CN210744084U - 用于水平铅酸电池的复合隔离件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述隔离件为由弹性母体与包裹在所述弹性母体内部的嵌件组成的条形结构，所述条形结构的高度与水平铅酸电池极板之间的间距相当，所述条形结构的上端和/或下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽；所述弹性母体为弹性模量在5‑50MPa的弹性材料，所述嵌件为弹性模量≥200MPa的耐酸刚性材料。本实用新型的嵌件提供刚度，防止组装压缩时嵌件变形失稳；弹性母体和填充于容胶凹槽中的密封胶可以使铅丝无损通过，隔离不同单元格之间气体和液体，实现水平铅酸电池单元格之间的高效密封，有效提高水平铅酸电池的综合性能。

Description

用于水平铅酸电池的复合隔离件

【技术领域】

本实用新型涉及蓄电池领域，尤其涉及一种用于水平铅酸电池的复合隔离件。

【背景技术】

铅酸电池始于1859年Gaston Plante关于Pb电极在10wt％的硫酸溶液中充放电的研究。1881年，Camille Faure将红铅、硫酸和水混合而成的铅膏涂布于铅板作为电极，Ernest Volckmar将铅板变更为铅板栅。这两项技术缓解了铅酸电池正负极铅膏软化脱落，有效地提高了铅酸电池的容量。铅酸电池结构由此基本成型并走向成熟。经过150余年的研究和改进，铅酸电池在极板、添加剂、隔板材料以及制造工艺等方向都得到了革新。目前，铅酸电池产量和储电量仍然雄踞化学电源之首，正在为人类社会的发展和进步做出巨大的贡献。因其具有稳定可靠、无记忆效应、价格低廉、可做成单体大容量电池等优点，铅酸电池已被广泛用作汽车启动电源、不间断电源、从电动自行车到柴油潜艇的动力电源和储能电源等等。

传统铅酸电池的基本结构是由涂有铅膏的板栅形成正负极板，正负极板之间用隔膜分隔，正负极板焊接到相应的汇流排后通过极柱将电池电流与外部连接，电池盖将电池密封，防止电解液流出。传统铅酸电池的极板采用垂直的方式放置，使用过程中会出现电解液层化现象，即电解液浓度差的极化现象，这是电池容量下降及寿命缩短的主要原因之一。

为了解决以上问题，人们开发出了一种水平铅酸电池：极板为准双极结构，即在板栅的一边涂覆正极活性物为正极板，另一边涂覆负极活性物为负极板；双极板间用隔膜隔开，按照一定的位置水平交错叠放(如图1所示)，然后安装压力框架固定，形成电池模块装入电池槽中，经铸焊后进行密封，然后经过灌酸、化成，最终制成水平电池，如美国Electrosource公司1993年申请的专利US5409787与1998年申请的专利 US6074774所记载的内容。

然而，这种水平铅酸电池虽然解决了电解质层化现象，且内阻小、轻量化，单元格之间的串联由连接双极板的铅丝直接实现，无需焊接(传统单元格串联，先将上一单元的焊接成一体的正极引出端与下一单元的焊接成一体的负极引出端再通过焊接的方式成为一体，实现相邻单元格的串联)，但是却存在另一个与生俱来的致命缺陷：不同单元格之间极易发生窜液或窜气(窜液指不同单格电池间电解液连通，造成单格间短路；窜气指某一单格的气体，尤指正极氧气，本应在负极与海绵铅化合成氧化铅，然后氧化铅与硫酸反应生成硫酸铅，硫酸铅再充电还原成铅，从而避免了该单格水的丧失，但如果单格间没有完全密封，则该单格产生的氧气则会窜到相邻单格，从而造成该单格的失水，同时，也引起相邻单格负极放电)，导致电池自放电增大、铅丝腐蚀加剧、成组一致性差，极大地影响电池的使用寿命，这也是限制水平铅酸电池应用的首要因素。

