CN110311140A - 一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法 - Google Patents

一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法。该铅酸电池阳极板栅，包括框体；框体内交错设置有若干具有间隙的碳纤维束；框体和碳纤维束表面均包覆有铅钙合金。本发明提高了阳极板栅的强度，增加了阳极板栅耐高低温、耐酸等性能，提高铅酸电池的使用寿命。

Description

一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法。
背景技术
铅酸电池是化学电源中的一种，是目前技术最为成熟的二次电池。从1859年发明至今仍然是世界上产量最大、用途最广的化学电源。铅酸电池具有性价比高、安全性好和技术成熟等优点；不仅被应用于汽车、拖拉机、柴油机、船舶的启动电源和照明；还被应用于低速车的动力源，包括电动自行车、三轮车和四轮车等。板栅作为铅酸蓄电池中最重要的非活性元件，其主要作用是支撑活性物质，传导电流并使电流分布均匀，板栅材料的选择对电池的性能和寿命有着极大的影响。
由于铅的强度较低，电池的电压及电池的温度，会使阳极板栅在使用过程种容易伸长变形，一但阳极板栅变形，阳极板栅上膏层脱落，导致铅酸电池寿命短；现有的铅酸电池采用在金属材料钛和铜表面涂覆铅或铅基合金作为阳极板栅材料，虽然有效抑制了阳极板栅变形，降低了极板重量，提高电池比能量，增加电池高倍率放电性能，但是仍然存在钛极易被钝化生成氧化钛薄膜，使活性物质与极板无法直接接触；而铜基体容易溶解到电解液中等问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种铅酸电池阳极板栅及其制备方法，可有效解决现有铅酸电池阳极板栅易变形、易被氧化的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铅酸电池阳极板栅，包括框体；框体内交错设置有若干具有间隙的碳纤维束；框体和碳纤维束表面均包覆有铅钙合金。
进一步地，框体材质为主碳纤维束；主碳纤维束包裹若干碳纤维束。
进一步地，碳纤维束由若干直径为1～7μm的碳纤维绞合而成。
进一步地，框体内沿纵向方向等间距设置有9～16根碳纤维束，沿横向方向等间距设置有20～35根与纵向的碳纤维束相互交错的碳纤维束。
进一步地，框体上焊接有材质为铅钙合金的极耳。
上述铅酸电池阳极板栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)将若干直径为1～7μm的碳纤维绞合，制备得到的直径为3～50μm的碳纤维束，然后再将至少两根碳纤维束并列，形成主碳纤维束；
(2)通过主碳纤维束制成主框体，然后在主框体内沿纵向方向等间距编织9～16根纵向碳纤维束后，沿纵向方向设置两根具有间隙的纵向主碳纤维束，形成纵向第一列骨架；然后按照纵向第一列骨架的编织方法在主框体内继续编织纵向第n列骨架；
(3)在主框体内沿横向方向等间距编织20～35根与纵向方向上的碳纤维束相互交错的碳纤维束后，沿横向方向设置两根具有间隙的横向主碳纤维束，形成横向第一列骨架，然后按照横向第一列骨架的编织方法在主框体内继续编织横向第m列骨架，制得主碳纤网板；
(4)将主碳纤网板放置在两张铅钙合金板之间，加热熔融铅钙合金板，并使熔融后的铅钙合金包覆在主碳纤网板上；
(5)分别沿具有间隙的横向主碳纤维束和纵向主碳纤维束处进行切割，即可制得铅酸电池阳极板栅。
进一步地，纵向第n列骨架和第m列骨架中的n和m均为大于等于2的正整数。
进一步地，铅钙合金板的厚度为0.2～1.5mm。
进一步地，板栅上通过电阻焊接法焊接有材质为铅钙合金的极耳。
进一步地，铅钙合金板之在熔融之前，需在主碳纤网板上的栅格处进行冲压。
本发明的有益效果为：
本发明制备得到的阳极板栅材质为碳纤维，并在上包覆有铅钙合金，由于碳纤维的强度是钢强度4～5倍，因此，在碳纤束外面包覆铅钙合金，能大大的提高铅钙合金的强度，抑制了阳极板栅变形，提高了阳极板栅的强度，同时，还使得制备得到的阳极板栅具有优良的耐高低温和耐酸性能，提高铅酸电池的使用寿命。
附图说明
图1为板栅的结构示意图；
图2为主碳纤网板的结构示意图；
图3为碳纤维束的截面图；
图4为主碳纤维束的截面图。
其中，1、框体；2、碳纤维束；3、碳纤维；4、铅钙合金层；5、主框体；6、纵向主碳纤维束；7、横向主碳纤维束；8、主碳纤网板；9、极耳。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
如图1所示，该铅酸电池阳极板栅包括呈矩形的框体1，该框体1由主碳纤维束制成，其厚度为0.5～1.2mm。
如图3和图4所示，主碳纤维束由至少两根并列的，直径为3～50μm的碳纤维束2制成，而碳纤维束2则是由若干的碳纤维3绞合而成。
如图1所示，在框体1内，沿其纵向方向通过焊接的方式等间距固定有9～16根碳纤维束2，同时，在其横向方向采用同样的方式等间距固定有20～35根，且与纵向方向上设置的碳纤维束2相互交错的碳纤维束2，使得框体1内呈格栅状。
如图1所示，还在框体1的端部通过焊接的方式固定有材质为铅钙合金的极耳9，并且在框体1和碳纤维束2上均包覆有铅钙合金层4。
该阳极板栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)将直径为4μm的碳纤维3绞合，制备得到的直径为30μm的碳纤维束2，然后再将至少两根碳纤维束2并列，形成厚度为0.8mm的主碳纤维束，备用；
(2)以主碳纤维束为材料，制备得到呈矩形的主框体5，然后在主框体5内沿其纵向方向等间距编织14根碳纤维束2后，继续沿纵向方向编织两根具有一定间隙的纵向主碳纤维束6，形成纵向第一列骨架，然后按照纵向第一列骨架的编织方法继续在主框体5内编织纵向第n列骨架(本实施例中n取值为3，参考图2)；且两根具有间隙的纵向主碳纤维束6之间的间隙即作为分段区，将纵向方向上的每列骨架分离开来，同时，在后续制备板栅时，纵向主碳纤维束6可作为板栅框体的纵向边框；
(3)然后在主框体5内沿其横向方向编织24根等间距，且与纵向方向编织的碳纤维束2相互交错的碳纤维束2，在横向上编织24根碳纤维束2后，继续沿横向方向编织两根具有间隙的横向主碳纤维束7，形成横向第一列骨架，然后按照横向第一列骨架的编织方法在主框体内继续编织横向第m列骨架(本实施了中m取值为2，参考图2)，制得主碳纤网板9；同时，两根具有间隙的横向主碳纤维束7之间的间隙即作为分段区，将横向方向上的每列骨架分离开来，并且，在后续制备板栅时，横向主碳纤维束7可作为板栅框体的横向边框；
(4)取两张厚度均为0.8mm的铅钙合金板，一张放置于步骤(3)制备得到的主碳纤网板9下方，一张放置于其上方，然后用冲压设备对铅钙合金板上正对主碳纤网板的栅格处进行冲压，铅钙合金板上的冲压尺寸略小于栅格的尺寸；
(5)将铅钙合金板热熔，并使熔融后的铅钙合金完全包覆在主碳纤网板9上，冷却至常温后，再进行表面粗糙处理；
(6)然后用切割分段设备沿分段区进行切割，即可得到该阳极板栅，然后再将其四角进行打磨成圆弧状，最后通过电阻焊接法将极耳焊接至其端部的横向边框上即可。
实施例2
1、在常温常压的条件下，对实施例1制备得到板栅和由纯铅材质制成的板栅(纯铅板栅)进行时长为两个月的完全充放电测试，测试结束后，本申请制备得到的板栅延伸长度仅为0.09～0.21mm，而纯铅板栅的延伸长度达到了1.68～2.03mm，表明本发明方法制备到的板栅强度高，具有优良的抗形变能力。
2、在常温常压的条件下，在实施例1制备得到板栅和由纯铅材质制成的板栅(纯铅板栅)表面涂抹涂膏层，然后再分别进行150次的完全充放电测试，测试结束后，本申请制备得到的板栅表面涂抹的涂膏无变化，而纯铅板栅表面的涂膏层呈“泥状”，并出现垮塌状况，表明本发明制备得到的板栅具有优良的耐高低温等性能。

