CN112191460B - 长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装及方法 - Google Patents
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Abstract
长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，包括模具座，所述模具座的顶面开设有定位槽，所述定位槽的内部用以嵌入硅片，所述模具座的顶部配合连接有盖板，所述盖板的中心出开设有铅膏型腔，所述铅膏型腔与硅片的待涂敷区域相对设置，所述盖板的顶面设有导向框，所述导向框位于铅膏型腔的顶部外侧，所述导向框的内部滑动连接有刮平机构，所述刮平机构的底端与铅膏型腔的顶面平齐；本发明正极涂板工艺中所使用的模具能够将硅片固定住，同时包裹硅片，只露出需要涂铅膏的面积，极大地避免了硅片在涂铅膏过程中发生破碎的现象。
Description
技术领域
本发明属于铅蓄电池加工技术领域，特别涉及长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装。
背景技术
长寿命硅基双极性铅蓄电池是将硅片代替板栅并同时连接正负铅膏的双极性结构铅酸电池。它是在铅酸体系的基础上加入创新的硅片结构所形成的蓄电池。相比于传统的铅酸蓄电池，长寿命硅基双极性铅蓄电池的双极性结构使电流方向垂直于硅片，且电流分布均匀，节省了大量铅损耗。长寿命硅基双极性铅蓄电池所采用的硅片具有质量小、耐酸、高导热等性能，使得长寿命硅基双极性铅蓄电池比传统铅酸蓄电池的循环寿命长、电池比重量大、大电流放电性能高。
但是，长寿命硅基双极性铅蓄电池在生产过程中，经常因为正极极板与硅片结合不牢，导致电池大电流放电性能较差，甚至经常容量不合格。因为硅片的特殊结构：硅片一侧是正极、一侧是负极，当硅片涂有铅镀层时，铅镀层可以和负极活性铅良好地结合，但是与正极的二氧化铅无法紧密结合，在不断地循环充放电过程中铅镀层逐渐与硫酸接触形成硫酸铅层，导致正极活性物质脱离铅镀层。因此，如何使硅片与正极活性物质结合牢固成为解决长寿命硅基双极性铅蓄电池容量少、循环差、大电流性能差等问题的关键。
经过多次研究和试验，将铅膏直接涂在硅片上，再经过固化干燥，能够使铅膏与硅片紧密结合。但是，硅片具有极差的弹性，在制作过程中轻微按压便出现碎裂的现象，不具备像铅合金板栅一样通过机器填涂的能力。目前,在硅片易碎性质无法得到有效地改善之前,研制出一种特殊工艺技术使硅片能够顺利按照设计要求完成涂板并保持硅片不碎裂成为当下的研究重点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，具体技术方案如下：
长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，包括模具座，所述模具座的顶面开设有定位槽，所述定位槽的内部用以嵌入硅片，所述模具座的顶部配合连接有盖板，所述盖板的中心出开设有铅膏型腔，所述铅膏型腔与硅片的待涂敷区域相对设置，所述盖板的顶面设有导向框，所述导向框位于铅膏型腔的顶部外侧，所述导向框的内部滑动连接有刮平机构，所述刮平机构的底端与铅膏型腔的顶面平齐。
进一步的，所述模具座与盖板之间转动盖合或分体盖合，所述模具座的表面四角处设有定位柱，所述盖板的四角处开设有与定位柱配合的定位孔。
进一步的，所述刮平机构包括上滑板、下滑板，所述上滑板与下滑板呈倒凸字形设置，所述上滑板垂直相交设于导向框的顶面，所述下滑板伸入于导向框的内部，所述下滑板的底端安装有滚轮和刮刀，所述滚轮与刮刀间隔设置，所述滚轮、刮刀的底端均与铅膏型腔的顶面平齐，所述滚轮、刮刀的长度大于或等于所述铅膏型腔的长度。
进一步的，所述导向框呈U形，所述导向框的开口端连接有活动封板，所述活动封板与导向框围成封闭下料区域，所述导向框的内壁开设有滑槽，所述下滑板的两侧设有伸入于滑槽的第一滑块，所述活动封板的内壁垂直对称设有第二滑块，所述第二滑块呈长条状，所述第二滑块滑动嵌入于滑槽内且端部与第一滑块固定连接，所述第二滑块的内侧截面积与滑槽的内侧截面积相同。
进一步的，所述铅膏型腔的厚度与硅片所需涂膏的厚度相同，铅膏型腔的内壁贴合嵌入有厚度相同的塑料保护框，所述塑料保护框的内部用以注塑形成极板铅膏，所述塑料保护框、铅膏型腔以及定位槽的截面积依次增加。
