RU2298263C1

RU2298263C1 - Lead-acid storage battery

Info

Publication number: RU2298263C1
Application number: RU2005134421/09A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Дзензерский (UA); Виктор Александрович Дзензерский; Денис Викторович Дзензерский (UA); Денис Викторович Дзензерский; Василий Иванович Подлубный (UA); Василий Иванович Подлубный; Сергей Владимирович Васильев (RU); Сергей Владимирович Васильев; н Сергей Григорьевич Кас (UA); Сергей Григорьевич Касян
Original assignee: Виктор Александрович Дзензерский; Денис Викторович Дзензерский; Василий Иванович Подлубный; Сергей Владимирович Васильев; Сергей Григорьевич Касян
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-04-27
Also published as: UA78061C2

Abstract

FIELD: electrical engineering; lead-acid storage battery manufacture.

SUBSTANCE: proposed lead-acid storage battery has cells connected in series by means of interconnections; each cell has groups of unlike-polarity plates with separators in-between and electrolyte; each plate has active material and terminal; negative plates have perforated terminals incorporating wire netting and top frame with lug for interconnecting plates into plate group; positive-plate terminal is, essentially, netting of permanent-section horizontal and vertical wires disposed within frame that has lug on its upper part for interconnecting plates to form plate group; number of vertical wires is greater by 1.6 to 2.4 times than that of horizontal wires; distribution of horizontal wires in upper part of wire netting occupying minimum two thirds of total area of the latter is characterized in compression toward lower part of wire netting; rounded-off points are provided in horizontal-to-vertical wire joints, their radius being 0.40 to 2,00 mm; positive-plate terminal is made of alloy having following ingredients, mass percent: Sn, 0.70-1.20; Ca, 0.03-0.05; Ag, 0.0003-0.02; Al, 0.01-0.025; Bi, 0.0002-0.03; Bi; total content of remaining components is not over 0.01 mass per cent at maximal content of any component element being 0.002 mass percent, tin-to-calcium mass content ratio in K_Sn/Ca alloy is 23-40; negative-plate terminal is made of alloy having following ingredients, mass percent: Sn, 0.20-0.35; Ca, 0.07-0.11; Ag, 0.0003-0.02; Al, 0.01-0.025; Bi, 0.0002-0.03; total content of other components is not over 0.01 mass percent at maximal content of any component element of 0.002 mass percent.

EFFECT: enhanced mechanical strength and power characteristics of plates and corrosion resistance of positive terminals.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.The invention relates to electrical engineering and can be used in the production of lead-acid batteries.

Развитие производства свинцово-кислотных батарей показало основные технические противоречия, которые приходится преодолевать при усовершенствовании конструкции батарей и технологии их изготовления. К таким противоречивым требованиям прежде всего относятся: высокая удельная энергия (высокие стартерные характеристики, ток холодной прокрутки и емкость, пониженная масса), высокая надежность (безотказность, долговечность), а также низкий уровень эксплуатационных затрат (необслуживаемость за счет малого саморазряда, сниженного газовыделения и расхода воды). Значительный прогресс в этом направлении достигается при усовершенствовании электродов аккумуляторных батарей, в частности - при улучшении характеристик токоотводов. Как известно, в аккумуляторах токоотвод выполняет две важнейшие функции: токосъемника и несущей основы для активной массы электрода, причем условия эксплуатации токоотводов в положительных и отрицательных электродах заметно отличаются. Требования к токоотводу в отрицательных электродах, хотя и содержат технические противоречия, значительно проще: масса токоотвода должна быть минимальной, чтобы увеличить удельную энергию батареи; конструкция, количество материала и состав сплава токоотвода должны обеспечить его высокие электрические и механические свойства, чтобы достичь минимальных омических потерь, высокой прочности электродов при изготовлении и эксплуатации, надежного удержания активной массы электродов в течение всего срока службы батареи. Требования к токоотводу в положительных электродах заметно сложнее и связаны с особенностями состава и условиями работы положительных электродов. Существенными здесь являются следующие обстоятельства: электропроводность активной массы положительных электродов (диоксида свинца) значительно меньше электропроводности активной массы отрицательных электродов (губчатого свинца), что усиливает неравномерность распределения в электроде плотности тока и потенциала и обостряет техническое противоречие между требованием высокой удельной энергии и высокой надежности; между активной массой и токоотводом может образоваться пассивирующий диэлектрический слой, снижающий технические характеристики аккумуляторов, что накладывает определенные ограничения на состав сплава токоотводов и может привести к техническому противоречию между требованиями высокой удельной энергии и надежности и требованием по низкому уровню эксплуатационных затрат; аналогичную проблему создает действующий в процессе эксплуатации аккумуляторных батарей механизм переноса ионов некоторых легирующих примесей (в первую очередь, сурьмы) с положительных токоотводов на отрицательные электроды; положительные электроды в большей степени подвержены разрушению, чем отрицательные, в частности положительные электроды подвергаются коррозии токоотводов (в условиях неизбежного перезаряда и повышенных рабочих температур), оплыванию активной массы, что также усиливает техническое противоречие между требованием высокой удельной энергии и высокой надежности. Поэтому требования к токоотводу в положительных электродах, кроме перечисленных выше условий, содержат ряд дополнительных пунктов: конструкция и состав сплава токоотводов должны обеспечить высокую их коррозионную стойкость и сопротивление коррозионной деформации, надежное сцепление с активной массой и предотвращение образования в электродах пассивирующего слоя; кроме того, состав сплава токоотводов должен обеспечить малый саморазряд и сниженное газовыделение (расход воды) в аккумуляторах.The development of the production of lead-acid batteries has shown the main technical contradictions that have to be overcome when improving the design of batteries and their manufacturing technology. Such conflicting requirements primarily include: high specific energy (high starter characteristics, cold scroll current and capacitance, reduced weight), high reliability (reliability, durability), as well as low operating costs (low maintenance due to low self-discharge, low gas emission and water consumption). Significant progress in this direction is achieved by improving the electrodes of batteries, in particular, by improving the characteristics of down conductors. As you know, in batteries the down conductor performs two important functions: the current collector and the carrier base for the active mass of the electrode, and the operating conditions of down conductors in positive and negative electrodes are noticeably different. The requirements for the down conductor in negative electrodes, although they contain technical contradictions, are much simpler: the down conductor mass should be minimal in order to increase the specific energy of the battery; the design, amount of material and composition of the collector alloy should ensure its high electrical and mechanical properties in order to achieve minimum ohmic losses, high strength of the electrodes in the manufacture and operation, reliable retention of the active mass of the electrodes throughout the battery life. The requirements for current collector in positive electrodes are much more complicated and are associated with the compositional features and working conditions of positive electrodes. The following circumstances are significant here: the conductivity of the active mass of the positive electrodes (lead dioxide) is much less than the conductivity of the active mass of the negative electrodes (sponge lead), which increases the uneven distribution of current density and potential in the electrode and aggravates the technical contradiction between the requirement of high specific energy and high reliability; between the active mass and the collector, a passivating dielectric layer can form, which reduces the technical characteristics of the batteries, which imposes certain restrictions on the composition of the alloy of the collectors and can lead to a technical contradiction between the requirements of high specific energy and reliability and the requirement for a low level of operating costs; a similar problem is created by the mechanism of transfer of ions of certain dopants (primarily antimony) from positive current leads to negative electrodes that is in operation during the operation of rechargeable batteries; positive electrodes are more susceptible to destruction than negative ones, in particular positive electrodes corrode down conductors (under conditions of inevitable overcharging and elevated operating temperatures), and the active mass swells, which also reinforces the technical contradiction between the requirement for high specific energy and high reliability. Therefore, the requirements for the down conductor in positive electrodes, in addition to the conditions listed above, contain a number of additional points: the design and composition of the down conductor alloy must ensure their high corrosion resistance and resistance to corrosion, reliable adhesion to the active mass and the prevention of the formation of a passivating layer in the electrodes; In addition, the composition of the alloy of the down conductors should provide a small self-discharge and reduced gas emission (water consumption) in the batteries.