抑制水平铅酸电池单元格之间的窜液或窜气的根本方法是解决单元格之间的密封问题，而在单元格之间设置隔离件(或者叫密封件、分隔件、隔绝物)是可行性较高的方案。CN104160526A在实施例中公开了一种矩形电化学存储设备，通过衬垫+垫片+灌封化合物形成离子绝缘的物理屏障；CN103208633A公开了一种水平电池，设有阻隔电池极群间电解液流通的分隔件，所述分隔件为设置在层叠的正极板和负极板之间的连接塑料框，连接塑料框与塑料板栅边框通过超声波焊接融化在一起；CN107305966A公开了一种模块化多单元格电池，各单元格之间通过一隔绝物质进行隔绝，压力框架的侧面和底面的各单元分界处设置有开孔或者凹槽，用于注入所述隔绝物质形成密封； CN107026287A公开了一种铅酸水平电池的制作方法，通过隔壁、密封件、填充剂的配合进行密封，其多个密封件的填充空上下依次连通形成填充通道。

虽然上述几个专利都提出了在单元格(相当于电池极群)之间设置隔离件的技术方案，但是，由于双极板之间的铅丝细而密集，再加上现有组装过程要求，既要无损通过又要实现密封非常困难，而通过缺口设计再灌装填充剂的方案在操作上非常难控制，填充剂会通过孔洞或缺口向各个方向流动，无法控制其仅在竖直方向形成理想的隔绝屏障，即使过量填充也无法实现。因此，隔离件虽然只是一个配件，却是水平铅酸电池实现工业化生产和应用的关键因素之一，亟需开发组装方便、无损铅丝、具有耐腐蚀性、易于完全密封实现气体和液体隔离的适用于水平铅酸电池的隔离件。

基于以上出发点，我们开发出了几种隔离件结构，如CN201821685672.0、CN201821686118.4公开的内容。然而，水平铅酸电池在组装过程中需要较大的装配压力，上述几种隔离件结构容易变形失稳，不能完全密封，最终导致失效。因此，仍需要进一步改进。

【发明内容】

本实用新型提供一种用于水平铅酸电池的复合隔离件，具有足够的弹性和刚度，既能供铅丝无损通过，也能提高稳定性，实现水平铅酸电池单元格之间的高效密封。

本实用新型的技术解决方案如下：

用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述隔离件为由弹性母体与包裹在所述弹性母体内部的嵌件组成的条形结构，所述条形结构的高度与水平铅酸电池极板之间的间距相当，所述条形结构的上端和/或下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽；所述弹性母体为弹性模量在5-50MPa的弹性材料，所述嵌件为弹性模量≥ 200MPa的耐酸刚性材料。嵌件提供刚度，防止组装压缩时嵌件变形失稳；弹性母体和填充于容胶凹槽中的密封胶可以使铅丝无损通过，隔离不同单元格之间气体和液体，实现水平铅酸电池单元格之间的高效密封，有效提高水平铅酸电池的综合性能。

进一步的，上述嵌件为横截面为多边形、圆形、“工”形或者“U”形的刚性结构。

进一步的，上述嵌件为沿长度方向为不可分离整体的刚性结构，最简单的即为一整条平板。

进一步的，上述弹性母体的上端和/或下端在所述容胶凹槽的两侧均设置有若干深度浅于容胶凹槽的密封槽。深槽、浅槽相配合，在胶条层叠后，可形成多个封闭的密封槽，更好地防止注胶时胶从存胶槽侧面泄漏。

进一步的，上述弹性母体的上端和下端在所述容胶凹槽的两侧均设置有第一密封槽和第二密封槽，第二密封槽的深度＜第一密封槽的深度＜容胶凹槽的深度，第二密封槽的宽度＜第一密封槽的宽度＜容胶凹槽的宽度，即深度从中间向两侧越来越浅、宽度从中间向两侧越来越窄，满足液态密封胶从中间向两侧流动的规律，设计合理，密封效果好。

进一步的，上述弹性母体为硅橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶中的一种或几种，所述嵌件为工程塑料(ABS、PP、PE、聚四氟乙烯、SPS等)、电木、玻璃钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金、碳纤维中的一种或几种。

进一步的，上述弹性母体与所述嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，即：弹性母体与嵌件都设置有注胶通孔，以实现液态密封胶沿竖直方向流动，这些注胶通孔相对于底板位于同一X、Y位置。

一种水平铅酸电池，其特征在于，包括以上复合隔离件。

进一步的，上述水平铅酸电池的外壳的底板、侧板、顶盖的内表面与所述隔离件对应的位置均设置有隔离件定位槽，所述弹性母体与所述嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，所述隔离件的侧壁与所述电池外壳的侧壁之间设置有供密封胶流动的存胶腔槽，固化处理后的所述注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽均填满密封胶。

