CN1193449C - 卷绕结构铅酸蓄电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕结构铅酸蓄电池及其制造方法，将极耳织入并固定电性连接在铅网上，在该铅网涂敷上正、负极活性物制成为正、负极板，并按照层次将所述正极板、隔板、负极板卷绕在芯轴上制成电池芯，然后用一端有倒齿钩，另一端设有与此倒齿钩相配合的孔或卡槽的外圆卡具固定，将该电池芯垂直安装在中间布满网孔的栅网状底托架上并整体置于电池盒内。加盖封装。本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池结构新颖，工艺方法独特。提供的卷绕结构铅酸蓄电池内阻低，比能量高，大电流充放电能力强，使用寿命长，应用领域广。同时针对该卷绕结构铅酸蓄电池的结构和性质研制的该种生产工艺方法具有简便、有效的特性。

Description

卷绕结构铅酸蓄电池及其制造方法

技术领域：

本发明涉及一种新型卷绕结构铅酸蓄电池及其制造方法。

背景技术：

铅酸蓄电池广泛应用于能源、电力、交通、通信、计算机、军事等领域。现有卷绕结构铅酸蓄电池在极板材料及卷绕工艺方面尚存在问题，由于铅的机械强度低，使用冲孔铅箔作为卷绕结构电池的板栅材料，材料压延工艺及电池极板卷绕的制造工艺复杂，成本较高，未能得到广泛应用。专利98202241.7公布的圆柱小密电池采用拉网板栅，板栅材料在制造过程中产生的应力集中，造成板栅材料在电解液中剧烈的应力腐蚀，极易出现极板裂纹，板栅耐受充放电循环中活性物质变形的能力差，易造成活性物质与板栅的脱离。导致电池过早失效。同时采用拉网板栅制造卷绕结构铅酸蓄电池的工艺方法，由于拉网板栅材料在冲孔、拉伸过程中，容易产生尖角状突起，涂敷正、负极活性物并与隔板间隔卷绕后，该突起容易造成电池短路，从而造成电池失效。

同时由于该种卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法目前还停留在传统制造电池方法的水平上，还没有针对该种铅酸蓄电池的特定的结构和性质研制出有针对性和简便、有效的工艺生产方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种卷绕结构铅酸蓄电池及其制造方法。该蓄电池是将正极板、隔板、负极板相互间隔并将三者合并作为一体再卷绕而成，该卷绕结构铅酸蓄电池具有容量大，比能量高，适于快速和深度充放电，能够耐受外界振动，使用寿命长等特点，同时针对该卷绕结构铅酸蓄电池的结构和性质研制的该种生产工艺方法具有简便、有效的特性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种卷绕结构铅酸蓄电池，包括芯轴、正极板、负极板，隔板、外圆卡具、极耳、端子、电解液、排气阀、盒盖、电池盒，其特征在于：所述极耳固定电性连接在正、负极板上；伸出正极板、负极板的极耳分别与所述正、负端子固定电性连接在一起；所述正极板、隔板、负极板按层次顺序卷绕设置在芯轴上制成卷绕结构铅酸蓄电池芯，该卷绕结构铅酸蓄电池芯的外周用外圆卡具固定；所述外圆卡具为一薄片，其一端有倒齿钩，另一端设有与此倒齿钩相配合的孔或卡槽，电池盒底部设有底托，所述底托为中间布满网孔的栅网状托架，所述卷绕结构铅酸蓄电池芯垂直地置放在该底托的上端面上；将所述排气阀安装在盒盖上；该盒盖封装在所述电池盒上。

所述正极板、负极板为正、负极活性物附着在铅丝编织而成的铅网表面上制成该正、负极板。

所述铅丝中心为连续纤维，外周包敷铅或铅合金。

所述铅丝中心的连续纤维，可以是玻璃纤维、碳纤维、金属丝。

所述外圆卡具为一薄片，其一端有倒齿钩，另一端设有与此倒齿钩相配合的孔或卡槽。

所述底托为中间布满网孔的栅网状托架。

该卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法为：

1)、将连续的纤维设置在铅或铅合金的中心，该铅或铅合金均匀包敷在该连续纤维外周制成铅丝；按照经纬方向将铅丝编织成铅网，在编织过程中将极耳织入该铅网中，且该极耳一端伸出该铅网；

