RU2133070C1

RU2133070C1 - Manufacturing process for lead-acid storage cell plate

Info

Publication number: RU2133070C1
Application number: RU97120257A
Authority: RU
Inventors: А.М. Гонопольский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Компат"
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-07-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: process includes coating cellular conducting backing with active material. Backing is made of carbon-carbide carbonized fabric; active material is deposited onto backing by thermal gas jet spraying on two sides upon degreasing the fabric; backing fabric has cellular weaving forming double-ended projections spaced 5-7 mm apart at height of 0.5-0.8 mm and cell size of (2 0.1) x (2 0.1) mm. Lead is sprayed onto backing. Used as spraying gas is oxidizing or reducing material depending on plate polarity. Plate blank is strip from which plates are cut upon coating it with active material. EFFECT: reduced lead input and size of storage cell, reduced inherent loss of storage cell. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области вторичных источников электропитания - свинцово-кислотным аккумуляторам и представляет собой способ изготовления электродов для таких аккумуляторов. The invention relates to the field of secondary power sources - lead-acid batteries and is a method of manufacturing electrodes for such batteries.

Существующие способы изготовления электродов свинцово-кислотных аккумуляторов, включают нанесение активной массы на токоподводящую ячеистую основу (см. Т.Кромптон. Первичные источники тока. М.: Мир, 1986, с. 36 - 37). Изготовленные таким способом электроды выполнены в виде решетчатых токоотводов, изготовленных из свинца, а ячейки токоотводов заполнены активной массой в виде чистой пасты, наносимой методом намазывания с последующей сушкой. Existing methods for the manufacture of electrodes of lead-acid batteries include applying an active mass to a current-conducting cellular base (see T. Crompton. Primary current sources. M: Mir, 1986, pp. 36 - 37). The electrodes made in this way are made in the form of trellised down conductors made of lead, and the cells of the down conductors are filled with active mass in the form of a clean paste applied by spreading followed by drying.

Недостатком известных способов и соответствующих конструкций является, то что свинцовая решетка электрода со временем подвергается внутреннему окислению, ее электрическое сопротивление увеличивается и внутренние потери мощности в аккумуляторе возрастают. Кроме того, применение столь дефицитного токсичного и тяжелого металла, как свинец, делает электроды (до и весь аккумулятор) дорогостоящими и тяжелыми, а процессы изготовления и утилизации экологически опасными. A disadvantage of the known methods and corresponding designs is that the lead electrode lattice undergoes internal oxidation over time, its electrical resistance increases, and the internal power loss in the battery increases. In addition, the use of such scarce toxic and heavy metal as lead makes electrodes (up to and the whole battery) expensive and difficult, and the manufacturing and disposal processes are environmentally hazardous.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. снижение расхода свинца и уменьшение массы аккумулятора, снижение внутренних потерь в аккумуляторе и снижение уровня экологического риска при изготовлении и утилизации аккумуляторов. The aim of the present invention is to eliminate these drawbacks, i.e., reducing lead consumption and reducing battery weight, reducing internal losses in the battery and reducing environmental risk in the manufacture and disposal of batteries.

Это достигается тем, что в способе изготовления электрода свинцово-кислотного аккумулятора, включающем нанесение активной массы на токоотводящую ячеистую основу в качестве основы используют углерод-углеродную карбонизированную ткань, а активную массу наносят на основу газотермическим струйным напылением с двух сторон после обезжиривания ткани, причем ткань основы имеет ячеистый рельеф плетения с образованием двухсторонних нормальных к поверхности выступов, шаг которых составляет 5 - 7 мм, высота 0,5 - 0,8 мм при размере ячеек /2 ± 0,1/ х /2 ± 0,1/ мм; На основу напыляют свинец, при этом в качестве распыляющего газа используют окисляющее или восстанавливающее вещество в зависимости от полярности электрода. Заготовка электродов имеет форму ленты, из которой вырезают электроды после нанесения активной массы. This is achieved by the fact that in the method of manufacturing a lead-acid battery electrode, comprising applying an active mass to a current-removing cellular base, carbon-carbon carbonized fabric is used as the base, and the active mass is applied to the base by thermal spraying on both sides after degreasing the fabric, and the fabric the base has a cellular relief of weaving with the formation of bilateral protrusions normal to the surface, the pitch of which is 5 - 7 mm, a height of 0.5 - 0.8 mm with a mesh size of / 2 ± 0.1 / x / 2 ± 0.1 / mm; Lead is sprayed onto the base, while an oxidizing or reducing substance is used as the spraying gas, depending on the polarity of the electrode. The electrode blank has the shape of a tape from which the electrodes are cut after application of the active mass.

На фиг. 1 представлена технологическая схема производства электродов свинцово-кислотного аккумулятора согласно данному изобретению. In FIG. 1 is a flow chart of the production of electrodes of a lead-acid battery according to this invention.