上述水平铅酸电池的组装方法，包括如下步骤：先将隔离件、隔膜、电池极板按照固定的顺序层叠组装于电池外壳内，压装顶盖自锁，通过注胶通孔注入密封胶使之填满所有注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽，固化，完成组装。

注胶时，密封胶由底部的注胶通孔注入，向上涌起，到达第一层容胶凹槽时，密封胶向容胶凹槽及其两侧扩散，溢出的密封胶填满存胶腔槽，当第一层容胶凹槽充满后，密封胶涌向第二层，并注满第二层容胶凹槽，以此类推，直至密封胶充满所有隔离件的容胶凹槽和存胶腔槽，密封胶固化后将所有隔离件及夹在隔离件中间的铅丝连接成一体。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的复合隔离件可以组合成隔离水平铅酸电池单元格的隔离墙，提供基本密封的物理屏障，弹性母体可使极板的铅丝从结合处无损通过，而刚性嵌件提供足够的强度，在水平铅酸电池较大的组装压力下，也不会变形失稳，实现水平铅酸电池单元格之间的高效密封和高效装配，有效地解决了水平铅酸电池单元格之间的窜液或窜气问题，减小了水平铅酸电池的自放电，降低了铅丝的腐蚀，提高了电池芯成组一致性，极大地提高电池的使用性能和循环寿命；在弹性母体的上端和下端设置容胶凹槽，在组装过程中通过注胶通孔注入液态密封胶，利用其流动性和粘接性填充预留的和潜在的空隙，固化后实现密封和粘接；本实用新型设计合理，加工工艺优化，可操作性高，加工成本低，具有良好的抗震抗压性能和抗腐蚀性能，有利于水平铅酸电池实现商业化生产和应用。

【附图说明】

图1为传统水平铅酸电池的电池芯示意图，其中，1为正极板，2为负极板，3为隔膜，4为单元格，5为铅丝；

图2为实施例一的复合隔离件的侧面示意图，其中，107为弹性母体，108为嵌件，109为容胶凹槽，110为第一密封槽，111为第二密封槽；

图3为实施例一的复合隔离件的俯视图，其中，112为注胶通孔；

图4为十个实施例一的复合隔离件组装成隔离屏障的理想的示意图，其中，106位复合隔离件；

图5为实施例二的复合隔离件的侧面示意图，其中，207为弹性母体，208为嵌件，209为容胶凹槽，210为第一密封槽；

图6为实施例三的复合隔离件的侧面示意图，其中，307为弹性母体，308为嵌件，309为容胶凹槽，310为第一密封槽，311为第二密封槽；

图7为实施例四的复合隔离件的侧面示意图，其中，407为弹性母体，408为嵌件，409为容胶凹槽，410为第一密封槽，411为第二密封槽；

【具体实施方式】

下面用具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不仅局限于以下具体实施例。本实用新型中的方向描述是以极板所在平面为水平面，以电池底壳所在平面为基准面，所述的纵向、横向、竖向分别对应于某一立体结构的长、宽、高方向；本文所述的铅丝也可以为合金铅丝等效果等同于铅丝的导线。

现有技术中的传统水平铅酸电池的电池芯示意图如图1所示，即在板栅的一边涂覆正极活性物为正极板1，另一边涂覆负极活性物为负极板2；正极板1和负极板2用隔膜3隔开，按照一定的位置水平交错叠放；板栅裸露的导线即为铅丝5，起到传输电流的作用；图1为三组电池极群，相当于三个电池单元格4；电池芯首末两端为正端子极板和负端子极板，正端子极板仅有一边涂有正极活性物质，另一边作为电池芯的正极输出端，而负端子极板仅有一边涂有负极活性物质，另一边作为电池芯的负极输出端。

以下所提供的实施例并非用以限制本实用新型所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本实用新型做显而易见的改进，亦落入本实用新型要求的保护范围之内。

用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述隔离件为由弹性母体与包裹在所述弹性母体内部的嵌件组成的条形结构，所述条形结构的高度与水平铅酸电池极板之间的间距相当，所述条形结构的上端和/或下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽；所述弹性母体为弹性模量在5-50MPa的弹性材料，所述嵌件为工程塑料(ABS、 PP、PE、聚四氟乙烯、SPS等)、电木、玻璃钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金、碳纤维等弹性模量100MPa以上的耐酸的刚性材料。嵌件提供刚度，防止组装压缩时嵌件变形失稳；弹性母体和填充于容胶凹槽中的密封胶可以使铅丝无损通过，隔离不同单元格之间气体和液体，实现水平铅酸电池单元格之间的高效密封，有效提高水平铅酸电池的综合性能。

