CN205944309U - 铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸蓄电池，该蓄电池包括正电极、负电极、电池壳、电流汇流体，正电极和负电极的物理形状为柱条状，正电极柱条和负电极柱条相互平行且彼此邻靠或嵌套排布，正电极柱条和负电极柱条之间用隔板相互隔离；正电极柱条和负电极柱条各自包括有活性物质和电流集流体，所述集流体本身至少有一部分设置在活性物质内部或表面，集流体一端与活性物质导电性接触或结合，另一端与汇流体或电池间连接体或电池输出端点中的至少一种导电性连接。实用新型还公开了由上述铅酸蓄电池组成的铅酸蓄电池组。本实用新型通过改进铅酸蓄电池正负电极的形状和阵列排布结构，显著提高了铅酸蓄电池的比能量、深放电、大电流放电能力、循环使用寿命等性能。

Description

铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组

技术领域

本实用新型涉及蓄电池，特别是涉及铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组。

背景技术

铅酸蓄电池自1859年由法国人普兰特(planté)实用新型至今，已经有150多年的历史，其间经历过多次重大改进。技术进步和其固有的电化学系统特性，使其已具有了相对较好的性价比、稳定性和安全性，并成为目前全球应用最广、市场份额最大的二次电池，广泛应用在交通、通讯基站、储能、牵引等领域。然而，随着近年相关行业的发展、新兴产业的兴起，现有铅酸蓄电池的性能，例如比能量、比功率、使用寿命等，被期望达到更好、更高的水平。因此，在铅酸蓄电池现有技术和应用的基础上，升级铅酸蓄电池性能，如比能量、比功率、使用寿命等，同时做好相关的环保工作，有利于更好地促进全球经济发展和社会进步。

目前，铅酸蓄电池按电池或电极的构造特征，一般有平面板栅式铅酸蓄电池、卷绕式铅酸蓄电池、管式铅酸蓄电池、双极式铅酸蓄电池、泡沫板栅铅酸蓄电池、超级电容器铅酸蓄电池、铅碳电池等。铅酸蓄电池较多见的是以蓄电池组的形式进行生产和应用。现行应用中，平面板栅式铅酸蓄电池制造工艺相对简单，但是产品比能量相对较低、深放电和大电流放电能力相对较差、循环使用寿命相对较短；管式铅酸蓄电池的深放电能力和电池寿命相对有所提高，但是其正、负极制备工艺兼容性较差，因而工艺较复杂，且其电池比能量和大电流放电能力仍不够理想；卷绕式铅酸蓄电池在电池的寿命、比能量、大电流放电能力等方面均有相对较好的提高，但是该产品对制作工艺控制要求高、设备成本贵，且形成电池组时，其圆柱状单电池外型使得整个电池组的体积比能量也变得较低；双极式铅酸蓄电池、泡沫板栅铅酸蓄电池由于其所使用的电极集流体材料自身固有的较难克服的缺点，如钝化、量产困难等问题，使其多年以来至今基本仍停留在实验室阶段；超级电容器铅酸蓄电池或铅碳电池，虽然在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下的模拟应用已获得较好的结果报道，如大电流充放电性能、循环寿命方面，但是存在电容器电极与电池电极兼容制造、使用上的困难、电池热失控问题，这使其较难被推广适用于众多其它应用场合。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题之一是提供一种铅酸蓄电池，它可以明显提高铅酸蓄电池的比能量、深放电、大电流放电能力、循环使用寿命等性能，并有利于降低超级电容器铅酸蓄电池其电容器电极与电池电极制备和使用上的困难，防止或减轻电池热失控。

为解决上述技术问题，本实用新型的铅酸蓄电池，包括正电极、负电极、电池壳、电流汇流体，正电极和负电极的物理形状为柱条状，正电极柱条和负电极柱条相互平行且彼此邻靠或嵌套排布，正电极柱条和负电极柱条之间设置有隔板，隔板防止正、负极之间电流短路但允许电解液自由扩散和离子迁移；正电极柱条和负电极柱条各自包括有活性物质和电流集流体，所述集流体本身至少有一部分设置在活性物质内部或表面，集流体一端与活性物质导电性接触或结合，另一端与所述汇流体、或电池间连接体或电池输出端点中的至少一种导电性连接。其中所述集流体另一端与电池输出端点的导电性连接包括所述集流体的另一端与电池输出端子相连接或直接作为电池输出端。

所述正电极、负电极柱条的径向横截面形状包括：单边形、多边形、圆形、椭圆形、螺旋形、环形中的一种或多种。其中，多边形的边可以是直边、弧形边或不规则形，每条边的类型和长度可以相同，也可以不同。所述环形包括圆环形、三角形环形、方形环形、六边形环型、椭圆环形或其它多边形环形中的一种或多种。

正电极、负电极的径向横截面形状可以相同，也可以不同。径向横截面是指垂直于电极柱条轴向的截面。

所述正电极柱条、负电极柱条的上、下部分直径可以相同，也可以不同。电极柱条在轴向方向的长度以及在径向方向的尺寸均≧1nm。

所述电极排布形成阵列，所有正电极或所有负电极形成的阵列其排列花样包括但不限于：x边形(x≥1)、圆形、椭圆、螺旋形、环或多重环形，其中的一种或多种；x边形的边包括：直边、曲边、不规则边，其中的一种或多种。x边形的各边类型彼此相同或不相同，各边长度相同或不相同。

所述电极阵列中，每一个正极柱条周围邻靠着或内部嵌入排布着的负极柱条的数目，与每一个负极柱条周围邻靠或内部嵌入排布着的正极柱条数目可以相等，也可以不相等。

所述活性物质可以采用蓄电池中常用的活性物质，其状态不限，例如可以是粉末、膏状、固化状态或胶体等状态。

所述集流体的物理形状包括：柱状、管筒状、网片、平板式、网柱、笼形、立体栅格、螺旋状、树枝状、发射状、卷绕式、海绵体、泡沫中的一种或多种。集流体的材料可以使用铅、铅合金或其他金属及金属合金、复合材料等。

管筒状集流体包括侧壁上带有孔洞的、侧壁完整面的、管筒口两端开口的、管筒口单端开口、管筒口两端封闭孔形成封闭空腔的，其中的一种或多种。

所述隔板的构型与电极的外形相适应，可以是单片的板或单个空腔，也可以是多个空腔通过腔壁或腔底连成的空腔阵列。具有空腔的隔板的空腔径向横截面形状包括：多边形、圆形、椭圆、螺旋形、卷绕式、环形、多重环形中的一种或多种。具有空腔的隔板的两端可以都开口，也可以只有一端开口。具有空腔的隔板可以起到装载活性物质，以及固定、支撑活性物质以限制活性物质变形的作用。所述隔板的材料可以是：木、纸纤维、橡胶、PVC、玻璃纤维、超细玻璃纤维、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、绦纶、ABS塑料及这些材料的复合材料中的一种或多种。

所述隔板空腔的阵列与电极阵列相适应。

所述蓄电池中还可以用隔离材料划分成多个电极室，将电极放置在电极室内，以对电极起到机械固定和支撑的作用。一个电极室内可以放置一个或多个电极，电极室的构型与电极相匹配，电极室的材料可以使用塑料、环氧树脂、陶瓷或其它复合材料。电极室的侧壁上开有通孔，以使电解液、离子能在电极室之间自由扩散和迁移。对于空腔状的隔板，电极室可以在隔板腔内，也可以在隔板腔外。

