CN1498431A - 电池板的生产中纸的消除 - Google Patents

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Abstract

一种方法和设备，用于以涂浆的铅或铅合金连续制造出涂浆的正电极和负电极，该铅或铅合金被延展、冲压或铸造成金属网格带，从而能用在铅酸电池中而不使用纸隔层。将例如辊式模具切割机的切割装置加热到预定的温度范围，该范围为至少约150℃，优选地为160—300℃，更优选地为大约180—210℃，这将去除涂浆金属网格带上的浆料对于切割装置的的粘性，并避免了对于纸隔层的需要。

Description

电池板的生产中纸的消除
技术领域
本发明涉及铅酸电池的正电极板和负电极板的连续制造，更具体地，涉及在电池板制造过程中，在延展、冲压或铸造的连续涂浆金属网格带的两面上，对于纸隔层的消除。迄今为止，为了避免浆料粘到用于将涂浆金属网格带切割成电池板的设备中的模具上，这样的纸在电池板的连续生产中一直是标准要求。
背景技术
传统的用于铅酸电池的叠箱铸型铸造板并不需要纸隔层，因为各个板块不需要在涂浆后切割。然而，通过从旋转或往复的浸过浆料的延展网格带或铸造网格带上切割出各个板块来连续生产电池板，就必须要在网格带的每一面都有纸隔层以便盖住浆料。
1982年2月16日颁发给Cominco Ltd.的美国专利No.4,315,356公开了从连续铸造金属合金的带材卷制造用于电池板的延展金属网的过程。为了从滚筒铸造机铸成的铅合金带连续生产出延展金属网，开发了切割和延展技术。延展金属网由浆料覆盖，且切板器装置将涂浆网分为分散的板块。相关技术的代表还有：1982年2月16日颁发的美国专利No.4,315,356，1981年9月29日颁发的美国专利No.4,291,443，1981年11月3日颁发的美国专利No.4,297,866，1995年10月31日颁发的美国专利No.5,462,109，以及1999年4月27日颁发给Cominco Ltd.的美国专利No.5,896,635，和1997年9月23日颁发给Advanced Dynamics Corporation Ltd.的美国专利No.5,669,754，将它们都结合在此处作为参考。
板切割装置，称为分切器或冲切机，是连续铅酸电池制造工艺整体的一部分，在现有技术中是众所周知的。切板机紧接在为铅网施加浆料的工作台之后。传统地，将纸隔层施加在铅或铅合金网格带两面的浆料上。这种浆料，如果不在其上施加纸隔层，则它将粘在切板机的工具上，迅速导致不正确的切割，使得生产停工。而且，随机掉落的多余浆料也会导致电池组装的问题。使用这些纸隔层，大大增加了电池的材料成本，并且带来很多生产问题。主要的生产线停工都是由纸撕裂和纸从板块上脱落导致的。而且，生产过程中板被废弃以及在电池工厂中循环利用，由于可燃的纸涂层，这些板块可能导致工厂堆袋室起火。
已经有许多尝试试图消除连续网格带切割工艺中纸隔层的使用。例如，曾尝试过特殊模具涂层和非有机脱模剂，但未成功。在电池板上使用纸贴面始于1970年代，且其后为消除纸的使用而作出所有的努力均告失败。因此，纸隔层的使用在用条带连续生产电池板的过程中一直必不可少，也就是说，使用纸隔层系统，已经生产、而且还会继续生产亿万个电池板。
发明内容
本发明的主要目的是在电池板的连续制造中消除以纸作为纸隔层的需要。在连续生产操作中纸的去除，将省去用纸的成本并避免与用纸相关的各种问题，例如纸撕裂、用错及更换纸卷，以及在停工维护时，宝贵生产时间的损失。而且，也消除了在电池组装过程中从干燥板上分离纸张所产生的排气道火灾。由于溶解的纤维素而必要的电池电解液循环利用成本也得以降低。
本发明基于对旋转的或往复的切板机的切割模具进行加热，该旋转或往复的切板机用于铅酸电池板的连续制造过程。业已发现，将切割模具加热并保持在高温，确保了浆料不会离开涂浆铅网且不会粘在工具上。因此，对模具进行这样的加热就消除了对于纸隔层的需要。