Известен свинцово-кислотный аккумулятор, состоящий из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, каждый электрод состоит из активной массы и просечного (перфорированного) токоотвода, имеющего решетчатую сетку и верхнюю рамку, на которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок, изготовленного из свинцово-сурьмянистого сплава, содержащего 0,5-2,5% Sb, 0,05-0,40% As, 0,01-0,06% Se, 0,02-0,08% Те, остальное свинец [Заявка №5057710, Япония, Н 01 М 4/68, 24.08.93 г.].Known lead-acid battery, consisting of a block of bipolar electrodes separated by separators and an electrolyte, each electrode consists of an active mass and a perforated (perforated) collector having a lattice grid and an upper frame on which there is an eye that serves to connect the electrodes to the electrode block, made of a lead-antimony alloy containing 0.5-2.5% Sb, 0.05-0.40% As, 0.01-0.06% Se, 0.02-0.08% Those, the rest is lead [Application No. 5057710, Japan, H 01 M 4/68, 08/24/93].

Преимуществом такого аккумулятора является высокая удельная энергия за счет использования просечных (перфорированных) токоотводов, предусматривающих пониженный расход материала. Недостатками такого аккумулятора являются: пониженная надежность и недостаточно низкий уровень эксплуатационных затрат. Пониженная надежность аккумулятора определяется низкой коррозионной стойкостью и низким сопротивлением коррозионной деформации положительных токоотводов, обусловленными их конструктивными особенностями и технологией изготовления. Конструкция перфорированных токоотводов обладает пониженной механической прочностью и сопротивлением деформации из-за отсутствия вертикальных жилок и рамок. Кроме того, в процессе изготовления перфорированных токоотводов в местах выхода просечного инструмента и в точках сопряжения жилок при растягивании решетчатой сетки образуются дефекты, усиливающие коррозию. Уровень эксплуатационных затрат диктуется величиной саморазряда и газовыделения в процессе эксплуатации, связанных с составом сплава токоотводов. Ионы сурьмы, содержащейся в сплаве токоотводов, в процессе эксплуатации переносятся на отрицательные электроды и приводят к повышению саморазряда и газовыделения, что влечет необходимость регулярного контроля уровня электролита и степени заряженности батареи. Подведя итог сказанному, можно утверждать, что основная причина недостатков аккумулятора-аналога состоит в том, что в его конструкции не учтена одна из важнейших особенностей его эксплуатации - существенное отличие в условиях работы токоотводов в положительных и отрицательных электродах.The advantage of such a battery is its high specific energy due to the use of perforated (perforated) down conductors, which provide for a reduced material consumption. The disadvantages of such a battery are: reduced reliability and insufficiently low level of operating costs. The reduced reliability of the battery is determined by the low corrosion resistance and low resistance to corrosion deformation of the positive collectors, due to their design features and manufacturing technology. The design of perforated down conductors has reduced mechanical strength and resistance to deformation due to the absence of vertical veins and frames. In addition, in the manufacturing process of perforated down conductors at the points of exit of the perforated tool and at the points of connection of the veins when the lattice mesh is stretched, defects are formed that enhance corrosion. The level of operating costs is dictated by the value of self-discharge and gas release during operation associated with the composition of the alloy of the down conductors. Antimony ions contained in the down conductor alloy are transferred to negative electrodes during operation and lead to an increase in self-discharge and gas evolution, which necessitates regular monitoring of the electrolyte level and the degree of battery charge. Summing up the above, it can be argued that the main reason for the shortcomings of the battery-analogue is that its design does not take into account one of the most important features of its operation - a significant difference in the conditions of operation of down conductors in positive and negative electrodes.

Наиболее близким техническим решением, выбранным как прототип, является свинцово-кислотная батарея, состоящая из аккумуляторов, соединенных последовательно с помощью межэлементных соединений, каждый аккумулятор состоит из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, каждый электрод состоит из активной массы, покрытой фиксирующими слоями из пористого материала, и перфорированного (просечного) токоотвода, имеющего решетчатую сетку и верхнюю рамку, на которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок, причем токоотводы положительных электродов изготовлены из свинцово-оловянно-кальциевого сплава, содержащего 0,5-1,5 мас.% Sn, 0,04-0,06 мас.% Са, 0,001-0,05 мас.% Ag, 0,01-0,05 мас.% Al, остальное свинец [Патент №47915, Україна, Н 01 М 4/14, 15.07.2004 г., бюл. №7].The closest technical solution, selected as a prototype, is a lead-acid battery, consisting of batteries connected in series using interconnects, each battery consists of a block of bipolar electrodes separated by separators and electrolyte, each electrode consists of an active mass coated with fixing layers of porous material, and a perforated (perforated) down conductor having a lattice grid and an upper frame on which there is an eye that serves to connect the electrode s to the electrode unit, and the collectors of the positive electrodes are made of lead-tin-calcium alloy containing 0.5-1.5 wt.% Sn, 0.04-0.06 wt.% Ca, 0.001-0.05 wt. % Ag, 0.01-0.05 wt.% Al, the rest is lead [Patent No. 47915, Ukraine, Н 01 М 4/14, July 15, 2004, bull. No. 7].

Такая аккумуляторная батарея обладает рядом преимуществ: у нее высокая удельная энергия за счет использования перфорированных токоотводов, конструкция которых обеспечивает пониженный расход материала; несколько повышенная, по сравнению с аккумулятором-аналогом, надежность по причине использования фиксирующих слоев из пористого материала, покрывающих и удерживающих активную массу; низкий уровень эксплуатационных затрат, достигнутый благодаря применению в положительных токоотводах бессурьмянистого свинцово-оловянно-кальциевого сплава. Применение указанного сплава позволяет обеспечить низкий саморазряд (до 0,1% номинальной емкости в сутки), малые потери воды в процессе эксплуатации. Все это упрощает техническое обслуживание батареи.Such a rechargeable battery has several advantages: it has a high specific energy due to the use of perforated down conductors, the design of which provides a reduced material consumption; Reliability is somewhat increased compared to an analog battery due to the use of fixing layers of porous material that cover and hold the active mass; low level of operating costs achieved due to the use of lead-free lead-tin-calcium alloy in positive down conductors. The use of this alloy allows for low self-discharge (up to 0.1% of the nominal capacity per day), low water losses during operation. All this simplifies battery maintenance.

Преимущества батареи-прототипа вызваны тем обстоятельством, что в ней частично учтены отличия в условиях эксплуатации токоотводов в положительных и отрицательных электродах. Однако в связи с тем, что указанные отличия учтены не в полной мере, батарее-прототипу присущи определенные недостатки.The advantages of the prototype battery are due to the fact that it partially takes into account differences in the operating conditions of down conductors in positive and negative electrodes. However, due to the fact that these differences are not fully taken into account, certain disadvantages are inherent in the prototype battery.

