CN110970625B - 一种具有高导流特性的碳化电池板栅，及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池板栅技术领域，尤其涉及一种具有高导流特性的碳化电池板栅，及其制造方法。本发明通过分别设置低密度板栅区和高密度板栅区，再配合各类筋条特定材质和制造方法的方式，达到电池板栅对电流的导流强度大的效果。本发明具有板栅结构与电流密度相匹配，对电流的导流效果好、强度大，碳化筋条导流强度进一步提升且自身耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高的优点。

Description

一种具有高导流特性的碳化电池板栅，及其制造方法
技术领域
本发明属于电池板栅技术领域，尤其涉及一种具有高导流特性的碳化电池板栅，及其制造方法。
背景技术
电池板栅，指的是电极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀的作用，其中对电流的导流强弱能力是评价电池板栅的一个重要标准。现有的电池板栅结构，大多为横竖均匀分布的方形网格式，该方式下靠近极耳和远离极耳两端的板栅密度是一样的，但是电池内部这两端的电流密度却是不同的，因此存在结构和要求不匹配的问题，所以市场上急需一种靠近极耳端板栅密度大、远离极耳端板栅密度小的新型电池板栅，以保证对电流进行高导流传导的效果。
专利公告号为CN209119221U，公告日为2019.07.16的中国实用新型专利公开了一种列车用蓄电池板栅，包括极耳、与极耳相连的横边框、与横边框垂直的竖边框、与竖边框垂直的横筋条和极耳方向的放电筋条，竖边框的长度与横边框的长度之比大于等于0.5，同时横筋条的数目与放电筋条的数目之比小于等于0.5，或者同时所述横筋条的截面积与所述放电筋条的截面积之比小于或等于0.3。
但是该实用新型专利中的电池板栅存在板栅密度不合适，对电流的导流强度低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高导流特性的碳化电池板栅，及其制造方法，其能通过分别设置低密度板栅区和高密度板栅区，再配合各类筋条特定材质和制造方法的方式，达到电池板栅对电流的导流强度大的效果。本发明具有板栅结构与电流密度相匹配，对电流的导流效果好、强度大，碳化筋条导流强度进一步提升且自身耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高的优点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种具有高导流特性的碳化电池板栅，包括板栅框体，以及设置在所述板栅框体上的极耳，还包括设置在所述板栅框体内的远离所述极耳一端且相互之间平行的第一横筋，设置在所述第一横筋上并用于形成低密度板栅区的斜筋，以及设置在所述板栅框体内的靠近所述极耳一端且连接在所述第一横筋上并用于形成高密度板栅区的第二横筋和纵筋，所述低密度板栅区以及高密度板栅区分别对应低密度电流区和高密度电流区。
进一步优选的技术方案在于：以最上端的所述第一横筋为界，上方为所述高密度板栅区，下方为低密度板栅区，所述高密度板栅区面积占所述板栅框体内总面积的15-35%。
进一步优选的技术方案在于：所述第二横筋以及纵筋的材质为金条或表面镀金结构，所述第一横筋以及斜筋的材质为石墨，表面再进行碳化处理，表面形成微晶石墨层。
进一步优选的技术方案在于：所述碳化处理中，碳化温度为2860-2915℃，并以纯氩气为保护氛围。
进一步优选的技术方案在于：所述微晶石墨层的厚度为2.5-4.5nm。
一种具有高导流特性的碳化电池板栅的制造方法，包括疏水涂覆步骤，所述疏水涂覆步骤中先将所述第一横筋以及斜筋浸没在复合PTFE溶液中，以进行疏水处理，再在表面涂覆导电缓冲层。
进一步优选的技术方案在于：所述导电缓冲层为氧化锌和氧化铝的复合缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为28-31nm。
进一步优选的技术方案在于所述复合PTFE溶液包括按重量计的以下各组分：
11-15%的聚四氟乙烯、
1-7%的导电炭粉、
1-3%的电极活性组分、
15-16%的表面活性剂、
3-4%的润湿剂，
余量为去离子水。
进一步优选的技术方案在于：所述导电炭粉为碳纳米管、中孔碳、石墨烯以及导电炭黑中的一种或多种混合物；所述电极活性组分为Pt基多组元电催化剂或碳载FeNx电催化剂中的任意一种。
进一步优选的技术方案在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵以及十二烷基苯磺酸钠中的任意一种；所述润湿剂为非离子型的聚氧乙烯烷基酚醚或聚氧乙烯脂肪醇醚中的任意一种。
本发明通过分别设置低密度板栅区和高密度板栅区，再配合各类筋条特定材质和制造方法的方式，达到电池板栅对电流的导流强度大的效果。本发明具有板栅结构与电流密度相匹配，对电流的导流效果好、强度大，碳化筋条导流强度进一步提升且自身耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高的优点。
附图说明
图1为本发明中板栅的结构示意图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
如附图1所示，一种具有高导流特性的碳化电池板栅，包括板栅框体11，以及设置在所述板栅框体11上的极耳12，还包括设置在所述板栅框体11内的远离所述极耳12一端且相互之间平行的第一横筋1，设置在所述第一横筋1上并用于形成低密度板栅区的斜筋2，以及设置在所述板栅框体11内的靠近所述极耳12一端且连接在所述第一横筋1上并用于形成高密度板栅区的第二横筋3和纵筋4，所述低密度板栅区以及高密度板栅区分别对应低密度电流区和高密度电流区。