在其宽义的方面，本发明的使用切割装置将涂浆的延展、冲压或铸造的金属网格带切割为用于铅酸电池的电池板的方法，包括将所述切割装置加热到预定的最低温度以上，在该最低温度下，金属网格带上的浆料粘在切割工具上。最低温度根据浆料的构成而变化，通常为至少约150℃。优选的温度范围为160到300℃，更优选为大约180到210℃。
本发明的用于将涂浆的延展、冲压或铸造的铅或铅合金网格带连续地切割为用于铅酸电池的电池板的优选装置，包括一对相对的模具辊，在至少一个辊上具有切割模具或具有往复式模具，用于将涂浆的铅合金网切割为相等的长度。相对的模具辊具有用于使所述辊的轴颈在支撑架中彼此有效相抵的装置；输送装置，用于在相对辊之间连续传送涂浆的铅合金网格带；以及加热装置，用于将切割模具加热到约150℃以上的温度。该加热装置，例如筒式电加热器、感应加热器、天然气燃烧加热器以及热循环油，都可用于将切割模具加热到约160到300℃的温度范围，优选地为大约180到210℃。优选的加热装置为沿着辊的长度方向轴向地安装在每个辊上的筒式电加热器，用于均匀加热切割模具辊。
本发明的产品为用于铅酸电池的无纸电池板，以及具有多个无纸电池板的铅酸电池。
附图说明
现在将参考附图说明本发明的方法及设备，在附图中：
图1为示意图，示出将涂浆延展金属带分割为电池板的步骤；
图2为涂浆的延展金属带的局部放大透视图，示出板切割线；
图3为现有技术中与传统浆料机和贴纸机串联的切板机的示意性侧视图；
图4为本发明的加热旋转式切板机的实施例的侧视图；
图5为图4中所示切板机的正视图；
图6为与传统浆料机串联的本发明的旋转式切板机的示意性侧视图；
图7为本发明的线性往复切割机的示意性侧视图；以及
图8为具有无纸电池板的本发明的铅酸电池组的部分剖视透视图。
具体实施方式
参考示出现有技术的图1-3，图1-2示出将由熔化的金属合金熔池中的连续铸造带制成的延展金属网格带10切割成两串相对的板11、12，并由一未示出的传送器将其向前输送到收集装置和码放装置，例如美国专利No.5,669,754中公开的。图2更加详细地说明了板11、12与向内伸出的突出片13、14。附图标号15指出的网格部分被去掉并在涂浆之前回收。
转到图3，图3示出了延展金属网带10由循环支撑传送器19支撑在涂浆器漏斗18下。将具有电化学活性的浆料涂在延展网格带上以润湿网格中的空穴并覆盖网格带的两侧20、21。两侧面20、21由通过辊子26、27来自纸卷24、25的连续纸隔层22、23覆盖。纸隔层22、23避免在切割模具30与砧辊34接触以便将盖纸涂浆的金属网格带分割成板块11、12时，浆料粘到切割辊32上的等间隔的切板模具30上。
图4和5示出了本发明的切板机40的一个实施例，其具有与凸模辊44相对的砧辊42，两者都由轴颈穿过以在机架46中旋转。模具辊44在轴向分为两段44a和44b，它们具有等角间隔的模具切割刀具48a、48b，分别安装在其周长上，与辊44的纵轴50平行，用于从具有图2所示的板结构的涂浆金属带切割出无纸板。砧辊42在轴向分为砧辊部分42a、42b，分别与模具辊部分44a、44b相对。
特别是参考图5，筒式电加热器54沿着其轴58中的纵轴50安装在模具辊44的中心，用于加热模具辊44以及模具切割刀具48a、48b。安装在模具切割轴58上的滑环56通过电刷60电连通到电源上，从而给加热器54供电。
以同样的方法，砧辊42具有沿着其纵轴62安装在砧辊中心的筒式电加热器61，且通过安装在支撑轴66上的滑环64和电刷68，电加热器61与电源电连通，从而给加热器61供电以加热砧辊42。
筒式加热器54、61由未示出的恒温器控制，以便将加热器保持在至少150℃到高于300℃的范围内，从而将砧辊42a、42b、分度环49、以及带有模具切割刀具48a、48b的模具辊44a、44b，加热到约150℃以上的温度，优选地，加热到约160到300℃的温度范围，更优选地为约180到210℃。