嵌件可采用多种形状，如横截面为矩形、正方形、圆形、“工”形或者“U”形的刚性结构，可以是沿长度方向为不可分离的整体，也可以是相互配合形成整体的多个结构。

弹性母体与嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，形成复合隔离件上的注胶通孔，以实现液态密封胶沿竖直方向流动，大大方便组装，这些注胶通孔相对于底板位于同一X、Y位置。

弹性母体的上端和/或下端在所述容胶凹槽的两侧均设置有若干深度浅于容胶凹槽的密封槽，可以单端设置，也可以双端设置。深槽、浅槽相配合，在胶条层叠后，可形成多个封闭的密封槽，更好地防止注胶时胶从存胶槽侧面泄漏。

一种水平铅酸电池，其特征在于，包括以上复合隔离件。电池外壳的底板、侧板、顶盖的内表面与所述隔离件对应的位置均设置有隔离件定位槽，所述弹性母体与所述嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，所述隔离件的侧壁与所述电池外壳的侧壁之间设置有供密封胶流动的存胶腔槽，固化处理后的所述注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽均填满密封胶。

上述水平铅酸电池的组装方法，包括如下步骤：先将隔离件、隔膜、电池极板按照固定的顺序层叠组装于电池外壳内，通过注胶通孔注入密封胶使之填满所有注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽，固化，压装顶盖自锁，完成组装。

注胶时，密封胶由底部的注胶通孔注入，向上涌起，到达第一层容胶凹槽时，密封胶向容胶凹槽及其两侧扩散，溢出的密封胶填满存胶腔槽，当第一层容胶凹槽充满后，密封胶涌向第二层，并注满第二层容胶凹槽，以此类推，直至密封胶充满所有隔离件的容胶凹槽和存胶腔槽，密封胶固化后将所有隔离件及夹在隔离件中间的铅丝连接成一体。

实施例一

用于水平铅酸电池的复合隔离件106，如图2-4所示，由弹性母体107与包裹在所述弹性母体107内部的嵌件108组成的条形结构，所述条形结构的高度等于水平铅酸电池极板之间的间距，铅丝可以从两个相邻的复合隔离件106之间无损穿过。其中，弹性母体107采用弹性模量约25Mpa的硅橡胶制成，嵌件采用耐酸不锈钢刚性材料制成，为横截面为矩形的板状一体结构。

条形结构的上端和下端均设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽109，在容胶凹槽109的两侧均设置有第一密封槽110和第二密封槽111，第二密封槽111的深度＜第一密封槽110的深度＜容胶凹槽109的深度，第二密封槽111的宽度＜第一密封槽 110的宽度＜容胶凹槽109的宽度，图4为十个复合隔离件106组装成隔离屏障的理想的示意图，实质上在一定的组装压力下，彼此接触的弹性母体107会发生一定的变形。

弹性母体107与嵌件108在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔112，即：复合隔离件106设置有竖向连接的注胶通孔112，用于供液态密封胶流动。

一种水平铅酸电池，其特征在于，电池单元格两侧由若干复合隔离件106结合密封胶组合形成供铅丝通过又可以有效解决窜液窜气的隔离屏障。

上述水平铅酸电池的组装方法包括如下步骤：先将复合隔离件106、隔膜、电池极板按照固定的顺序层叠组装于电池外壳内，压装顶盖自锁通过注胶通孔112注胶使之填满所有注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽，固化；注胶时，密封胶由隔离件底部注胶通孔注入，向上涌起，到达第一层容胶凹槽时，密封胶向容胶凹槽及其两侧扩散，当第一层容胶凹槽充满后，密封胶涌向第二层，并注满第二层容胶凹槽，以此类推，直至密封胶充满所有隔离件的容胶凹槽；固化，密封胶将所有隔离件及夹在隔离件中间的铅丝连接成一体，形成隔离屏障，完成组装。

实施例二

用于水平铅酸电池的复合隔离件，其侧面示意图如图5所示，由弹性母体207与包裹在所述弹性母体207内部的嵌件208组成的条形结构，所述条形结构的高度等于水平铅酸电池极板之间的间距，铅丝可以从两个相邻的复合隔离件之间无损穿过。其中，弹性母体207采用弹性模量约35Mpa的三元乙丙橡胶制成，嵌件采用电木刚性材料制成，为横截面为“U”形的一体结构。