2)、将所述极耳与所述铅网接触处用清洗剂清洗和助焊剂处理后将该极耳和该铅网固定电性连接在一起；

3)、将连接有极耳的该铅网分别涂上正、负活性物，制成正、负极板，备用；

4)、将正极板、隔离板、负极板依次卷绕在芯轴上并用外圆卡具将其外周固定制成该卷绕结构铅酸蓄电池的电池芯；

5)、在该正、负两组极耳上分别对应固定电性连接所述正、负极端子；

6)、将卷绕好的电池芯进行固化与浸酸；

7)、将连接有正、负极端子的卷绕结构铅酸蓄电池垂直置放在电池盒底部的栅网状底托上，然后压紧盒盖，安装排气阀，装配密封成型。

所述铅丝为：将碳纤维或玻璃纤维和所述铅或铅合金通过挤压成型工艺方法或电化学工艺方法将该纤维包附在该铅或铅合金材料的内部制成该铅丝。

所述清洗剂为：实验室用冰醋酸∶30％双氧水∶纯水按照1∶1∶2的质量百分比的比例进行配置。

所述助焊剂剂为普通水溶性助焊剂：

将所述编织入铅网并一端伸出铅网的极耳与该铅网固定电连接在一起，将连接有极耳的该铅网分别涂上正、负活性物后的卷饶结构铅酸蓄电池芯倒置，分别将每组极耳置入扇型模具中，将该组中的极耳相互固定电性连接在一起，脱模后制成扇形正、负极端子。

所述正、负极活性物为常规正、负极活性物。

所述固化与浸酸的处理方法为：在湿度为80％-100％、温度为35-55℃的条件下，保温18-28小时，再在温度为55-75℃的条件下将该电池芯干燥18-28小时，进行固化，固化后的该电池芯放入密度为1.05-1.40克/立方厘米的硫酸溶液中浸泡1-3小时，进行浸酸处理使隔板充分吸附电解液。

由于采用了上述的技术方案，本发明的有益效果为：因采用了卷绕结构和外圆卡具固定的形式，抗振动能力强；由于采用栅网状底托，当电池使用中发生少量活性物脱落时，脱落的活性物通过底托网孔落下，避免由此引起的极板微短路，保证了电池的使用寿命；用于编织铅网板栅的铅丝材料中心设有连续的高强度纤维材料，保证了该种材料可以通过纺织的方法形成具有一定抗拉强度，同时又柔软可以任意卷绕的板栅材料，该板栅材料的特性，使制作卷绕电池的工艺方法得以实现；同时，该板栅材料的使用，使电池极板在充放电过程中，能承受较大应力，避免了因板栅变形和断裂引起的电池失效，延长了使用寿命；用于编织铅网板栅的铅丝直径决定了该铅网板栅材料的厚度，当铅丝直径为0.5mm时，铅网板栅材料表面涂敷活性物后，其厚度可控制在1.2mm以下，从而在使用等量活性物的情况下，正、负极接触面积增大，活性物利用率提高，快速充放电能力强，电池比能量高；又由于极耳在板栅中织入，极板卷绕后，正、负极耳分成两组，分别连接正、负端子，使得电流分布均匀，内阻小，电池具备大电流和快速充放电的能力；在铅网板栅纺织过程中，将极耳织入并焊接固定的工艺方法，解决了卷绕电池生产过程极耳位置合理分布的问题，易于操作和实现工业化生产；电池卷绕成形的工艺方法区别与传统贫液铅酸蓄电池制作的工艺方法，工艺方法独特，在卷制过程中，不仅给电池隔板一定的压紧力，同时卷绕过程给隔板一定的变形力，增强了隔板对变形的抵抗能力，使电池在长期使用中，在振动环境下，均可保持优于普通结构电池的装配压力，从而延长了电池使用寿命，提高了电池综合性能。综上所述，由于采用了本技术方案，卷绕结构铅酸蓄电池具有大容量、高比能量、耐振动、适于大电流充放电、长寿命等特点，既适于民用，也适于军事等特殊应用领域。同时，由于该种卷绕结构铅酸蓄电池因其结构和性质与传统铅酸蓄电池有很大不同之处，本发明提供的制造该种卷绕结构铅酸蓄电池的方法针对该种卷绕结构铅酸蓄电池的结构和特性，在制造过程中克服了传统铅酸蓄电池的微短路、不防震等不利弊端，从而使得该种卷绕结构铅酸蓄电池再在工艺方法上能够和该卷绕结构铅酸蓄电池相配备，达到了该种电池的最佳效果。

