CN112838219A - 一种phev汽车用efb起停电池及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混合动力汽车用电源系统制造技术领域，涉及一种PHEV汽车用EFB起停电池及制造工艺。包括整体槽、安装在整体槽中的若干极群组以及整体槽中的酸液，其中极群组由交替叠放的正极板和负极板组成。正极板采用冲网放射性结构设计，其筋条上粗下细，并呈放射状，且筋条交错成型；负极板板栅筋条粗细过渡设计，筋条交错成型且筋条交错形成的网格面积上小下大；同一极群组中，正极板采用高强度PE隔板包封，正、负极极耳铸焊并联，且所有极群组串联连接；所述酸液密度控制在1.275～1.285g/ml本发明显著提高了电池深放电循环寿命和充电接收能力，解决了PHEV汽车用EFB起停电池关键技术问题，具有极大的技术提升价值及生产推广价值。

Description

一种PHEV汽车用EFB起停电池及制造工艺
技术领域
本发明属于混合动力汽车用电源系统制造技术领域，具体为一种PHEV汽车用EFB起停电池及制造工艺。
背景技术
混合动力车型是使用两种或两种以上能量来源驱动的，驱动系统可以有一套或多套。插电混合(PHEV)应该说是油电混合的进阶版，其最大区别在于，车辆能够通过充电桩或家用充电设备为车辆充电。相比于HEV，PHEV的电池相对比较大，可以外部充电，也可以用纯电模式行驶更多里程。当电量耗尽后，还能够以内燃机作为主要动力行驶，并为电池充电。因此，对PHEV汽车用EFB起停电池的深放电循环寿命及充电接收能力有着较高的技术要求，普通铅酸蓄电池不足以满足PHEV汽车用电源系统对电池的性能的要求。
发明内容
为了克服采用普通铅酸蓄电池作为PHEV汽车用电源系统电池性能技术的不足，本发明提供一种插电混合动力汽车用EFB起停电池，该EFB起停电池的深放电循环寿命及充电接收能力，解决了现有PHEV汽车用EFB起停电池关键技术问题，具有极大的技术提升价值及生产推广价值。
为实现上述目的，本发明提供一种PHEV汽车用EFB起停电池，该起停电池包括整体槽、安装在整体槽中的若干极群组以及整体槽中的酸液，其中极群组由交替叠放的正极板和负极板组成。所述正极板采用冲网放射性结构设计，其筋条上粗下细，并呈放射状，且筋条交错成型；所述负极板扩展板栅筋条粗细过渡设计，筋条交错成型且筋条交错形成的网格面积上小下大；在正、负极板栅上涂抹铅膏，其中正极采用玻纤涂板纸，负极采用纸浆涂板纸；同一极群组中，正极板采用高强度PE隔板包封，正、负极极耳铸焊并联，且所有极群组串联连接；所述酸液密度控制在1.275～1.285g/ml。
优选地，所述正极铅膏配方包括铅粉、纤维1200ppm-2000ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)、过硼酸钠1500ppm-2500ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)，且正极铅膏视密度控制在4.4-4.6g/mL用于正极铅膏制备；负极铅膏配方包括铅粉、纤维500ppm-1000ppm、炭黑1000ppm-3000ppm、硫酸钡6000ppm-10000ppm、木素1000ppm-3000ppm、腐殖酸1000ppm-3000ppm，其中纤维、炭黑、硫酸钡、木素、腐殖酸的百分比含量均相对于铅粉用量，且负极铅膏视密度控制在4.5-4.7g/mL。
优选地，所述正极铅膏的涂抹量为95-115g，负极涂膏的涂抹量为90-110g。
另外，本发明还提供一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，该制造工艺包含以下步骤：
a.正负极铅带均采用连铸连轧成型工艺，控制铅胚冷却水温度≤45°，经过轧制后正极铅带厚度为0.9-1.05mm，负极铅带厚度为0.75-0.9mm并采用铅带纵剪工艺分切成扩网用宽度；
b.将步骤a中的正极铅带经过放射性冲压模具连续冲压成型成板栅网带收卷待用；
c.将步骤a中的负极铅带经过扩展成型；
d.配制正、负极铅膏：
正极铅膏配方包括铅粉、纤维1200ppm-2000ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)、过硼酸钠1500ppm-2500ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)，用于正极铅膏制备，纤维和过硼酸钠能使铅膏与板栅的结合力更大，提高电池循环寿命；