所述蓄电池的密封，可以采用所有电极整体密封方式(即密封材料与电池壳侧壁形成封闭电极的密封空间，封住其中的固体、液体、气体)，或者还可以采用先对单根电极作仅阻止固体、液体外溢的阻挡，再对所有电极进行整体密封(可以用环氧树脂、带有安全阀的塑料盖对所有电极进行整体密封，阻止气体、液体和固体外溢)的密封方式。电极集流体在与电极密封的交接处也是密封的，以防止电极所处空间的气 体、液体、固体从此处泄露腐蚀、污染汇流体。密封可以带有出气阀门或直接出气口，出气阀门或直接出气口流出的气体可以直接通到电池外部，也可以汇集并被引导后，经其他排气口或阀门流到电池外部。密封结构中的气体通道可以是单管、双套管或多层套管。密封材料可以使用塑料、橡胶、电池密封胶、环氧树脂、复合材料中的一种或多种。

所述集流体与汇流体，以及汇流体之间的连接方式既可以采用封内汇流方式，也可以采用封外汇流方式。所述封内汇流方式为所有汇流连接点和汇流体均处在电极密封空间内部。所述封外汇流方式为所有汇流连接点和汇流体中至少有一处处在电极密封空间外部。汇流时，电池的正、负极汇流体之间不接触或绝缘，正、负电极各自的汇流可以在同一层(必要时可以采用跳线连接)，也可以分层进行汇流，即所述封外汇流连接结构中的所有汇流连接点、汇流体分布在一层以上平面上。集流体和汇流体的连接可以是固定连接，也可以是活动连接，或包括固定连接与活动连接的混和连接方式。固定连接包括焊接或用紧固件固定连接。汇流体的材料可以是铅、铅合金、铅基复合材料、铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种或多种。

所述封外汇流连接还可以根据是否直接暴露于空气中而进一步细分为暴露式封外汇流(直接暴露于空气中)和封闭式封外汇流(与空气隔绝)。

与封外汇流相适应的，还可包括一种防止封外汇流中汇流点、汇流体中任一处与电池内气体、液体、固体中任一种接触的密封，该密封可包括一种封闭汇流体的塑料罩盖，该塑料罩盖罩住和密封汇流体，连接安全阀出口的气体管道则穿过该汇流体罩盖，并露出气体出口，气体管道外壁与汇流体罩盖交接处是密封的，防止气体出口排气时酸性气体进入汇流体罩盖内部腐蚀汇流体。安全阀门出气口上盖有胶皮帽，胶皮帽之上由一塑料板压住和固定，防止皮帽脱落，并辅助电池在达到设定的内部气压下排气泄压。

所述活性物质可以是电池活性物质、电容活性物质或它们的混合物中的一种或多种，电容活性物质可以与电池活性物质共处同一根或多根电极柱条中，也可以独立占据一根或多根电极柱条，并拥有独立的集流体，还可以与电池活性物质均匀混和后共同处于同一根电极柱条中。

蓄电池的电解液为硫酸溶液或含有添加剂的硫酸溶液。

所述蓄电池中，在正常电极额定数的基础上，还可以配置一根以上正电极或/和负电极作为调平电极，选择性地连接入电池正常电极的汇流体中，用以调节所述蓄电池、正负极的容量或充放电特性等性能，以辅助配平要组成蓄电池组的各蓄电池之间或单电池内正、负极之间的一致性，减少各电池、单电池中正负极之间的充放电性能误差。调平电极的总容量在所述蓄电池额定容量的10％以内。调平单电极的容量、种类与额定单电极的可以一样或不一样。

由于本实用新型的蓄电池的结构特征，很容易检测单个电极，因此，本实用新型的蓄电池还可以与电池管理芯片相结合，扩大对电池的管理范围，提高电池管理的精准度。

本实用新型要解决的技术问题之二是提供由两个以上上述铅酸蓄电池经串联、并联或串并联形成的铅酸蓄电池组。

所述蓄电池组中可以包含调平电池或/和调平电容，以辅助调节该蓄电池组的容量或充放电特性等性能，辅助配平蓄电池组中各电池或电池亚组之间的充放电性能的一致性。调平单电池或/调平单电容的容 量与额定单电池的可以一样或不一样。调平电池或/和调平电容的总体容量为所在电池组总体容量的10％以下。

所述铅酸蓄电池组的密封，可以采用每个蓄电池单独密封的方式，或所有蓄电池整体密封的方式，也可以是部分单独密封、部分整体密封的混合密封方式。

构成所述铅酸蓄电池组的集流体与汇流体之间、汇流体之间、电池间的连接体与汇流体之间、电池间的连接体与集流体之间、电池之间的连接方式采用封外汇流连接方式；所述封外汇流连接方式为所有汇流连接点、汇流体的部分或全部、电池间连接点(包括电池间连接体与汇流体之间的连接点和电池间连接体与集流体之间的连接点)至少有一处在电极所处密封空间外。

所述铅酸蓄电池组的封外汇流连接，其汇流体或电池间连接体的材料包括：铅、铅合金、铅基复合材料、铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种或多种。

所述的蓄电池组的封外汇流连接可以是固定连接，也可以是活动连接，或包括固定连接与活动连接的混和连接方式，固定连接包括焊接或用紧固件固定连接；汇流连接点、汇流体局部或全部、电池间连接点、电池间连接体的部分或全部它们各自或彼此在空间排布上可以在同层平面(必要时可以采用跳线连接)，也可以是分层排布的，即所述封外汇流连接结构中的所有汇流连接点和汇流连接体分布在一层以上平面上。

所述蓄电池组的密封可以带有出气阀门或直接出气口，出气阀门或直接出气口流出的气体可以直接通到电池组外部，也可以汇集并被引导后，经其他排气口或阀门流到电池组外部。密封结构中的气体通道可以是单管、双套管或多层套管。密封材料同上述电池密封。

较佳的，所述蓄电池或蓄电池组的气体通道中的气体与封外汇流连接中的汇流体、连接体彼此是隔离的。

所述蓄电池组中与封外汇流连接相适应的，还可包括一种防止封外汇流连接中汇流点、连接点、汇流体、连接体中任一处与电池内气体、液体、固体中任一种接触的密封，该密封可包括一种封闭汇流体的塑料罩盖，该塑料罩盖罩住和密封汇流体，连接安全阀出口的气体管道则穿过该汇流体罩盖，并露出气体出口，气体管道外壁与汇流体罩盖交接处是密封的，防止气体出口排气时酸性气体进入汇流体罩盖内部腐蚀汇流体。

所述蓄电池组，其特征还可在于，构成所述蓄电池组的单电池的数目大于所述蓄电池组额定电压除以单电池的额定电压后所获结果的绝对值的取整数。取整方法为小数点后四舍五入。

所述蓄电池组中的蓄电池中也可以包含调平电极，以辅助配平蓄电池组内各蓄电池之间的充放电性能的一致性。

所述蓄电池组中可以包含其它物理电源或化学电源，如电容器、氢－镍电池、锂离子电池电池、铅锂电池，Cd-Ni蓄电池、Zn-Ni蓄电池、金属－空气电池、燃料电池等。

本实用新型的铅酸蓄电池及由其构成的铅酸蓄电池组，相比现有的常规铅酸蓄电池和蓄电池组，具有以下优点和有益效果：

1.现行的平面板栅式铅酸蓄电池或管式铅酸蓄电池的正、负极只能在一维空间内进行交替排列、互夹相对。而本实用新型的蓄电池，由于采用了独特的柱条状电极及电极阵列排布结构，使得电池的正极和负极可以在二维空间内进行交替排列、互夹相对，如此大大增加了正极活性物质与负极活性物质的表观对应面积和电化学反应面积，从而极大地提高了电池的反应速率和活性物质利用率。