附图说明：

图1为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的纵向剖视图；

图2为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池去盖后的后向俯视图；

图3为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的横截面结构示意图；

图4为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的极耳的连接位置图；

图5为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的外圆卡具的结构示意图；

图6为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的外圆卡具的剖视图；

图7为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的栅网底托的俯视图；

图8为利用本发明提供的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法制造的卷绕结构铅酸蓄电池的栅网底托的剖视图；

图中：

1：电池盒盖    2：正极端子    3：极耳        4：芯轴

5：负极板      6：隔板        7：正极板      8：外圆卡具

9：电池盒      10：栅网底托   11：负极端子

12：排气阀     13：铅网       14：电解液     15：纤维

16：铅或铅合金 17：铅丝       18：板栅铅网： 19：电池芯

具体实施方式：

如图1至图8所示：一种卷绕结构铅酸蓄电池，包括电池盒盖1、正极端子2、极耳3、芯轴4、负极板5、隔板6、正极板7、外圆卡具8、电池盒9、栅网底托10、负极端子11、排气阀12、铅网13、电解液14，所述极耳3连接在正极板7和负极板5上，所述极耳3为金属薄片，编织在铅网中，并与所述铅网连接在一起，且一侧伸出铅网边缘用于端子焊接。所述正极板7、隔板6、负极板5按层次顺序卷绕在芯轴4上，制成该卷绕结构铅酸蓄电池的电池芯19，该电池芯19的外周用其一端有倒齿钩，另一端设有与此倒齿钩相配合的孔的一塑料薄片制成的外圆卡具8固定；所述伸出铅网13一侧边缘的正、负极耳3对应与正极端子2和负极端子11连接在一起；电池盒9底部设有中间为布满网孔的栅网状托架的底托10，所述固定好的电池芯19垂直地放置在该底托10的上端面上；在所述盒盖1上安装排气阀12；所述隔板6充分吸附电解液14；所述电池盒盖1封装在所述电池盒9上。

该卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法为：

1)、将连续的碳纤维或玻璃纤维15设置在铅或铅合金16的中心，铅或铅合金16通过挤压成型工艺方法或电化学工艺方法将该纤维15包附在该铅或铅合金16材料的内部，制成φ0.8的铅丝17。按照经纬方向将铅丝17编织成宽度60毫米，长度分别为348毫米正极板栅和395毫米负极板栅的板栅铅网18，铅网网孔尺寸为4×6毫米，在编织过程中将极耳3按照正极板栅每间隔30、76、156、260毫米各织入一个极耳，负极板栅每间隔52、132、236、364毫米各织入一个极耳，且该极耳3一端伸出该板栅铅网18；

2)、将所述极耳3与所述板栅铅网18接触处用按照冰醋酸∶30％双氧水∶纯水等于1∶1∶2的质量百分比的比例配置清洗剂清洗处理后涂助焊剂，然后用熔化的铅或铅合金将该联结处焊接牢固；

3)、将连接有极耳3的该板栅铅网18分别涂上常规正、负极活性物，极板厚度2毫米，制成正极板19和负极板20，备用；

4)、将正极板7、隔板6、负极板5依次卷绕在芯轴4上并用外圆卡具8将该其外周固定制成电池芯19；

5)、将卷绕好的卷绕结构铅酸蓄电池芯19的极耳分成正、负极两组，将该电池芯19倒置，分别将每组极耳置入扇型模具中进行固定电性连接，脱模后形成扇形正极端子2、负极端子11；

6)、焊接好端子的电池芯19在湿度为80％、温度为35℃的条件下，保温24小时，在温度为70℃的条件干燥24小时，进行固化；固化后的该电池芯19放入密度为1. 29克/立方厘米的硫酸溶液中浸泡2小时，进行浸酸处理，使隔板充分吸附电解液；