Недостатком такой аккумуляторной батареи является невысокая надежность вследствие недостаточной коррозионной стойкости токоотводов положительных электродов, а также их низкого сопротивления коррозионной деформации. Как уже отмечалось, указанные качества положительных токоотводов обусловлены их конструктивными особенностями и технологией изготовления: отсутствием вертикальных жилок и рамок; невысокой механической прочностью растянутой решетчатой сетки; наличием множества дефектов жилок и микродефектов структуры сплава, приводящих к ускорению коррозионных процессов. Кроме того, существует еще одна причина, ответственная за уровень коррозионной стойкости и механической прочности токоотводов из свинцово-оловянно-кальциевых сплавов - соотношение (К_Sn/Ca) массового содержания олова к массовому содержанию кальция в сплаве (отношение массы олова к массе кальция). Стабильность сплавов во времени достигается при K_Sn/Ca, равном 23-40. В батарее-прототипе в целом выдержаны достаточно удовлетворительные диапазоны концентрации указанных легирующих примесей (0,5-1,5 мас.% Sn, 0,04-0,06 мас.% Са), однако во многих случаях соотношение их массового содержания (K_Sn/Ca) не обеспечивает стабильность сплавов, что приводит к постепенной утрате механической прочности, а также к снижению коррозионной стойкости вследствие изменений в структуре сплавов. Например, при содержании олова 1,1 мас.% и кальция 0,044 мас.% соотношение K_Sn/Ca составляет 25, что обеспечивает стабильность сплавов; при содержании олова 0,9 мас.% и кальция 0,06 мас.% соотношение K_Sn/Ca составляет 15, и такой сплав уже нестабилен.The disadvantage of this battery is its low reliability due to insufficient corrosion resistance of the collectors of positive electrodes, as well as their low resistance to corrosion. As already noted, the indicated qualities of positive down conductors are due to their design features and manufacturing technology: the absence of vertical veins and frames; low mechanical strength of the stretched wire mesh; the presence of many defects of veins and microdefects of the alloy structure, leading to acceleration of corrosion processes. In addition, there is another reason responsible for the level of corrosion resistance and mechanical strength of down conductors from lead-tin-calcium alloys - the ratio (K _{Sn / Ca} ) of the mass content of tin to the mass content of calcium in the alloy (the ratio of the mass of tin to the mass of calcium). The stability of the alloys in time is achieved when K _{Sn / Ca} , equal to 23-40. In the prototype battery as a whole, fairly satisfactory concentration ranges of the indicated dopants are maintained (0.5-1.5 wt.% Sn, 0.04-0.06 wt.% Ca), however, in many cases, the ratio of their mass content (K _{Sn / Ca} ) does not ensure the stability of the alloys, which leads to a gradual loss of mechanical strength, as well as to a decrease in corrosion resistance due to changes in the structure of the alloys. For example, with a tin content of 1.1 wt.% And calcium 0.044 wt.%, The K _{Sn / Ca} ratio is 25, which ensures the stability of the alloys; with a tin content of 0.9 wt.% and calcium 0.06 wt.%, the K _{Sn / Ca} ratio is 15, and such an alloy is already unstable.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности аккумуляторной батареи при условии сохранения ее высокой удельной энергии и низкого уровня эксплуатационных затрат за счет повышения механических и электрических свойств электродов, увеличения коррозионной стойкости положительных токоотводов, с учетом отличий в условиях работы токоотводов в положительных и отрицательных электродах.The basis of the invention is the task of improving the reliability of the battery while maintaining its high specific energy and low operating costs by increasing the mechanical and electrical properties of the electrodes, increasing the corrosion resistance of the positive collectors, taking into account the differences in the working conditions of the collectors in positive and negative electrodes.

Поставленная задача решается тем, что в свинцово-кислотной батарее, состоящей из аккумуляторов, соединенных последовательно с помощью межэлементных соединений, каждый аккумулятор состоит из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, каждый электрод состоит из активной массы и токоотвода, причем отрицательные электроды содержат перфорированные токоотводы, имеющие решетчатую сетку и верхнюю рамку, на которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок, согласно изобретению, токоотвод для положительного электрода представляет собой решетчатую сетку из горизонтальных и вертикальных жилок постоянного сечения, расположенных внутри рамки, в верхней части которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок, количество вертикальных жилок в 1,6-2,4 раза больше количества горизонтальных жилок, в верхней части решетчатой сетки, составляющей не менее 2/3 от общей площади решетчатой сетки, распределение горизонтальных жилок характеризуется уплотнением в сторону нижней части решетчатой сетки, в узлах сопряжения горизонтальных жилок с вертикальными имеются скругления радиусом 0,40-2,00 мм, в состав сплава токоотвода для положительного электрода включены 0,70-1,20 мас.% Sn, 0,03-0,05 мас.% Са, 0,0003-0,02 мас.% Ag, 0,01-0,025 мас.% Al, 0,0002-0,03 мас.% Bi, суммарное содержание остальных примесей не более 0,01 мас.% при максимальном содержании любого слагаемого примесного элемента 0,002 мас.%, при соотношении массового содержания олова к массовому содержанию кальция в сплаве K_Sn/Ca, равном 23-40; в состав сплава токоотвода для отрицательного электрода включены: 0,20-0,35 мас.% Sn, 0,07-0,11 мас.% Са, 0,0003-0,02 мас.% Ag, 0,01-0,025 мас.% Al, 0,0002-0,03 мас.% Bi, суммарное содержание остальных примесей не более 0,01 мас.% при максимальном содержании любого слагаемого примесного элемента 0,002 мас.%.The problem is solved in that in a lead-acid battery consisting of batteries connected in series using interconnects, each battery consists of a block of bipolar electrodes separated by separators and electrolyte, each electrode consists of an active mass and a collector, and the negative electrodes contain perforated down conductors having a lattice grid and an upper frame on which there is an eye that serves to connect the electrodes to the electrode block, according to the invention, the tap for the positive electrode is a lattice grid of horizontal and vertical veins of constant cross section located inside the frame, in the upper part of which there is an eye that serves to connect the electrodes to the electrode block, the number of vertical veins is 1.6-2.4 times the number of horizontal veins, in the upper part of the lattice mesh, comprising at least 2/3 of the total area of the lattice grid, the distribution of horizontal veins is characterized by compaction towards the bottom of the lattice grid, in knots There are roundings with a radius of 0.40-2.00 mm for interfacing of horizontal veins with vertical ones; 0.70-1.20 wt.% Sn, 0.03-0.05 wt.% Ca, are included in the composition of the collector alloy for the positive electrode 0.0003-0.02 wt.% Ag, 0.01-0.025 wt.% Al, 0.0002-0.03 wt.% Bi, the total content of other impurities is not more than 0.01 wt.% At the maximum content of any component impurity element of 0.002 wt.%, with the ratio of the mass content of tin to the mass content of calcium in the alloy K _{Sn / Ca} , equal to 23-40; The composition of the collector alloy for the negative electrode includes: 0.20-0.35 wt.% Sn, 0.07-0.11 wt.% Ca, 0.0003-0.02 wt.% Ag, 0.01-0.025 wt.% Al, 0.0002-0.03 wt.% Bi, the total content of the remaining impurities is not more than 0.01 wt.% with a maximum content of any component of the impurity element of 0.002 wt.%.