长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板方法，所述涂板方法包括以下步骤：
S1、将带有铅镀层的硅片水平嵌入至模具座内；
S2、将盖板覆盖在硅片上并与模具座固定，盖板内部开设的铅膏型腔与硅片的待涂膏区域相对设置；
S3、将塑料保护框放入铅膏型腔内，塑料保护框置于硅片上；
S4、将正极铅膏均匀涂在硅片上并使用刮平机构刮平；
S5、将整个涂板工装送入固化设备内，使得正极铅膏固化；
S5、分离盖板和模具座，取下硅片；
S6、取下极板铅膏外壁粘接的塑料保护框。
进一步的，所述将正极铅膏均匀涂在硅片上并使用刮平机构刮平具体的为：
S1、正极铅膏倒入至塑料保护框所围的区域内，并附着在硅片铅涂层上；
S2、待正极铅膏均匀充满塑料保护框所围区域且液面高出2-5mm时，高出的部分由导向框、活动封板所围区域封堵，停止加料；
S3、向外拉动活动封板，活动封板通过第二滑块带动刮平机构平移，刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉。
进一步的，所述刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉具体的为：刮平机构在平移时，其底端的滚轮先向下滚压正极铅膏，将正极铅膏压实，待滚轮压实完毕后，刮平机构底端的刮刀将多出部分刮掉。
本发明的有益效果是：填补了在硅片直接涂板的工艺技术空白,实现了长寿命硅基双极性铅蓄电池领域中的硅片先涂板固化处理后组装电池的工艺。本发明的正极涂板工艺中所使用的模具能够将硅片固定住，同时包裹硅片，只露出需要涂铅膏的面积，极大地避免了硅片在涂铅膏过程中发生破碎的现象。此外，模具边框的厚度决定了最终硅片上铅膏的厚度，因此在要求制作一定厚度的铅膏时，就可以将相应厚度的硅片模具边框固定在模具槽上进行涂膏。整个涂板工艺操作简单、涂板速度快、成品率高，能够有效推进硅片直接涂板的工业化批量生产。
附图说明
图1示出了本发明的正极涂板工装的结构示意图；
图2示出了本发明的整体俯视截面结构示意图；
图3示出了本发明的整体侧截面结构示意图；
图4示出了本发明的刮平机构结构示意图；
图5示出了6V15Ah长寿命硅基双极性铅蓄电池2hr循环测试。
图中所示：1、模具座；11、定位柱；12、定位槽；2、盖板；21、定位孔；22、铅膏型腔；3、导向框；31、滑槽；4、刮平机构；41、上滑板；411、第一滑块；42、下滑板；421、滚轮；421、刮刀；5、活动封板；51、第二滑块；6、硅片；7、铅膏涂层；8、塑料保护框。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，包括模具座1，所述模具座1的顶面开设有定位槽12，所述定位槽12的内部用以嵌入硅片6，所述模具座1的顶部配合连接有盖板2，所述盖板2的中心出开设有铅膏型腔22，所述铅膏型腔22与硅片的待涂敷区域相对设置，所述盖板2的顶面设有导向框3，所述导向框3位于铅膏型腔22的顶部外侧，所述导向框3的内部滑动连接有刮平机构4，所述刮平机构4的底端与铅膏型腔22的顶面平齐；利用模具座中的定位槽能够对硅片进行侧部、底部定位，盖板能够从顶部对硅片进行定位，使得硅片在加工时不会位移；硅片的待涂敷区暴露在铅膏型腔内，从而实现针对性涂敷，硅片的其余区域不会被涂抹，保证涂板精度，并且铅膏只需填充至铅膏型腔即可，操作简便，效率高；当需要改变铅膏的涂抹厚度、形状时，只需更换对应尺寸铅膏型腔的盖板即可，适用范围广，灵活性高；刮平机构可快速清理掉多余的铅膏，便于后续固化。
作为上述技术方案的改进，所述模具座1与盖板2之间转动盖合或分体盖合，所述模具座1的表面四角处设有定位柱11，所述盖板2的四角处开设有与定位柱11配合的定位孔21；设计时可根据实际需要将模具座与盖板的配合方式设计与转动盖合或分体盖合，转动盖合的操作简便，分体盖合加工简便，定位柱、定位孔的设计可提高配合精度。
