CN116364939A - 一种低成本高性能板栅筋条及板栅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铅酸蓄电池板栅领域，为解决现有现有技术下高性能铅酸蓄电池的板栅材料成本高的问题，公开了一种低成本高性能筋条及板栅，所述板栅筋条由内至外依次为内芯、中间层和外层，内芯材料为铁，中间层材料为铅或锡含量不高于0.2%的低锡铅合金，外层材料为锡含量为1.5‑2%的高锡铅合金；所述板栅包括边框，边框上设有极耳，边框内设置有若干条横筋条和若干条竖筋条，竖筋条为上述的板栅筋条。该筋条耐腐蚀性能强，导电效果好，与活性物质有良好的界面结合效果，同时锡的使用量少，使用该筋条的板栅与活性物质结合紧密，集电效果好，机械强度高，使用寿命长，并且生产制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池板栅领域，尤其涉及一种低成本高性能板栅筋条及板栅。
背景技术
板栅是铅酸蓄电池的主要组成部件，其作用为负载铅酸蓄电池活性物质，并且传导、汇集电流使得电流分布均匀。现有的动力铅酸蓄电池板栅基本为铅锡钙合金制成，其中锡含量的高低对动力铅酸蓄电池的性能具有很大影响，锡含量低的铅基板栅机械强度及耐腐蚀性能差，使用寿命短，并且铅膏与板栅结合界面层易生成难导电的α-氧化铅层，使板栅导电性能下降并且导致电池早期容量损失；因此，为提高铅酸蓄电池的性能，铅酸蓄电池厂家通常选用锡含量较高的铅合金作为板栅材料，这导致了铅酸蓄电池生产成本上升从而降低了铅酸蓄电池的市场竞争力。
例如，中国发明专利文献CN106099118A提供了“一种铅酸蓄电池正极板用板栅合金”，合金中所含各成分的重量百分比为：钙0.8％～1％、锡0.4％～0.8％、铝0.01％～0.12％、钇0.06％～1.2％、铈0.06％～0.15％，其余为铅。该发明减少了板栅材料中的锡含量，但为增加板栅的机械强度、减缓板栅的腐蚀还添加了稀土、银、钨、锰和钴，这导致了该铅酸蓄电池的材料成本较高。
发明内容
本发明为了克服现有技术下高性能铅酸蓄电池的板栅材料成本高的问题，提供了一种低成本高性能板栅筋条，该筋条耐腐蚀性能强，导电效果好，与活性物质有良好的界面结合效果，同时锡的使用量少。本发明还提供了一种低成本高性能板栅，该板栅与活性物质结合紧密，集电效果好，机械强度高，使用寿命长，并且生产制造成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低成本高性能板栅筋条，所述板栅筋条由内至外依次为内芯、中间层和外层，内芯材料为铁，中间层材料为铅或锡含量不高于0.2％的低锡铅合金，外层材料为锡含量为1.5-2％的高锡铅合金。
本发明对板栅筋条结构进行改进以提高板栅的性能。板栅筋条为内芯-中间层-外层的复合结构，其中铁具有强度高、延展性好、导电性好、价格便宜的优点，可作为筋条的内芯；筋条中间层采用铅或铅的低锡合金层包覆，该层中锡的质量占比为0-0.2％，降低了筋条整体中锡的使用量进而降低了板栅生产成本；外层采用高锡铅合金，解决了板栅与活性物质结合界面问题，避免了早期容量损失，同时外层锡含量的增加也增强了板栅的耐腐蚀性能。
作为优选，所述内芯为表面镀锡的铁。
铁表面镀锡可提高内芯和中间层之间的结合效果。
作为优选，所述内芯厚度为0.2-0.5mm，中间层厚度为0.5-1mm，外层厚度为0.2-0.8mm。
作为优选，所述板栅筋条的制备步骤包括：
(1)将中间层材料熔融后挤压包覆在内芯外后冷却；
(2)将外层材料熔融后挤压包覆在中间层外冷却后即得竖筋条。
