CN111864214B - 负极板栅 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种负极板栅，其特征在于：它包括板栅本体，所述的板栅本体由四周边框和位于边框内的若干竖筋和横筋搭配而成；板栅本体的上端设置有极耳；所述的竖筋包括第一竖筋和第二竖筋，所述的第一竖筋位于板栅本体靠近极耳位置端，所述的第二竖筋位于板栅本体远离极耳位置端；至少一根第一竖筋通过尾端设置有两根分流体斜筋、且该两根分流体斜筋的另一端分别连接有一根第二竖筋；至少一根第一竖筋通过尾端设置有一根分流体斜筋、且该一根分流体斜筋的另一端连接有一根第二竖筋；所述的第一竖筋和第二竖筋构成竖筋导电系统、所述的横筋构成横筋导电系统，且第一竖筋的数量小于第二竖筋的数量。具有改善负极的硫酸盐化和负极底部充电的优点。

Description

负极板栅

技术领域

本发明涉及铅酸电池的技术领域，具体的涉及一种铅酸电池负极板栅的结构。

背景技术

随着《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》新国标于2018年7月1日正式执行，对电动自行车整车重量提出了更多要求，整车重量不能超过55kg。因此对铅酸动力电池提出了轻量化提升比能量的要求，板栅的结构设计成了轻量化设计过程中的主要内容。

现在的铅酸蓄电池设计过程中正极板栅结构根据蓄电池用途做了在放电时利于电流分布的各种结构改进比较多，以往因负极板栅重量较大，受浇铸等原因影响，负极板栅及负极活性物富余量较大也不会影响充电导电问题，负极板板栅结构则在放电时不会影响导电问题，因此大部分结构设计忽略了负极板栅在充电时的导电问题；但是在轻量化设计过程中，随着负极板栅的重量降低以及负极活性物质富余量的减少，负极板栅导电性成为影响电池性能的关键因素。

以往板栅设计大部分是考虑产品放电时导电问题及使用循环过程中正板栅的腐蚀问题。然而负板栅在整个电池使用过程中充电时导电性能也是保障产品性能的关键点。以往设计过程中大家站在放电过程中的负极板为海绵状铅，导电性能较好，对负极板栅要求不高，忽略了负极在放完电后海绵状铅已转化为硫酸铅，在充电过程中硫酸铅导电性较差，不利于极板底部活性物质的转换的缺陷。

如20Ah电池极板因为有着较高的高宽比结构，该结构并不利于电流分布。现有负极的板栅结构如图1所示：该板栅结构为各筋条均匀分布结构，由上边框4’、下边框9’、左边框5’和有边框构6’成的边框结构，上边框靠近一侧处设置有极耳1’，以及分布于边框内的3条直通的竖筋2’和15条横筋3’组成。3条竖筋2’的截面积相同，由板栅上边框处直接延伸到下边框处。蓄电池在放电过程中，负极活性物质为海绵状铅，导电性能较好；在这个过程中，因为负极活性物质导电性能较好，板栅与活性物都为铅，电导率相同，板栅什么结构对导电都不会有任何影响。而放电终止后，负极活性物质则由海绵状铅转化为硫酸铅，在充电过程中，负极活性物质为硫酸铅，其导电性就远远低于负极板栅材料铅的导电能力，因此在负极充电过程中负极板栅承载了更多的导电功能。

如图2所示为20Ah极板结构，该结构即是在负极板栅基础结构的基础上填涂一定的活性物质使其成为极板。由附图2可见其极板的高宽比较大，板面较高，充电时电流到达极板底部的活性物质上的阻力较大，导致负极板底部活性物质硫酸铅转化为海绵状铅较为困难。随着每次使用中的充放电循环，负极板底部活性物质逐渐形成大颗粒硫酸铅最终不可逆化，负极活性物质参与电化学反应的当量也逐渐减少，最终导致电池容量衰减，从而导致电池提前失效。在原有传统的负极设计富余情况下，板栅和活性物质较多，不会影响其导电及因导电不好导致的负极活性物量的缺少；但是随着轻量化设计的需求，需要将负极板栅及活性物用量逐渐减少，原有传统的负极板栅的结构就会影响到电池性能，会因充电时导电不好导致底部活性物过早硫酸盐化，电池提前失效。

