CN217062173U - 一种双极性电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极性电池，包括若干电池单元，以及用于连接相邻两个电池单元的基板，所述电池单元包括正极板栅、负极板栅，以及设于正极板栅和负极板栅之间的AGM隔板，所述正极板栅和负极板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，所述正极板栅和负极板栅分别与AGM隔板插嵌式配合。针对现有的双极性电池性能通常无法满足高倍率电流放电要求的技术问题，本实用新型提供了一种双极性电池，它具有更大的反应面积和酸液的扩散面积，具有更优秀的高倍率放电特性。

Description

一种双极性电池

技术领域

本实用新型涉及铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种双极性电池。

背景技术

铅酸蓄电池已经有100多年的历史,随着人们对其应用领域的拓展,它本身也在不断地得到发展。虽其具有良好的可逆性，电压特性平稳，适用范围广，原材料丰富，造价低廉，工艺简单等优良性能，但由于传统的铅酸电池铅活性物质利用率较低，电池质量比能量较低。

双极性电池是指一块基板的两面分别涂上正极膏和负极膏形成的两个极性，通过堆叠串联的方式制备得到一体化的电池，其优点可以减少板栅用量，提高活性物质利用率，从而提升电池比能量。

但是，相比于传统普通电池，双极性电池一个单格内部仅有一面正极和一面负极，电池与AGM远小于传统电池，当要求电池高倍率电流放电时，双极性电池性能通常无法满足标准要求。

实用新型内容

1、实用新型要解决的技术问题

针对现有的双极性电池性能通常无法满足高倍率电流放电要求的技术问题，本实用新型提供了一种双极性电池，它具有更大的反应面积和酸液的扩散面积，具有更优秀的高倍率放电特性。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种双极性电池，包括若干电池单元，以及用于连接相邻两个电池单元的基板，所述电池单元包括正极板栅、负极板栅，以及设于正极板栅和负极板栅之间的AGM隔板，所述正极板栅和负极板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，所述正极板栅和负极板栅分别与AGM隔板插嵌式配合。

可选地，所述AGM隔板呈S形结构。

可选地，所述第二板栅的体积不大于第一板栅的体积。

可选地，所述第一板栅上设有若干与基板连接的极板连接点，所述极板连接点的面积不大于所述第一板栅面积的10％。

可选地，若干所述极板连接点分别位于第一板栅的中部和四周。

可选地，还包括罩设于若干电池单元外侧的密封外壳，所述密封外壳的材质为高分子聚合物。

可选地，所述高分子聚合物为ABS、AS、PC、PP、PVC、PPO和PI中的一种。

可选地，所述正极板栅和负极板栅的材质为纯铅、铅钙合金、铅锑合金、铅锡合金和铅稀土合金中的一种。

可选地，所述基板的材质为铅合金材料、导电塑料材料、钛金属及钛金属氧化物和单晶硅材料中的一种。

3、有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本双极性电池的一个电池单元内具有多面正极和多面负极，同时具有更多体积的 AGM隔板，可储存更多的电解液，相比于普通铅酸电池，所述双极性电池具有电流分布更为均匀，具有更高的活性物质利用率，更高的比能量；相比于其他双极性电池，所述双极性电池电极具有更大的反应面积和酸液的扩散面积，具有更优秀的高倍率放电特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提出的一种双极性电池的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提出的一种双极性电池中正极板栅和负极板栅的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提出的一种双极性电池中正极板栅和负极板栅与基板的连接示意图；

图4为本实用新型实施例二中采用其方法制备得到的双极性电池和普通电池的性能测试数据表。

a、极板连接点；1、基板；2、正极板栅；3、负极板栅；4、AGM隔板；5、第一板栅； 6、第二板栅；7、板栅连接筋条；8、密封外壳。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1-4及实施例对本实用新型作详细描述。

实施例一

结合附图1-3，本实施例的一种双极性电池，包括若干电池单元，以及用于连接相邻两个电池单元的基板1，所述电池单元包括正极板栅2、负极板栅3，以及设于正极板栅2和负极板栅3之间的AGM隔板4，所述正极板栅2和负极板栅3均为冲压合金板栅，冲压合金板栅的厚度较薄，所述正极板栅2和负极板栅3均包括第一板栅5、第二板栅6，以及用于连接第一板栅5和第二板栅6的板栅连接筋条7，在最外侧的两个电池单元的正极板栅2和负极板栅3上连接有极柱，例如，最上端的电池单元的正极板栅2的第一板栅5上连接有极柱，则最下端的单吃单元的负极板栅3的第一板栅5上连接有极柱，所述板栅连接筋条7为柔性材质，以使第一板栅5和第二板栅6的方位可相对变化，所述第一板栅5与基板1相连接，所述第一板栅5上设有若干与基板1连接的极板连接点a，所述正极板栅2和负极板栅3分别与AGM隔板4插嵌式配合，所述正极板栅2和负极板栅3安装后，所述正极板栅2上的第一板栅5和第二板栅6和负极板栅3上的第一板栅5和第二板栅6依次交错设置，本实施例中，所述AGM隔板4呈S形结构，所述AGM隔板4的弯折处呈直角，所述第一板栅5和第二板栅6可嵌入至AGM隔板4弯曲形成的凹槽内，当然地，所述AGM隔板4也可以为若干独立的隔板，此时相邻两个AGM隔板4之间形成供第一板栅5和第二板栅6嵌入的间隙。