2.现行的平面板栅式铅酸蓄电池、管式铅酸蓄电池和卷绕式铅酸蓄电池通常采用板框式集流体，这种板框式集流体与活性物质主体的接触只发生在板框及筋条的单侧面上，因此接触面积较小。而本实用新型的蓄电池，其集流体可以使用圆柱式、带孔的圆筒式、树枝状、卷绕式、笼形等结构，这些结构可以显著增大活性物质与集流体的接触面积(例如，侧壁带孔的圆筒式集流体，其内、外两个侧壁与其所插入的活性物质柱条中的活性物质在柱条径向横截面内的两维空间内可以进行360度的接触和360度的辐射式电流收集)，从而可以提高活性物质利用率和电流收集效率。

3.现行的铅酸蓄电池，由于多采用的是板框式集流体，电流传导时通常需要曲折地流到极耳后再流到汇流体，电流的传导路径比较长。而本实用新型的蓄电池，电流基本沿着集流体轴向的方向直接向汇流体输出，这缩短了电流在活性物质内部和集流体上的传导路径长度，从而减少了电流传导过程中的电压降。

4.现行的平面板栅式铅酸蓄电池、管式铅酸蓄电池和卷绕式铅酸蓄电池的集流体由于还具有机械支撑、固定活性物质的作用，因此，集流体中含有对集流作用几乎没有帮助的铅或铅合金板框、横向或近横向的筋条结构，这些结构增加了集流体的重量和体积。而本实用新型是通过轻质的隔板、电极室侧壁、单电池室侧壁以及电极阵列的紧密排布来实现对活性物质的机械支撑和固定，集流体只主要承担集流作用，因此，集流体中无需加入起固定、支撑作用的铅或铅合金板框、横向筋条等结构，从而大幅降低了集流体的重量和体积，显著提高了电池电极的重量和体积比能量。此外，本实用新型的这种机械支撑和固定结构，还有助于抑制电极中活性物质的形变，保障活性物质颗粒之间、活性物质与集流体之间的结合强度和稳定性，避免活性物质软化、脱落，从而可以使铅酸蓄电池的循环使用寿命和大电流放电能力获得明显提升。

5.现行的平面板栅式、管式、卷绕式铅酸蓄电池为了获得大的电极表观反应表面积，通常需要将电极板中的活性物质层制作的尽可能薄，这样用来框住、支撑活性物质的集流体板框、筋条也需要尽可能薄，而越薄的板框、筋条在硫酸电解液以及高氧化电位下的耐腐蚀和抗变形、机械支撑作用越差；其次，由于板框只有一个侧面被活性物质覆盖保护，其它三个侧面(通常板框的横断截面基本上是四边形)是暴露于硫酸溶液中的，因此，集流体很容易被腐蚀；再者，由于板框中活性物质的易活动空间是一维的，如果活性物质在充放电过程中发生膨胀，容易只向垂直板框平面的一维方向凸出并脱离板框集流体，而较难在板框平面内沿着板框平面向板框或筋条方向凸出，如果活性物质在充放电过程中发生收缩，活性物质边缘处就会发生较大的位移，活性物质边缘率先从板框筋条上脱离出来，造成活性物质软化脱落。而本实用新型的蓄电池中，集流体的厚度或直径粗细不受活性物质层的厚度限制，只主要与导电能力和抗腐蚀需要等有关，因此，在增大宏观电极表观反应表面积时，集流体仍可以保持足够的厚度或直径尺寸，以抵抗腐蚀和形变；其次，本实用新型中的集流体一般是插入活性物质中心的，活性物质对集流体有很好的包覆保护作用，这不仅减小了集流体被腐蚀的速率，而且减少了活性物质收缩时与集流体脱离的可能性；再者，本实用新型的活性物质的可活动空间是二维的，活性物质可以在垂直于集流体轴向的平面内(即径向平面)以360度散射状凸出，因而在同样的膨胀形变体积情况下，在集流体径向平面内单一方向上的形变就会显著 较少，凸出并脱离集流体的程度也会显著减小。

6.现有的超级电容器铅酸蓄电池在制备电容器电极时，需要将电池活性物质与电容活性物质同时兼容或单独涂布在一块集流体板框内，由于粘附力、密度差异等问题，操作比较困难；同时，由于电容活性物质不易与板框集流体材料黏附结合，容易因电极形变而失效。而本实用新型在制备电容器电极时，只需将电容器的活性物质取代部分电池活性物质，装入电极室或隔板空腔内，不仅制作方便，电容活性物质靠隔板材料张力、电极室、单电池室、电极阵列的支撑也不易因电极形变而与集流体脱离。

7.现行的铅酸蓄电池或蓄电池组采用的是封内汇流、连接方式，所有汇流点、汇流体、电池间连接点、电池间连接体局部都被置于电极或电池的密封空间内，因此，作为主要原因之一，汇流体、连接体的材料多使用密度大、电导率差但耐硫酸腐蚀的Pb或Pb合金。而本实用新型采用的是封外汇流、连接方式，集流体与汇流体的连接点、汇流体本身、汇流体与汇流体的连接点、电池间的连接点、电池间连接体可以部分或全部置于电极或电池的密封空间之外，这样汇流体、连接体的材料就可以使用相对Pb或Pb合金更轻、电导率更高的材料，例如Al、Cu或其合金(20℃时，Al的电阻率为仅约为Pb的1/8，密度约为Pb的1/4，使用Al作为汇流体，在同样粗细和长度情况下，因电池充放电而在汇流体上损失的电压降比使用Pb作为汇流体时减少700％，汇流体重量和材料成本减少约300％)。汇流体、电池间连接体使用更轻、电导率更高的材料后，集流体、电池之间的连接距离也允许显著扩大，例如，以同样粗细的Al或Cu汇流体替代Pb汇流体，电阻等效时，Al或Cu汇流体的汇流最长距离约是Pb汇流体的8或15倍，这使得电池配组时，可以根据单电池或电池亚组的容量、充放电特性等性能的最大一致性进行汇流连接，而不是现行铅酸蓄电池所普遍采用的根据最短汇流和连接距离进行汇流连接，从而大大提高电池和电池组的循环使用寿命、显著增加电池或电池组的大电流放电能力以及提高比能量等。封外汇流连接方式还有利于防止硫酸溶液对于汇流体、连接体的腐蚀、增强电池或电池组的稳定性和寿命。此外，具有无酸环境、可使用高电导率材料和允许长距离汇流或连接的封外汇流连接方式也有助于铅酸蓄电池的智能管理，增加电池管理芯片对单电极、单电池进行独立的分析、诊断能力，提高对蓄电池性能的分析和控制深度、预测准确性，与提高铅酸蓄电池组配组一致性的调平电极、调平电池、调平电容、调平电阻等调平单元以及电池管理芯片相结合，可以显著提高蓄电池组中各电池间或电池亚组间的充放电性能的一致性，进一步提高电池组运行过程中的安全性、稳定性和寿命。

8.实际生产和使用中，往往是以蓄电池组的形式进行的，铅酸蓄电池组内各单电池之间必然会存在容量、充放电特性等性能的差异，这种差异会影响整个蓄电池组的容量和使用寿命。本实用新型设计在蓄电池组内增加调平电池或/和调平电容，或在组内单电池中增加调平电极，可以保障蓄电池组内各电池间、电池亚组间或单电池内正、负极之间的性能一致性，延长电池、电池组的使用寿命。

