CN214957262U - 一种双极耳板栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双极耳板栅，属于铅蓄电池技术领域，用以解决现有铅蓄电池极板内部电流分布不均匀，电池的循环寿命短的问题。双极耳板栅包括边框和极耳，边框包括上边框、下边框、左边框和右边框；极耳包括第一极耳和第二极耳，第一极耳和第二极耳对称设置在上边框上；边框内设置筋条，筋条包括多条沿板栅面横向分布的第一筋条和多条沿板栅面纵向分布的第二筋条，每根第一筋条的形状均为V字形，开口朝向上边框。采用本实用新型的双极耳板栅的铅酸蓄电池的循环寿命长。

Description

一种双极耳板栅

技术领域

本实用新型涉及铅酸蓄电池领域，尤其涉及一种双极耳板栅。

背景技术

铅酸蓄电池自发明至今已有一百多年的历史，是目前全球使用最广泛的化学电源之一。其原材料来源丰富、价廉且可再生循环使用。蓄电池主要由正负极板、隔板和电池壳以及其他零部件组成，而极板主要由板栅和活性物质组成。传统的铅酸电池板栅由厚的边框架和极耳组成，主要用于支撑正负极电化学活性物质、汇集整个极板的电流通过极耳流出。

因此板栅设计除了需要容易锻造以外，还应该满足板栅表面跟活性物质直接具有良好的接触和机械要求，同时电流在整个极板中分布均匀，欧姆压降最小。目前，市场上的蓄电池板栅一般是单极耳板栅，正负板栅极耳在板栅一侧，这种设计的电池会使极板上下部活性物质利用率不均匀，上下电解液存在浓度差，严重影响电池的使用寿命。如果进行大电流充放电时，会使内阻急剧增大，可能会导致热失控继而损坏蓄电池。CN103840173B中公开了一种双极耳板栅，它包括上边框，与上边框相对应的下边框、左边框，与左边框相对的右边框以及横竖交叉设置的若干个竖筋和若干个横筋，其中，所述板栅还包括两个极耳，所述两个极耳分别位于板栅的上边框和下边框上，并且呈对角设置，该种双极耳板栅存在制造过程中工艺复杂的问题，同时密封要求比较高。

现有的板栅结构制备的铅酸蓄电池极板内部电流分布不均匀，欧姆压降大，电池的循环寿命短。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种双极耳板栅，至少能够解决以下问题之一：现有铅酸蓄电池用板栅的极板内部电流分布不均匀，欧姆压降大，电池的循环寿命短。

本实用新型提供了一种双极耳板栅，所述双极耳板栅包括边框和极耳，所述边框包括上边框、下边框、左边框和右边框；所述极耳包括第一极耳和第二极耳，沿板栅的上边框的长度方向，所述第一极耳和第二极耳对称设置在上边框上；所述第一极耳和所述第二极耳所在平面与板栅面平行；所述边框内设置筋条，所述筋条包括多条沿板栅面横向分布的第一筋条和多条沿板栅面纵向分布的第二筋条，每根第一筋条的形状均为V字形，开口朝向上边框。

进一步的，所述第一筋条的分布是：沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条之间的距离不完全相同。

进一步的，所述第一筋条的分布是：沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条之间的距离逐渐减小。

进一步的，位于上边框的中垂线上的第二筋条为矩形，其余的第二筋条的形状为：沿远离上边框的方向，第二筋条的宽度逐渐减小。

进一步的，所述第二筋条的形状为梯形。

进一步的，所述V字形的V形夹角为90°以上，小于180°。

进一步的，所述第一筋条的宽度不完全相同。

进一步的，所述第二筋条的上边长与下边长的边长差为0.6～1.5mm。

进一步的，所述相邻的两个第一筋条之间的距离为10～2mm。

进一步的，沿远离上边框的方向，上部分的第一筋条宽度相同，下部分的第一筋条宽度相同，上部分的第一筋条的宽度大于下部分的第一筋条的宽度；上部分的第一筋条的数量占总的第一筋条的1/4～1/2。