На фиг. 2 представлена схема плетения токоотвода из углерод-углеродной карбонизированной ткани. In FIG. 2 is a diagram of weaving a down conductor from carbon-carbon carbonized fabric.

На фиг. 3 представлен вид электрода с нанесенной активной массой. In FIG. 3 shows a view of an electrode with an active mass deposited.

Технологическая схема включает в себя производство 1 для изготовления полотна углерод-углеродной ткани, барабанное устройство для рулонной намотки полотна, состоящее из двух барабанов 2 и 3 для перемотки полотна через установку 4 двухсторонней электродуговой металлизации полотна свинцовой проволокой, барабан 5 с напыленным полотном, подаваемым в вырубной штамп 6, на котором происходит вырубка аккумуляторных пластин и производство 7 для сборки пластин в аккумуляторные пакеты. The technological scheme includes production 1 for manufacturing a carbon-carbon fabric web, a drum device for web winding, consisting of two drums 2 and 3 for rewinding the web through the installation 4 of a double-sided electric metallization of the web with lead wire, drum 5 with a sprayed web fed into punching stamp 6, on which the cutting of the battery plates takes place and production 7 for assembling the plates into battery packs.

На производстве 1 на специальных станках производится углерод-углеродное полотно с нетканой иглопробивной структурой, схема плетения которого представлена на фиг. 2. Схема включает в себя ячейки 8 и двухсторонние выступы 9. Выступы 9 нормальные к поверхности основы. Шаг выступов 5 - 7 мм, высота 0,5 - 0,8 мм, размер ячеек (2 ± 0,1) х (2± 0,1)мм. После нанесения покрытия и вырубки электрод имеет вид, изображенный на фиг. 3, где на фотографии виден плетеный углерод-углеродный токоотвод 10 и напыленное покрытие 11. In production 1, carbon-carbon cloth with a non-woven needle-punched structure is produced on special machines, the weaving scheme of which is shown in FIG. 2. The circuit includes cells 8 and two-sided protrusions 9. The protrusions 9 are normal to the surface of the base. The pitch of the protrusions is 5 - 7 mm, the height is 0.5 - 0.8 mm, the mesh size is (2 ± 0.1) x (2 ± 0.1) mm. After coating and punching, the electrode has the form shown in FIG. 3, where the braided carbon-carbon current collector 10 and the sprayed coating 11 are visible in the photo.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения. A preferred embodiment of the invention.

Для изготовления электрода использовались нетканые иглопробивные структуры, полученные аэродинамическим способом раскладывания углеродсодержащих непрерывных нитей типа "Олилон" и "Оксилон". For the manufacture of the electrode, nonwoven needle-punched structures obtained by the aerodynamic method of unfolding carbon-containing continuous filaments of the type "Olilon" and "Oxilon" were used.

Эти структуры подвергались высокотемпературной обработке в среде азота, в результате получаются текстильные структуры (типа ВПР-19С или ВМН-4) из углеродных волокон (фиг. 2). Наилучшие результаты получены в виде нетканого материала из нитей типа "Оксилон" при T_{обработки} = 2300^oC.These structures were subjected to high temperature treatment in a nitrogen medium, resulting in textile structures (such as VPR-19C or VMN-4) made of carbon fibers (Fig. 2). The best results are obtained in the form of a nonwoven material from threads of the type "Oxilon" at T _processing = 2300 ^o C.

Полученная структура представляет собой углеродную ткань из нетканого иглопробивного материала в виде тонкой трикотажной сетки переплетением "атлас". Толщина структуры 3,7 - 5, 5 мм, удельная масса 2,1 кг/м², объемная плотность 0,3 г/м³, пористость 60-70%, удельное электрическое сопротивление 14,8 • 10^-3 Ом/см (для сравнения удельное электрическое сопротивление свинца составляет 19,2 • 10^-3 Ом/см).The resulting structure is a carbon fabric from a nonwoven needle-punched material in the form of a thin knitted mesh with an Atlas weave. The thickness of the structure is 3.7-5.5 mm, the specific gravity is 2.1 kg / m ² , the bulk density is 0.3 g / m ³ , the porosity is 60-70%, the electrical resistivity is 14.8 • 10 ^-3 Ohm / cm (for comparison, the electrical resistivity of lead is 19.2 • 10 ^-3 Ohm / cm).

Материал был изготовлен в виде ленты шириной 130 мм, свернутой в рулон длиной 25 метров. The material was made in the form of a tape 130 mm wide, rolled up into a roll 25 meters long.