9.所述铅酸蓄电池组内所含铅酸蓄电池的数量大于所述铅酸蓄电池组的额定电压除以单个铅酸蓄电池的额定电压所得结果的绝对值的取整数。其优点是：1)从生产实际可知，单电池之间的一致性程度随着单电池的规模变大而变差，因此，铅酸蓄电池组用多个小尺寸规模的单电池来等效代替较大规模的单电池，有利于提高单电池之间的一致性，从而增加铅酸蓄电池组配组时的一致性程度，并进而提高电池组的循环使用寿命；2)铅酸蓄电池组在单电池数目上的优化选择，可以保证蓄电池组的配组一致性调平能力，即可以为电池组的一致性配组任务提供足够选择的单电池或电池亚组，以产生相当充分的配组方案个数， 然后权衡一致性、复杂度、成本、可行性，选择相对优化的配组和汇流和连接方案，进行汇流和连接形成一致性程度高的电池组，从而提高电池组的循环使有寿命。并可以在使用一段时间后，重新配组再使用，进一步延长电池组的使用寿命；3)可以较好的减缓现行单一串联形成的蓄电池组中个别单电池性能恶化或使用寿命终止而导致的整个蓄电池组无法继续使用的现象。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的铅酸蓄电池立体结构解剖示意图。

图2是本实用新型实施例1的铅酸蓄电池其方柱式电极柱条径向横截面形状及阵列结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的铅酸蓄电池的汇流结构示意图。

图4是本实用新型实施例1的铅酸蓄电池的汇流连接电路结构示意图。

图5是本实用新型实施例2的铅酸蓄电池的电极柱条径向横截面形状及阵列结构示意图。

图6是本实用新型实施例2的铅酸蓄电池的负极集流体的形状结构示意图。

图7是本实用新型实施例3的铅酸蓄电池的电极柱条径向横截面形状及阵列结构示意图。

图8是图7的局部放大图。

图9是本实用新型实施例3的铅酸蓄电池的除第一级正极集流体以外的集流体的形状结构示意图。

图10是本实用新型实施例4的超级电容器铅酸蓄电池的电池电极及电容电极柱条径向横截面形状及阵列结构示意图。

图11是本实用新型实施例5的超级电容器铅酸蓄电池的电池电极及电容电极柱条径向横截面形状及阵列结构示意图。

图12是本实用新型实施例6的超级电容器铅酸蓄电池的电极结构示意图。

图13是本实用新型实施例7的带有电极室的平板式铅酸蓄电池的电极柱条、电极室的径向横截面形状和阵列结构示意图。

图14是本实用新型实施例7的平板式铅酸蓄电池的封闭式封外汇流结构示意图。

图15～20是本实用新型其他实施方式中的电极柱条形状及阵列结构示意图。

图21～22是本实用新型其他实施方式中的电极室的形状及阵例结构示意图。

图23是本实用新型其它实施方式中集流体与活性物质表面接触结合方式的结构示意图。

图24～29是本实用新型其他实施方式中的集流体的六种物理形状结构示意图。

图30是本实用新型其他实施方式中采用的封闭式封外汇流结构示意图。

图31是本实用新型其他实施方式中采用的暴露式封外汇流结构示意图。

图32是本实用新型实施例9的铅酸蓄电池组的立体解剖结构示意图。

图33是本实用新型实施例9的铅酸蓄电池组中的单电池的径向横截面形状及阵列结构示意图。

图34是本实用新型实施例9的铅酸蓄电池组的整体密封及封闭式封外汇流连接方式示意图。

图35是本实用新型实施例9的三层汇流连接结构示意图。其中，前三张图为每一层内的汇流连接结构(L1为第一层，L2为第二层，L3为第三层)，最后一张图为三层叠加后的汇流连接结构。

图36是本实用新型实施例12的铅酸蓄电池组的径向横截面形状及单电池排布阵列结构示意图。

图37是本实用新型其他实施方式中，铅酸蓄电池组的暴露式封外汇流连接方式示意图。

图38是本实用新型其他实施方式中，铅酸蓄电池组的另一种封闭式封外汇流连接方式示意图。

图中附图标记说明如下：

1：正极集流体

2：正极活性物质

3：负极集流体

4：负极活性物质

5：隔板

6：电池外壳

7：电极室侧壁

8：电极室侧壁上的通孔

10：电容负极活性物质

22：电极整体密封

25：正极汇流体

26：负极汇流体

29：密封用电池盖

30：交接密封

31：安全阀门气体出口

34：单电池侧壁

35：电池组外壳

47：圆柱式单电池

48～52：环绕套筒状单电池

53：单电池室绝缘密封壁墙

54：单电池的独立密封

55：单电池间的整体密封

56：可通气的阻挡材料(可阻挡固体、吸纳液体)

59：单电池间连接正极的连接体

60：单电池间连接负极的连接体

具体实施方式

为对本实用新型的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的铅酸蓄电池，其立体解剖结构如图1所示，电极柱条径向横截面的形状及其阵列如图2所示，除电池的边缘处外，每根正极活性物质2柱条周围邻靠着4根负极活性物质4柱条，同时每根负极活性物质4柱条周围邻靠着4根正极活性物质2柱条。正极活性物质2柱条和负极活性物质4柱条的物理形状为四棱柱，高均为68mm，柱条径向横截面分别为4mm×4.3mm和4mm×3.7mm的长方形；单根电极的正极 活性物质2的质量为4.6g，负极活性物质4的质量为4g。正极集流体1和负极集流体3的物理形状也为四棱柱，高均为80mm，径向横截面分别为1.2mm×1.3mm和1.2mm×1.3mm的长方形，集流体材料均为铅合金Pb-Ca-Sn-Al。正极集流体1插入正极活性物质2中间，负极集流体3插入负极活性物质4中间，正、负极活性物质之间隔有隔板5，以防正、负极之间电流短路(但允许电解液自由扩散和离子迁移)，同时也对电极活性物质起到固定、支撑的作用。隔板5的材料为涤纶，厚度为1mm。在由隔板5所形成的各电极室内活性物质的顶端设置有能防止固体和液体泄露但可以通气的超细玻璃纤维密封材料，以防止隔板腔内的活性物质溢出并吸附电解液。该超级玻璃纤维密封材料下面与活性物质接触，上面则与设有安全阀的塑料密封盖相接触，即密封采用带有安全阀的整体密封方式。电极阵列中，正极阵列与负极阵列花样相同，均为正方形。

该铅酸蓄电池的汇流采用如图3所示的同一平面内封外汇流的方式，即每一根正极集流体1或负极集流体3的汇流端均露在电池电极所处密封空间的外部，并与该电池密封空间外部、位于整体密封材料即电池电极密封盖的外表面上的正极汇流体25或负极汇流体26进行导电性焊接，每个集流体穿过电池电极密封盖时与该密封盖的交接处设有交接密封30，以防止电池电极密封空间的气体、液体、固体从此交接处流出、泄漏而腐蚀、污染汇流体。电池的汇流体采用金属铝(Al)材料，其汇流连接方式如图3、4所示，在同一层面进行汇流连接。所使用的Al导线横截面积为10mm²，其外表面包有绝缘层。

本实施例的铅酸蓄电池还包括有封闭汇流体的塑料罩盖(图中未画出)和带有双套管的安全阀门气体出口31。塑料罩盖罩住和密封汇流体，安全阀门气体出口31的双套管穿过该汇流体罩盖，露出气体出口。双套管与塑料罩盖交接处是交接密封的，以防止气体出口排气时酸性气体进入汇流体塑料罩盖内部腐蚀汇流体。双套管安全阀门出气口上盖有胶皮帽，胶皮帽之上由一塑料薄板压住和固定，防止皮帽脱落，并辅助电池在达到设定的内部气压下排气泄压。电池的电解液为密度1.28g/cm³(25℃)的硫酸水溶液。

本实施例的铅酸蓄电池的正负电极数为12根×12根，还可以相同规格的电极和隔板，将正负电极数扩大成24根×24根、48根×48根等，获得容量分别增大至2倍、4倍等的电池，以此类推。