本发明的方法在图6中示出，其中示出延展金属网格带10由循环支撑传送器19支撑在涂浆器装料斗18下。将具有电化学活性的浆料涂在延展网格带10上以润湿网格中的空穴并覆盖网格带的两侧20、21。涂浆的金属网格带70在凸模辊44和砧辊42之间通过以通过模具切割刀具48a和48b(图5)将无纸涂浆带70切割成具有板11、12(图1和2)的轮廓的板块72、74(图7)。
尽管参考包含着与凸模辊相对的砧辊的用于加工延展金属网格带的切割装置进行说明，但应该理解，切割装置可以包括与凹模辊相对的凸模辊，或者包括线性往复切割器，用于加工延展的、冲压的、或者铸造的金属网格带。图7示意性地示出了往复切板器80，其具有静止基座82以及支撑着切割刀具86的往复移动的台板84，用于将涂浆网格带70加工成具有板块11、12的轮廓的板块72、74(图1和2)。
图8示出了具有塑料外壳102的电池100，其上盖104包括含具有以本发明的方法制造的无纸电池电极板的气孔盖106。包括浆料107的极板竖直地叠放，同时负极板72与正极板74交替放置，由极板分隔片112彼此分开。负极板72的网格突出片114由金属接头116互连到负极电池柱118，且正极板74的网格突出片(未示出)由金属接头122互连到正极电池柱124。加入一定量的硫酸溶液(未示出)，从而没过电池板，使电池工作。
实例
实验室试验
测试本发明的方法的实验最初在实验室中进行，使用的是滚轧机。辊子在环境温度以及各个升高的温度下进行工作。滚轧机在顶辊上嵌有一对“夹定位”的切割刀具，用于进行升温切割试验。在相同的最佳温度范围内进行的所有测试都完美地进行，且没有浆料粘到切割刀具、支承辊或者砧辊上。设计并制造了一个试验用的分割模具。在调试阶段，成功地获得了无粘连的切割过程。将六条涂浆网格带(每个20英尺长)切割成电池板(4又1/2英寸宽，5又1/2英寸长)，在实验室环境下，得到了成功的结果；即，浆料未粘到切割模具零件上。
业已发现，对于用于铅或铅合金板的传统的电池浆料来说，防止电池浆料粘到模具上所需的模具温度必须高于150℃且低于电池板的铅合金的熔点，优选地为大约160到300℃之间的温度，更优选地为大约180到210℃。在80到150℃的温度范围内的模具温度是无效的，电池浆料将粘到模具表面。高于300℃的温度直到到达所加工的铅或铅合金带的熔点之前都是有效的，但是浪费热能，对装置的热膨胀需要更大的补偿系数，且不当地减少了模具支撑轴承的寿命预期。而且，超出210℃的模具温度可能会产生安全隐患，因为浆料的湿气可能会蒸发并以“浆料喷发”的形式迅速排出。然而，在某些工作条件下，可以在210℃以上或300℃以上的温度工作。
工厂试验
本发明的板分割器在一家美国电池厂中试用，该厂使用ComincoTMRotary Expander板生产线，用于汽车电池板的日常生产。加热的板分割器安装在生产线中，并在大约1300英尺的带材上或者说是以大约5000个负极电极板的生产量测试运行。除了没有在金属网格带上加纸以外，生产线的所有加工参数都是日常生产的典型参数。在分割模具加热到190-200℃温度的情况下，在试运转结束时，没有浆料积累在模具上的迹象。
尽管应该理解，我们不只限于假定的考虑情况，但可信的是，将例如模具的切割装置加热到优选操作温度范围内的温度，将会使板上浆料中的水份沸腾，并在模具处局部地产生蒸气，从而将浆料从模具上除去，因此就避免了模具被浆料粘连或弄湿。湿的涂浆板与切割装置接触很短的时间，如果生产线临时停止，则会产生废品，需要排除。
本发明具备若干重要优点。可以将现有的连续加工线上的切板装置替换或者用加热器改装，从而消除对于纸隔层的需要，生产无纸涂浆电池板。对于设备的简化以及资金成本与维护费用的降低都直接导致节省成本。除了显然的用电安全标准之外，不需要对生产环境附加安全措施或进行改装，使用烟罩并选择机械零件，例如合适的轴承，以及进行刀具设计等，从而对热膨胀加以补偿。可以保持传统加工的工作参数，例如加工速度为涂浆网格带0-200英尺/分钟，或者该速度也能够容易地调节到各种需要的速度范围。
当然，应该理解，在不背离所附权利要求确定的本发明的范围和权限的前提下，可以对在此说明的本发明的实施例作出修改。

Claims (21)