本双极性电池的一个电池单元内具有多面正极和多面负极，同时具有更多体积的AGM隔板，可储存更多的电解液，相比于普通铅酸电池，所述双极性电池具有电流分布更为均匀，具有更高的活性物质利用率，更高的比能量；相比于其他双极性电池，所述双极性电池电极具有更大的反应面积和酸液的扩散面积，具有更优秀的高倍率放电特性。

作为本实用新型的可选方案，所述正极板栅2和负极板栅3的厚度为1-15mm，甚至可以更厚，优选为1-10mm，例如，1mm、5mm和10mm等等。

作为本实用新型的可选方案，所述第二板栅6的体积不大于第一板栅5的体积，本实施例中，第二板栅6和第一板栅5的比如为0。9:1，若第二板栅6的体积过大，则会影响正极板栅2和负极板栅3的堆叠效果。

作为本实用新型的可选方案，所述第一板栅5上设有若干与基板1连接的极板连接点a，所述正极板栅2和负极板栅3通过极板连接点a与基板1相连接实现单格之间导电，所述极板连接点a的面积不大于所述第一板栅5面积的10％，如果所述极板连接点a的面积太大，相应的会导致活性物质的量减少，且所述第一板栅5面积的10％的极板连接点a已经可以满足与基板1的连接需求。

作为本实用新型的可选方案，若干所述极板连接点a分别位于第一板栅5的中部和四周，以保证电流分布均匀。

作为本实用新型的可选方案，还包括罩设于若干电池单元外侧的密封外壳8，以形成围绕双极板电堆边缘的有效密封，所述密封外壳8的材质为高分子聚合物，所述高分子聚合物为ABS、AS、PC、PP、PVC、PPO和PI中的一种，当然地，也可以是其他现有的高分子聚合物。

作为本实用新型的可选方案，所述正极板栅2和负极板栅3的材质为纯铅、铅钙合金、铅锑合金、铅锡合金和铅稀土合金中的一种，所述基板1的材质为铅合金材料、导电塑料材料、钛金属及钛金属氧化物和单晶硅材料中的一种。

实施例二

一种双极性电池的制造方法，包括以下步骤，S1、通过板栅连接筋条连接两个板栅得到正极板栅，并通过相同方式得到负极板栅，所述正极板栅和负极板栅均由两个板栅组成；S2、将正负极活性物质分别涂覆于正极板栅和负极板栅上；S3、将正极板栅和负极板栅通过基板相连接形成导电；S4、位于基板同一侧的正极板栅和负极板栅通过AGM隔板实现插嵌式堆叠，例如，将AGM隔板设计成S型，S型的AGM隔板上自然形成供正极板栅和负极板栅嵌入的凹槽；S5、将堆叠式电池单元通过高分子聚合物进行整体密封；S6、灌入酸活化，得到双极性电池。

可选地实施方式之一为，采用铅锡稀土合金冲压板栅，冲压得到正负板栅，所述正负板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，正负板栅厚度为分别为0.8mm和0.5mm，其中第一板栅尺寸为120*100mm，第二板栅尺寸为120*95mm，连接筋条长4.5mm，第一板栅布置有4个连接点，连接点尺寸为2*1mm；将常规的正负极铅膏分别涂覆于板栅，其中正极板涂覆铅膏量为340g，负极板涂覆铅膏量为260g，固化干燥后，将正负板栅与镀有铅锡合金的金属钛导电基板通过连接点焊接在一起，在正负极极板间添加厚度为1.5mm的AGM隔板，将5片双极板和正负2片边板组装成折叠式双极性电堆；采用整体注塑的方式，用ABS材料电堆外部注塑成一体；最后按常规方式灌酸活化，最终得到12V20Ah 折叠式双极性电池A。