与现行平面板栅式铅酸蓄电池相比(现行平面板栅式铅酸蓄电池的正极板栅包括极耳在内的的高度为80mm，厚度为2mm，宽度为40mm，每片板栅有3×9＝27个小格；负极板栅包括极耳在内的高度为80mm，厚度为1.3mm，宽度为40mm。汇流体材料为Pb-Ca-Sn-Al合金)，当正、负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体的材料相同时，本实施例的铅酸蓄电池可以使电池正极活性物质与集流体的相对质量比例提高110％，负极活性物质与集流体的相对质量比例提高90％，电池的重量比能量为42－56Wh/kg(2h率，25℃),提高20-60％，体积比能量为80－110Wh/L(2h率，25℃)，提高19－58％，循环使用寿命为450－600次(80％DOD，25℃)，增加30-70％，3C放电能力提高150-300％。

实施例2

本实施例的铅酸蓄电池，其电极柱条径向横截面形状及阵列如图5所示。其中，正极活性物质2柱条的物理形状为正圆柱，高165mm，横截面形状为圆形，直径5mm，单根正极活性物质2的质量为11.7g。正极活性物质2圆柱外侧面与厚度为1mm的圆筒状隔板5相接触，隔板5的外侧面与电极室侧壁7相接触。电极室的物理形状有圆筒状和直曲壁面六棱筒形两种形状，圆筒状电极室内盛装正电极和隔板5，直曲壁 面六棱筒形电极室内盛装负电极，电极室壁厚为0.5mm。负极活性物质4柱条为直曲壁面六棱柱，横截面形状为曲直边六边形，面积0.17cm²，高165mm，单根负极活性物质4的质量为10.2g。每根正极活性物质2柱条周围邻靠6根负极活性物质4柱条，同时每根负极活性物质4柱条周围邻靠3根正极活性物质2柱条。靠近电池外壳6处，由于要适应电池壳，因此电极形状和电极阵列排布方式呈不完整排布，电极形状按照阵列中正、负极的同样质量比例进行缩小或变形，以使正、负极匹配。该电极阵列中，正极阵列花样为三角形；负极阵列花样为正六边形。

正极集流体1的物理形状也为正圆柱，高175mm，径向横截面为圆形，直径2mm，单根正极集流体1的总重为6.2g。负极集流体3为带有径向分枝的树状圆柱体，如图6所示，该负极集流体3竖直主干高180mm，上粗下细，最顶端圆直径为1.8mm，最下端圆直径为1.6mm，并带有树突分支，单根负极集流体3的总重为6.75g。正极集流体1、负极集流体3的材料均为Pb-Sb合金，正、负极集流体均各自插入正、负极活性物质中间。

本实施例的铅酸蓄电池电极的密封结构基本相同于实施例1。电池隔板5以及电极室内所形成的各活性物质填充好后，在填充好的活性物质顶端设置有阻挡固体和液体但是可以通气的超细玻璃纤维密封材料，以防止电极室内的活性物质和电解液溢出。该超级玻璃纤维密封材料下面与活性物质接触，上面则与设有安全阀的塑料密封盖相接触，即采用带有安全阀的整体密封方式，该塑料密封盖的安全阀的出气管具有双套管结构，以防止电池内部出气对汇流体的腐蚀。

本实施例的铅酸蓄电池电极的汇流为封外汇流方式，即每一根正极集流体1或负极集流体3的汇流端均露在电池电极密封空间的外部，并与电池密封空间外部、位于整体密封材料即电池电极塑料密封盖的外表面上的正极汇流体或负极汇流体进行导电性焊接，使得所有的汇流点处于电极所处的密封空间外。电池的汇流体采用分布有通孔的金属Cu板，正负极汇流连接分别在两层互相平行的平面内进行汇流连接，第一层平面内连接的是所有正电极集流体1、第二层平面内连接的是所有负电极集流体3，负电极集流体3的上端竖直穿过水平安置的正电极汇流铜板的通孔后与负极的汇流铜板导电连接，负电极集流体3穿过正电极汇流铜板通孔时与正电极汇流铜板绝缘。所形成的第二层平面内的汇流体在第一层平面的汇流体之上，两层汇流体之间由绝缘塑料体进行绝缘分离并固定。所使用的Cu板厚度为1mm。每层汇流层的集流体与电池电极塑料密封盖的交接处进行类同于实施例1中的交接密封，使得电解液、气体、固体不会从电极密封空间中泄露出来。

此外，本实施例的铅酸蓄电池还包括有保护两层汇流体的塑料罩盖。塑料罩盖罩住并密封住两层汇流体，前述安全阀门气体出口的双套管穿过该塑料罩盖，并露出气体出口。安全阀门气体出口的双套管与塑料罩盖交接处也作交接密封，防止气体出口排气时酸性气体进入汇流体塑料罩盖内部腐蚀汇流体。气体出口双套管出气口上盖有皮帽，皮帽由一塑料板压住和固定，以防止皮帽脱落，并辅助电池在达到设定的内部气压时排气泄压。电池的电解液为密度1.28g/cm³(25℃)的硫酸水溶液。

本实施例的铅酸蓄电池还可以相同规格的电极和隔板等，扩大正负电极数量规模，获得更大容量的电池。

当正负极活性物质配方和总质量相同、隔板材料和厚度、集流体材料相同时，与现行管式铅酸蓄电池相比，本实施例的铅酸蓄电池可以使电池正、负极活性物质利用率提高30－80％(5h率，25℃)，电池重 量比能量为40-54Wh/kg(5h率，25℃)，提高35-80％，体积比能量为85－120Wh/L(5h率，25℃)，增加30-85％，循环使用寿命为450－720次(100％DOD，25℃)，增加30-105％，3C放电能力提高200-300％。

实施例3

本实施例的铅酸蓄电池为环绕套筒式铅酸蓄电池，其电极柱条径向横截面形状及阵列如图7、8所示。每根正极活性物质2柱条两侧邻靠2根负极活性物质4柱条，同时每根负极活性物质4柱条两侧邻靠2根正极活性物质2柱条。正极活性物质2柱条、负极活性物质4柱条的物理形状均为圆筒柱，径向横截面形状均为圆环形，高度为280mm。正、负极圆筒柱彼此交替的嵌套形成套环式电极结构。正、负极之间隔有隔板5，每层隔板的厚度为1mm，材料为超细玻璃纤维。正、负极集流体材料为含有稀土元素的铅合金，高度为300mm，位于电池中心的第一级正极集流体为圆柱体，径向横截面直径为4mm，其他集流体为带有孔眼的圆筒(如图9所示)。表1中给出了各正极、负极、集流体的相关物理参数。该电极阵列中，正极阵列与负极阵列花样相同，均为套嵌花样。电池的密封和汇流方式同实施例2，汇流在两个平行的平面上进行，汇流体材料为Cu。

与现行卷绕式铅酸蓄电池相比，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料、活性物质层厚度相同时，本实施例的铅酸蓄电池的构造较大提高了空间利用效率，可以使电池的体积比能量为82－95Wh/L(10h率，25℃)增加10-25％(这与本实施例电池去除了卷绕式铅酸蓄电池电极的芯轴，并使原芯轴所处的空间得到充分的利用，以及正圆环套结构克服了卷绕式电池电极外缘与电池外壳之间的空隙有关)，3C放电能力提高30-100％，电池循环寿命为500－670次(80％DOD，25℃)，增加15-50％，同时还可以简化生产工艺及设备，降低生产成本。

表1实施例3的铅酸蓄电池的正负极活性物质、集流体的物理参数

注：电极对的级数编号从电池的中心开始，越向外级数编号越大，电池最中心处的一对正、负电极筒柱构成的电极对为第一级，再向外为第二级，……。

实施例4

本实施例的铅酸蓄电池为超级电容器铅酸蓄电池，其电池结构与实施例2基本相同，不同之处在于两者实施例中正负极的物理位置发生了互换，且互换位置后，本实施例中10％体积的负极电池活性物质4替换为了超级电容器用活性碳材料(即电容负极活性物质10)，且电容活性物质材料采用如图10所示的安置方式(即电容负极较远离电池正极)。

