CN111564638B - 一种铅蓄电池用板栅及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铅蓄电池用板栅及其制备方法，属于铅蓄电池技术领域，用以解决现有铅蓄电池板栅腐蚀性差、铅用量大的问题。本发明的铅蓄电池用板栅，包括绝缘边框和导电部，绝缘边框用于稳固导电部，导电部用于传导电流。本发明仅在导电部处使用了铅，导致板栅铅用量大幅减少，电池正极每片板栅用铅量为12g，负极用铅量是10g(传统电池正极每片板栅用铅量的20g，负极用铅量是16g)，板栅的铅用量降低40％左右；通过在铅丝外设置绝缘边框，能够有效限制活性物质的膨胀，不易发生正负物质接触短路，同时提高板栅的抗蠕变、耐腐蚀性，进而提高电池的使用寿命。

Description

一种铅蓄电池用板栅及其制备方法

技术领域

本发明涉及铅蓄电池领域，尤其涉及一种铅蓄电池用板栅及其制备方法。

背景技术

铅蓄电池因其具有稳定可靠、无记忆效应、价格低廉、能够做成单体大容量电池等优点，被广泛用作汽车启动电源、不间断电源以及从电动自行车到柴油潜艇的动力电源、储能电源，其产量和储电量雄踞化学电源之首。

传统铅蓄电池的板栅有三种制备方法：①重力铸造，该法应用范围虽广，但效率低、污染高，板栅制作过程会生成氧化物，造成合金铅的损失；②冲孔板栅，该法是先预制铅带，然后冲孔加工，其优点是效率高，但冲孔时会产生70-80％落料，能耗高，且只能做1.2mm以下的薄板栅；③连铸连轧，该法的优点是效率高、能耗低，但板栅不耐腐蚀，且只能做1.5mm以下的薄板栅。

玻璃纤维复合铅丝与纺织工艺制铅网板栅，是通过无梭织机编织和有机编织两种不同的制造方法制成的，即将玻璃纤维复合铅丝纺织形成网。目前的玻璃纤维复合铅丝仅用来做水平准双极性铅酸蓄电池，但水平铅网电池的板栅制造工艺决定了它极板没有边框的，导致循环后期极板活性物质会向四周鼓胀。

但是，无论是重力浇铸、冲孔板栅、连铸连轧，还是有梭织机、无梭织机，都存在如下缺陷：纵横都用铅，铅用量大；铅网板栅没有边框，在电池充放电过程中，无法限制活性物质的膨胀，易发生正负活性物质接触短路和正极活性物软化脱落，降低电池使用寿命；板栅没有极耳，需要预制汇流排，再与纬线铅丝焊接形成极耳，工艺复杂效率低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种铅蓄电池用板栅及其制备方法，用以解决现有铅蓄电池板栅腐蚀性差、铅用量大的问题。

一方面，本发明提供了一种铅蓄电池用板栅，包括绝缘边框和导电部，绝缘边框用于稳固导电部，导电部用于传导电流。

进一步，所述导电部包括铅丝、汇流带和极耳，铅丝设置在所述绝缘边框内，汇流带的一侧与铅丝连接，汇流带的另一侧与极耳连接。

进一步，所述铅丝为复合铅丝。

进一步，所述铅丝在所述绝缘边框内部的分布方式为：沿极板方向的横向分布、沿极板方向的纵向分布或扇形分布。

进一步，所述绝缘边框为塑料边框。

进一步，所述塑料边框的塑料为耐酸、耐高温的工程塑料。

进一步，所述绝缘边框内设有加强筋。

另一方面，本发明提供了一种铅蓄电池用板栅的制备方法，用于上述铅蓄电池用板栅的制备，包括如下步骤：

步骤一：制备绝缘总架，绝缘总架包括浇铸区和板栅区；

步骤二：将铅丝设置到绝缘总架内；

步骤三：采用重力浇铸法在浇铸区浇铸铅合金，待冷却后，对浇铸区冲压成型形成汇流带和极耳；

步骤四：进行切割，制得所述铅蓄电池用板栅。

进一步，步骤一中，所述绝缘总架包括n个浇铸区和2n个板栅区，n为整数，且n≥1，板栅区对称分布在浇铸区的两侧。

进一步，步骤二中，每条铅丝贯穿浇铸区以及浇铸区两侧的板栅区；

步骤三中，浇铸区冲压成型形成两套相对设置的汇流带和极耳。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)仅在导电部处使用了铅，导致板栅铅用量大幅减少，电池正极每片板栅用铅量为12g，负极用铅量是10g(传统电池正极每片板栅用铅量的20g，负极用铅量是16g)，板栅的铅用量降低40％左右；