作为上述技术方案的改进，所述刮平机构4包括上滑板41、下滑板42，所述上滑板41与下滑板42呈倒凸字形设置，所述上滑板41垂直相交设于导向框3的顶面，所述下滑板42伸入于导向框3的内部，所述下滑板42的底端安装有滚轮421和刮刀422，所述滚轮421与刮刀422间隔设置，所述滚轮421、刮刀422的底端均与铅膏型腔22的顶面平齐，所述滚轮421、刮刀422的长度大于或等于所述铅膏型腔22的长度；上滑板能够增加滑动接触面，提高下滑板运动的稳定性；滚轮能够对铅膏进行滚压，从而使得铅膏填充的更为均匀、密实，刮刀可刮除多余的铅膏，保证极板铅膏的成型效果。
作为上述技术方案的改进，所述导向框3呈U形，所述导向框3的开口端连接有活动封板5，所述活动封板5与导向框3围成封闭下料区域，所述导向框3的内壁开设有滑槽31，所述下滑板41的两侧设有伸入于滑槽31的第一滑块411，所述活动封板5的内壁垂直对称设有第二滑块51，所述第二滑块51呈长条状，所述第二滑块51滑动嵌入于滑槽31内且端部与第一滑块411固定连接，所述第二滑块51的内侧截面积与滑槽的内侧截面积相同；活动封板可在下料时与导向框配合形成封闭空腔，避免铅膏外流，在刮平操作时，可作为把手带动刮平机构平移；第二滑块可在下料时封堵滑槽，避免铅膏进入到滑槽内，在刮平时，第二滑块带动下滑板平移。
作为上述技术方案的改进，所述铅膏型腔22的厚度与硅片所需涂膏的厚度相同，铅膏型腔22的内壁贴合嵌入有厚度相同的塑料保护框8，所述塑料保护框8的内部用以注塑形成极板铅膏；塑料保护框的作用是防止铅膏在固化干燥时发生横向膨胀变形，最终导致铅膏边缘不平整而影响组装或性能。此外，在完成填涂铅膏后，在塑料保护框存在时方便模具边框与极板铅膏脱离，防止脱模具时损坏铅膏边缘的完整；
所述塑料保护框8、铅膏型腔22以及定位槽12的截面积依次增加；如此设计，便于塑料保护框装入至铅膏型腔内，塑料保护框的所围面积为硅片的待涂敷面积，避免硅片的其他区域外漏。
长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板方法，所述涂板方法包括以下步骤：
S1、将带有铅镀层的硅片水平嵌入至模具座内；此步骤用以将硅片水固定在模具座的定位槽内，实现上料；
S2、将盖板覆盖在硅片上并与模具座固定，盖板内部开设的铅膏型腔与硅片的待涂膏区域相对设置；此步骤用以对硅片进行夹持定位，具体的：将盖板盖合在模具座上，定位柱穿过对应的定位孔，当盖合完成时，硅片的待涂膏区域会相对置于铅膏型腔所围区域内；
S3、将塑料保护框放入铅膏型腔内，塑料保护框置于硅片上；此步骤用以放入塑料保护框，塑料保护框所围区域与硅片待涂膏区域完全配合，硅片不涂膏区域被塑料保护框、盖板所覆盖阻挡；
S4、将正极铅膏均匀涂在硅片上并使用刮平机构刮平；此步骤用以填充铅膏并去除多余部分，使得铅膏形成所需形态；
S4.1、正极铅膏倒入至塑料保护框所围的区域内，并附着在硅片铅涂层上；
S4.2、待正极铅膏均匀充满塑料保护框所围区域且液面高出2-5mm时，高出的部分由导向框、活动封板所围区域封堵，停止加料；倒入较多的铅膏是用以保证铅膏具有一定的流动分散能力，保证填充效果，并且为后续的压实操作预留出足够的铅膏；
S4.3、向外拉动活动封板，活动封板通过第二滑块带动刮平机构平移，刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉；所述刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉具体的为：刮平机构在平移时，其底端的滚轮先向下滚压正极铅膏，将正极铅膏压实，待滚轮压实完毕后，刮平机构底端的刮刀将多出部分刮掉；通过压实和刮平两个动作能够有效的提高极板铅膏的成型效果，使得极板铅膏的强度、尺寸均可达标；
S5、将整个涂板工装送入固化设备内，使得正极铅膏固化，形成极板铅膏7；在整个固化过程中，塑料保护框能够从横向支撑约束铅膏，避免铅膏横向扩张变形；
S5、分离盖板和模具座，取下硅片；在分离时，上提盖板，盖板与模具座分离，并且由于盖板与塑料保护框滑动贴合，盖板向上运动的同时也会与塑料保护框分离，塑料保护框连通硅片置于定位槽上；
S6、取下极板铅膏外壁粘接的塑料保护框；当制备完成后，便可取下塑料保护框以便下次再使用。
正极硅片按照以上步骤涂铅膏并经过固化干燥后成为成品正极板，硅片与铅膏结合紧密，铅膏表面平整、其厚度与设计厚度相符。