负极铅膏配方包括铅粉、纤维500ppm-1000ppm、炭黑1000ppm-3000ppm、硫酸钡6000ppm-10000ppm、木素1000ppm-3000ppm、腐殖酸1000ppm-3000ppm，其中纤维、炭黑、硫酸钡、木素、腐殖酸的百分比含量均相对于铅粉用量；
其中正极铅膏视密度控制在4.4-4.6g/mL，负极铅膏视密度控制在4.5-4.7g/mL；
e.将步骤d制备的正、负极铅膏分别对应地均匀涂填在步骤b、c制备的正负极板栅上；正极涂膏量按照95-115g，负极涂膏量按照90-110g进行控制，涂填后的正负极极板经过滚压、表面快速干燥工序，然后叠放在专用固化架上；
f.将步骤e制备的正、负极极板放入可调节式固化室内进行极板固化干燥，控制固化室温度为50-70℃、相对湿度10％-99％、固化时间60-80h；
g.将步骤f制备的正、负极极板用于电池装配，采用8片正极板搭配8片负极板交替叠片配组成一个极群组，采用高强度PE隔板包封正极，其中筋条朝向正极，将极群组中所有正、负极极耳经铸焊并联后压缩入槽，然后再将6个单格进行穿壁焊串联连接等装配工艺制造无液电池，其中装配压缩比控制在3％-8％；
h.对步骤g制备的无液电池进行加酸工艺。
优选地，步骤b中，正极板栅采用冲网放射性结构设计，筋条设计上粗下细、呈放射状，筋条交错成型，以提高活性物质利用率及增强铅膏与板栅结合力。
优选地，步骤c中，负极板栅采用扩网网格阶梯性设计，板栅筋条粗细过渡设计、网格面积上小下大，以提高板栅电流密度及提高活性物质利用率。
优选地，步骤e中，正极采用玻纤涂板纸、负极采用纸浆涂板纸，将铅膏及涂板纸完整均匀压实涂填在正、负极板栅正反两面，且无漏筋现象。
优选地，步骤g中，采用高强度PE隔板包封正极，筋条朝向正极，装配压缩比控制在3％-8％，经过穿装配工艺制造无液电池。
优选地，步骤h中，采用冷酸定量加酸工艺，其中加酸密度为1.15～1.20g/ml、酸液温度控制在0℃-15℃，采用三充一放循环式充电工艺，化成充电电量控制为实际容量的4-5倍率，化成时间为20h-24h，化成液温控制在40℃-65，电池下线酸密度控制在1.275～1.285g/ml。
本发明的有益效果为：
(1)正极板栅冲压成型，筋条设计上粗下细、呈放射状，筋条交错成型；负极板栅扩展成型，板栅筋条粗细过渡设计、网格面积上小下大；可以显著改善板栅电流密度分布，降低板栅内阻，提高充电接收能力，增强铅膏与板栅结合力，提高深放电循环能力；
(2)正、负极均采用高视比重铅膏涂填及中温固化工艺，正极采用玻纤涂板纸，PE袋式隔板包封正极，可以改善板栅与活性物质的界面结合特性，减轻减轻活性物质脱落，提高电池深放电循环能力。
(3)采用冷酸定量加酸、三充一放循环式充电工艺，冷酸保障了加酸后电池温度控制在一定范围内，控制化成过程温度，显著性降低电化学极化内阻，进而提升负极整体电化学性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的实施例中电池正极板栅的结构示意图。
图2为本发明的实施例中电池负极板栅的结构示意图。
图3为本发明实施例的电池装配结构示意图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
图1-图3为本发明提供的一种PHEV汽车用EFB起停电池，该起停电池包括整体槽、安装在整体槽中的若干极群组以及整体槽中盛装1.280g/ml的酸液，其中极群组由交替叠放的正极板和负极板组成，且正极板的表面涂抹100g正极铅膏，负极板的表面涂抹95g负极铅膏。如图1所示，正极板采用冲网放射性结构设计，其筋条上粗下细，并呈放射状，且筋条交错成型，这不仅可以提高活性物质利用率，而且可以增强铅膏与板栅结合力；如图2所示，负极板板栅筋条粗细过渡设计，筋条交错成型且筋条交错形成的网格面积上小下大，这可以提高板栅电流密度及提高活性物质利用率。另外，同一极群组中，正极板采用高强度PE隔板包封，正、负极极耳铸焊并联，且所有极群组串联连接。
在上述起停电池中，所用正极铅膏配方包括铅粉、纤维1200ppm-2000ppm、过硼酸钠1500ppm-2500ppm，负极铅膏配方包括铅粉、纤维500ppm-1000ppm、炭黑1000ppm-3000ppm、硫酸钡6000ppm-10000ppm、木素1000ppm-3000ppm、腐殖酸1000ppm-3000ppm，其中两个铅膏中成分的百分比含量均相对于铅粉用量，且正极铅膏视密度控制在4.4-4.6g/mL，负极铅膏视密度控制在4.5-4.7g/mL。