发明内容

本发明针对现有的负极板活性物质充电时的电导率差的技术问题，通过优化设计负极板栅的结构，使负极板栅上靠近底部的活性物在充电时更利于电流的流通，能更好转换负极板底部活性物质，提供一种充电时导电性能好的负极板栅。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种导电性能好的负极板栅，用于改善负极的硫酸盐化和负极底部充电，它包括板栅本体，所述的板栅本体由四周边框和位于边框内的若干竖筋和横筋搭配而成；板栅本体的上端设置有极耳；所述的竖筋包括第一竖筋和第二竖筋，所述的第一竖筋位于板栅本体靠近极耳位置端，所述的第二竖筋位于板栅本体远离极耳位置端；至少一根第一竖筋通过尾端设置有两根分流体斜筋、且该两根分流体斜筋的另一端分别连接有一根第二竖筋；至少一根第一竖筋通过尾端设置有一根分流体斜筋、且该一根分流体斜筋的另一端连接有一根第二竖筋；所述的第一竖筋和第二竖筋构成竖筋导电系统、所述的横筋构成横筋导电系统，且第一竖筋的数量小于第二竖筋的数量。

采用上述结构，当蓄电池在充电过程中，电流通过极耳处其内部导电截面为较大面积的C-C，再分别通过边框、竖筋导电系统及横筋导电系统达到各个板栅栅格上的活性物质上。常规的负极板栅的结构大多都是采用均匀间距分布的横、竖筋结构，在充电时，电流经过横、竖筋导电系统，分别到达各个栅格上活性物质处，但因极板高度较高，使得电流到达底部活性物质的路径较长，从而到达底部活性物质上时的阻力较大，不利于充电时的活性物质的转换。但本发明的上述结构，由于上述特定结构的设置以及竖筋上下数量的设置，使得上部栅格各个活性物质中心点到筋条导电系统(此处的导电系统是指整个板栅栅格)的距离比下部栅格系统的活性物质到筋条导电系统距离要略远一些 (即每个栅格上的活性物质块的中心到不管横筋还是竖筋上的距离)，活性物到筋条的阻力较大一些，而板栅筋条导电系统(此处的导电系统是指整个板栅栅格)则相反(此处的相反是：即虽然由于距离关系使得板栅下部的电流到达的阻力变大、但是活性物质到筋条导电系统距离比上部的小，从而实现平衡)，因此整个导电系统最终到达活性物质转化过程相对要均衡，使得底部活性物质的转换效率及效果得到大幅度提升。

优选的，所述的第二竖筋的数量至少比第一舒筋的数量多一根，且多根第一竖筋和多根第二竖筋均在板栅本体上相应位置等距离设置；采用该结构可以保证处于上部的第一竖筋之间的间距大于位于下部的第二竖筋的之间的间距，既能够使得电流流动顺畅，同时还能够实现整个导电系统无论位于板栅上部还是下部最终到达活性物质转化过程中相对更加均衡。

进一步的，所述的第一竖筋设置有三根，第二竖筋设置有四根，均沿着板栅本体长度方向延伸；位于两侧的第一竖筋均通过一根分流体斜筋与对应的第二竖筋连接，位于中间的第一竖筋尾端通过两根分流体斜筋与对应的两根第二竖筋分别连接。采用该结构可以实现整个导电系统最终到达活性物质转化过程中相对要均衡，使得底部活性物质转换效率及效果得到大幅度提升。

进一步的，所述的若干横筋沿着板栅本体的长度(高度)方向等距离设置。

优选的，所述的四周边框包括上边框、下边框、左边框及右边框，所述的上边框、左边框及右边框构成边框导电系统；采用该结构便于联板的分切，不会影响导电性能。

进一步的，所述的右边框的横截面为不对称六边形结构，该结构更利于分切片滚刀的分切。因负极板本身就比正板就要薄，在分切时不利于切削裁剪，设计该结构后利于滚刀的切削量更少，即便切削时左右有偏差，也不会导致切削量较大使刀走偏，而导致极板报废。

进一步的，所述的右边框的导电截面积与左边框的导电截面积相同；该结构的设计利于导电电流的流通，并不会因结构改变影响充放电性能。该边框导电系统做成了与该处结构导电截面较大(此处的“与该处结构导电截面较大”指的是边框截面积对比筋条截面积来说较大，与横竖筋导电系统比较，边框导电系统成了导电集流体)，电流阻力较小，但在整个极板中处于边沿位置与活性物质接触的比例并不高，使得整个边框导电系统成为连接竖筋及横筋的导电集流体功能。