筋条采用分层挤压包覆工艺得到，加工过程无污染且成品率高。
一种低成本高性能板栅，包括边框，所述边框上设有极耳，边框内设置有若干条横筋条和若干条竖筋条，竖筋条为上述的板栅筋条。
作为优选，所述边框包括上边框和由两侧边及底边组成的下边框。
作为优选，所述上边框材料为铅钙锡铝合金。
作为优选，所述极耳与上边框通过铅钙锡铝合金铸焊连接。
铅钙锡铝合金电阻小、析氢过电位高、耐腐蚀性能好。
作为优选，所述铅钙锡铝合金中锡质量占比为0.8％-1.3％，钙质量占比0.06％-0.12％，铝质量占比0.025％-0.035％，余量为铅。
作为优选，所述下边框材料为ABS树脂、PP塑料、导电ABS树脂或导电PP塑料，所述横筋条材料为ABS树脂、PP塑料、导电ABS树脂或导电PP塑料。
下边框和横筋条起固定竖筋条和支撑活性物质的作用，下边框和横筋条选用ABS树脂或PP塑料时，板栅整体的重量下降，且不影响板栅集电效果；下边框和横筋条选用导电ABS树脂或导电PP塑料时，导电ABS树脂和导电PP塑料具有一定的导电能力能进一步提高板栅的集电效果。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)通过设置板栅筋条的复合结构，在使筋条具有良好的耐腐蚀性、导电性和机械强度的前提下，减少了筋条中锡的含量；(2)本发明的板栅与活性物质结合紧密，集电效果好，机械强度高，使用寿命长，制造成本低，并且重量比常规板栅小，可降低铅酸蓄电池的总重。
附图说明
图1是本发明板栅筋条的截面图。
图2是本发明板栅结构示意图。
上述图中，1-竖筋条，1.1-内芯，1.2-中间层，1.3-外层，2-极耳，3-横筋条，4.1-上边框，4.2-下边框。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方法对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种低成本高性能板栅，尺寸为6.6cm×13.5cm×0.20cm，其结构如图2所示，包括长方形的边框和极耳；边框的顶边为上边框，边框左右两个侧边及底边组成下边框，其中上边框及极耳由铅钙锡铝合金压铸得到，铅钙锡铝合金中锡质量占比为1.0％，钙质量占比0.08％，铝质量占比0.03％，余量为铅；边框内设有交叉放置为网格状的竖筋条和横筋条，横筋条为棱形，直径为1.1mm，横筋条共5条，横筋条之间等距水平设置在边框中，其两端分别与下边框中左右两侧边相连，横筋条与下边框由ABS树脂(451-X21)注塑而成；竖筋条共5条竖直设置在边框中，其顶端与上边框铸焊连接，底端与下边框的底边注塑连接，竖筋条结构如图1所示，包括内芯、中间层和外层，内芯为0.5mm直径的镀锡马口铁丝，镀锡厚度10μm，中间层为1mm厚度的低锡铅合金(锡质量占比为0.1％)，外层为0.5mm厚度的高锡铅合金(锡质量占比为1.5％)，由如下步骤制备得到：
(1)将镀锡马口铁丝放入挤压包覆机成型模腔中，通过电机牵引带动前移；
(2)将低锡铅合金铅柱放入挤压包覆机中，在220℃下通过螺杆挤压铅锡合金柱使其均匀包覆在镀锡马口铁丝外围，冷却；
(3)将高锡铅合金柱放入挤压包覆机中，在180℃下通过螺杆挤压高锡铅合金柱使其包覆在中间层外，冷却后即得竖筋条。
实施例2
一种低成本高性能板栅，与实施例1的区别在于，其竖筋条的内芯为没有镀锡的铁丝；其横筋条与下边框由PP塑料(T50G)注塑而成。
实施例3
一种低成本高性能板栅，与实施例1的区别在于，其竖筋条的内芯直径为0.2mm，内芯的镀锡层厚度为5μm，中间层为1mm厚度的铅，外层为0.8mm厚度的高锡铅合金，高锡铅合金中锡质量占比为2％。