上述PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，从铅带的加工开始，包括后续的正极板和负极板的加工、涂抹铅膏、正负极板装配、极群入槽、注酸等。具体制造过程如下：
a.将含有一定比例的Pb-Ca-Sn合金融化，铅带采用连铸连轧成型工艺，控制铅胚冷却水温度≤45°，经过轧制后正极铅带厚度为0.95mm，负极铅带厚度为0.9mm，并采用铅带纵剪工艺分切成扩网用宽度；常温时效2d；
b.将步骤a中的正极铅带经过放射性冲压模具连续冲压成型成板栅网带，使筋条上粗下细、呈放射状，且筋条交错成型，以提高活性物质利用率及增强铅膏与板栅结合力，并将上述冲压后的铅带收卷待用。
c.将步骤a中的负极铅带经过扩展成型后续连线涂填，使板栅筋条粗细过渡设计、网格面积上小下大，以提高板栅电流密度及提高活性物质利用率。
d.正极铅膏制备过程中添加纤维1500ppm和过硼酸钠1800ppm，负极铅膏制备过程中添加纤维800ppm、炭黑2000ppm、硫酸钡8000ppm、木素1500ppm、腐殖酸1500ppm；以上添加物百分比含量均相对于铅粉用量。采用上述配方制得的正极铅膏含酸量3％，视密度控制在4.45-4.55g/mL，负极铅膏含酸量3.75％，视密度控制在4.55-4.65g/mL；
e.将步骤d制备的正负极铅膏分别对应地均匀涂填在步骤b、c制备的正、负极板栅上，其中正极采用玻纤涂板纸、负极采用纸浆涂板纸；正极涂膏量按照104g，负极涂膏量按照96g进行控制，涂填后的正负极极板经过滚压、表面快速干燥工序，快速干燥温度设置为90℃；然后按照40片/摞正极板、50片/摞负极板分别独立叠放在专用固化架上保湿待用；
f.将步骤e制备的正、负极极板放入固化室内，控制固化室温度为50-70℃、相对湿度10％-99％并梯次降低相对湿度，然后进行68h固化干燥；
g.将步骤f正负极极板用于电池装配，采用8片正极板搭配8片负极板交替叠片配组成一个极群组，采用高强度PE隔板包封正极，其中筋条朝向正极，将极群组中所有正负极极耳经铸焊并联后压缩入槽，然后再将6个单格进行穿壁焊串联连接等装配工艺制造无液电池，其中设计理论装配压缩比为5％；
h.将步骤g制备的无液电池采用冷酸定量加酸工艺，其中加酸密度为1.15～1.20g/ml、酸液温度控制在0℃-15℃，采用三充一放循环式充电工艺，化成充电电量控制为实际容量的4-5倍率，化成时间为20h-24h，化成液温控制在40℃-65，电池下线酸密度控制在1.275～1.285g/ml。
该制造工艺中，正极板栅采用冲网放射性结构设计，负极板栅采用扩网网格阶梯性设计，提高活性物质利用率，降低板栅内阻，提高充电接收能力；正、负极均采用高视比重铅膏涂填及中温固化工艺，正极采用玻纤涂板纸，PE袋式隔板包封正极，增强铅膏与板栅结合力紧装配设计减轻活性物质脱落，提高电池深放电循环寿命；采用多阶段静置充电化成工艺，控制化成过程温度，显著性降低电化学极化内阻，进而提升负极整体电化学性能。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种PHEV汽车用EFB起停电池，包括整体槽、安装在整体槽中的若干极群组以及整体槽中的酸液，其中极群组由交替叠放的正极板和负极板组成，其特征在于：所述正极板采用冲网放射性结构设计，其筋条上粗下细，并呈放射状，且筋条交错成型；所述负极板板栅筋条粗细过渡设计，筋条交错成型且筋条交错形成的网格面积上小下大；在正、负极板栅上涂抹铅膏，其中正极采用玻纤涂板纸，负极采用纸浆涂板纸；同一极群组中，正极板采用高强度PE隔板包封，正、负极极耳铸焊并联，且所有极群组串联连接；所述酸液密度控制在1.275～1.285g/ml。
2.如权利要求1所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池，其特征在于：所述正极铅膏配方包括铅粉、纤维1200ppm-2000ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)、过硼酸钠1500ppm-2500ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)，且正极铅膏视密度控制在4.4-4.6g/mL用于正极铅膏制备；负极铅膏配方包括铅粉、纤维500ppm-1000ppm、炭黑1000ppm-3000ppm、硫酸钡6000ppm-10000ppm、木素1000ppm-3000ppm、腐殖酸1000ppm-3000ppm，其中纤维、炭黑、硫酸钡、木素、腐殖酸的百分比含量均相对于铅粉用量，且负极铅膏视密度控制在4.5-4.7g/mL。