进一步的，所述第一极耳和第二极耳的厚度小于边框的厚度。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

(1)本实用新型提供的双极耳板栅通过优化极耳结构，两个极耳对称的位于上边框的左右两边，整个极板面电流分布均匀，降低电势损失。在大电流充放电时可以降低电池热量的产生，有利于电池高功率工作，延长电池的使用寿命。

(2)本实用新型的双极耳板栅的上边框的中垂线上的第二筋条为矩形，起到加强筋的作用，能够提高极板中部的抗蠕变能力；其余的第二筋条上粗下细，能够有利于上部的抗腐蚀性和集流作用。

(3)本实用新型的双极耳板栅的第一筋条为V字形，能够提高板栅的抗蠕变能力；第一筋条的分布是上疏下密，有利于提高极板底部活性物质的利用率；上部分第一筋条较粗，下部分第一筋条较细能够在减少筋条的腐蚀的前提下，降低成本。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例1的双极耳板栅的结构示意图；

图2为实施例2的单极耳板栅的结构示意图；

图3a为实施例3的双极耳板栅的结构示意图；

图3b为实施例3的另一种双极耳板栅的结构示意图；

图4a为实施例4的电池的一种结构示意图；

图4b为实施例4的电池的一种结构示意图；

图5为实施例4的电池的一种结构示意图；

图6为实施例4的电池的一种结构示意图；

图7a为实施例5的电池的一种结构示意图；

图7b为实施例5的电池的一种结构示意图；

图8为实施例5的电池的一种结构示意图；

图9a为实施例5的电池的一种结构示意图；

图9b为实施例5的电池的一种结构示意图；

图10为传统的单极耳极板制备的1×6结构电池内部图。

附图标记：

1-边框，2-单极耳，31-第一极耳，32-第二极耳，4-筋条，41-第一筋条，42-第二筋条，5-正极汇流排，6-正接线柱，7-负极汇流排，8-负接线柱。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

现有的板栅结构制备的铅酸蓄电池极板内部电流分布不均匀，欧姆压降大，电池的循环寿命短或者制造过程工艺复杂。因此，发明人经过长期深入研究，研究了几种典型的板栅结构及电池，并对不同板栅结构的电池的性能进行了对比，以期得到性能优异的板栅结构。

本实用新型提供了一种双极耳板栅，如图1所示，双极耳板栅包括边框1和极耳，边框1包括上边框、下边框、左边框和右边框；极耳包括第一极耳31和第二极耳32；沿板栅的上边框的长度方向，第一极耳31和第二极耳32对称设置在上边框上，第一极耳31和第二极耳32所在平面与板栅面平行；边框1内设置筋条4，筋条4包括多条沿极板面横向分布的第一筋条41和多条沿极板面纵向分布的第二筋条42；每根第一筋条41的形状均为V字形，开口朝向上边框；第一极耳31和第二极耳32的尺寸相同，第一极耳31和第二极耳32之间的距离d(d指的是第一极耳31和第二极耳32的最近的两条边之间的距离)与第一极耳31的宽度w、上边框的长度L的关系如下：L≥d+2w。

传统的板栅多为单极耳板栅，极耳位于板栅上边框的一侧，整个极板电流分布不均匀，欧姆压降大。与现有技术相比，本实用新型提供的铅酸蓄电池用双极耳板栅，通过优化极耳结构，双极耳板栅的极耳对称的位于上边框的左右两边，整个极板面电流分布均匀，降低电势损失。在大电流充放电时可以降低电池热量的产生，有利于电池高功率工作，延长电池的使用寿命；并且第一筋条为V字形，能够提高板栅的抗蠕变能力。

具体的，上边框的长度为L，第一极耳31和第二极耳32之间的距离为d，考虑到d过小，第一极耳31和第二极耳32近乎重合；d过大，不利于具体制造。因此，控制L≥d+2w≥5mm。示例性的，L＝d+2w。