(2)通过在铅丝外设置绝缘边框，能够有效限制活性物质的膨胀，不易发生正负物质接触短路，同时提高板栅的抗蠕变、耐腐蚀性，进而提高电池的使用寿命；

(3)铅丝为复合铅丝，绝缘边框为塑料边框，使得电池充放电过程中，不仅能够在循环寿命中限制活性物质膨胀，不易发生正负活性物接触短路，而且还具有抗蠕变、防腐蚀性能强的特性，提高电池使用寿命；

(4)塑料边框因其耐腐蚀性强和不参加电极反应，所以没有寿命终止时期，汇流带与极耳设在塑料边框以侧，涂填反应物质是以塑料边框为边界，因此汇流带与极耳都不参与反应，也没有循环寿命终止之说，提高板栅的使用寿命；

(5)铅丝为复合铅丝，复合铅丝的芯线为玻璃纤维或碳纤维，包覆层为合金铅或固态纯铅，包覆层通过挤压包裹在芯线外侧，使复合铅丝具有较强的抗蠕变性和耐拉性，进一步提高了板栅的使用寿命。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例一的铅蓄电池用板栅的结构图；

图2为实施例一的导电部的结构图；

图3为实施例一的铅丝的结构图；

图4为实施例二的步骤一中绝缘总架的结构图；

图5为实施例二的步骤二中设有铅丝的绝缘总架的结构图；

图6为实施例二的步骤三中向设有铅丝的绝缘总架浇铸后的结构图；

图7为实施例二的步骤三中向设有铅丝的绝缘总架浇铸冲压后的结构图；

图8为实施例二的步骤四中切割出的铅蓄电池用板栅的结构图。

附图标记：

1-绝缘边框；11-加强筋；2-导电部；21-铅丝；211-芯线；212-包覆层；22-汇流带；23-极耳；

3-绝缘总架；31-浇铸区；32-板栅区。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。

实施例一

本实施例提供了一种铅蓄电池用板栅(以下简称板栅)，如图1-图3所示，包括绝缘边框1和导电部2，绝缘边框1用于稳固导电部2，导电部2用于传导电流。具体地，导电部2包括铅丝21、汇流带22和极耳23，铅丝21设置在绝缘边框1内，且铅丝21的一端与汇流带22的一侧连接，汇流带22的另一侧设有极耳23，即铅丝21将电流汇聚在汇流带22处，再由极耳23将电流导出。

与现有技术相比，本实施例提供的铅蓄电池用板栅，仅在导电部2处使用了铅(传统的板栅各部分都使用了铅，如极耳、边框、铅丝等都使用了铅，而本发明的绝缘边框1未使用铅)，导致板栅铅用量大幅减少，具体地，电池正极每片板栅用铅量为12g，负极用铅量是10g(传统电池正极每片板栅用铅量的20g，负极用铅量是16g)，板栅的铅用量降低40％左右；通过在铅丝21外设置绝缘边框1，能够有效限制活性物质的膨胀，不易发生正负物质接触短路，同时提高板栅的抗蠕变、耐腐蚀性，进而提高电池的使用寿命。

绝缘边框1为塑料边框，塑料边框的塑料为耐酸、耐高温的工程塑料，以进一步提高板栅的抗蠕变性能。具体地，塑料边框的塑料材料为PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等的一种或多种混合。

为了提高铅丝21的稳定性，铅丝21嵌设在绝缘边框1内，具体地，铅丝21的一端嵌设在绝缘边框1的一个边框内，铅丝21的另一端嵌设在绝缘边框1的另一边框内且其尾端超出该边框与汇流带22连接。