3.如权利要求2所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池，其特征在于：所述正极铅膏的涂抹量为95-115g，负极涂膏的涂抹量为90-110g。
4.一种权利要求3所述的PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：包含以下步骤：
a.正负极铅带均采用连铸连轧成型工艺，控制铅胚冷却水温度≤45°，经过轧制后正极铅带厚度为0.9-1.05mm，负极铅带厚度为0.75-0.9mm并采用铅带纵剪工艺分切成扩网用宽度；
b.将步骤a中的正极铅带经过放射性冲压模具连续冲压成型成板栅网带收卷待用；
c.将步骤a中的负极铅带经过扩展成型；
d.配制正、负极铅膏；
正极铅膏配方包括铅粉、纤维1200ppm-2000ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)、过硼酸钠1500ppm-2500ppm(百分比含量均相对于铅粉用量)，用于正极铅膏制备，纤维和过硼酸钠能使铅膏与板栅的结合力更大，提高电池循环寿命；
负极铅膏配方包括铅粉、纤维500ppm-1000ppm、炭黑1000ppm-3000ppm、硫酸钡6000ppm-10000ppm、木素1000ppm-3000ppm、腐殖酸1000ppm-3000ppm，其中纤维、炭黑、硫酸钡、木素、腐殖酸的百分比含量均相对于铅粉用量；
其中正极铅膏视密度控制在4.4-4.6g/mL，负极铅膏视密度控制在4.5-4.7g/mL；
e.将步骤d制备的正、负极铅膏分别对应地均匀涂填在步骤b、c制备的正负极板栅上；正极涂膏量按照95-115g，负极涂膏量按照90-110g进行控制，涂填后的正负极极板经过滚压、表面快速干燥工序，然后叠放在专用固化架上；
f.将步骤e制备的正、负极极板放入可调节式固化室内进行极板固化干燥，控制固化室温度为50-70℃、相对湿度10％-99％、固化时间60-80h；
g.将步骤f制备的正、负极极板用于电池装配，采用8片正极板搭配8片负极板交替叠片配组成一个极群组，采用高强度PE隔板包封正极，其中筋条朝向正极，将极群组中所有正、负极极耳经铸焊并联后压缩入槽，然后再将6个单格进行穿壁焊串联连接等装配工艺制造无液电池，其中装配压缩比控制在3％-8％；
h.对步骤g制备的无液电池进行加酸工艺。
5.如权利要求4所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：步骤b中，正极板栅采用冲网放射性结构设计，筋条设计上粗下细、呈放射状，筋条交错成型。
6.如权利要求5所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：步骤c中，负极板栅采用扩网网格阶梯性设计，板栅筋条粗细过渡设计、网格面积上小下大。
7.如权利要求6所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：步骤e中，正极采用玻纤涂板纸、负极采用纸浆涂板纸，将铅膏及涂板纸完整均匀压实涂填在正、负极板栅正反两面，且无漏筋现象。
8.如权利要求7所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：步骤g中，采用8片正极板搭配8片负极板交替叠片配组成一个极群组，采用高强度PE隔板包封正极，筋条朝向正极，其中筋条朝向正极，将极群组中所有正负极极耳经铸焊并联后压缩入槽，然后再将6个单格进行穿壁焊串联连接等装配工艺制造无液电池，装配压缩比控制在3％-8％。
9.如权利要求8所述的一种PHEV汽车用EFB起停电池的制造工艺，其特征在于：步骤h中，采用冷酸定量加酸工艺，其中加酸密度为1.15～1.20g/ml、酸液温度控制在0℃-15℃，采用三充一放循环式充电工艺，化成充电电量控制为实际容量的4-5倍率，化成时间为20h-24h，化成液温控制在40℃-65，电池下线酸密度控制在1.275～1.285g/ml。
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