Claims (10)

1.一种铅酸电池阳极板栅，其特征在于，包括框体；所述框体内交错设置有若干具有间隙的碳纤维束；所述框体和碳纤维束表面均包覆有铅钙合金层。
2.根据权利要求1所述的铅酸电池阳极板栅，其特征在于，所述框体材质为主碳纤维束；所述主碳纤维束包裹若干碳纤维束。
3.根据权利要求1或2所述的铅酸电池阳极板栅，其特征在于，所述碳纤维束由若干直径为1～7μm的碳纤维绞合而成。
4.根据权利要求1所述的铅酸电池阳极板栅，其特征在于，所述框体内沿纵向方向和横向方向分别设置有9～16根和20～35根等间距，且相互交错的碳纤维束。
5.根据权利要求1所述的铅酸电池阳极板栅，其特征在于，所述框体上焊接有材质为铅钙合金的极耳。
6.权利要求1～5任一项所述的铅酸电池阳极板栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将直径为1～7μm的碳纤维绞合，制备得到的直径为3～50μm的碳纤维束，然后再将至少两根碳纤维束并列，形成主碳纤维束；
(2)通过主碳纤维束制成主框体，然后在主框体内沿纵向方向等间距编织9～16根碳纤维束后，沿纵向方向设置两根具有间隙的纵向主碳纤维束，形成纵向第一列骨架；然后按照纵向第一列骨架的编织方法在主框体内继续编织纵向第n列骨架；
(3)在主框体内沿横向方向等间距编织20～35根与纵向方向上的碳纤维束相互交错的碳纤维束后，沿横向方向设置两根具有间隙的横向主碳纤维束，形成横向第一列骨架，然后按照横向第一列骨架的编织方法在主框体内继续编织横向第m列骨架，制得主碳纤网板；
(4)将主碳纤网板放置在两张铅钙合金板之间，加热熔融铅钙合金板，并使熔融后的铅钙合金包覆在主碳纤网板上；
(5)分别沿具有间隙的横向主碳纤维束和纵向主碳纤维束处进行切割，即可制得铅酸电池阳极板栅。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纵向第n列骨架和第m列骨架中的n和m均为大于等于2的正整数。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铅钙合金板的厚度为0.2～1.5mm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述板栅上通过电阻焊接法焊接有材质为铅钙合金的极耳。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铅钙合金板之在熔融之前，需在铅钙合金板上正对主碳纤网板的栅格处进行冲压。
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