汇流带22的一侧与绝缘边框1的一侧相贴，极耳23位于汇流带22远离绝边框1的一侧，为了方便描述，汇流带22与绝缘边框1贴合的一侧称为贴合侧，汇流带22设有极耳23的一侧称为极耳侧，贴合侧与极耳侧相对设置在汇流带22的两侧。

需要说明的是，汇流带22的长度小于等于与其相贴的绝缘边框1处边框的长度，即避免汇流带22超出与其相贴的绝缘边框1处边框，造成资源浪费。

为了进一步提高铅丝21的稳定性和绝缘边框1的稳固性，绝缘边框1内设有加强筋11，加强筋11的两端分别与绝缘边框1的不同边框连接，且加强筋11与铅丝21交叉设置。具体地，铅丝21交叉嵌入加强筋11内，增强板栅的整体稳固性，使板栅不易发生形变。

铅丝21在绝缘边框1内部分布方式有：沿极板方向的横向分布、沿极板方向的纵向分布、扇形分布等方式，且每根铅丝21均与加强筋11交叉连接，以使其稳固。

需要说明的是，每根铅丝21的一端设置在绝缘边框1的一个边框上，铅丝21的另一端超过绝缘边框的另一边框设置在汇流带22上，且每根铅丝21与加强筋11交叉连接，即铅丝21由绝缘边框1加以规范成形，并由加强筋11稳固在绝缘边框1内。

本实施例中，绝缘边框1为矩形框，铅丝21沿极板方向的纵向均匀分布在绝缘边框1内，具体地，铅丝21与矩形框的长边平行、并与矩形框的宽边垂直连接，加强筋11与铅丝21垂直相交，即加强筋11与矩形框的宽边平行、并与矩形框的长边垂直连接，且铅丝21、加强筋11都均匀分布在绝缘边框1内。通过次加强方式，能够更好地稳固铅丝21，通过加强筋11稳固使铅丝21不易在绝缘边框1内变形，增强板栅的稳定性。

需要说明的是，加强筋11的材质为绝缘材料，而本实施例中，加强筋11的材质与绝缘边框1的材质相同，且一体成型。

值得注意的是，加强筋11在绝缘边框1内的分布方式与铅丝21的分布方式有关，加强筋11的目的是为了稳固铅丝21，故只要加强筋11能够起到稳固铅丝21的目的的分布方式均可采用。

铅丝21为复合铅丝，该复合铅丝由碳纤维或玻璃纤维外边包覆合金铅或纯铅制成，即复合铅丝包括芯线211和包覆层212，包覆层212包裹在芯线211外侧形成复合铅丝，芯线211为碳纤维或玻璃纤维，包覆层212的材质为固态纯铅或铅合金，本实施例中，芯线211与固态纯铅或铅合金挤压加工复合而成。复合铅丝的制作因为挤压工艺所以密度高于中立浇铸板栅，故耐腐蚀性增强，又因为芯线211采用碳纤维或玻璃纤维等强度较高材质，增加了铅丝21的抗拉力性能，所以其蠕变度较小。

每个板栅上的铅丝21条数为五条至八条，本实施例中，铅丝21的条数为六条。

本实施例中，汇流带22与极耳23一体成型，铅丝21把电流汇聚到汇流带22处再由极耳23导出。具体地，汇流带22、极耳23是由铅合金浇铸冲压制成的。

导电部2与绝缘边框1的连接工艺采用焊接、热合塑料、注塑、喷塑等工艺，本实施例中，导电部2与绝缘边框1连接通过注塑实现。

板栅中铅丝21是电流的载体，绝缘边框是活性物质规范的框架，铅丝21与加强筋11采用交叉且嵌入的方式连接，使板栅的整体结构更为稳固。

绝缘边框1的内部设有铅丝21，铅丝21负责反应物质中电流分布密度，即铅丝21的数量越多，电流分布越均匀，电池性能越好；汇流带22与每根铅丝21连接，以保证每根铅丝21都能够导出与输入电流；极耳23是导电部2与外界的连接点，保证导电部2能够导出与输入电流，此外，一个单体电池是四片正极和五片负极并联而成的，极耳就是这些极板的连接点，即每片极板都要通过各自的极耳将电流导出或输入，极耳的顶端是汇流排，通过汇流排再将单体中的各极板的极耳并联在一起。

