CN1421945A - 管式铅蓄电瓶用镀金层铅铜包钢芯增强栅骨 - Google Patents

Abstract

发明的管式铅蓄电瓶用镀金层铅铜包钢芯增强栅骨是用于对现有铅蓄电瓶极板栅骨筋部件作改进的技术。本发明用成本低，强度高的圆钢丝、电线用铜包钢丝表层镀铅用作管式铅蓄电瓶栅骨，解决了目前铅蓄电瓶栅骨强度太低的问题。除能大幅度延长栅骨寿命减少故障外，钢材有价格低，比重低，电阻比铅低等优点，能降低铅电瓶造价、重量，内阻，提高电瓶综合性能。用不锈钢芯表面再镀一层薄金的结构作正极板栅骨，使正极栅骨永久性地不腐蚀、钝化、氧化。始终保持良好的导电表面。彻底解决了铅蓄电瓶自发明以来一直未解决的正极栅骨腐蚀、钝化、表面始终存在氧化电阻层的问题。

Description

管式铅蓄电瓶用镀金层铅铜包钢芯增强栅骨

(一)技术领域：本发明属二次电瓶类别的铅蓄电瓶部件，所称铅铜包钢芯是借用电线制造业铜包钢丝这一被人熟知的产品名称，含镀铅在钢丝、铜包钢丝表层，制成正负极板增强栅骨(筋)。镀金层是在钢芯栅骨表面镀一层薄金层，达到栅骨完全不腐蚀、不纯化的电化学性能要求。以区别单纯用铅合金铸造而成的电瓶极板栅骨。

(二)背景技术：在铅电瓶极板结构中，栅骨(筋)起承受极板上各种内外作用力保持形状，使松散活性物铅粉依托于上完成电化学反应，汇集传导充放电电流的作用。电瓶寿命与性能好坏，失效与否与栅骨有直接关系。目前几乎所有的铅电瓶栅骨(筋)都是用低强度，柔软的铅合金材料制成。有文献报导德国有公司曾用铜网镀铅在小范围用制作过栅骨。同样，铜也是低强度材料，且价高，铅及合金因弹性模量太低，在铸造冷却收缩过程有些就有一定程度应力疲劳微裂纹，随后在电瓶反复充放电澎胀、收缩变形力，其它外力，如震动、冲击、摆动作用下，产生裂纹变大，变深、局部腐蚀变形，断裂，在板式极板中造成整片变形、烂片、掉粉空片。在管式极板中造成纤维管断裂，内部铅粉漏空，容量减少失衡，出现过充放、落后、反极、失效。因故障出在极板内部栅骨上，不可能修复，往往因一块(格)栅骨出故障造成整个电瓶提前报废。铅栅骨合金本身强度太低，无弹性模量，稍一变形，受力便产生晶间裂纹及疲劳应力裂纹是极板失效和目前铅电瓶寿命短的起因。

(三)发明内容：本发明采用低成本，高强度的圆钢丝，电线用铜包钢丝表层再镀包一层铅的技术方法，来解决单纯用铅质栅骨强度低的问题。带来的直接好处除能大幅度延长栅骨寿命电瓶寿命减少故障外，还有：

1、降低电瓶造价，铅蓄电瓶总重量中，栅骨用铅及各格间联接用铅量占21～27％。采用钢芯增强后，钢代替了部分铅、钢材价低于铅、电瓶成本降低。

2、钢芯的电阻只有同截面铅的1/2左右，导电率高于铅，电瓶欧姆内阻会减小，大电流放电倍率增加，电性能提高，特别是用于高倍率放电的场合，如起动、牵引，蓄能电瓶，内阻小将会大幅度增加电能效率。

3、钢的比重，密度仅铅的2/3左右，采用钢芯栅骨，电瓶重量减轻，能量比增加，特别适应要求尽量减轻重量的电动车。

4、单纯铅合金栅骨不耐注塑时强冲击性的压注高温塑料流。因此，难以用注塑方法生产分散直接穿壁式带有栅骨的电瓶壳，壁板部件。用钢芯增强铅栅骨可耐受注塑时冲击性高温塑料热流体，能大大加快电瓶产量和降低生产成本。

5、在新型可湿法还原，特长寿命的双管式铅蓄电瓶正负极板栅骨中，负极总处于还原态，腐蚀轻，易处置。而正极处氧化态不停被腐蚀，特别是过充电的强腐蚀状态，当腐蚀到栅骨芯铅金属仅剩1/2～2/3时，由于充放电不停息的变形力，外力如电动车行驶时的震动冲击。栅骨将断裂，造成总个电瓶不可逆失效。最后断裂的铅骨芯不但未起到保持极板结构完整功能的作用，反而无效占用了极板内极有限的体积空间。这种情况在目前普通蓄电瓶中是常见正常的。在可湿法还原再用的电瓶中却成为限止使用期的因素。如果用少量耐酸不锈钢芯增强正极栅骨，那么情况立即大变，栅骨将永久性的不再断裂。钢芯上的铅层主要起传导活性物电流于钢芯的作用。