Раскроем суть заявленного технического решения. Поскольку конструкция токоотвода для положительного электрода достаточно проста в изготовлении, а именно - представляет собой решетчатую сетку из горизонтальных и вертикальных жилок постоянного сечения, расположенных внутри рамки, в верхней части которой находится ушко (служащее для соединения электродов в электродный блок), то уменьшается вероятность производственного брака и образования различных дефектов, способствующих снижению механической прочности и коррозионной стойкости токоотвода. Кроме того, наличие вертикальных жилок и рамки существенно упрочняет конструкцию и предотвращает коррозионную деформацию токоотвода. За счет того, что в положительном токоотводе количество вертикальных жилок в 1,6-2,4 раза больше количества горизонтальных жилок, достигается увеличение равномерности распределения тока и потенциала по высоте электрода, увеличение токосъема. Кроме того, такое соотношение жилок приводит к увеличению механических свойств токоотвода, снижению деформационного роста положительных электродов в период эксплуатации, увеличению срока службы аккумуляторной батареи. Если соотношение числа вертикальных жилок к числу горизонтальных менее 1,6, то исчезает полезный эффект; если указанное соотношение более 2,4, то возникает перерасход материала, ведущий к снижению удельной энергии электрода. Наличие в верхней части решетчатой сетки уплотнения распределения горизонтальных жилок в сторону нижней части решетчатой сетки токоотвода позволяет снизить омические потери при токосъеме. Это достигается за счет более равномерного токосъема практически по всей поверхности электрода, а также за счет увеличения равномерности распределения тока и потенциала по высоте электрода. Причем указанная равномерность достигается, если уплотнение распределения горизонтальных жилок выполняется в наиболее ответственной верхней части решетчатой сетки - хотя бы в верхних двух третях по площади. Все вместе это приводит к повышению коэффициента использования активной массы, увеличению мощности аккумуляторной батареи при емкостных и стартерных разрядах, препятствует процессу оплывания активной массы в нижней части электрода при эксплуатации аккумуляторной батареи. Достигнутое равномерное распределение тока и потенциала по высоте электрода приводит к снижению скорости коррозии. Повышению коррозионной стойкости токоотвода способствует и наличие скруглений радиусом 0,40-2,00 мм в узлах сопряжения горизонтальных жилок с вертикальными на всей территории решетчатого поля (сетки). Если радиус скруглений менее 0,40 мм, то большая кривизна поверхности металла способствует увеличению скорости коррозии за счет локальной неравномерности распределения электрического тока и потенциала в узлах решетчатой сетки, повышенной концентрации механических напряжений и дефектов структуры свинцового сплава. При радиусе скруглений более 2,00 мм заметного увеличения полезного эффекта не наблюдается, зато начинает увеличиваться расход материала, что влечет снижение удельной энергии электрода.We will reveal the essence of the claimed technical solution. Since the design of the collector for the positive electrode is quite simple to manufacture, namely, it is a lattice grid of horizontal and vertical veins of constant cross section, located inside the frame, in the upper part of which there is an eyelet (used to connect the electrodes to the electrode block), the probability of production defects and the formation of various defects that contribute to a decrease in the mechanical strength and corrosion resistance of the collector. In addition, the presence of vertical veins and frames significantly strengthens the design and prevents corrosion deformation of the collector. Due to the fact that in a positive collector the number of vertical veins is 1.6-2.4 times greater than the number of horizontal veins, an increase in the uniformity of the distribution of current and potential along the height of the electrode, an increase in current collection. In addition, this ratio of veins leads to an increase in the mechanical properties of the collector, a decrease in the deformation growth of the positive electrodes during operation, and an increase in the service life of the battery. If the ratio of the number of vertical veins to the number of horizontal veins is less than 1.6, then the beneficial effect disappears; if the specified ratio is more than 2.4, then there is an overspending of the material, leading to a decrease in the specific energy of the electrode. The presence of a horizontal vein distribution seal in the upper part of the lattice grid towards the lower part of the collector lattice grid allows to reduce ohmic losses during current collection. This is achieved by more uniform current collection over almost the entire surface of the electrode, as well as by increasing the uniformity of the distribution of current and potential along the height of the electrode. Moreover, the indicated uniformity is achieved if the horizontal distribution of the veins is sealed in the most critical upper part of the lattice mesh - at least in the upper two-thirds of the area. All together, this leads to an increase in the utilization factor of the active mass, an increase in the power of the battery during capacitive and starter discharges, and hinders the process of washing off the active mass in the lower part of the electrode during operation of the battery. The achieved uniform distribution of current and potential along the height of the electrode leads to a decrease in the corrosion rate. The presence of fillets with a radius of 0.40-2.00 mm at the junctions of horizontal and vertical veins in the entire territory of the trellised field (grid) also contributes to the increase in the corrosion resistance of the collector. If the fillet radius is less than 0.40 mm, the large curvature of the metal surface increases the corrosion rate due to local uneven distribution of electric current and potential at the nodes of the lattice grid, an increased concentration of mechanical stresses and structural defects of the lead alloy. With a fillet radius of more than 2.00 mm, a noticeable increase in the useful effect is not observed, but the material consumption begins to increase, which entails a decrease in the specific energy of the electrode.

Достижению требуемого технического результата способствует также состав сплава положительного токоотвода. Олово в сплаве снижает "горячее" трещинообразование токоотводов, улучшает литейные свойства сплава, повышает механическую прочность и коррозионную стойкость токоотводов. Кроме того, олово препятствует пассивации электродов при эксплуатации, усиливая электрический контакт между токоотводом и положительной активной массой за счет образования в этой зоне кристаллов полупроводника n-типа с высокой электропроводимостью. Все вместе это увеличивает долговечность, вибропрочность и электрические характеристики батареи. При содержании олова менее 0,70 мас.% увеличивается вероятность образования пассивирующего слоя между токоотводами и положительной активной массой, при содержании олова более 1,20 мас.% начинает увеличиваться время естественного "старения" и затвердения ленты из такого сплава, что ведет к увеличению продолжительности технологического процесса изготовления электродов. Наличие в сплаве положительных токоотводов кальция обеспечивает высокую механическую прочность токоотводов, достаточную коррозионную стойкость их в условиях высоких рабочих температур, а также сопротивление коррозионной деформации. Снижение количества кальция в сплаве менее 0,03 мас.%, увеличивая коррозионную стойкость, приводит к ухудшению механических свойств токоотводов и ухудшению сцепления с активной массой, что влечет сокращение срока службы аккумуляторной батареи. Увеличение количества кальция в сплаве более 0,05 мас.% несколько снижает коррозионную стойкость положительных токоотводов. Важно отметить, что содержание олова 0,70-1,20 мас.% и кальция 0,03-0,05 мас.% взаимообусловлено, причем одновременно должно выполняться условие, что соотношение массового содержания олова к массовому содержанию кальция в сплаве K_Sn/Ca составляет 23-40. Выполнение этого условия необходимо для обеспечения стабильности свинцовых сплавов во времени, что гарантировало бы стабильность их механических свойств, высокий уровень коррозионной стойкости и надежную адгезию положительной пасты и активной массы к токоотводу. Указанное условие связано с образованием упрочняющего сплав интерметаллического соединения Sn₃Са, а также с характером ликвации (сегрегации) олова и кальция внутри кристаллических зерен свинцового сплава: кальций стремится расположиться преимущественно в середине зерна, а олово - преимущественно на границах зерен, т.е. в наиболее ответственных местах с точки зрения коррозии сплава и адгезии активной массы. Продемонстрируем возможность одновременного выполнения перечисленных условий по олову и кальцию: при содержании олова 0,70 мас.% содержание кальция должно быть в пределах 0,03-0,0304 мас.%; при содержании олова 0,90 мас.% содержание кальция должно быть 0,03-0,0391 мас.%, а при содержании олова 1,20 мас.% содержание кальция должно быть 0,03-0,05 мас.%, чтобы одновременно выполнялось условие K_Sn/Ca=23-40.The composition of the alloy of the positive collector also contributes to the achievement of the required technical result. Tin in the alloy reduces the "hot" cracking of down conductors, improves the casting properties of the alloy, increases the mechanical strength and corrosion resistance of down conductors. In addition, tin prevents the passivation of the electrodes during operation, enhancing the electrical contact between the collector and the positive active mass due to the formation of n-type semiconductor crystals with high electrical conductivity in this zone. Together, this increases the longevity, vibration resistance and electrical characteristics of the battery. When the tin content is less than 0.70 wt.%, The likelihood of the formation of a passivating layer between the down conductors and the positive active mass increases, when the tin content is more than 1.20 wt.%, The time of natural “aging” and hardening of the tape from such an alloy begins to increase, which leads to an increase the duration of the manufacturing process of the electrodes. The presence of positive calcium down conductors in the alloy provides high mechanical strength of the down conductors, their sufficient corrosion resistance at high operating temperatures, and also resistance to corrosion deformation. Reducing the amount of calcium in the alloy is less than 0.03 wt.%, Increasing corrosion resistance, leads to deterioration of the mechanical properties of down conductors and deterioration of adhesion to the active mass, which leads to a reduction in battery life. An increase in the amount of calcium in the alloy of more than 0.05 wt.% Somewhat reduces the corrosion resistance of positive down conductors. It is important to note that the tin content of 0.70-1.20 wt.% And calcium 0.03-0.05 wt.% Is interdependent, and at the same time, the condition that the ratio of the mass content of tin to the mass content of calcium in the alloy K _{Sn / Ca} is 23-40. The fulfillment of this condition is necessary to ensure the stability of lead alloys in time, which would guarantee the stability of their mechanical properties, a high level of corrosion resistance and reliable adhesion of the positive paste and active mass to the collector. This condition is associated with the formation of an alloy hardening intermetallic compound Sn ₃ Са, as well as with the segregation of tin and calcium inside the crystalline grains of the lead alloy: calcium tends to be located mainly in the middle of the grain, and tin mainly at the grain boundaries, i.e. in the most critical places in terms of alloy corrosion and adhesion of the active mass. We demonstrate the possibility of simultaneously fulfilling the above conditions for tin and calcium: with a tin content of 0.70 wt.%, The calcium content should be in the range of 0.03-0.0304 wt.%; with a tin content of 0.90 wt.%, the calcium content should be 0.03-0.0391 wt.%, and with a tin content of 1.20 wt.%, the calcium content should be 0.03-0.05 wt.%, so that at the same time, the condition K _{Sn / Ca} = 23-40 was fulfilled.