当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料、超级电容器用活性碳材料种类及质量相同时，与现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池相比，本实施例的超级电容器铅酸蓄电池，可以使电池的3C倍率下的大电流放电能力提高31％以上，在相同条件的高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下工作循环寿命提高40-120％。此外，本实施例的这种电池结构有利于降低电容器极板的制作及与电池板兼容的难度，因此其电容器电极的制备工艺难度明显低于现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池。

实施例5

本实施例的铅酸蓄电池为超级电容器铅酸蓄电池，其电极柱条径向横截面的形状及其阵列如图11所示，正极活性物质2柱条和负极活性物质4柱条的物理形状为正六棱柱。本实施例中负极电池活性物质4部分被超级电容器用活性碳材料(即电容负极活性物质10)所替代，且电容活性物质材料采用如图11所示的安置方式(即电容负极独立占据电极空间)。其它电池结构如汇流、密封等与实施例2基本相同。

当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料、超级电容器用活性碳材料种类及质量相同时，与现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池相比，本实施例的超级电容器铅酸蓄电池，可以使电池的3C倍率下的大电流放电能力提高28－70％，在相同条件的高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下工作循环寿命提高70－150％。此外，本实施例的这种电池结构有利于降低电容器极板的制作及与电池板兼容的难度，因此其电容器电极的制备工艺难度明显低于现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池。

实施例6

本实施例的铅酸蓄电池为超级电容器铅酸蓄电池，其电池结构与实施例2基本相同，不同之处在于实 施例2中的10％体积的负极活性物质4在本实施例中被替换为了超级电容器用活性碳材料(即电容负极活性物质10)，且电容活性物质材料采用如图12所示的安置方式，即电池活性物质与电容活性物质以上下排布兼容于同一根电极柱条(在其它实施例中，电池活性物质与电容活性物质的上下位置也可以相互颠倒，也可以电池活性物质与电容活性物质交替排布于一根电极柱条内)。

当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料、超级电容器用活性碳材料种类及质量相同时，与现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池相比，本实施例的超级电容器铅酸蓄电池，可以使电池的3C倍率下的大电流放电能力提高30－69％，在相同条件下的高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下工作循环寿命提高75－160％。此外，本实施例的这种电池结构有利于降低电容器极板的制作及与电池板兼容的难度，因此其电容器电极的制备工艺难度明显低于现行平面板栅式超级电容器铅酸蓄电池。

实施例7

本实施例的铅酸蓄电池为带有电极室的平板式铅酸蓄电池，其电极柱条以及电极室的径向横截面形状和阵列如图13所示。本实施例蓄电池的电极由带有栅格的平板式集流体全部插入平板式的活性物质中构成，活性物质外部表面不存在集流体的边框，集流体的栅格与导电极耳相连，其汇流铸焊前的半成品按照图14所示的封外汇流方式进行汇流连接(图中只画出了正电极集流体的汇流示意)和密封，即电池的正、负电极用带有双套管式出气管的塑料密封盖进行整体密封，使各电极的极耳与集流体栅格的连接处处于电极密封空间内，但极耳与汇流体的连接端露在电极密封空间的外面。平板电极极耳穿过塑料密封盖的交接处的密封以及此后的汇流连接及对汇流体的密封同实施例1。

本实施例的铅酸蓄电池还可以相同规格的电极、隔板和电极室，扩大正负电极数量规模，获得更大容量的电池，并且正负电极数量规模越大，相对性能提高的优势超明显。

本实施例使用Al材料作为汇流体，对平板式铅酸蓄电池进行封外汇连，与进行封内汇流的现行平面板栅式铅酸蓄电池相比，可以明显减少汇流体的腐蚀，并可以使铅酸蓄电池的3C倍率放电能力提高50-110％，重量比能量达49－68Wh/kg(2h率,25℃)，提高40-95％，体积比能量达95－130Wh/L(2h率，25℃)，提高35－90％，循环使用寿命达410－650次(100％DOD，25℃)，增加39-115％。

上述仅列举了本实用新型的铅酸蓄电池的几种实施方式，在其他实施方式中，彼此邻靠的正、负电极柱条的形状和阵列结构还可以是：正、负电极柱条均为尺寸相同的正四棱柱，如图15所示；正电极柱条为圆柱，负电极柱条为曲壁面四棱柱，如图16所示；正、负电极柱条分别为径向横截面尺寸不相同的正三棱柱，如图17所示；正电极柱条为圆柱，负电极柱条为曲壁面六棱柱，如图18所示；正电极柱条为活性物质与卷绕式集流体形成的圆柱，负电极柱条为曲壁面四棱柱，如图19所示。互相嵌套的正、负电极柱条的形状和阵列结构还可以是：正、负电极柱条均为圆柱体，一根负电极柱条内嵌入多根正电极柱条，如图20所示；也可以反之，一根正电极柱条内嵌入多根负电极柱条。电极室还可以是只容纳一个电极(正极)的电极室，电极室处于隔膜腔的内部，如图21所示；也可以反之，隔膜腔处于电极室的内部，或负极活性物质与正极活性物的物理位置互换；电极室还可以是各个电极室彼此联接成为一个整体的结构，有利于借助整体强度增强对电极的固定和支撑以及有利于电池的整体装配，如图22所示。集流体与活性物 质的接触结合方式除了插入活性物质中之外，还可以处于活性物质的表面与活性物质接触，这尤其适用于正负极彼此嵌套结构的电池，如图23所示。电容的活性物质还可以是电容正极活性物质，与电池正极活性物质共处于同一根电极柱条中或分处于不同的电极柱条中。集流体的物理形状还可以设计为网片状、圆柱状、发射状、螺旋状、立体栅格、卷绕式等形状，如图24-29所示。封外汇流除图14所示的封闭式封外汇流结构外，还可以采用如图30所示的另一种封闭式封外汇流结构，或图31所示的暴露式封外汇流结构。

实施例8

本实施例的可调平的铅酸蓄电池，额定容量为20Ah(5h率，25℃)，额定电压为2V，其电池的构成方式与本实用新型实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例电池中增加了5对较大容量的正、负调平电极对和5对较小容量的正、负调平电极对，每对较大容量的调平电极对其容量为电池额定容量的1％，每对较小容量的调平电极对其容量为电池额定容量的1/1000。

制备含6只本实施例电池的电池组：每只本实施例电池的所有调平电极先不进行汇流连接，只是空置，然后对其它正常额定容量的电极(简称额定电极)进行封外汇流连接、加酸后，对所制得的6只电池进行2小时率的放电容量检测，获得6只电池的容量相对于目标容量20.0Ah的标准偏差值范围为2－5％。此时，将每只电池的调平电极对汇流连接入已形成的额定电极的汇流体，操作原则是，调平电极加入汇流连接后，获得的调平后电池容量值同时满足≧20.0Ah且6只电池彼此之间的标准偏差最小。最终可得调平后的6个电池彼此容量标准偏差小于0.5％，6个电池之间的标准偏差减小了近一个数量级，从而大大提高了电池的一致性。本实施例带有调平电极的铅酸蓄电池其构成的电池组可以使铅酸蓄电池组的循环使用寿命达500－850次(100％DOD，25℃)，与现行平面板栅式铅酸蓄电池组相比，增加60－160％。

实施例9

本实施例的铅酸蓄电池组，额定电压为6V，额定容量为6Ah(2h率，25℃)，其立体解剖结构如图32所示，由图32可以看到，其由9只单电池(额定电压2V，额定容量2Ah，2h率，25℃)按照3×3的方阵排布形成，每只单电池包括一根正四方柱形正电极柱条和一根正四方柱筒形的负电极柱条，负电极筒形柱条环套着正电极柱条，两者之间有隔板，单电池的径向横截面形状如图33所示，每只单电池的负极集流体有4个极耳。