6、到本发明专利为止，国内外都没有解决铅蓄电瓶正极栅骨的腐蚀钝化问题，因为正极在充电或过度充电时处于强氧化腐蚀或电溶解腐蚀状况，有如电解铜铅，正极金属溶解转移到负极板上的过程，只要电瓶在进行充放电工作，正极栅骨就不可避免的在逐层氧化溶解腐蚀，一直到最后全部腐蚀断裂。例如用不锈钢芯镀铅，铅层最终要被腐蚀掉，暴露出不锈钢芯表面，接触硫酸出现钝化不导电。钢栅骨失去传导充放电电流的作用。铅层被腐蚀掉时间有长短，对一般寿命要求不太长的蓄电瓶，铅层腐蚀不是主要问题。对于要求特长寿命的铅电瓶却成为关键因素。如果在不锈钢芯上镀一层薄金，由于金在硫酸电解液中不溶解、腐蚀、钝化，钢芯就永久性不会腐蚀断裂、钝化失效了。金镀层主要用于电性能要求特高的铅蓄电瓶正极栅骨，负极由于处于还原态，只要铅镀层无针孔裂纹，内部钢芯不会被腐蚀。本发明的技术方法，基本解决了自1860年铅蓄电瓶发明以来一直未能解决的正极栅骨腐蚀和表面始终存在氧化电阻层的问题。

(四)具体实施方法：本发明宜制各种结构的管式铅电瓶栅骨，因为管式栅骨形态简单，便于用钢芯增强，也易于钢芯镀包上合格的铅层或铅合金层。一般寿命要求的铅电瓶栅骨可选用普通钢材，或用电线铜包钢丝，要求电瓶寿命特长，失效后能反复还原用的电力蓄能调峰用，电动汽车用双管式铅电瓶，正极栅骨选用耐酸不锈钢镀铅，要求更高可不镀铅，直接镀一层薄金，不锈钢芯截面可选圆形，也可用压有应力槽不变形的薄带条形。用普通钢材做特长寿命正极栅骨选圆形断面。先镀一层密集的铅将普钢芯隔离外界，再镀一层金。具体制作：一般寿命电瓶非镀金层栅骨，将一定长度直径的圆钢丝或铜包钢丝镀一层0.5～1毫米厚的铅层，头尾都要镀铅封闭。必要时再用铅一钙一铝三元合金或铅一钙一铝一锡四元合金延压成厚0.5～1毫米薄带缠绕如上。直接用于单根管式极板。见附图，因为多元合金不能用电镀取得，只能缠绕于上，再用点焊将表面铅合金在局部与内层焊好。如果是制传统的极管一行并联式管式极板，将镀好、包好铅层的钢芯栅骨按数量尺码排好放入模具，浇铸出头部铅汇流条，极耳即成。

寿命特长要求高的反复还原用铅蓄电瓶正极栅骨可选用薄带条状不锈钢，因正极二氧化铅粉导电性差，利用率低，因此尽量用表面积大的薄带条形栅骨来增大铅粉接触面和利用率。制作过程：先在条钢芯头部冲出小孔或倒角槽，将钢芯带小孔一头放入模具内铸造出头部汇流条、极耳等，连带汇流条放入铅电镀液内整体镀上一层密集合格铅层，薄条上铅层厚度视需要而定，如果镀金，先把钢带与铅汇流条结合部位刷一层耐蚀胶封闭根部。然后只将栅骨不锈钢薄带伸入镀金液中镀一层金。以上是制传统极管一行并联管式极板。制单根管式直接穿壁栅骨，把正级薄条形或圆形不锈钢芯用压接、铆接、焊接一段负极普材圆钢芯，再整体镀一层铅，或负极镀铅、正极镀金，必要时负极栅骨再包上一层铅合金层。

在一些特殊场合用，如研究试验、电动汽车赛车，负极钢芯用可镀上一层薄金，达到正负两级都永久性不腐蚀、不钝化，永久消除栅骨表面氧化层接触电阻，达到电流可靠传导，增加研究试验的准确性。

正极用薄带条钢芯宽度尺寸要小于所套入的纤维管直径，待镀包好铅层后能恰好塞入纤维管中，以尺寸宽度定位纤维管加注铅粉不偏向一边。圆形栅骨靠以后加上的专用叶形定位小叶定位纤维管。

(五)附图说明：附图1、2、3、4所示是圆形、薄带条形钢芯增强栅骨截面。图1、2综合所示；1、圆钢芯，2、镀铅层，3、缠绕铅合金层，图3所示；4、薄带条不锈钢芯，5、镀铅层，图4所示；6、镀金层，7、薄条钢芯。

Claims (5)

1、一种管式铅蓄电瓶用镀金层铅铜包钢芯增强栅骨。其特征是：用圆钢丝或铜包钢丝钢芯镀包上一层或多层铅及铅合金，制作管式极板增强栅骨。用薄带条形圆形不锈钢或圆形普钢钢芯镀一层铅或一层薄金，用作管式铅蓄电瓶正极板增强栅骨。

2、按权利要求1所述钢芯增强栅骨，其圆钢芯，铜包钢芯表面第一层镀铅，第二层用铅合金薄条带缠绕在上，缠绕铅层局部与内层点焊接的结构。

3、按权利要求1所述钢芯增强栅骨，正极薄条形、圆形不锈钢、普钢第一层镀金的结构。

4、按权利要求1所述钢芯增强栅骨。薄带条形钢芯一端有孔或倒角槽口与铅汇流条浇铸成一体的结构。

5、按权利要求1所述钢芯增强栅骨，正极栅骨用薄带条形、圆形，负极栅骨用圆形普钢材，两栅骨在相同长度中间部位联接，再整体镀铅或者正极镀金，负极镀铅的结构。

Images