Серебро в сплаве повышает механическую прочность и коррозионную стойкость за счет диспергирования структуры сплава и увеличения плотности анодной окисной пленки, а также повышает электропроводность, что дает выигрыш в долговечности, вибропрочности и электрических характеристиках. При концентрации серебра менее 0,0003 мас.% его воздействие неощутимо, при концентрации более 0,02 мас.% серебро приводит к заметному снижению кислородного перенапряжения, что усиливает газовыделение и саморазряд батареи. Концентрация серебра подобрана в соответствии с концентрациями олова и кальция и определяется специфическим характером ликвации внутри кристаллических зерен свинцового сплава - серебро, как и олово, концентрируется в основном на границах зерен. Алюминий в количестве 0,01-0,025 мас.% позволяет сократить потери (выгорание) кальция при плавлении сплава, образуя защитный поверхностный слой в расплаве. Наличие алюминия дает возможность достоверно контролировать задаваемое количество кальция в сплаве, обеспечивая свойства, определяемые кальцием. Содержание алюминия подобрано с учетом содержания кальция и олова, которое также способствует защите кальция от выгорания путем образования интерметаллического соединения Sn₃Ca, а также с учетом технологии изготовления токоотводов, предусматривающей многократную переплавку сплава. При концентрации алюминия менее 0,01 мас.% возможны потери кальция при многократной переплавке сплава. Концентрация алюминия более 0,025 мас.% нецелесообразна, поскольку создает дополнительные затраты на легирование сплава. Висмут в сплаве играет противоречивую роль: с одной стороны, висмут повышает водородное перенапряжение и несколько повышает кислородное перенапряжение за счет попадания ионов Bi³⁺ в электролит; кроме того, висмут положительно влияет на адгезию положительной активной массы к токоотводу; с другой стороны, начиная с некоторых концентраций, висмут уменьшает коррозионную стойкость сплава. Таким образом, висмут в сплаве несколько снижает газовыделение и саморазряд. Кроме того, в указанных концентрациях висмут повышает долговечность, вибропрочность и электрические характеристики батареи за счет улучшения адгезии положительной активной массы к токоотводу. При меньшем (менее 0,0002 мас.%) содержании эффект висмута не проявляется. При большем (более 0,03 мас.%) содержании висмут приводит к уменьшению коррозионной стойкости токоотводов, что, наоборот, снижает вибропрочность и долговечность батареи. Как видно из представленного описания, содержание всех перечисленных легирующих элементов взаимосвязано и взаимообусловлено синергичными эффектами и должно рассматриваться как единый признак, характеризующий свинцовый сплав в целом и позволяющий достичь требуемого технического результата.Silver in the alloy increases mechanical strength and corrosion resistance by dispersing the structure of the alloy and increasing the density of the anode oxide film, as well as increasing the electrical conductivity, which gives a gain in durability, vibration strength and electrical characteristics. At a silver concentration of less than 0.0003 wt.%, Its effect is imperceptible, at a concentration of more than 0.02 wt.%, Silver leads to a noticeable decrease in oxygen overvoltage, which enhances gas evolution and battery self-discharge. The silver concentration is selected in accordance with the concentrations of tin and calcium and is determined by the specific nature of the segregation inside the crystalline grains of the lead alloy - silver, like tin, is concentrated mainly at the grain boundaries. Aluminum in an amount of 0.01-0.025 wt.% Can reduce the loss (burnout) of calcium during melting of the alloy, forming a protective surface layer in the melt. The presence of aluminum makes it possible to reliably control the specified amount of calcium in the alloy, providing properties determined by calcium. The aluminum content is selected taking into account the content of calcium and tin, which also contributes to the protection of calcium from burning through the formation of an intermetallic compound Sn ₃ Ca, as well as taking into account the technology of manufacturing down conductors, providing for multiple remelting of the alloy. At an aluminum concentration of less than 0.01 wt.%, Calcium losses may occur during repeated remelting of the alloy. An aluminum concentration of more than 0.025 wt.% Is impractical because it creates additional costs for alloying the alloy. Bismuth in the alloy plays a controversial role: on the one hand, bismuth increases hydrogen overvoltage and slightly increases oxygen overvoltage due to the ingress of Bi ³⁺ ions into the electrolyte; in addition, bismuth positively affects the adhesion of the positive active mass to the down conductor; on the other hand, starting from certain concentrations, bismuth reduces the corrosion resistance of the alloy. Thus, bismuth in the alloy somewhat reduces gas evolution and self-discharge. In addition, in these concentrations, bismuth increases the durability, vibration resistance and electrical characteristics of the battery by improving the adhesion of the positive active mass to the collector. With a lower (less than 0.0002 wt.%) Content, the effect of bismuth does not appear. At a higher (more than 0.03 wt.%) Bismuth content leads to a decrease in the corrosion resistance of down conductors, which, on the contrary, reduces the vibration strength and durability of the battery. As can be seen from the description, the content of all of the listed alloying elements is interconnected and interdependent by synergistic effects and should be considered as a single feature characterizing the lead alloy as a whole and allowing to achieve the desired technical result.