优选的，所述的竖筋或者横筋的横截面呈菱形；该结构能够在涂膏后使得获得的极板上的活性物质厚度与菱形结构中心对称，这样结构更利于活性物质到筋条导电系统的均匀一致性。

进一步的，所述的竖筋或者横筋菱形截面的上下两侧的顶点至各自涂覆其上的活性物质最外层的距离相等、且活性物质沿着竖筋或者横筋菱形截面上的横向对角线对称分布；该结构使得在充电过程中，上下活性物质到筋条的导电阻力相同，转换速率也相同。

进一步的，所述的竖筋或者横筋的外表面上均匀包覆着一层腐蚀层，相对其它结构，由于竖筋或者横筋的横截面呈现的是菱形结构、该菱形结构上包覆腐蚀层构成菱形结构的腐蚀层会更为均匀一致，因此在导电过程中阻力一致。在随着蓄电池使用时充放电循环过程，腐蚀层为菱形外围结构，对称的菱形结构利于腐蚀的均匀性，使得截面积到活性物质的距离和阻力保持一致，利于产品性能的稳定。腐蚀层为活性物质与板栅结合时形成的氧化腐蚀物质层，对活性物质的结合以及蓄电池的电化学反应及导电起到了至关重要的作用，因此它的结构是否均匀等直接影响产品性能。

本发明还提供一种包含上述负极板栅结构的极板。

本发明还提供一种包含上述极板的铅酸蓄电池。

附图说明

图1现有技术的负极板栅结构示意图。

图2现有技术的负极极板结构示意图。

如图所示：1’极耳，2’竖筋，3’横筋，4’上边框，5’左边框，6’右边框，9’下边框。

图3本发明负极板栅结构示意图。

图4附图3中板栅本体中A-A～F-F各个方向的筋条或者边框横截面结构示意图。

图5本发明的涂覆了活性材料的筋条横截面结构示意图。

如图所示：a.板栅本体，1.极耳，2.第一竖筋，3.横筋，4.上边框，5.左边框，6.右边框， 7.分流体斜筋，8.第二竖筋，9下边框，10.腐蚀层，11.活性物质。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“上、下、左、右”、“第一、第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有的“上、下、左、右”、“第一、第二”特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例

如附图3所示，为发明的导电性能好的负极板栅，用于改善负极的硫酸盐化和负极底部充电，它包括板栅本体a，所述的板栅本体由四周边框和位于边框内的若干竖筋和横筋3搭配而成(彼此相互搭接，可以是冲压或者编织等方式构成板栅结构)；板栅本体的上端设置有极耳1；所述的竖筋包括第一竖筋2和第二竖筋8，所述的第一竖筋位于板栅本体靠近极耳位置端，所述的第二竖筋位于板栅本体远离极耳位置端；至少一根第一竖筋通过尾端设置有两根分流体斜筋7、且该两根分流体斜筋的另一端分别连接有一根第二竖筋；至少一根第一竖筋通过尾端设置有一根分流体斜筋、且该一根分流体斜筋的另一端连接有一根第二竖筋；所述的第一竖筋和第二竖筋构成竖筋导电系统、所述的横筋构成横筋导电系统，且第一竖筋的数量小于第二竖筋的数量。

采用上述结构，当蓄电池在充电过程中，电流通过极耳处其内部导电截面为较大面积的C-C，再分别通过边框、竖筋导电系统及横筋导电系统达到各个板栅栅格上的活性物质上。常规的负极板栅的结构大多都是采用均匀间距分布的横、竖筋结构，在充电时，电流经过横、竖筋导电系统，分别到达各个栅格上活性物质处，但因极板高度较高，使得电流到达底部活性物质的路径较长，从而到达底部活性物质上时的阻力较大，不利于充电时的活性物质的转换。但本发明的上述结构，由于上述特定结构的设置以及竖筋上下数量的设置，使得上部栅格各个活性物质中心点到筋条导电系统(此处的导电系统是指整个板栅栅格)的距离比下部栅格系统的活性物质到筋条导电系统距离要略远一些 (即每个栅格上的活性物质块的中心到不管横筋还是竖筋上的距离)，活性物到筋条的阻力较大一些，而板栅筋条导电系统(此处的导电系统是指整个板栅栅格)则相反(此处的相反是：即虽然由于距离关系使得板栅下部的电流到达的阻力变大、但是活性物质到筋条导电系统距离比上部的小，从而实现平衡)，因此整个导电系统最终到达活性物质转化过程相对要均衡，使得底部活性物质的转换效率及效果得到大幅度提升。