可选地实施方式之二为，采用铅锡合金冲压板栅，冲压得到正负板栅，所述正负板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，正负板栅厚度为分别为0.6mm和0.3mm，其中第一板栅尺寸为120*90mm，第二板栅尺寸为120*90mm，连接筋条长4.5mm，第一板栅布置有6个连接点(中间2个，四角4个)，连接点尺寸为2*2mm；将常规的正负极铅膏分别涂覆于板栅，其中正极板涂覆铅膏量为320g，负极板涂覆铅膏量为240g，固化干燥后，将正负板栅与导电聚合物基板通过连接点焊接在一起，在正负极极板间添加厚度为1.2mm的AGM隔板，将29片双极板和正负2片边板组装成折叠式双极性电堆；采用整体注塑的方式，用PP材料电堆外部注塑成一体；最后按常规方式灌酸活化，最终得到60V20Ah折叠式双极性电池B。

可选地实施方式之三为，采用铅锡合金冲压板栅，冲压得到正负板栅，所述正负板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，正负板栅厚度为分别为0.4mm和0.1mm，其中第一板栅尺寸为150*120mm，第二板栅尺寸为150*110mm，连接筋条长4.5mm，第一板栅布置有8个连接点(中间4个，四角4个)，连接点尺寸为2*2mm；将常规的正负极铅膏分别涂覆于板栅，其中正极板涂覆铅膏量为480g，负极板涂覆铅膏量为 300g，固化干燥后，将正负板栅与镀铅单晶硅基体通过连接点焊接在一起，在正负极极板间添加厚度为1.5mm的AGM隔板，将23片双极板和正负2片边板组装成折叠式双极性电堆；采用整体注塑的方式，用PPO材料电堆外部注塑成一体；最后按常规方式灌酸活化，最终得到 48V30Ah折叠式双极性电池C。

为了比较采用本方法制备得到的双极性电池和普通结构电池和普通双极性电池性能差距，采用0.3I2A进行恒流充电至2.45V/单格，恒压2.45V/单格4小时，静置1h后以I2A电流放电至1.75V/单格，获得电池C2容量值，以3.6I2A电流放电至1.75V/单格，获得电池高倍率放电时间。同时以0.3I2A电流恒流充电2.45V/单格，恒压2.45V/单格4小时，静置1h 后以I2A电流放电至1.75V/单格充放方法对电池A、D和E循环测试，测试电池循环寿命。

如图4所示，采用本方法制备得到的双极性电池具有较高的比能量和倍率放电性能，电池A、B、C为采用本方法制备得到的双极性电池，电池A、B、C的3.6I2电流放电时间分别为30min、28min和28min，电池比能量达到28～30Wh.kg-1。对比具有相同活性物质的电池A、电池D和电池E，可以看出折叠双极性电池A和普通双极性电池E，具有较高比能量均达到48Wh.kg-1高于普通电池D的40Wh.kg-1。但是由于折叠式的双极性电池A中的极板具有更大的反应面积，电极内具有更低电化学极化和扩散极化，因此电池A具有更高的倍率放电性能，按标准3.6I2放电可达30min，比普通双极性电池性能提升了15％，同时电池A具有更优秀循环性能，循环次数可达395次，较于普通双极性电池可提升13％。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种双极性电池，其特征在于：包括若干电池单元，以及用于连接相邻两个电池单元的基板，所述电池单元包括正极板栅、负极板栅，以及设于正极板栅和负极板栅之间的AGM隔板，所述正极板栅和负极板栅均包括第一板栅、第二板栅，以及用于连接第一板栅和第二板栅的板栅连接筋条，所述正极板栅和负极板栅分别与AGM隔板插嵌式配合。

2.根据权利要求1所述的一种双极性电池，其特征在于：所述AGM隔板呈S形结构。

3.根据权利要求1所述的一种双极性电池，其特征在于：所述第二板栅的体积不大于第一板栅的体积。

4.根据权利要求1所述的一种双极性电池，其特征在于：所述第一板栅上设有若干与基板连接的极板连接点，所述极板连接点的面积不大于所述第一板栅面积的10％。

5.根据权利要求4所述的一种双极性电池，其特征在于：若干所述极板连接点分别位于第一板栅的中部和四周。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种双极性电池，其特征在于：还包括罩设于若干电池单元外侧的密封外壳，所述密封外壳的材质为高分子聚合物。

7.根据权利要求6所述的一种双极性电池，其特征在于：所述高分子聚合物为ABS、AS、PC、PP、PVC、PPO和PI中的一种。

8.根据权利要求6所述的一种双极性电池，其特征在于：所述正极板栅和负极板栅的材质为纯铅、铅钙合金、铅锑合金、铅锡合金和铅稀土合金中的一种。

9.根据权利要求6所述的一种双极性电池，其特征在于：所述基板的材质为铅合金材料、导电塑料材料、钛金属、钛金属氧化物和单晶硅材料中的一种。

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