以上6V15Ah正极板经过组装、加充后进行2hr循环测试:以5A放电至5.25V,以恒流3A充电至7.35v、再以恒流7.35V h、限流3A充电8h，以此循环至容量低于80％结束。其2hr循环达到1200次以上，见附图5。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，其特征在于：包括模具座，所述模具座的顶面开设有定位槽，所述定位槽的内部用以嵌入硅片，所述模具座的顶部配合连接有盖板，所述盖板的中心出开设有铅膏型腔，所述铅膏型腔与硅片的待涂敷区域相对设置，所述盖板的顶面设有导向框，所述导向框位于铅膏型腔的顶部外侧，所述导向框的内部滑动连接有刮平机构，所述刮平机构的底端与铅膏型腔的顶面平齐；
所述模具座与盖板之间转动盖合或分体盖合，所述模具座的表面四角处设有定位柱，所述盖板的四角处开设有与定位柱配合的定位孔；
所述刮平机构包括上滑板、下滑板，所述上滑板与下滑板呈倒凸字形设置，所述上滑板垂直相交设于导向框的顶面，所述下滑板伸入于导向框的内部，所述下滑板的底端安装有滚轮和刮刀，所述滚轮与刮刀间隔设置，所述滚轮、刮刀的底端均与铅膏型腔的顶面平齐，所述滚轮、刮刀的长度大于或等于所述铅膏型腔的长度；
所述导向框呈U形，所述导向框的开口端连接有活动封板，所述活动封板与导向框围成封闭下料区域，所述导向框的内壁开设有滑槽，所述下滑板的两侧设有伸入于滑槽的第一滑块，所述活动封板的内壁垂直对称设有第二滑块，所述第二滑块呈长条状，所述第二滑块滑动嵌入于滑槽内且端部与第一滑块固定连接，所述第二滑块的内侧截面积与滑槽的内侧截面积相同。
2.根据权利要求1所述的长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，其特征在于：所述铅膏型腔的厚度与硅片所需涂膏的厚度相同，铅膏型腔的内壁贴合嵌入有厚度相同的塑料保护框，所述塑料保护框的内部用以注塑形成极板铅膏，所述塑料保护框、铅膏型腔以及定位槽的截面积依次增加。
3.长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板方法，其特征在于：应用上述权利要求2所述的长寿命硅基双极性铅蓄电池的正极涂板工装，所述涂板方法包括以下步骤：
S1、将带有铅镀层的硅片水平嵌入至模具座内；此步骤用以将硅片水固定在模具座的定位槽内，实现上料；
S2、将盖板覆盖在硅片上并与模具座固定，盖板内部开设的铅膏型腔与硅片的待涂膏区域相对设置;此步骤用以对硅片进行夹持定位，具体的：将盖板盖合在模具座上，定位柱穿过对应的定位孔，当盖合完成时，硅片的待涂膏区域会相对置于铅膏型腔所围区域内；
S3、将塑料保护框放入铅膏型腔内，塑料保护框置于硅片上；此步骤用以放入塑料保护框，塑料保护框所围区域与硅片待涂膏区域完全配合，硅片不涂膏区域被塑料保护框、盖板所覆盖阻挡；
S4、将正极铅膏均匀涂在硅片上并使用刮平机构刮平；此步骤用以填充铅膏并去除多余部分，使得铅膏形成所需形态；
S4.1、正极铅膏倒入至塑料保护框所围的区域内，并附着在硅片铅涂层上；
S4.2、待正极铅膏均匀充满塑料保护框所围区域且液面高出2-5mm时，高出的部分由导向框、活动封板所围区域封堵，停止加料；倒入较多的铅膏是用以保证铅膏具有一定的流动分散能力，保证填充效果，并且为后续的压实操作预留出足够的铅膏；
S4.3、向外拉动活动封板，活动封板通过第二滑块带动刮平机构平移，刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉；所述刮平机构将正极铅膏压实并将多余的部分刮掉具体的为：刮平机构在平移时，其底端的滚轮先向下滚压正极铅膏，将正极铅膏压实，待滚轮压实完毕后，刮平机构底端的刮刀将多出部分刮掉；通过压实和刮平两个动作能够有效的提高极板铅膏的成型效果，使得极板铅膏的强度、尺寸均可达标；
S5、将整个涂板工装送入固化设备内，使得正极铅膏固化，形成极板铅膏；在整个固化过程中，塑料保护框能够从横向支撑约束铅膏，避免铅膏横向扩张变形；
S6、分离盖板和模具座，取下硅片；在分离时，上提盖板，盖板与模具座分离，并且由于盖板与塑料保护框滑动贴合，盖板向上运动的同时也会与塑料保护框分离，塑料保护框连通硅片置于定位槽上；
S7、取下极板铅膏外壁粘接的塑料保护框；当制备完成后，便可取下塑料保护框以便下次再使用。
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