具体的，双极耳板栅中，位于上边框的中垂线上的第二筋条42为矩形，起到加强筋的作用，能够提高极板中部的抗蠕变能力(极板一旦蠕变生长，就会顶到汇流排上，会短路失效)；其余的第二筋条42的形状为：沿远离上边框的方向，第二筋条42的宽度逐渐减小，也就是说上头粗，向下逐步变细，示例性的，第二筋条42的形状为梯形，靠近上边框的边的边长大于远离极耳的边的边长。第二筋条42的上粗下细的设置方式能够有利于上部的抗腐蚀性和集流作用。

具体的，第二筋条42的上边长与下边长的边长差为0.6～1.5mm。

具体的，双极耳板栅中，每根第一筋条41的形状均为V字形，开口朝向上边框，第一筋条41为V字形能够提高板栅的抗蠕变能力。示例性的，V字形的V形夹角为90°以上，小于180°。

具体的，第一筋条41的分布：沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条41之间的距离不完全相同。

具体的，第一筋条41的分布：沿远离上边框的方向，由上至下排布间距逐渐缩小，即第一筋条41的分布是上疏下密，即沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条41之间的距离逐渐减小，如此设置，有利于提高极板底部活性物质的利用率。

具体的，相邻的两个第一筋条41之间的距离为10～2mm。

考虑到由于极板上部的反应更激烈，筋条腐蚀更严重，因此，为了减少筋条的腐蚀的前提下，降低成本，优选的，双极耳板栅中，第一筋条41的宽度不完全相同。

一种可能的设计中，沿远离上边框的方向，上部分的第一筋条宽度相同，下部分的第一筋条宽度相同，上部分的第一筋条的宽度大于下部分的第一筋条的宽度；示例性的，上部分的第一筋条的数量占总的第一筋条的1/4～1/2。

在一种可能的设计中，沿远离上边框的方向，第一筋条的宽度逐渐减小。

具体的，双极耳板栅中，第一极耳31和第二极耳32的尺寸相同，具体的，第一极耳31和第二极耳32的尺寸根据具体电池型号设计，示例性的，第一极耳31和第二极耳32的尺寸为宽3～10mm，高3～10mm。

具体的，第一极耳31和第二极耳32的厚度略小于边框1的厚度，边框1的厚度与第一极耳31和第二极耳32的厚度之差为0.5～3mm。

为了体现本实用新型的双极耳板栅的有益效果，发明人将自己研究过程中的多个典型方案进行了对比，如下所述。

实施例1

本实施例提供了一种双极耳板栅，如图1所示，板栅包括边框1和极耳，边框1包括上边框、下边框、左边框和右边框；极耳包括第一极耳31和第二极耳32；沿板栅的上边框的长度方向，第一极耳31和第二极耳32对称设置在上边框上，第一极耳31和第二极耳32所在平面与板栅面平行；边框1内设置筋条4，筋条4包括多条沿极板面横向分布的第一筋条41和多条沿极板面纵向分布的第二筋条42；每根第一筋条41的形状均为V字形，开口朝向上边框，V形夹角为150°；第一极耳31和第二极耳32的尺寸相同，第一极耳31和第二极耳32之间的距离d与第一极耳31的宽度w、上边框的长度L的关系如下：L＝d+2w。

具体的，w为3mm，L为66mm，d为60mm。

位于上边框的中垂线上的第二筋条42为矩形，其余的第二筋条42的形状为上粗下细的梯形；第一筋条41的分布是上疏下密；上部分的第一筋条宽度相同，下部分的第一筋条宽度相同，上部分的第一筋条的宽度大于下部分的第一筋条；上部分的第一筋条的数量占总的第一筋条的5/13。

边框1的厚度与第一极耳31的厚度之差为1mm。

实施例2

本实施例提供了一种铅酸蓄电池用板栅(以下简称板栅)，如图2所示，板栅包括边框1和极耳，边框1包括上边框、下边框、左边框和右边框；极耳的数量为1个，称之为单极耳2，单极耳2位于上边框的中间位置，单极耳2所在平面与板栅面平行。单极耳2的宽5mm，高10mm，单极耳2的厚度略小于边框1的厚度，边框1的厚度与单极耳2的厚度之差为1mm。边框1的内部设有多条横竖交叉的筋条4，筋条4包括多条沿极板方向的横向分布的第一筋条41和多条沿极板方向的纵向分布的第二筋条42，第一筋条41和第二筋条42垂直相交。