本申请所述的第二竖筋的数量至少比第一舒筋的数量多一根，且多根第一竖筋和多根第二竖筋均在板栅本体上相应位置等距离设置，即相邻竖筋的间距相等、邻近边框的竖筋与边框的间距与相邻竖筋的间距也相等；采用该结构可以保证处于上部的第一竖筋之间的间距大于位于下部的第二竖筋的之间的间距，既能够使得电流流动顺畅，同时还能够实现整个导电系统无论位于板栅上部还是下部最终到达活性物质转化过程中相对更加均衡。

如附图3所示：作为本实施例一种实施方式：所述的第一竖筋2设置有三根，第二竖筋8设置有四根，均沿着板栅本体a长度方向延伸；位于两侧的第一竖筋2均通过一根分流体斜筋7与对应的第二竖筋8连接，位于中间的第一竖筋2尾端通过两根分流体斜筋7与对应的两根第二竖筋8分别连接；本实施例的分流体斜筋位于两侧位置(以附图3所示方向，靠近左右边框位置称为两侧位置)的倾斜方向为自第一竖筋端自第二竖筋端向靠近其相邻边框的方向倾斜、位于中间的两根分流体斜筋的倾斜方向也是自第一竖筋端自第二竖筋端向靠近其相邻边框的方向倾斜；采用该结构可以实现整个导电系统最终到达活性物质转化过程中相对要均衡，使得底部活性物质转换效率及效果得到大幅度提升。相比于传统的板栅结构如附图1的结构，本实施例这种板栅结构节省了竖筋条的使用量，可以减轻重量，同时不会影响使用性能还会使得性能得到提升。此外，本实施例的第一竖筋的长度大于第二竖筋的长度，可以保证导电通畅，同时达到导电平衡。

如附图3所示：本申请的所述的若干横筋3沿着板栅本体的长度(高度)方向等距离设置，即各条相邻横筋之间的间距是相等的、靠近上边框和下边框的横筋与各自邻近边框之间的间距等于相邻横筋的间距。

如附图3所示，所述的四周边框包括上边框4、下边框9、左边框5及右边框6，所述的上边框、左边框及右边框构成边框导电系统；采用该结构便于联板的分切，不会影响导电性能。

如附图4中的F-F方向的右边框的截面剖视图，所述的右边框的横截面为不对称六边形结构，该结构更利于分切片滚刀的分切。因负极板本身就比正板就要薄，在分切时不利于切削裁剪，设计该结构后利于滚刀的切削量更少，即便切削时左右有偏差，也不会导致切削量较大使刀走偏，而导致极板报废。

本申请将右边框的导电截面积与左边框的导电截面积设计为相同；该结构的设计利于导电电流的流通，并不会因结构改变影响充放电性能。该边框导电系统做成了与该处结构导电截面较大(此处的“与该处结构导电截面较大”指的是边框截面积对比筋条截面积来说较大，与横竖筋导电系统比较，边框导电系统就成了导电集流体)，电流阻力较小，但在整个极板中处于边沿位置与活性物质接触的比例并不高，使得整个边框导电系统成为连接竖筋及横筋的导电集流体功能。

如附图4所示：所述的竖筋(A-A)或者横筋(B-B)的横截面呈菱形；该结构能够在板栅涂膏后使得获得的极板上的活性物质厚度与菱形结构中心对称，这样结构更利于活性物质到筋条导电系统的均匀一致性。

如附图5所示，所述的竖筋或者横筋菱形截面的上下两侧的顶点至各自涂覆其上的活性物质11的最外层的距离相等、且活性物质沿着竖筋或者横筋菱形截面上的横向对角线对称分布；该结构使得在充电过程中，上下活性物质到筋条的导电阻力相同，转换速率也相同；就是说当活性物质涂覆或者包覆在横筋或者竖筋的表面上之后，因为竖筋或者横筋的横截面是菱形截面，从而形成了沿着菱形上下顶点方向包覆的活性材料、同时也会沿着左右方向延伸涂覆，此时沿着菱形上下顶点涂覆的活性物质构成的最上部的表层到达菱形截面上顶点的垂直距离与涂覆的活性物质构成的最下部的表层到达菱形截面下顶点的垂直距离是相等的，且沿着菱形左右顶点连线上下对称。

