(电极材料约占整电池比重65%，其中正负极板栅约占19%)。此外，国家新标准进一步要求降低车辆尺寸旨在安全性，车厂就会进一步压缩电池的空间或者改变电池形状，整个极板的长宽比例将进一步加大，电势和电流分布将会更不均匀，造成活性物质浪费，电池循环次数骤减。所以研究具有高导电，轻质量以及电势分布更均匀的动力铅酸电池正负极板栅的需求日益迫切。

目前，大多数铅酸动力电池板栅设计版本都基于横向长方形网格的设计方案，旨在解决板栅电流传输以及耐腐蚀性，但依旧遵循2009版国标的要求，对板栅的重量没有做太多的修正，因为板栅比表面积和电阻紧密相关，板栅重量(尤其是正极板栅)增加会延缓腐蚀时间。解决策略是通过板栅筋条表面增加导电聚合物包覆层来改善腐蚀，或通过调整板栅内部筋条结构来改变电流的传输途径，降低板栅重量，改善板栅的腐蚀。这些方法虽可增加板栅的抗腐蚀能力，但实际生产中板栅包覆工艺复杂，大规模工业化生产难度及成本高，且实际生产中板栅重力浇铸良率低，需要采购连冲连轧板栅生产线，降低了低成本铅酸动力电池和锂离子电池相比较的价格优势。

本发明涉及一种新型轻质铅酸动力电池板栅，通过调整板栅横、竖筋条数量，提升电流汇流能力，增加内筋条截面积，提升耐腐蚀性。这样的板栅设计势必能够有效提高板栅的导电性，使得极板的化成效率更高，尤其是极板的下半部分活性物质且极板的活性物质利用率更高，另外使得极板的倍率性能更优，电势分布更均匀，板栅耐腐蚀并有效延长板栅寿命。另外本发明还通过调整边框厚度，降低了板栅重量，提高了电池重量比能量，满足电动助力车和电摩的国标使用要求。本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅对制备高倍率、高能量密度和长循环寿命、更安全的动力铅酸电池、铅碳电池等具有显著优势。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

1. 一种新型轻质铅酸动力电池板栅，板栅由极耳1、边框2、横筋条3和竖筋条4组成，极耳1位于边框2的一侧边缘；所述竖筋条4和横筋条3垂直交织组合成纵向长方形网格，横筋条3间距为竖筋条4间距的1.5~2.0倍，竖筋条4数量为传统板栅的2~3倍。

2、所述一种新型轻质铅酸动力电池板栅本体长为131-135mm，宽度为62-65mm，板栅边框筋条2与竖筋条4和横筋条3厚度为0.8~1.2mm。减少了用铅量，板栅重量降低2~3g，有效降低整电池的重量，提高电池重量比能量。

附图说明

图1为传统中蓄电池板栅的结构示意图；

图2为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅的结构示意图；

图3为传统蓄电池板栅和本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅电势模拟对比；

图4为传统蓄电池板栅和本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅耐腐蚀对比；

图5为传统蓄电池板栅和本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅电池循环寿命对比；

图6为传统蓄电池板栅和本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅电池倍率性能对比；

图7为传统蓄电池板栅和本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅极板极板阻抗对比。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细的介绍。

如图2所示，一种新型轻质铅酸动力电池板栅由极耳1、边框2、横筋条3和竖筋条4组成，极耳1位于边框2的一侧边缘。所述板栅本体设有若干垂直交织竖筋条4和横筋条3组合成纵向长方形网格，横筋条3间距为竖筋条4间距的1.5~2.0倍，竖筋条4数量为传统板栅的2~3倍，提升电流的汇流能力，使电流传输距离更短，极板上欧姆压降降低。

所述一种新型轻质铅酸动力电池板栅本体为长方形，所述板栅本体长为131-135mm，宽为62-65mm，横筋条3、竖筋条4与边框2厚度为0.8-1.2mm，减少了用铅量，有效降低整电池的重量，板栅导电性及内部筋条的抗腐蚀程度增加，有效延长板栅寿命。

图3为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅与传统蓄电池板栅欧姆压降对比，利用Ansys有限元分析软件模拟，整个模拟过程模拟电流一致为10A。可以看出本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅欧姆压降相对于传统蓄电池板栅欧姆压降降低约10mV ，充分体现了本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅设计有效提高板栅的导电性，电势分布更均匀。

图4为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅与传统蓄电池板栅电池循环腐蚀对比，其和膏、制板、固化及化成程序和传统一致。整个循环测试程序按照0.25C充电恒压限流，0.5C电流放电至1.75V。很明显本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅耐腐蚀性更强，350圈循环后未出现内部筋条腐蚀断筋现象，充分体现了耐腐蚀并有效延长板栅寿命。

图5为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅与传统蓄电池板栅电池循环寿命对比，其和膏、制板、固化及化成程序和传统一致。整个循环测试程序按照0.25C充电恒压限流，0.5C电流放电至1.75V。传统蓄电池循环380圈容量保持率80%，本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅蓄电池循环480圈容量保持率80%，充分体现了板栅耐腐蚀性改善后，电池循环寿命得到了提升。

图6为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅与传统蓄电池板栅电池倍率性能对比，其和膏、制板、固化及化成程序和传统一致。整个倍率测试程序按照0.25C充电恒压限流，0.5C电流放电至1.75V循环10圈，0.25C充电恒压限流，1.0C电流放电至1.75V循环10圈，0.25C充电恒压限流，2.0C电流放电至1.75V循环10圈。可以看出本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅在不同倍率下容量保持率皆存在明显提升。

图7为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅极板与传统蓄电池板栅极板阻抗对比，其和膏、制板、固化及化成程序和传统一致。整个循环测试程序按照0.25C充电恒压限流，0.5C电流放电至1.75V。在循环开始及循环300圈后，饱电态三电极法测试极板阻抗。循环开始时，两者阻抗相同，循环300圈后，本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅极板电荷传递内阻1mΩ，传统板栅极板电荷传递内阻2mΩ，充分体现了本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅的高导电性。

表1为本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅与传统蓄电池板栅极板化成效率对比，其和膏、制板、固化及化成程序和传统一致。整个化成程序按照现有20Ah电动助力车三充两放制式化成，化成总电量12.5Q，化成后抽检三片正极板二氧化铅含量可以看出，本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅极板二氧化铅含量高出传统极板约4%左右，充分体现了板栅导电性改善后，极板的化成效率更高。

上述实施方式只为说明本发明一种新型轻质铅酸动力电池板栅的技术构思及特点，并不能以此限定本发明的具体实施范围。凡根据本发明内容所作的等效变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型轻质铅酸动力电池板栅，板栅由极耳1、边框2、横筋条3和竖筋条4组成，极耳1位于边框2的一侧边缘；所述竖筋条4和横筋条3垂直交织组合成纵向长方形网格。

2.根据权利要求1所述的一种板栅，其特征在于：横筋条3间距为竖筋条4间距的1.5~2.0倍，竖筋条4数量为传统板栅的2~3倍。

3.根据权利要求1、2所述新型轻质铅酸动力电池板栅，其特征在于：所述板栅本体板栅边框筋条2与竖筋条4和横筋条3厚度为0.8~1.2mm。

4.根据权利要求1所述新型轻质铅酸动力电池板栅，其特征在于：所述板栅本体长为131-135mm，宽度为62-65mm。