实施例3

本实施例提供了一种铅酸蓄电池用板栅，如图3a所示，板栅包括边框1和极耳，边框1包括上边框、下边框、左边框和右边框；极耳包括第一极耳31和第二极耳32；沿板栅上边框的长度方向，第一极耳31和第二极耳32对称设置在上边框，第一极耳31和第二极耳32所在平面与板栅面平行；第一极耳31和第二极耳32的尺寸相同，第一极耳31和第二极耳32的宽度均为3mm。第一极耳31和第二极耳32之间的距离为7mm。边框1的内部设有多条横竖交叉的筋条4，筋条4包括多条沿极板方向的横向分布的第一筋条41和多条沿极板方向的纵向分布的第二筋条42，第一筋条41和第二筋条42垂直相交。

在一种可能的设计中，如图3b所示，第一极耳31和第二极耳32之间的距离为d1，第一极耳31的宽度为w1，边框1的长度为L1，L1＝d1+2w1。例如，w1为3mm，L1为66mm，d1为60mm。

实施例4

本实施例提供了一种铅酸蓄电池，包括单格电池，如图4a所示，单格电池包括交替层叠设置的多个正极板和负极板，铅酸蓄电池的负极板采用实施例3的图3b的板栅结构，铅酸蓄电池的正极板采用实施例2的板栅结构，本实施例的单格电池是4片正极板和5片负极板并联而成的，极耳就是这些极板的连接点，正极板的极耳的顶端是正极汇流排5，负极板的极耳的顶端是负极汇流排7，通过汇流排再将单格电池中的各极板的极耳并联在一起。可以是4片正极板和5片负极板，也可以是5片正极板和6片负极板，具体根据电池容量和型号而定。

本实施例在应用中是标称是12V的铅酸蓄电池，因此，采用上述6个单格电池串联起来组成标称是12V的铅酸蓄电池。各个正极板的极耳通过正极汇流排5连接正接线柱6，各个负极板的极耳通过负极汇流排7连接负接线柱8。6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(图4a，标记为4-1#)、2×3结构(图5，标记为4-2#)或3×2结构(图6，标记为4-3#)。

需要说明的是，如图4b所示，本实施例中，也可以是铅酸蓄电池的正极板采用实施例3b的板栅结构，铅酸蓄电池的负极板采用实施例2的板栅结构。6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(图4b，标记为4-4#)、2×3结构(标记为4-5#)或3×2结构(标记为4-6#)。

实施例5

本实施例提供了一种铅酸蓄电池，包括单格电池，如图7a、7b所示，单格电池包括交替层叠设置的多个正极板和负极板，负极板采用实施例3的图3b的板栅结构，正极板采用实施例3a的板栅结构，本实施例的单格电池是4片正极板和5片负极板并联而成的，正极板的极耳的顶端是正极汇流排5，负极板的极耳的顶端是负极汇流排7，通过汇流排再将单格电池中的各极板的极耳并联在一起。

本实施例在应用中是标称是12V的铅酸蓄电池，因此，采用上述6个单格电池串联起来组成标称是12V的铅酸蓄电池。各个正极板的极耳通过正极汇流排5连接正接线柱6，各个负极板的极耳通过负极汇流排7连接负接线柱8。6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(图7a，标记为5-1#)、2×3结构(标记为5-2#)或3×2结构(图9a，标记为5-3#)。

需要说明的是，本实施例中，也可以是单格电池的正极板采用实施例3的图3a的板栅结构，单格电池的负极板采用实施例2的板栅结构。6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(图7b，标记为5-4#)、2×3结构(图8，标记为5-5#)或3×2结构(图9b，标记为5-6#)。