实施例4
一种低成本高性能板栅，与实施例1的区别在于，其竖筋条的外层厚度为0.2mm。
实施例5
一种低成本高性能板栅，与实施例1的区别在于，其横筋条与下边框由导电ABS树脂(125-X82)注塑而成。
对比例1
一种商用正板栅，其型号为6-DZF-20ah。
对比例2
一种板栅，与实施例1的区别在于，其竖筋条的内芯为铝。
对比例3
一种板栅，与实施例1的区别在于，其竖筋条的中间层材料与外层相同，均为高锡铅合金。
检测上述实施例和对比例所述板栅的重量和体积，并通过体积、合金密度计算含锡量。向上述板栅通入直流电，使用万能表检测其两端在不同电流下的电压和电阻。检测结果如下表所述。
以对比例1所述的6-DZF-20ah正板栅为参照对比，实施例1板栅重量降低了28.6％，锡用量降低了39.13％，电阻降低了5.16％，这表明在保持板栅性能相近的前提下，本发明的板栅重量轻，含锡量低。
实施例2竖筋条的内芯没有镀锡，这使得竖筋条内芯和中间层的结合效果下降从而导致电阻有所上升。对比例2使用的竖筋条中内芯为铝，其密度远远低于铁，因此重量大大减轻。虽然铝的导电性和延展性都好于铁，但是对比例2的电阻远远高于实施例1，这是因为铝的性质活泼，挤压包覆工艺中的高温环境会使铝表面产生致密的氧化钝化层，该氧化层会增大板栅的内阻。
对比例3中竖筋条的中间层和外层均为高锡铅合金，与实施例1相比其含锡量明显增加但是其导电性并没有显著提升。
Claims (10)
1.一种低成本高性能板栅筋条，其特征是，所述板栅筋条由内至外依次为内芯（1.1）、中间层（1.2）和外层（1.3），内芯材料为铁，中间层材料为铅或锡含量不高于0.2%的低锡铅合金，外层材料为锡含量为1.5-2%的高锡铅合金。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高性能板栅筋条，其特征是，所述内芯为表面镀锡的铁。
3.根据权利要求1或2所述的一种低成本高性能板栅筋条，其特征是，所述内芯厚度为0.2-0.5mm，中间层厚度为0.5-1mm，外层厚度为0.2-0.8mm。
4.根据权利要求3所述的一种低成本高性能板栅筋条，其特征是，所述板栅筋条的制备步骤包括：
（1）将中间层材料熔融后挤压包覆在内芯外后冷却；
（2）将外层材料熔融后挤压包覆在中间层外冷却后即得竖筋条。
5.一种低成本高性能板栅，包括边框，其特征是，所述边框上设有极耳（2），边框内设置有若干条横筋条（3）和若干条竖筋条（1），竖筋条为如权利要求1-4任意一项所述的板栅筋条。
6.根据权利要求5所述的一种低成本高性能板栅，其特征是，所述边框包括上边框（4.1）和由两侧边及底边组成的下边框（4.2）。
7.根据权利要求6所述的一种低成本高性能板栅，其特征是，所述上边框材料为铅钙锡铝合金。
8.根据权利要求7所述的一种低成本高性能板栅，其特征是，所述极耳与上边框通过铅钙锡铝合金铸焊连接。
9.根据权利要求7或8所述的一种低成本高性能板栅，其特征是，所述铅钙锡铝合金中锡质量占比为0.8%-1.3%，钙质量占比0.06%-0.12%，铝质量占比0.025%-0.035%，余量为铅。
10.根据权利要求6所述的一种低成本高性能板栅，其特征是，所述下边框材料为ABS树脂、PP塑料、导电ABS树脂或导电PP塑料，所述横筋条材料为ABS树脂、PP塑料、导电ABS树脂或导电PP塑料。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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