За счет того, что токоотвод для отрицательного электрода имеет перфорированную (просечную) конструкцию, достигается минимальный расход материала и максимальная удельная энергия электрода. При этом прочность такого токоотвода достаточна в условиях работы отрицательного электрода, где не возникает коррозии и коррозионной деформации. Наличие верхней рамки улучшает токосъем и обеспечивает прочное соединение с ушком, которое служит для соединения электродов в электродный блок. Достижению требуемого технического результата способствует также состав сплава отрицательного токоотвода, в котором понижено содержание олова и повышено содержание кальция по сравнению с положительным токоотводом, что и обеспечивает его механические свойства. При содержании олова менее 0,20 мас.% ухудшаются литейные свойства сплава, усиливается трещинообразование токоотводов; содержание олова более 0,35 мас.% в условиях отрицательного токоотвода экономически нецелесообразно, поскольку при этом увеличивается себестоимость сплава, тогда как необходимая механическая прочность уже достигнута за счет высокой концентрации кальция. В первую очередь повышенное содержание кальция обеспечивает механические свойства перфорированного токоотвода. При содержании кальция менее 0,07 мас.% снижаются механические свойства токоотвода, при содержании кальция более 0,11 мас.% увеличивается хрупкость токоотвода. Проблема стабильности свинцового сплава для отрицательного токоотвода не является актуальной, поскольку отрицательный токоотвод не подвергается коррозии и коррозионной деформации; это освобождает сплав от дополнительных условий по соотношению олова и кальция. Серебро в сплаве повышает его механическую прочность и обеспечивает пластичность в условиях повышенного содержания кальция. При содержании серебра менее 0,0003 мас.% исчезает эффект его присутствия, при содержании более 0,02 мас.% серебро приводит с заметному снижению водородного перенапряжения, что усиливает газовыделение и саморазряд. Как и в положительном токоотводе, в отрицательном токоотводе концентрация серебра подобрана в соответствии с концентрациями олова и кальция по причине действия особого механизма ликвации этих легирующих примесей в свинцовом сплаве. Концентрация алюминия 0,01-0,025 мас.% в сплаве диктуется необходимостью защитить кальций от выгорания и подобрана с учетом концентрации кальция и олова, а также с учетом технологии изготовления токоотводов. По сравнению со сплавом положительного токоотвода в сплаве отрицательного токоотвода меньше содержится олова и больше кальция. Поэтому, с одной стороны, требуется больше алюминия для защиты кальция от потерь. Но, с другой стороны, технология изготовления перфорированных токоотводов не предполагает многократную переплавку сплава, а это снижает требуемое количество алюминия. При концентрации алюминия менее 0,01 мас.% возможны потери кальция в сплаве. Концентрация алюминия более 0,025 мас.% нецелесообразна, поскольку создает дополнительные затраты на легирование сплава. Содержание висмута 0,0002-0,03 мас.% в сплаве позволяет снизить газовыделение и саморазряд за счет попадания ионов Bi³⁺ в электролит. При концентрации висмута менее 0,0002 мас.% исчезает эффект его присутствия, при содержании более 0,03 мас.% начинает снижаться механическая прочность сплава. Как и для положительного токоотвода, содержание всех легирующих элементов в сплаве для отрицательного токоотвода взаимосвязано и взаимообусловлено синергичными эффектами и должно рассматриваться как единый признак, характеризующий свинцовый сплав в целом.Due to the fact that the collector for the negative electrode has a perforated (slotted) design, the minimum material consumption and maximum specific energy of the electrode are achieved. At the same time, the strength of such a collector is sufficient under the conditions of the negative electrode, where there is no corrosion and corrosion deformation. The presence of the upper frame improves current collection and provides a solid connection with the eye, which serves to connect the electrodes to the electrode block. The achievement of the desired technical result is also facilitated by the composition of the negative collector alloy, in which the tin content is lowered and the calcium content is increased in comparison with the positive collector, which ensures its mechanical properties. When the tin content is less than 0.20 wt.%, The casting properties of the alloy deteriorate, cracking of down conductors is enhanced; a tin content of more than 0.35 wt.% in conditions of negative current collector is not economically feasible, since the cost of the alloy increases, while the necessary mechanical strength has already been achieved due to the high concentration of calcium. First of all, the high calcium content provides the mechanical properties of a perforated collector. With a calcium content of less than 0.07 wt.%, The mechanical properties of the collector are reduced, with a calcium content of more than 0.11 wt.%, The fragility of the collector increases. The stability problem of a lead alloy for a negative collector is not relevant, since a negative collector is not subjected to corrosion and corrosion deformation; this frees the alloy from additional conditions in terms of the ratio of tin and calcium. Silver in the alloy increases its mechanical strength and provides ductility in conditions of high calcium content. With a silver content of less than 0.0003 wt.%, The effect of its presence disappears, with a content of more than 0.02 wt.%, Silver leads to a marked reduction in hydrogen overvoltage, which enhances gas evolution and self-discharge. As in the positive down conductor, in the negative down conductor, the silver concentration is selected in accordance with the concentrations of tin and calcium due to the action of a special mechanism of segregation of these alloying impurities in the lead alloy. The aluminum concentration of 0.01-0.025 wt.% In the alloy is dictated by the need to protect calcium from burnout and is selected taking into account the concentration of calcium and tin, as well as taking into account the technology of manufacturing down conductors. Compared to the positive collector alloy, the negative collector alloy contains less tin and more calcium. Therefore, on the one hand, more aluminum is required to protect calcium from losses. But, on the other hand, the technology for manufacturing perforated down conductors does not imply multiple remelting of the alloy, but this reduces the required amount of aluminum. At an aluminum concentration of less than 0.01 wt.%, Calcium loss in the alloy is possible. An aluminum concentration of more than 0.025 wt.% Is impractical because it creates additional costs for alloying the alloy. The bismuth content of 0.0002-0.03 wt.% In the alloy allows to reduce gas evolution and self-discharge due to the penetration of Bi ³⁺ ions into the electrolyte. At a bismuth concentration of less than 0.0002 wt.%, The effect of its presence disappears, at a content of more than 0.03 wt.%, The mechanical strength of the alloy begins to decrease. As for a positive down conductor, the content of all alloying elements in the alloy for a negative down conductor is interconnected and interdependent by synergistic effects and should be considered as a single feature characterizing the lead alloy as a whole.

Кроме полезных легирующих добавок, в сплаве обоих токоотводов могут содержаться нейтральные или вредные примеси Sb, As, Se, Cu, Fe, Ni, Zn, S в суммарном количестве не более 0,01 мас.%. Однако при таком малом суммарном содержании с учетом, что содержание любого слагаемого примесного элемента не более 0,002 мас.%, указанные примеси практически не влияют на свойства токоотводов.In addition to useful alloying additives, the alloy of both down conductors can contain neutral or harmful impurities Sb, As, Se, Cu, Fe, Ni, Zn, S in a total amount of not more than 0.01 wt.%. However, with such a small total content, taking into account that the content of any component of the impurity element is not more than 0.002 wt.%, These impurities practically do not affect the properties of down conductors.

По имеющимся у авторов сведениям, предложенные существенные признаки, характеризующие суть изобретения, не известны в данном разделе техники. Предложенное техническое решение может быть использовано на предприятиях по изготовлению свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в частности - в производстве герметизированных аккумуляторных батарей, в которых используются низколегированные свинцовые сплавы и современные технологии непрерывного изготовления токоотводов.According to the information available to the authors, the proposed essential features characterizing the essence of the invention are not known in this section of the technology. The proposed technical solution can be used in enterprises producing lead-acid batteries, in particular, in the production of sealed batteries that use low-alloy lead alloys and modern technologies for the continuous production of down conductors.

На фиг.1 приведен общий вид аккумуляторной батареи. На фиг.2 приведен общий вид единичного положительного токоотвода с указанием его основных размеров. На фиг.3 приведен фрагмент решетчатой сетки и боковой части рамки положительного токоотвода с указанием размеров ячеек и толщины горизонтальных и вертикальных жилок. На фиг.4 приведен общий вид единичного отрицательного токоотвода с указанием его основных размеров.Figure 1 shows a General view of the battery. Figure 2 shows a General view of a single positive down conductor with an indication of its main dimensions. Figure 3 shows a fragment of the lattice grid and the side of the frame of the positive collector indicating cell sizes and thicknesses of horizontal and vertical veins. Figure 4 shows a General view of a single negative down conductor with an indication of its main dimensions.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея содержит корпус 1, закрытый в верхней части крышкой 2, к которой крепится ручка 3 для переноски. В крышке проделаны заливочные отверстия, которые завинчиваются пробками 4, которые одновременно могут служить клапанами. Клапаны устанавливаются только в герметизированном варианте исполнения аккумуляторной батареи. Внутри крышки 2 расположен центральный газоотводящий канал (на фиг.1 не показан), который соединяет заливочные отверстия и служит для отвода газов, выделяющихся при заряде батареи. Выход газоотводящего канала может быть в любом заливочным отверстии, где будет осуществляться вывод газов через соответствующую пробку (или клапан) 4, задерживающую капли и аэрозоли электролита и препятствующую проникновению внутрь батареи пламени и искр, возможно присутствующих во внешней среде, а также исключающую попадание пыли. В частности, одним из наилучших вариантов отвода газов является отвод через две пробки (клапана) - третью и четвертую, расположенные в середине крышки, на максимальном расстоянии от полюсных выводов. Токообразующими элементами батареи являются положительные и отрицательные электроды 5.The lead-acid battery contains a housing 1, closed in the upper part by a cover 2, to which the handle 3 for fastening is attached. In the lid, filling holes were made, which are screwed with stoppers 4, which at the same time can serve as valves. Valves are installed only in a sealed version of the battery. Inside the lid 2 there is a central gas exhaust channel (not shown in FIG. 1), which connects the filling holes and serves to exhaust the gases released when the battery is charged. The outlet of the gas outlet channel can be in any filling hole where the gases will be vented through the corresponding plug (or valve) 4, which traps drops and aerosols of electrolyte and prevents the penetration of flames and sparks, possibly present in the external environment, into the battery, as well as eliminating the ingress of dust. In particular, one of the best options for venting gases is to vent through two plugs (valves) - the third and fourth, located in the middle of the cover, at the maximum distance from the pole terminals. The current-forming elements of the battery are the positive and negative electrodes 5.