该铅酸蓄电池组采用整体密封及封闭式封外汇流连接方式，如图34所示(图中示出了单电池之间并联时各电池正极间的连接情况；在其他实施方式中，封外汇流连接方式还可以采用如图37所示的暴露式封外汇流连接或图38所示的另一种封闭式封外汇流连接方式)，采用带有双套管出气管道(图34中未画出)的塑料密封盖对电池组中的所有单电池进行整体密封，密封盖上有9个双套管出气管道对应于每个单电池所在的位置；单电池的集流体或极耳与汇流体、电池间连接体的连接点置于单电池密封空间之外，集流体穿过电池密封盖与密封盖交接的地方进行交接密封，以防止此处发生漏液、漏气、漏固。对于密封后的电池进行负极极耳的汇流、加酸，并通过密封后露出来的单电池的正极集流体、负极汇流体，进行容量测试，将9只单电池按照容量值、充放电特性以及一致性原则分成三组电池亚组，电池亚组中各单电池之 间进行并联，以使分组后，各组电池亚组之间容量偏差值最小、充放电特性最接近。本实施例每个电池亚组的电压为2V，容量为6Ah。确定好分组后，分三个平面层进行单电池间的连接，如图35所示，其中每层存在3个单电池的正极并联连接和负极的汇流、并联连接，然后再将三层连接体按照使电池亚组间形成串联的方式进行连接形成电池组，从而获得额定电压为6伏、额定容量为6Ah的铅酸蓄电池组。所有处于单电池密封空间外的汇流体、连接体材料为金属铝。完成总电池组的连接后，再对汇流体、连接体进行加塑料盖密封，双套管出气管道穿过密封汇流体、连接体的塑料盖交接处进行交接密封，其气体出口设有安全阀门。由于加酸在连接操作前，因此，在正式连接单电池前，应进行防酸和除酸处理(在其它实施例中，不通过容量检测结果组配电池组，加酸步骤可以在正式连接单电池之后)。

本实施例的铅酸蓄电池组还可以扩大单电池数量规模，获得更大容量或电压的铅酸蓄电池组。

本实施例的铅酸蓄电池组的一致性可以达到0.6％以下的标准误差，与现行平面板栅式铅酸蓄电池组相比，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体的材料相同时，在1-500Ah范围内，本实施例铅酸蓄电池组可以使铅酸蓄电池组的循环使用寿命为390－680次(100％DOD,25℃)增加30～120％，电池组重量比能量为47－71Wh/kg(2h率，25℃),提高35-105％，体积比能量为91－135Wh/L(2h率，25℃),增加30-95％，3C放电能力提高150-305％。

实施例10

本实施例的铅酸蓄电池组，其额定电压为48V，额定容量为24Ah(2h率，25℃)。该电池组由144只额定电压2V、额定容量4Ah(2h率，25℃)的实施例1中的单电池组成，所有单电池按照16×9的长方形矩阵阵列排布构成。

该电池组的密封及汇流连接方式与实施例1及实施例9类似，为带有气体安全阀门的整体密封和封闭式封外汇流连接方式。即，采用带有双套管出气管道的塑料密封盖对电池组中的所有单电池进行整体密封，密封盖上有144个双套管出气管对应于每个单电池所在的位置；单电池的集流体与汇流体相连接点、汇流体、汇流体与电池间连接体的连接点以及电池间的连接体均处于单电池密封空间外，集流体穿过电池密封盖与密封盖交接的地方进行交接密封，以防止此处发生漏液、漏气、漏固；对于密封、汇流后的电池进行加酸，通过密封后露出来的单电池的正负极汇流体，进行各单电池容量测试，将144只单电池根据容检后的容量值、充放电特性和按照一致性原则分成36组一级电池亚组，每组一级电池亚组具有4只彼此串联的单电池，分组方案中，选择使得所有一级电池亚组容量间的标准误差最小、充放电特性最接近的优化方案，进行一级电池亚组内单电池之间的串联连接，形成一级电池内单电池间的串联连接体，每个一级电池亚组的额定电压为8V，额定容量为4Ah；按照一致性原则，将36个一级电池亚组分成6个二级电池亚组，每个二级电池亚组包含有6个彼此并联的一级电池亚组，分组方案中，选择使得所有二级电池亚组容量间的标准误差最小、充放电特性最接近的优化方案，进行二级电池亚组内一级电池亚组之间的并联连接，形成一级电池亚组间的并联连接体，每个二级电池亚组的额定电压为8V，额定容量为24Ah；然后，再将6个二级电池亚组之间进行彼此串联的连接，形成总电池组内二级电池亚组之间的连接体和最后的总电池组。处于单电池密封空间外的汇流体和连接体材料为金属铜。本实施例电池组进行6个平面层面的汇流，即，第一个层面用来实现各个一级电池亚组内的集流体间、电池间的汇流连接，第二个层面用作跳线空间， 以辅助实现第一层面的汇流连接；第三、第四个层面，用来实现一级电池亚组之间的连接以及跳线操作；第五、第六个层面用来实现二级电池亚组之间的连接和跳线操作。第二、三、四、五层空间也同时用来作为各层之间的直通连接操作空间。

本实施例的铅酸蓄电池组经三次配组汇流连接，均按一致性原则操作，可以使最终铅酸蓄电池组的配组一致性达到0.3％以下的标准偏差，可以使铅酸蓄电池组的循环使用寿命达450－750次(100％DOD,25℃)。与现行平面板栅式铅酸蓄电池组相比，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料相同时，寿命增加60％－150％。

实施例11

本实施例的铅酸蓄电池组为独立式超级电容器铅酸蓄电池组，该电池组将实施例10中的每一个一级电池亚组中的一只单电池用一只同样体积和物理形状的双电层超级电容器替代，其他构造与实施例10相同。

本实施例的独立式超级电容器铅酸蓄电池组所使用的双电层超级电容器，其活性物质和电解质溶液的选择不受铅酸蓄电池电化学系统限制，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料相同时，与现行独立式超级电容器平面板栅式铅酸蓄电池组相比，电池亚组配组一致性程度可以提高一个数量级，循环使用寿命增加30-100％，3C倍率的大电流放电能力提高60－150％。本实施例的汇流方式和汇流体材料上的变化，也明显增强了电池与电容整合制造的兼容性，降低了整合难度。

实施例12

本实施例的铅酸蓄电池组，由处于中心位置的一个圆柱式单电池和5个环绕套筒式单电池依次套在一起构成，如图36所示(图中省略了集流体和单电池内部结构的示意)，每个单电池室绝缘密封壁墙的厚度为2mm，材料为高密度聚乙烯，每个单电池的容量为20Ah。6个单电池依次串联连接起来，形成12V、20Ah(10h率,25℃)的铅酸蓄电池组。

本实施例的铅酸蓄电池组的密封和汇流同实施例11，为带有气体安全阀门的整体密封和封外汇流，电池组中的汇流体和连接体使用横截面积为15mm²的Cu导线。

与现行卷绕式铅酸蓄电池组相比，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料相同时，本实施例的电池组的体积比能量可以达到85－112Wh/L(2h率，25℃)，增加15-50％，3C放电能力提高70-200％。

实施例13

本实施例的铅酸蓄电池组的结构以及其中的额定单电池的电压、容量、数目与实施例10相同，不同之处在于，本实施例的电池组中在每个一级电池亚组中增加了10只容量较大的调平单电池和10只容量较小的调平单电池，调平电池的构成方式与额定单电池相同，每只较大容量的调平单电池其容量为额定单电池容量的1％，每只较小容量的调平单电池其容量为额定单电池的1/1000。