条形结构的下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽209，在容胶凹槽209 的两侧均设置有第一密封槽210，第一密封槽210的深度＜容胶凹槽209的深度，第一密封槽210的宽度＜容胶凹槽209的宽度。弹性母体207与嵌件208在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，即：复合隔离件设置有竖向连接的注胶通孔，用于供液态密封胶流动。

实施例三

用于水平铅酸电池的复合隔离件，其侧面示意图如图6所示，由弹性母体307与包裹在所述弹性母体307内部的嵌件308组成的条形结构，所述条形结构的高度等于水平铅酸电池极板之间的间距，铅丝可以从两个相邻的复合隔离件之间无损穿过。其中，弹性母体307采用弹性模量约40Mpa的顺丁橡胶制成，嵌件采用聚四氟乙烯刚性材料制成，为横截面为“工”形的一体结构。

条形结构的上端和下端均设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽309，在容胶凹槽309的两侧均设置有第一密封槽310和第二密封槽311，第二密封槽311的深度＜第一密封槽310的深度＜容胶凹槽309的深度，第二密封槽311的宽度＜第一密封槽 310的宽度＜容胶凹槽309的宽度。弹性母体307与嵌件308在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，即：复合隔离件设置有竖向连接的注胶通孔，用于供液态密封胶流动。

实施例四

用于水平铅酸电池的复合隔离件，其侧面示意图如图7所示，由弹性母体407与包裹在所述弹性母体407内部的嵌件408组成的条形结构，所述条形结构的高度等于水平铅酸电池极板之间的间距，铅丝可以从两个相邻的复合隔离件之间无损穿过。其中，弹性母体407采用弹性模量约40Mpa的异戊橡胶制成，嵌件采用SPS刚性材料制成，为一体圆棍结构。

条形结构的下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽409，在容胶凹槽409 的两侧均设置有第一密封槽410和第二密封槽411，第二密封槽411的深度＜第一密封槽410的深度＜容胶凹槽409的深度，第二密封槽411的宽度＜第一密封槽410的宽度＜容胶凹槽409的宽度。弹性母体407与嵌件408在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，即：复合隔离件设置有竖向连接的注胶通孔，用于供液态密封胶流动。

Claims (10)

1.用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述隔离件为由弹性母体与包裹在所述弹性母体内部的嵌件组成的条形结构，所述条形结构的高度与水平铅酸电池极板之间的间距相当，所述条形结构的上端和/或下端设置有左右贯通的用于容置密封胶的容胶凹槽；所述弹性母体为弹性模量在5-50MPa的弹性材料，所述嵌件为弹性模量≥200MPa的耐酸刚性材料。

2.根据权利要求1所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述嵌件为横截面为多边形、圆形、“工”形或者“U”形的刚性结构。

3.根据权利要求1所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述嵌件为沿长度方向为不可分离整体的刚性结构。

4.根据权利要求1所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述弹性母体的上端和/或下端在所述容胶凹槽的两侧均设置有若干深度浅于容胶凹槽的密封槽。

5.根据权利要求4所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述弹性母体的上端和下端在所述容胶凹槽的两侧均设置有第一密封槽和第二密封槽，第二密封槽的深度＜第一密封槽的深度＜容胶凹槽的深度。

6.根据权利要求5所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述第二密封槽的宽度＜第一密封槽的宽度＜容胶凹槽的宽度。

7.根据权利要求1所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述弹性母体为硅橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶中的一种或几种，所述嵌件为工程塑料、电木、玻璃钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金、碳纤维中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的用于水平铅酸电池的复合隔离件，其特征在于，所述弹性母体与所述嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔。

9.一种水平铅酸电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的复合隔离件。

10.根据权利要求9所述的水平铅酸电池，其特征在于，所述电池的外壳的底板、侧板、顶盖的内表面与所述隔离件对应的位置均设置有隔离件定位槽，所述弹性母体与所述嵌件在同一直线上设置有相配合的沿高度方向的注胶通孔，所述隔离件的侧壁与所述电池外壳的侧壁之间设置有供密封胶流动的存胶腔槽，固化处理后的所述注胶通孔、容胶凹槽、存胶腔槽和隔离件定位槽均填满密封胶。

Images