Положительный токоотвод (токоотвод для положительного электрода) представляет собой решетчатую сетку из горизонтальных и вертикальных жилок постоянного сечения, расположенных внутри рамки, в верхней части которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок. Высота А и ширина W токоотвода равны: А=135,0±0,1 мм, W=144,0±0,1 мм. Размеры, связанные с расположением ушка в верхней части рамки, равны: D=3,0-39,0 мм, Е=14,0-16,0 мм. Кроме того, в нашем примере указаны размеры В и С, характеризующие высоту токоотводов двух меньших типоразмеров, которые применяются в аккумуляторном производстве, согласно действующей нормативной документации. Указанные размеры равны: В=118,0±0,1 мм, С=103,0±0,1 мм. Технология изготовления положительного токоотвода допускает получение любого из трех вариантов конструкций путем несложной переналадки оборудования. Уплотнение распределения горизонтальных жилок в сторону нижней части решетчатой сетки токоотвода строго выполняется в верхней части решетчатой сетки, составляющей не менее 2/3 от общей площади решетчатой сетки, где расстояния а_i образуют убывающую последовательность чисел, характеризующуюся отношением a_i+1/a_i=0,85-0,97. В нашем примере горизонтальные жилки, расположенные в указанной верхней части, отстоят друг от друга на расстояниях: a₁=14±0,05 мм, а₂=13±0,05 мм, а₃=12,5±0,05 мм, а₄=12±0,05 мм, а₅=11,5±0,05 мм, a₆=11±0,05 мм, a₇=9,5±0,05 мм. Остальные размеры а_i равны: а₈=9±0,05 мм, а₉=6±0,05 мм, а₁₀=7±0,05 мм, а₁₁=7±0,05 мм, а₁₂=7±0,05 мм. Размер b задает ширину ячейки решетчатой сетки и равен: b=4,9±0,05 мм. Размеры ячеек в данной конструкции подобраны для эффективной намазки пастой, а также надежного удержания пасты и активной массы. Размеры d₁ и d₂ показывают ширину вертикальных жилок, причем d₁=0,83±0,05 мм, d₂=1,9±0,05 мм. В нашем примере каждая 4-ая вертикальная жилка имеет ширину d₂, т.е. уширена. Наличие уширенных "силовых" жилок способствует повышению жесткости конструкции токоотвода, успешному применению низколегированных свинцовых сплавов с очень малым количеством легирующих примесей. Размеры d₃ и d₄ демонстрируют ширину горизонтальных жилок: d₃=1±0,05 мм, d₄=2±0,05 мм, причем в нашем примере d₄ - ширина горизонтальных жилок в нижней части сетки, которые соответствуют расположению нижней части рамки для токоотводов меньших типоразмеров. Толщина положительного токоотвода составляет 0,75-0,90 мм.The positive down conductor (down conductor for the positive electrode) is a lattice grid of horizontal and vertical veins of constant cross section located inside the frame, in the upper part of which there is an eye that serves to connect the electrodes to the electrode block. The height A and the width W of the collector are equal: A = 135.0 ± 0.1 mm, W = 144.0 ± 0.1 mm. The dimensions associated with the location of the eyelet in the upper part of the frame are: D = 3.0-39.0 mm, E = 14.0-16.0 mm. In addition, in our example, dimensions B and C are indicated, characterizing the height of down conductors of two smaller sizes that are used in battery production, according to the current regulatory documentation. The indicated dimensions are equal: B = 118.0 ± 0.1 mm, C = 103.0 ± 0.1 mm. The manufacturing technology of a positive collector allows any of the three design options to be obtained by simple equipment readjustment. Compaction of the distribution of horizontal veins towards the lower part of the trellis grid is strictly performed in the upper part of the trellis grid, which is at least 2/3 of the total area of the trellis grid, where the distances a _i form a decreasing sequence of numbers characterized by the ratio a _{i + 1} / a _i = 0.85-0.97. In our example, the horizontal veins located in the indicated upper part are separated from each other at distances: a ₁ = 14 ± 0.05 mm, and ₂ = 13 ± 0.05 mm, and ₃ = 12.5 ± 0.05 mm and ₄ = 12 ± 0.05 mm, and ₅ = 11.5 ± 0.05 mm, a ₆ = 11 ± 0.05 mm, a ₇ = 9.5 ± 0.05 mm. The remaining dimensions a _i are equal: a ₈ = 9 ± 0.05 mm, and ₉ = 6 ± 0.05 mm, and ₁₀ = 7 ± 0.05 mm, and ₁₁ = 7 ± 0.05 mm, and ₁₂ = 7 ± 0.05 mm. Size b defines the cell width of the lattice grid and is equal to: b = 4.9 ± 0.05 mm. The cell sizes in this design are selected for effective spreading with paste, as well as reliable retention of paste and active mass. Dimensions d ₁ and d ₂ show the width of the vertical veins, with d ₁ = 0.83 ± 0.05 mm, d ₂ = 1.9 ± 0.05 mm. In our example, every 4th vertical vein has a width of d ₂ , i.e. broadened. The presence of broadened "power" veins helps to increase the stiffness of the design of the collector, the successful use of low-alloy lead alloys with a very small amount of dopants. The dimensions d ₃ and d ₄ show the width of the horizontal veins: d ₃ = 1 ± 0.05 mm, d ₄ = 2 ± 0.05 mm, and in our example, d ₄ is the width of the horizontal veins in the lower part of the grid, which correspond to the location of the lower parts of the frame for down conductors of smaller sizes. The thickness of the positive collector is 0.75-0.90 mm.

Отрицательный токоотвод (токоотвод для отрицательного электрода) представляет собой перфорированную решетчатую сетку и верхнюю рамку, на которой находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок. Высота токоотвода, в зависимости от типоразмера, составляет: Н=135,0+1,5 или 118,0+1,5, или 103,0+1,5 мм. Ширина токоотвода Z=144,0+1,5 мм. Размеры, связанные с расположением ушка в верхней части рамки, равны: F=39,0±0,1 мм, G=14,0±0,1 мм. Радиус скругления R6=6,0±0,05 мм. Высота рамки H1=5,0±0,05 мм. Ширина и высота ячеек равны: x=12,0±0,05 мм, y=6,95-8,35 мм. Ширина жилок равна 1,0±0,05 мм. Размеры ячеек и ширина жилок в данной конструкции подобраны для эффективной намазки пастой, а также надежного удержания пасты и активной массы. Толщина отрицательного токоотвода составляет 0,75-0,90 мм.The negative down conductor (down conductor for the negative electrode) is a perforated grid and the upper frame, on which there is an eye, which serves to connect the electrodes to the electrode block. The height of the collector, depending on the size, is: N = 135.0 + 1.5 or 118.0 + 1.5, or 103.0 + 1.5 mm. The width of the collector Z = 144.0 + 1.5 mm. The dimensions associated with the location of the eyelet in the upper part of the frame are: F = 39.0 ± 0.1 mm, G = 14.0 ± 0.1 mm. Rounding radius R6 = 6.0 ± 0.05 mm. Frame height H1 = 5.0 ± 0.05 mm. The width and height of the cells are equal: x = 12.0 ± 0.05 mm, y = 6.95-8.35 mm. The width of the veins is 1.0 ± 0.05 mm. The cell sizes and width of the veins in this design are selected for effective spreading with paste, as well as reliable retention of paste and active mass. The thickness of the negative collector is 0.75-0.90 mm.