实施例6

本实施例提供了一种铅酸蓄电池，包括单格电池，单格电池包括交替层叠设置的多个正极板和负极板，单格电池的正极板采用实施例1的板栅结构，单格电池的负极板采用实施例2的板栅结构。需要说明的是，铅酸蓄电池可以包括6个单格电池，6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(标记为6-1#)、2×3结构或3×2结构。

本实施例中，负极板的筋条和形状的设计也可以与正极板的筋条和形状的设计相同。

实施例7

本实施例提供了一种铅酸蓄电池，包括单格电池，单格电池包括交替层叠设置的多个正极板和负极板，单格电池的正极板采用实施例1的板栅结构，单格电池的负极板采用实施例3的3a的板栅结构。需要说明的是，铅酸蓄电池可以包括6个单格电池，6个单格电池串联起来的方式可以是1×6结构(标记为7-1#)、2×3结构或3×2结构。

本实施例中，负极板的筋条和形状的设计也可以与正极板的筋条和形状的设计相同。

如图10所示为传统单极耳极板制备的1×6电池。

传统单极耳极板制备的电池、实施例4的4-4#电池、实施例6的6-1#电池、实施例5的5-4#电池、实施例7的7-1#电池的性能数据列于下表1，6-1#电池性能优于4-4#电池，7-1#电池的性能优于5-4#电池。

可见，本实用新型将正极板的筋条的形状和位置分布进行优化能够进一步提高电池的性能。本实用新型的铅酸蓄电池用双极耳板栅的上边框的中垂线上的第二筋条为矩形，起到加强筋的作用，能够提高极板中部的抗蠕变能力；其余的第二筋条上粗下细，能够有利于上部的抗腐蚀性和集流作用。本实用新型的双极耳板栅的第一筋条为V字形，能够提高板栅的抗蠕变能力；第一筋条的分布是上疏下密，有利于提高极板底部活性物质的利用率；上部分第一筋条较粗，下部分第一筋条较细能够在减少筋条的腐蚀的前提下，降低成本。

表1不同电池的性能数据

备注：表中的活性物质利用率和功率特性的提升均指的是与传统单极耳极板制备的电池相比。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极耳板栅，其特征在于，所述双极耳板栅包括边框(1)和极耳，所述边框(1)包括上边框、下边框、左边框和右边框；所述极耳包括第一极耳(31)和第二极耳(32)，沿板栅的上边框的长度方向，所述第一极耳(31)和第二极耳(32)对称设置在上边框上；所述第一极耳(31)和所述第二极耳(32)所在平面与板栅面平行；所述边框(1)内设置筋条(4)，所述筋条(4)包括多条沿极板面横向分布的第一筋条(41)和多条沿极板面纵向分布的第二筋条(42)，每根第一筋条(41)的形状均为V字形，开口朝向上边框。

2.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，所述第一筋条(41)的分布是：沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条(41)之间的距离不完全相同。

3.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，所述第一筋条(41)的分布是：沿远离上边框的方向，相邻的两个第一筋条之间的距离逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，

位于上边框的中垂线上的第二筋条(42)为矩形，其余的第二筋条(42)的形状为：沿远离上边框的方向，第二筋条(42)的宽度逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，所述第二筋条(42)的形状为梯形。

6.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，所述V字形的V形夹角为90°以上，小于180°。

7.根据权利要求1所述的双极耳板栅，其特征在于，所述第一筋条(41)的宽度不完全相同。

8.根据权利要求2所述的双极耳板栅，其特征在于，相邻的两个第一筋条(41)之间的距离为10～2mm。

9.根据权利要求7所述的双极耳板栅，其特征在于，沿远离上边框的方向，上部分的第一筋条宽度相同，下部分的第一筋条宽度相同，上部分的第一筋条的宽度大于下部分的第一筋条的宽度；上部分的第一筋条的数量占总的第一筋条的1/4～1/2。

10.根据权利要求1-9任一项所述的双极耳板栅，其特征在于，所述第一极耳(31)和第二极耳(32)的厚度小于边框(1)的厚度。

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