本实施例在完成加酸和对所有单电池(包括调平单电池)的容量检测后，根据检测数据结果、按照一 致性程度最优原则，进行一级电池亚组的配组：当不使用调平单电池配组时，可以得到所有一级电池亚组容量的标准偏差值范围为1-5％，再对每个一级电池亚组内的单电池容量进行调节，调节方法为将一级电池亚组内的一个或多个单电池与一个或多个调平单电池进行并联，操作原则是使得各个一级电池亚组容量在调节后均不小于单电池的额定容量(4.0Ah)，并且彼此之间的容量偏差最小，如此，可以使调节后所有一级电池亚组容量的标准偏差减小至0.1％－0.5％。接下来，再进行一级电池亚组之间彼此的连接，以形成二级电池亚组，同样，根据检测数据结果、按照一致性程度最优原则，进行二级电池亚组的配组：当不使用剩余的调平单电池配组时，可以得到所有二级电池亚组容量的标准误差值范围为0.2％－0.6％，再对每个二级电池亚组内的一级电池亚组容量进行调节，调节方法为将二级电池亚组内的一个或多个一级电池亚组与一个或多个调平电池进行并联，操作原则是使得每一个二级电池亚组容量在调节后均不小于二级电池亚组的额定容量(24.0Ah)并且彼此之间的容量偏差最小，如此，可以使调节容量后所有二级电池亚组之间的容量的标准偏差减小至0.1％-0.3％。最后将各个二级电池亚组彼此连接，形成48V、24Ah的铅酸蓄电池组。

与现行平面板栅式铅酸蓄电池组相比，当正负极活性物质配方和总质量、隔板材料和厚度、集流体材料相同时，本实施例的带有调平电池的铅酸蓄电池组配组一致性可提高一个数量级，可使铅酸蓄电池组的循环使用寿命达到500－810次(80％DOD，25℃)，增加50－140％(80％DOD)。

Claims (33)

1.铅酸蓄电池，包括正电极、负电极、电池壳、电流汇流体，其特征在于，所述正电极和负电极的物理形状为柱条状，正电极柱条和负电极柱条相互平行且彼此邻靠或嵌套排布，正电极柱条和负电极柱条之间用隔板相互隔离；正电极柱条和负电极柱条各自包括有活性物质和电流集流体，所述集流体至少有一部分设置在活性物质内部或表面，集流体一端与活性物质导电性接触或结合，另一端与所述汇流体或电池间连接体或电池输出端点中的至少一种导电性连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，正电极、负电极柱条的径向横截面形状包括：单边形、多边形、圆形、椭圆形、螺旋形、环形中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述集流体的物理形状包括：柱状、管筒状、网片、平板式、网柱、笼形、立体栅格、螺旋状、树枝状、发射状、卷绕式、海绵体、泡沫中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述隔板为单片板、单个空腔或者多个空腔通过腔壁或腔底连成的空腔阵列，空腔状隔板的空腔径向横截面形状包括：多边形、圆形、椭圆、螺旋形、卷绕式、环形、多重环形中的一种或多种，各隔板或隔板空腔的排列阵列花样包括：z边形、圆形、椭圆、螺旋形、环或多重环形中的一种或多种；其中，z≥1。

5.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池还包括有电极室，电极室内的电极数目为大于或等于1。

6.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池的集流体与汇流体以及汇流体之间的汇流连接结构为封外汇流连接结构；所述封外汇流连接结构为所有电流汇流连接点和汇流体中至少有一处在电极所处密封空间外。

7.根据权利要求6所述的蓄电池，其特征在于，集流体与汇流体或汇流体之间的汇流连接包括固定连接、活动连接、固定和活动混合连接。

8.根据权利要求6所述的蓄电池，其特征在于，所述封外汇流连接结构中的所有汇流连接点、汇流体分布在一层以上平面上。

9.根据权利要求1或6所述的蓄电池，其特征在于，所述汇流体的材料包括铅、铅合金、铅基复合材料、铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种。

10.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述活性物质为电池活性物质、电容活性物质、电池活性物质和电容活性物质的混合物中的一种。

11.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池还包括有用来辅助调节蓄电池性能的调平电极。

12.根据权利要求11所述的蓄电池，其特征在于，所述调平电极的总容量在所述蓄电池额定容量的10％以内。

13.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述正电极、负电极为平板式电极。

14.根据权利要求1中所述的蓄电池，其特征在于，电池电极排布阵列中所有正极或所有负极形成的阵列其排列花样包括：x边形、圆形、椭圆、螺旋形、环形或多重环形中的一种或多种；其中，x≥1。

15.根据权利要求10中所述的蓄电池，其特征在于，不同种活性物质分别处于不同的电极柱条中。

16.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池的密封结构中的气体通道为单管、双套管或多层套管。

17.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池的气体通道中的气体与汇流体隔离。

18.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述蓄电池还包括有封闭汇流体的塑料罩盖，该塑料罩盖罩住和密封汇流体，连接安全阀出口的气体管道穿过该塑料罩盖，并露出气体出口，气体管道外壁与塑料罩盖交接处密封。

19.根据权利要求2所述的蓄电池，其特征在于，所述多边形的边包括直边、曲边、不规则边中的一种或多种；所述环形包括圆环形、三角形环形、方形环形、六边形环型、椭圆环形中的一种或多种。

20.根据权利要求4所述的蓄电池，其特征在于，所述z边形包括：直边z边形、曲边z边形、不规则边z边形中的一种或多种。

21.根据权利要求14所述的蓄电池，其特征在于，所述x边形包括：直边x边形、曲边x边形、不规则边x边形中的一种或多种。

22.铅酸蓄电池组，其特征在于，包括权利要求1-15中任一项所述的铅酸蓄电池。

23.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，所述蓄电池组中包含有用来辅助调节该蓄电池组性能的调平电池、调平电容中的一种或两种。

24.根据权利要求23所述的蓄电池组，其特征在于，调平电池、调平电容的总体容量为所在电池组或电池亚组总体容量的10％以下。

25.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，所述蓄电池组中至少有一个蓄电池中包含有用来辅助调节蓄电池组性能的调平电极。

26.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，构成所述铅酸蓄电池组的集流体与汇流体之间、汇流体之间、电池间的连接体与汇流体之间、电池间的连接体与集流体之间、电池之间的汇流连接结构为封外汇流连接结构；所述封外汇流连接结构为所有汇流连接点、汇流体、电池间连接点至少有一处在电极所处密封空间外。

27.根据权利要求26所述的蓄电池组，汇流体或电池间连接体的材料包括：铅、铅合金、铅基复合材料、铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种。

28.根据权利要求26所述的蓄电池组，其特征在于，汇流连接包括固定连接、活动连接或固定和活动混合连接；所述封外汇流连接结构中所有汇流连接点、汇流体、电池间连接点、电池间连接体分布在一层以上平面上。

29.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，所述蓄电池组的密封结构中的气体通道为单管、双套管或多层套管。

30.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，所述蓄电池组的气体通道中的气体与汇流体隔离。

31.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，所述蓄电池组还包括封闭汇流体的塑料罩盖，该塑料罩盖罩住和密封汇流体，连接安全阀出口的气体管道穿过该塑料罩盖，并露出气体出口，气体管道外壁与塑料罩盖交接处密封。

32.根据权利要求22所述的蓄电池组，其特征在于，构成所述蓄电池组的单电池的数目大于所述蓄电池组额定电压除以单电池的额定电压后所获结果的绝对值的取整数，取整方法为小数点后四舍五入。

33.根据权利要求32所述的蓄电池组，其特征在于，构成所述蓄电池组的单电池的数目大于或等于所述蓄电池组额定电压除以单电池的额定电压后所获结果的绝对值的取整数加上2之后的和。