7)、将连接有正极端子2和负极端子11的电池芯19垂直置放在电池盒9底部的栅网状底托10上，然后压紧电池盒盖1，安装排气阀12，装配密封成型。

将电池按照一般电池化成的方法行化成。

Claims (8)

1、一种卷绕结构铅酸蓄电池，包括芯轴、正极板、负极板，隔板、外圆卡具、极耳、端子、排气阀、盒盖、电池盒，其特征在于：所述极耳固定电性连接在正、负极板上，从正极板、负极板的一端伸出的正、负两组极耳分别与所述正、负端子固定电性连接在一起；所述正极板、隔板、负极板按层次顺序卷绕设置在芯轴上，制成卷绕结构铅酸蓄电池芯，该卷绕结构铅酸蓄电池芯的外周用外圆卡具固定；所述外圆卡具为一薄片，其一端有倒齿钩，另一端设有与此倒齿钩相配合的孔或卡槽，电池盒底部设有底托，所述底托为中间布满网孔的栅网状托架，所述卷绕结构铅酸蓄电池芯垂直地设置在该底托的上端面上；将所述排气阀安装在盒盖上；该盒盖封装在所述电池盒上。

2、如权利要求1所述的卷绕结构铅酸蓄电池，其特征在于所述正极板、负极板为正、负极活性物附着在由铅丝编织而成的铅网表面构成该正、负极板。

3、如权利要求2所述的卷绕结构铅酸蓄电池，其特征在于所述铅丝中心为连续纤维，外周包敷铅或铅合金。

4、如权利要求3所述的卷绕结构铅酸蓄电池，其特征在于所述铅丝中心的连续纤维为玻璃纤维、碳纤维、金属丝中的一种或几种。

5、如权利要求1所述卷绕结构铅酸蓄电池的制备方法，其特征在于：该卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法为：

1)、将连续的纤维设置在铅或铅合金的中心，该铅或铅合金均匀包敷在该连续纤维外周制成铅丝；按照经纬方向将铅丝编织成铅网，在编织过程中将极耳织入该铅网中，且该极耳一端伸出该铅网；

2)、将所述极耳与所述铅网接触处用清洗剂清洗和助焊剂处理后，将该极耳和该铅网固定电性连接在一起；

3)、将连接有极耳的该铅网分别涂上正、负活性物，制成正、负极板，备用；

4)、将正极板、隔离板、负极板依次卷绕在芯轴上并用外圆卡具将其外周固定制成电池芯；

5)、在所述正、负极耳上分别对应固定电性连接所述正、负极端子；

6)、将卷绕好的电池芯在湿度为80％-100％、温度为35-55℃的条件下，保温18-28小时，再在温度为55-75℃的条件下将该电池芯干燥18-28小时，进行固化，固化后的该电池芯放入密度为1.05-1.40克/立方厘米的硫酸溶液中侵泡1-3小时，进行浸酸处理；

7)、将连接有正、负极端子的卷绕结构铅酸蓄电池芯垂直置放在电池盒底部的栅网状底托上，然后压紧盒盖，安装排气阀，装配密封成型。

6、如权利要求5所述的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法，其特征在于：所述铅丝为：将碳纤维或玻璃纤维和所述铅或铅合金通过挤压成型工艺方法或电化学工艺方法将该纤维均匀包附在该铅或铅合金材料的内部制成该铅丝。

7、如权利要求5所述的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法，其特征在于：所述清洗剂为：实验室用冰醋酸∶30％双氧水∶纯水对应按照1∶1∶2的质量百分比的比例进行配置；所述助焊剂为普通水溶性助焊剂。

8、如权利要求5所述的卷绕结构铅酸蓄电池的制造方法，其特征在于：将所述编织入铅网并一端伸出铅网的极耳与该铅网固定电连接在一起，将连接有极耳的该铅网分别涂上正、负活性物后的卷绕结构铅酸蓄电池芯倒置，分别将每组极耳置入扇型模具中，将该组中的极耳相互固定电性连接在一起，脱模后制成扇形正、负极端子。

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