1.一种用切割装置将涂浆的延展、冲压或铸造的金属网格带切割成用于铅酸电池的电池板的方法，包括将所述切割装置加热到高于预定最低温度的温度，使浆料不会粘到热的切割装置上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述切割装置加热到至少150℃的温度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述切割装置加热到约160到300℃的温度范围内的温度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，切割装置包括安装在切割辊上的切割刀具。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，切割装置还包括分度机构；与所述切割辊相对的砧辊，用于在其之间接纳涂浆金属网格带，且其中，将切割刀具、切割辊和砧辊都加热到约160到300℃的温度范围内的温度。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，将切割刀具、切割模具辊和砧辊都加热到约180到210℃范围内的温度。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，切割装置为直线往复切割机。
8.根据权利要求5的方法，其特征在于，金属网格带为铅或铅合金延展网格带。
9.一种用于将涂浆的延展、冲压或铸造的铅或铅合金网格带切割成电池板的装置，包括，一对相对的辊，该辊在至少一个辊上具有切割刀具，用于将涂浆的铅或铅合金网格带切割为等长度；用于使所述辊的轴颈在支撑机架中彼此有效相抵的装置；传送装置，用于将涂浆的铅或铅合金网格带在相对的辊之间连续传送；以及加热装置，用于将切割刀具和相对的辊加热到高于约150℃的温度。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述加热装置能够将切割刀具和相对的辊加热到约160到300℃的温度范围内的温度。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，所述加热装置能够将切割刀具和相对的轧辊加热到约180到210℃的温度范围内的温度。
12.根据权利要求10的装置，其特征在于，加热装置沿着辊的长度方向，轴向地安装在每个辊中，以便均匀地加热切割刀具和辊。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于，加热装置为轴向地安装在每个轧辊中的与电源电连通的电加热器。
14.根据权利要求10的装置，其特征在于，相对的辊在一个辊上具有切割模具，以另一个辊作为支承，将通过它们之间的涂浆的铅或铅合金网格带切割成等长度。
15.一种按照权利要求7的方法将涂浆的延展的铅或铅合金网格带切割成用于铅酸电池的电池板的装置，包括，一对相对的辊，该辊在至少一个辊上具有切割刀具，用于将涂浆的铅或铅合金网格带切割为等长度；用于使所述辊的轴颈在支撑机架中彼此有效相抵的装置；传送装置，用于将涂浆的铅或铅合金网格带在相对的辊之间连续传送；以及加热装置，用于将切割模具和相对的辊加热到高于约150℃的温度。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于，所述加热装置能够将切割刀具和相对的辊加热到约160到300℃的温度范围内的温度。
17.根据权利要求15的装置，其特征在于，所述加热装置能够将切割刀具和相对的辊加热到约180到210℃的温度范围内的温度。
18.以权利要求1的方法生产的用于铅酸电池的电池板。
19.以权利要求8的方法生产的用于铅酸电池的电池板。
20.具有多个以权利要求1的方法生产的电池板的铅酸电池。
21.具有多个以权利要求8的方法生产的电池板的铅酸电池。
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