在本实施例中，所述第一横筋1以及斜筋2组成间隔相对较大的所述低密度板栅区，以匹配远离所述极耳12一端相对较低的电流密度，相反一端较高电流密度区域，则由所述第二横筋3和纵筋4进行导流，保证导流高效性和材料的节约利用，相较于现有的多孔疏松的板栅结构，则具有导流能力更强的效果，而相较于更密集的加强板栅结构，则具有节约材料的优点。
以最上端的所述第一横筋1为界，上方为所述高密度板栅区，下方为低密度板栅区，所述高密度板栅区面积占所述板栅框体11内总面积的15%。
所述第二横筋3以及纵筋4的材质为金条或表面镀金结构，所述第一横筋1以及斜筋2的材质为石墨，表面再进行碳化处理，表面形成微晶石墨层。所述碳化处理中，碳化温度为2860℃，并以纯氩气为保护氛围。所述微晶石墨层的厚度为2.5nm。
在本实施例中，碳化后的所述微晶石墨层可以进一步保证耐腐蚀效果。
一种具有高导流特性的碳化电池板栅的制造方法，包括疏水涂覆步骤，所述疏水涂覆步骤中先将所述第一横筋1以及斜筋2浸没在复合PTFE溶液中，以进行疏水处理，再在表面涂覆导电缓冲层。所述导电缓冲层为氧化锌和氧化铝的复合缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为28nm。
在本实施例中，所述导电缓冲层可以保证板栅的稳定、长期放电效果。
所述复合PTFE溶液包括按重量计的以下各组分：11%的聚四氟乙烯、2%的导电炭粉、1%的电极活性组分、15%的表面活性剂、3%的润湿剂，余量为去离子水。
所述导电炭粉为碳纳米管；所述电极活性组分为Pt基多组元电催化剂。所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述润湿剂为非离子型的聚氧乙烯烷基酚醚。
在本实施例中，所述电池板栅具有导流强度大，碳化筋条耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高，可以高达56%的优点。
实施例2
如附图1所示，一种具有高导流特性的碳化电池板栅，包括板栅框体11，以及设置在所述板栅框体11上的极耳12，还包括设置在所述板栅框体11内的远离所述极耳12一端且相互之间平行的第一横筋1，设置在所述第一横筋1上并用于形成低密度板栅区的斜筋2，以及设置在所述板栅框体11内的靠近所述极耳12一端且连接在所述第一横筋1上并用于形成高密度板栅区的第二横筋3和纵筋4，所述低密度板栅区以及高密度板栅区分别对应低密度电流区和高密度电流区。
在本实施例中，所述第一横筋1以及斜筋2组成间隔相对较大的所述低密度板栅区，以匹配远离所述极耳12一端相对较低的电流密度，相反一端较高电流密度区域，则由所述第二横筋3和纵筋4进行导流，保证导流高效性和材料的节约利用，相较于现有的多孔疏松的板栅结构，则具有导流能力更强的效果，而相较于更密集的加强板栅结构，则具有节约材料的优点。
以最上端的所述第一横筋1为界，上方为所述高密度板栅区，下方为低密度板栅区，所述高密度板栅区面积占所述板栅框体11内总面积的20%。
所述第二横筋3以及纵筋4的材质为金条或表面镀金结构，所述第一横筋1以及斜筋2的材质为石墨，表面再进行碳化处理，表面形成微晶石墨层。所述碳化处理中，碳化温度为2900℃，并以纯氩气为保护氛围。所述微晶石墨层的厚度为4.0nm。
在本实施例中，碳化后的所述微晶石墨层可以进一步保证耐腐蚀效果。
一种具有高导流特性的碳化电池板栅的制造方法，包括疏水涂覆步骤，所述疏水涂覆步骤中先将所述第一横筋1以及斜筋2浸没在复合PTFE溶液中，以进行疏水处理，再在表面涂覆导电缓冲层。所述导电缓冲层为氧化锌和氧化铝的复合缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为30nm。
在本实施例中，所述导电缓冲层可以保证板栅的稳定、长期放电效果。
所述复合PTFE溶液包括按重量计的以下各组分：14%的聚四氟乙烯、6%的导电炭粉、3%的电极活性组分、15%的表面活性剂、4%的润湿剂，余量为去离子水。
所述导电炭粉为中孔碳；所述电极活性组分为碳载FeNx电催化剂。所述表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵；所述润湿剂为聚氧乙烯脂肪醇醚。
在本实施例中，所述电池板栅具有导流强度大，碳化筋条耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高，可以高达58%的优点。
实施例3
如附图1所示，一种具有高导流特性的碳化电池板栅，包括板栅框体11，以及设置在所述板栅框体11上的极耳12，还包括设置在所述板栅框体11内的远离所述极耳12一端且相互之间平行的第一横筋1，设置在所述第一横筋1上并用于形成低密度板栅区的斜筋2，以及设置在所述板栅框体11内的靠近所述极耳12一端且连接在所述第一横筋1上并用于形成高密度板栅区的第二横筋3和纵筋4，所述低密度板栅区以及高密度板栅区分别对应低密度电流区和高密度电流区。
在本实施例中，所述第一横筋1以及斜筋2组成间隔相对较大的所述低密度板栅区，以匹配远离所述极耳12一端相对较低的电流密度，相反一端较高电流密度区域，则由所述第二横筋3和纵筋4进行导流，保证导流高效性和材料的节约利用，相较于现有的多孔疏松的板栅结构，则具有导流能力更强的效果，而相较于更密集的加强板栅结构，则具有节约材料的优点。
以最上端的所述第一横筋1为界，上方为所述高密度板栅区，下方为低密度板栅区，所述高密度板栅区面积占所述板栅框体11内总面积的30%。