如附图5所示：本申请所述的竖筋或者横筋的外表面上均匀包覆着一层腐蚀层10，然后再腐蚀层外层涂覆有活性物质(铅膏)；相对其它结构，由于竖筋或者横筋的横截面呈现的是菱形结构、该菱形结构上包覆腐蚀层构成菱形结构的腐蚀层会更为均匀一致，因此在导电过程中阻力一致。在随着蓄电池使用时充放电循环过程，腐蚀层为菱形外围结构，对称的菱形结构利于腐蚀的均匀性，使得截面积到活性物质的距离和阻力保持一致，利于产品性能的稳定。腐蚀层为活性物质与板栅结合时形成的氧化腐蚀物质层，对活性物质的结合以及蓄电池的电化学反应及导电起到了至关重要的作用，因此它的结构是否均匀等直接影响产品性能。

上述实施例仅仅是根据附图用来说明本发明的发明构思和具体实施的一种方式，并不能用于限定本发明；本发明提及的横筋或者竖筋的菱形截面可以是横向对角线的长度大于竖向对角线的长度、或者相反，都可以认为落入本发明；此外，本发明的右边框的截面形状也并不仅仅局限于附图4所示的特定不规整六边形，本发明的边框也可以采用规整的六边形；只要在本发明的发明构思的内改变，都认为落入本发明的保护范围内。

本发明还提供一种包含上述负极板栅结构的极板，通过铅酸电池的极板的制备工艺，在本发明上述板栅上进行活性物质的涂覆获得极板。

本发明还提供一种包含上述极板的铅酸蓄电池，即将上述包含了本发明特定结构的板栅涂覆活性物质之后构成极板，极板再用于铅酸电池的组装，构成完整的铅酸蓄电池。

Claims (9)

1.一种负极板栅，其特征在于：它包括板栅本体，所述的板栅本体由四周边框和位于边框内的若干竖筋和横筋搭配而成；板栅本体的上端设置有极耳；所述的竖筋包括第一竖筋和第二竖筋，所述的第一竖筋位于板栅本体靠近极耳位置端，所述的第二竖筋位于板栅本体远离极耳位置端；至少一根第一竖筋通过尾端设置有两根分流体斜筋、且该两根分流体斜筋的另一端分别连接有一根第二竖筋；至少一根第一竖筋通过尾端设置有一根分流体斜筋、且该一根分流体斜筋的另一端连接有一根第二竖筋；所述的第一竖筋和第二竖筋构成竖筋导电系统、所述的横筋构成横筋导电系统，且第一竖筋的数量小于第二竖筋的数量，所述的第一竖筋和所述第二竖筋均沿着板栅本体长度方向延伸；

其中，所述的四周边框包括上边框、下边框、左边框及右边框，所述的上边框、左边框及右边框构成边框导电系统，所述的右边框的横截面为不对称六边形结构；所述的右边框的导电截面积与左边框的导电截面积相同。

2.根据权利要求1所述的负极板栅，其特征在于：所述的第二竖筋的数量至少比第一竖筋的数量多一根，且多根第一竖筋和多根第二竖筋均在板栅本体上相应位置等距离设置。

3.根据权利要求1所述的负极板栅，其特征在于：所述的第一竖筋设置有三根，第二竖筋设置有四根；位于两侧的第一竖筋均通过一根分流体斜筋与对应的第二竖筋连接，位于中间的第一竖筋尾端通过两根分流体斜筋与对应的两根第二竖筋分别连接。

4.根据权利要求1所述的负极板栅，其特征在于：若干所述的横筋沿着板栅本体的长度方向等距离设置。

5.根据权利要求1所述的负极板栅，其特征在于：所述的竖筋或者横筋的横截面呈菱形。

6.根据权利要求5所述的负极板栅，其特征在于：所述的竖筋或者横筋菱形截面的上下两侧的顶点至各自涂覆其上的活性物质最外层的距离相等、且活性物质沿着竖筋或者横筋菱形截面上的横向对角线对称分布。

7.根据权利要求5所述的负极板栅，其特征在于：所述的竖筋或者横筋的外表面上均匀包覆着一层腐蚀层。

8.一种包含权利要求1-7任一权利要求所述的负极板栅的极板。

9.一种包含权利要求8所述的极板的铅酸蓄电池。

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