铅酸蓄电池的电流传导由板栅内部的铅丝21完成，再传导至汇流带22和极耳23。

实施例二

本实施例提供了一种铅蓄电池用板栅的制备方法，如图4-图8所示，用于实施例一提供的铅蓄电池用板栅的制备，包括如下步骤：

步骤一：制备绝缘总架3，绝缘总架3包括n个浇铸区31和2n个板栅区32(n为整数，且n≥1)，板栅区32两两对称分布在浇铸区31的两侧。

当n≥2时，n个浇铸区31呈一列排布，即n个浇铸区31的中轴线共线，浇铸区31两侧的板栅区32轴对称分布，其对称轴为浇铸区31的中轴线。为了方便注塑，能够将n个浇铸区31合并为一个大的注塑总区，注塑总区相对的两侧分别分布有n个板栅区32，且n个板栅区32呈一列分布在板栅总区的一侧，需要说明的是，注塑总区相对两侧的n个板栅区轴对称分布。

本实施例中，绝缘总架3的形状为矩形，设有4个板栅区32和2个浇铸区31，且板栅区32和浇铸区31的形状均为矩形，浇铸区31位于绝缘总架3的中间，板栅区32分设在浇铸区31的两侧。设板栅区32的长为a、宽为b，a≥b，浇铸区31的长等于b，浇铸区31的宽设为c，b≥c，则绝缘总架3的长等于2a+c，绝缘总架3的宽等于2b。

需要说明的是，板栅区32内设有加强筋11，本实施例中，每个板栅区32内加强筋11的分布方式相同，即加强筋11的两端分别与板栅区32的长边垂直连接，且加强筋11均匀分布在板栅区32内。

本实施例中，通过注塑成型的方法制备绝缘总架3，即绝缘总架3通过模具注塑成型。

步骤二：将铅丝21设置到绝缘总架3内，且每条铅丝21贯穿浇铸区31、以及浇铸区31两侧的板栅区32。

具体地，铅丝21的两端设置在绝缘总架3的边框上，且铅丝21与加强筋11、浇铸区31的两侧边框(板栅区32的两侧)相交且连接。

本实施例中，铅丝21与绝缘总架3长边平行、与绝缘总架3宽边垂直连接，且铅丝21与加强筋11、浇铸区31的两侧边框(板栅区32的两侧)垂直连接。

铅丝21均匀地分布在板栅区32内。

铅丝21绷直卡设在绝缘总架3内，为了方便卡设铅丝21，绝缘总架3内设有用于卡设铅丝21的卡槽，以使铅丝21稳定紧绷地设置在绝缘总架3。具体地，但凡与铅丝21连接的地方均设有卡槽，如绝缘总架3的边框、加强筋11、浇铸区31的两侧边框(设有板栅区32的两侧)上均设有用于卡设铅丝21的卡槽。

本实施例中，通过注塑工艺实现铅丝21与绝缘总架3交融，使铅丝21稳定地绷紧在绝缘总架3内，具体地，将铅丝21拉直并卡设到绝缘总架3的模具上，然后将安装有铅丝21的模具放到注塑机内，注塑机把熔融好的ABS原料注塑到模具内，冷去得到设有铅丝21的绝缘总架3。

步骤三：采用重力浇铸法在浇铸区31浇铸铅合金，待冷却后，对浇铸区31冲压成型形成两套相对设置的汇流带22和极耳23。

浇铸区31浇铸冲压形成的两个汇流带22的一侧分别与位于浇铸区31两侧的板栅区32相贴合，并与其贴合的板栅区32内的铅丝21连接，汇流带22的另一侧与极耳23连接。两个极耳23交错设置，并位于两个汇流带22之间，需要说明的是，极耳23仅与其中一个汇流带22连接，与另一个汇流带22相接触但不连接。