Изготовление заявляемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи производится следующим образом. Получение низколегированных свинцово-оловянно-кальциевых сплавов (с примесями) для токоотводов осуществляется по известным технологиям непосредственно в литейном цехе аккумуляторного предприятия. Состав сплавов задается согласно формуле изобретения. Положительные токоотводы производятся с помощью новейшей технологии непрерывного изготовления, включающей, в общих чертах, следующую последовательность операций. Вначале отливают полосу необходимой ширины (как правило, равной высоте сдвоенного токоотвода) из свинцового сплава для положительных токоотводов, при этом кристаллизация полосы осуществляется между двумя литейными барабанами, к которым подведено принудительное охлаждение с одинаковой интенсивностью теплоотвода. После этого полосу подвергают прокатке при определенных условиях (в определенном температурном интервале вблизи точки рекристаллизации, при определенной степени деформации) с целью упрочнения сплава и получения свинцовой ленты необходимой толщины. При этом, как правило, ширина полученной ленты равна ширине первоначальной полосы, а длина больше за счет уменьшения толщины. Затем ленту из свинцового сплава подвергают штамповке с целью получения ячеек (решетчатой сетки). После указанной операции положительные токоотводы представляют собой цельную непрерывную ленту соединенных друг с другом сдвоенных токоотводов. В результате штамповки образуется большое количество материала ленты в виде кусочков металла (высечки), который затем подвергается переплавке и повторному использованию. (Поскольку количество высечки достаточно велико, то значительная доля сплава участвует в многократных переплавках, что и усиливает актуальность защиты кальция от выгорания в положительных токоотводах.) Отрицательные токоотводы производятся с помощью известной технологии непрерывного изготовления, включающей, в общих чертах, следующую последовательность операций. Вначале отливают полосу из свинцового сплава для отрицательных токоотводов, затем полосу подвергают прокатке с целью упрочнения сплава и получения свинцовой ленты необходимой толщины. После этого ленту из свинцового сплава подвергают перфорированию (просечке) и одновременному растягиванию с целью получения решетчатой сетки. В результате отрицательные токоотводы также представляют собой цельную непрерывную ленту соединенных друг с другом сдвоенных токоотводов. Однако, в отличие от положительных токоотводов, при технологии перфорирования образуется минимальное количество высечки, требующей переплавки и повторного использования. Одновременно с производством токоотводов в цехе пастоприготовления и пастонамазки приготовляется свинцовая паста для формирования положительной и отрицательной активных масс. Затем ленты сдвоенных положительных и отрицательных токоотводов подвергаются намазке положительной и отрицательной пастой соответственно, после чего производится разделение намазанных электродных пластин на единичные. Намазанные положительные и отрицательные электродные пластины подвергаются термогидростатированию (сушке и дозреванию) в специальных камерах, после чего собираются аккумуляторные батареи в сборочном цехе. Прошедшие сборку аккумуляторные батареи подвергаются формированию (первому заряду) в цехе батарейного формирования, в результате чего формируется активная масса положительных и отрицательных электродов. После формирования батареи поступают на склад готовой продукции.The manufacture of the inventive lead-acid battery is as follows. Obtaining low-alloyed lead-tin-calcium alloys (with impurities) for down conductors is carried out by known technologies directly in the foundry of the battery enterprise. The composition of the alloys is set according to the claims. Positive down conductors are produced using the latest continuous manufacturing technology, including, in general terms, the following sequence of operations. First, a strip of the required width (usually equal to the height of the double down conductor) is cast from a lead alloy for positive down conductors, while the strip is crystallized between two casting drums, to which forced cooling is supplied with the same heat sink intensity. After that, the strip is subjected to rolling under certain conditions (in a certain temperature range near the recrystallization point, with a certain degree of deformation) in order to strengthen the alloy and obtain a lead tape of the required thickness. In this case, as a rule, the width of the obtained tape is equal to the width of the original strip, and the length is greater due to a decrease in thickness. Then the lead alloy tape is stamped to obtain cells (wire mesh). After this operation, the positive down conductors are a single continuous tape connected to each other dual down conductors. As a result of stamping, a large amount of tape material is formed in the form of pieces of metal (die cutting), which is then re-melted and reused. (Since the amount of die cutting is large enough, a significant proportion of the alloy is involved in repeated melting, which enhances the relevance of protecting calcium from burnout in positive down conductors.) Negative down conductors are produced using the well-known continuous manufacturing technology, which, in general terms, includes the following sequence of operations. First, a lead alloy strip is cast for negative down conductors, then the strip is subjected to rolling in order to strengthen the alloy and obtain a lead tape of the required thickness. After that, the lead alloy tape is subjected to perforation (perforation) and simultaneous stretching in order to obtain a lattice mesh. As a result, negative down conductors also constitute a continuous continuous tape of connected down conductors connected to each other. However, unlike positive down conductors, with the perforation technology a minimal amount of die cutting is created, requiring re-melting and reuse. Simultaneously with the production of down conductors, a lead paste is prepared in the pasta-preparation and pastonoiling workshop to form positive and negative active masses. Then the tapes of double positive and negative down conductors are plastered with positive and negative paste, respectively, after which the plated electrode plates are divided into single ones. Coated positive and negative electrode plates are thermohydrostated (dried and ripened) in special chambers, after which the batteries are assembled in the assembly shop. The rechargeable batteries that underwent assembly are subjected to formation (first charge) in the battery formation workshop, as a result of which an active mass of positive and negative electrodes is formed. After forming the batteries go to the finished goods warehouse.

Лабораторные испытания опытных партий заявляемых аккумуляторных батарей подтвердили их высокую безотказность, долговечность, а также низкий уровень газовыделения и саморазряда. Электрические характеристики батарей с запасом удовлетворяют требованиям стандарта.Laboratory tests of experimental batches of the claimed rechargeable batteries have confirmed their high reliability, durability, as well as a low level of gas evolution and self-discharge. The electrical characteristics of batteries with a margin meet the requirements of the standard.

Claims

A lead-acid battery consisting of batteries connected in series using interconnects, each battery consists of a block of bipolar electrodes separated by separators and an electrolyte, each electrode consists of an active mass and a current collector, and the negative electrodes contain perforated current collectors having a grid and an upper the frame on which the eyelet is located, used to connect the electrodes to the electrode block, characterized in that the collector for the positive electrode before it is a lattice grid of horizontal and vertical veins of constant cross section located inside the frame, in the upper part of which there is an eye, which serves to connect the electrodes into the electrode block, the number of vertical veins is 1.6-2.4 times the number of horizontal veins, in the upper part of the lattice grid, comprising at least 2/3 of the total area of the lattice grid, the distribution of horizontal veins is characterized by compaction towards the lower part of the lattice grid, at the junctions of horizontal veins with Rectangular ones have roundings with a radius of 0.40-2.00 mm, 0.70-1.20 wt.% Sn, 0.03-0.05 wt.% Ca, 0.0003-0 are included in the composition of the collector alloy for the positive electrode , 02 wt.% Ag, 0.01-0.025 wt.% Al, 0.0002-0.03 wt.% Bi, the total content of other impurities is not more than 0.01 wt.% With a maximum content of any component of the impurity element of 0.002 wt. .%, with the ratio of the mass content of tin to the mass content of calcium in the alloy K _{Sn / Ca} , equal to 23-40; The composition of the collector alloy for the negative electrode includes: 0.20-0.35 wt.% Sn, 0.07-0.11 wt.% Ca, 0.0003-0.02 wt.% Ag, 0.01-0.025 wt.% Al, 0.0002-0.03 wt.% Bi, the total content of the remaining impurities is not more than 0.01 wt.% with a maximum content of any component of the impurity element of 0.002 wt.%.