所述第二横筋3以及纵筋4的材质为金条或表面镀金结构，所述第一横筋1以及斜筋2的材质为石墨，表面再进行碳化处理，表面形成微晶石墨层。所述碳化处理中，碳化温度为2915℃，并以纯氩气为保护氛围。所述微晶石墨层的厚度为4.5nm。
在本实施例中，碳化后的所述微晶石墨层可以进一步保证耐腐蚀效果。
一种具有高导流特性的碳化电池板栅的制造方法，包括疏水涂覆步骤，所述疏水涂覆步骤中先将所述第一横筋1以及斜筋2浸没在复合PTFE溶液中，以进行疏水处理，再在表面涂覆导电缓冲层。所述导电缓冲层为氧化锌和氧化铝的复合缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为31nm。
在本实施例中，所述导电缓冲层可以保证板栅的稳定、长期放电效果。
所述复合PTFE溶液包括按重量计的以下各组分：15%的聚四氟乙烯、6%的导电炭粉、3%的电极活性组分、16%的表面活性剂、4%的润湿剂，余量为去离子水。
所述导电炭粉为导电炭黑；所述电极活性组分为Pt基多组元电催化剂。所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述润湿剂为聚氧乙烯脂肪醇醚。
在本实施例中，所述电池板栅具有导流强度大，碳化筋条耐腐蚀效果好，以及电极活性组分利用率高，可以高达55%的优点。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种具有高导流特性的碳化电池板栅，包括板栅框体（11），以及设置在所述板栅框体（11）上的极耳（12），其特征在于：还包括设置在所述板栅框体（11）内的远离所述极耳（12）一端且相互之间平行的第一横筋（1），设置在所述第一横筋（1）上并用于形成低密度板栅区的斜筋（2），以及设置在所述板栅框体（11）内的靠近所述极耳（12）一端且连接在所述第一横筋（1）上并用于形成高密度板栅区的第二横筋（3）和纵筋（4），所述低密度板栅区以及高密度板栅区分别对应低密度电流区和高密度电流区；
所述第二横筋（3）以及纵筋（4）的材质为金条或表面镀金结构，所述第一横筋（1）以及斜筋（2）的材质为石墨，表面再进行碳化处理，表面形成微晶石墨层；
所述碳化电池板栅的制造方法，包括疏水涂覆步骤，所述疏水涂覆步骤中先将所述第一横筋（1）以及斜筋（2）浸没在复合PTFE溶液中，以进行疏水处理，再在表面涂覆导电缓冲层；
所述导电缓冲层为氧化锌和氧化铝的复合缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为28-31nm。
2.根据权利要求1所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于：以最上端的所述第一横筋（1）为界，上方为所述高密度板栅区，下方为低密度板栅区，所述高密度板栅区面积占所述板栅框体（11）内总面积的15-35%。
3.根据权利要求1所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于：所述碳化处理中，碳化温度为2860-2915℃，并以纯氩气为保护氛围。
4.根据权利要求1所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于：所述微晶石墨层的厚度为2.5-4.5nm。
5.根据权利要求1所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于所述复合PTFE溶液包括按重量计的以下各组分：
11-15%的聚四氟乙烯、
1-7%的导电炭粉、
1-3%的电极活性组分、
15-16%的表面活性剂、
3-4%的润湿剂，
余量为去离子水。
6.根据权利要求5所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于：所述导电炭粉为碳纳米管、中孔碳、石墨烯以及导电炭黑中的一种或多种混合物；所述电极活性组分为Pt基多组元电催化剂或碳载FeNx电催化剂中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种具有高导流特性的碳化电池板栅，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵以及十二烷基苯磺酸钠中的任意一种；所述润湿剂为非离子型的聚氧乙烯烷基酚醚或聚氧乙烯脂肪醇醚中的任意一种。
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Denomination of invention: The invention relates to a carbonized battery grid with high conductivity and a manufacturing method thereof

Effective date of registration: 20211018

Granted publication date: 20210709

Pledgee: Anji green sub branch of Hangzhou United Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: ZHEJIANG MEINENG ELECTRIC Co.,Ltd.

Registration number: Y2021330001923

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