本实施例中，汇流带22的形状为矩形，其长度等于b，极耳23为垂直与汇流带22的矩形。若设汇流带22的宽度为d，极耳23的长度为e，则浇铸区31的宽度c等于2d+e。

为了加强板栅的汇流带22与绝缘边框1连接强度，在板栅区32与浇铸区31共用的边框上设有条形凹槽，条形凹槽与卡槽、浇铸区31相通，在重力浇铸过程中，铅合金能够流至凹槽，以加强汇流带22与铅丝21、绝缘边框1的连接性能，进而提高板栅的稳固性。

需要说明的是，浇铸时铅合金直接能够淹没位于浇铸区31内的铅丝，在冲压成型时，同时切断原先为一个整体的铅丝21，将其分割为浇铸区31分设在两侧的板栅区32内的两端铅丝21。

步骤四：进行切割，制得2n个铅蓄电池用板栅。

根据板栅区32的大小和数量切割绝缘总架3，板栅区32的边框和加强筋11构成板栅的绝缘边框1，板栅区32内的铅丝21构成板栅的铅丝21，与板栅区32相邻且连接的汇流带22和极耳23构成板栅的汇流带22和极耳23。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铅蓄电池用板栅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：制备绝缘总架(3)，绝缘总架(3)包括浇铸区(31)和板栅区(32)；

步骤二：将铅丝(21)设置到绝缘总架(3)内；绝缘总架(3)内与铅丝(21)连接的地方均设有用于卡设铅丝(21)的卡槽；通过注塑工艺实现铅丝(21)与绝缘总架(3)交融，使铅丝(21)稳定地绷紧在绝缘总架(3)内；

步骤三：采用重力浇铸法在浇铸区(31)浇铸铅合金，待冷却后，对浇铸区(31)冲压成型形成汇流带(22)和极耳(23)；在板栅区(32)与浇铸区(31)共用的边框上设有条形凹槽，条形凹槽与卡槽、浇铸区(31)相通；

步骤四：进行切割，制得所述铅蓄电池用板栅；

所述铅蓄电池用板栅，由绝缘边框(1)和导电部(2)组成，绝缘边框(1)用于稳固导电部(2)，导电部(2)用于传导电流；

所述导电部(2)由在所述绝缘边框(1)内沿极板方向的横向分布或扇形分布的铅丝(21)、汇流带(22)和极耳(23)组成，铅丝(21)设置在所述绝缘边框(1)内，汇流带(22)的一侧与铅丝(21)连接，汇流带(22)的另一侧与极耳(23)连接；

所述铅丝(21)为复合铅丝；

所述绝缘边框(1)为塑料边框；汇流带(22)的一侧与绝缘边框(1)的一侧相贴，极耳(23)位于汇流带(22)远离绝缘边框(1)的一侧；汇流带(22)的长度小于等于与其相贴的绝缘边框(1)处边框的长度；

所述塑料边框的塑料为耐酸、耐高温的工程塑料；

所述绝缘边框(1)内设有加强筋(11)；

步骤一中，所述绝缘总架(3)包括n个浇铸区(31)和2n个板栅区(32)，n为整数，且n≥1，板栅区(32)对称分布在浇铸区(31)的两侧；

步骤二中，每条铅丝(21)贯穿浇铸区(31)以及浇铸区(31)两侧的板栅区(32)；

步骤三中，浇铸区(31)冲压成型形成两套相对设置的汇流带(22)和极耳(23)。

2.一种铅蓄电池用板栅，其特征在于，采用权利要求1所述的铅蓄电池用板栅的制备方法，所述铅蓄电池用板栅由绝缘边框(1)和导电部(2)组成，绝缘边框(1)用于稳固导电部(2)，导电部(2)用于传导电流；

所述导电部(2)由在所述绝缘边框(1)内沿极板方向的横向分布或扇形分布的铅丝(21)、汇流带(22)和极耳(23)组成，汇流带(22)设于所述绝缘边框(1)外侧并与所述绝缘边框(1)内设置的铅丝(21)连接，极耳(23)位于汇流带(22)远离绝缘边框(1)的一侧；

所述绝缘边框(1)为塑料边框。

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