Нанесение активной массы проводилось методом электродуговой металлизации на серийном оборудовании КДМ-3 ручным электрометаллизатором ЭМ-14М. Для нанесения активной массы использовалась свинцовая проволока ⌀ 1,8 мм. Распыление проволоки на рулонную ткань проводилось потоком сжатого воздуха с расходом 1 ± 0,2 м³/мин при давлении (5,9 ± 0,1) • 10⁵Па. Сила тока дуги электрометаллизатора составляла 55 ± 80 А. Степень окисленности свинца при процессе напыления составляла от 78% до 92% по массе. Для получения неокисленной свинцовой активной массы на поверхности ткани в поток воздуха добавлялся природный газ в количествах, превышающих стехиометрический состав.The active mass was deposited using the electric arc metallization method on the KDM-3 serial equipment using the EM-14M hand-held electrometallizer. To apply the active mass, lead wire нанесения 1.8 mm was used. The wire was sprayed onto the rolled fabric with a stream of compressed air with a flow rate of 1 ± 0.2 m ³ / min at a pressure of (5.9 ± 0.1) • 10 ⁵ Pa. The arc current of the electrometallizer was 55 ± 80 A. The oxidation state of lead during the deposition process ranged from 78% to 92% by weight. To obtain an unoxidized lead active mass on the surface of the fabric, natural gas was added to the air stream in amounts exceeding the stoichiometric composition.

Нанесение активной массы проводилось механизированным способом в вентилируемой закрытой кабине в процессе перемотки рулона с одного (приводного) барабана ⌀ 1,5 мм на другой. Радиус барабана определяется жесткостью ткани. После нанесения активной массы специальным вырубным штампом были получены электроды. При испытаниях электроды были собраны в ячейки попарно. В процессе испытаний при взаимодействии с электролитом наблюдалось стекание активной массы с гладкой ткани. Для предотвращения этого при плетении ткани были сделаны двухсторонние выступы, нормальные к поверхности токоотвода, оптимальные размеры которых составляют по шагу 5 - 7 мм, по высоте 0,5 - 0,8 мм. При этих параметрах выступов стекания активной массы не наблюдалось. The active mass was applied mechanically in a ventilated closed cabin during the rewind of the roll from one (drive) drum ⌀ 1.5 mm to another. The radius of the drum is determined by the stiffness of the fabric. After applying the active mass with a special die cut, electrodes were obtained. During testing, the electrodes were collected in cells in pairs. In the process of testing, when interacting with an electrolyte, runoff of the active mass from a smooth tissue was observed. To prevent this, when weaving the fabric, two-sided protrusions were made normal to the surface of the collector, the optimal dimensions of which are 5-7 mm in increments and 0.5-0.8 mm in height. With these parameters of the protrusions, runoff of the active mass was not observed.

Размеры ячеек ткани выбирались из условия проникновения наносимой активной массы при одностороннем нанесении на противоположную сторону ткани. После одностороннего нанесения массы процесс повторяется с другой стороны ленты. The cell size of the tissue was selected from the condition of penetration of the applied active mass upon unilateral application to the opposite side of the fabric. After unilateral application of the mass, the process is repeated on the other side of the tape.

В результате применения настоящего изобретения расход свинца на изготовление одного электрода снизился в 2, 2 раза, потери свинца при переходе от технологии намазки пастообразной массы к технологии электродуговой металлизации снижены в 1,6 раза. As a result of the application of the present invention, the lead consumption for the manufacture of one electrode decreased by a factor of 2, 2, the loss of lead during the transition from paste spreading technology to electric arc metallization technology was reduced by 1.6 times.

Как показали испытания опытной партии аккумуляторов типа 6СТ55, собранных из электродов, изготовленных по настоящему изобретению, ресурсные характеристики аккумулятора увеличивались на ≈ 40%, а максимальный ток возрос на ≈ 20%. Можно предположить, что это связано с известным фактом возникновения термохимической неравномерности в материале, наносимом электродуговой металлизацией. As shown by tests of an experimental batch of 6ST55 type batteries assembled from electrodes made according to the present invention, the battery life characteristics increased by ≈40%, and the maximum current increased by ≈ 20%. It can be assumed that this is due to the well-known fact of the occurrence of thermochemical unevenness in the material caused by electric arc metallization.

Claims

1. A method of manufacturing a lead-acid battery electrode, comprising applying an active mass to a current-conducting cellular base, characterized in that carbon-carbonized carbonized fabric is used as the base, and the active mass is applied to the base by thermal spraying on both sides after degreasing the fabric.

2. The method according to claim 1, characterized in that the base fabric has a cellular relief of weaving with the formation of bilateral protrusions normal to the surface, the pitch of which is 5-7 mm, height 0.5-0.8 mm with a mesh size (2 ± 0 , 1) x (2 ± 0.1) mm.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the base is sprayed with lead, while an oxidizing or reducing substance is used as the spraying gas, depending on the polarity of the electrode.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the electrode blank has the form of a tape from which the electrodes are cut after applying the active mass.