RU2584699C1 - Lead-acid battery - Google Patents

Lead-acid battery Download PDF

Info

Publication number
RU2584699C1
RU2584699C1 RU2015115075/07A RU2015115075A RU2584699C1 RU 2584699 C1 RU2584699 C1 RU 2584699C1 RU 2015115075/07 A RU2015115075/07 A RU 2015115075/07A RU 2015115075 A RU2015115075 A RU 2015115075A RU 2584699 C1 RU2584699 C1 RU 2584699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
positive
active mass
electrodes
alloy
Prior art date
Application number
RU2015115075/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Кондрашов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Авто-Лидер"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Авто-Лидер" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Авто-Лидер"
Priority to RU2015115075/07A priority Critical patent/RU2584699C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2584699C1 publication Critical patent/RU2584699C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/68Selection of materials for use in lead-acid accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

FIELD: storage batteries.
SUBSTANCE: invention relates to lead-acid battery containing housing closed in upper part by cover and divided into compartments to accommodate batteries connected in series with help of inter-element connections, each accumulator consists of a unit of unlike electrodes separated by separators and electrolyte, electrodes consist of current taps and active mass, current leads of positive electrodes are made of lead-tin-calcium alloy with aluminium and silver additives, active mass of positive and negative electrodes is coated with fixing layers of porous acid-resistant material, is characterised by that alloy of positive current leads additionally contains bismuth Bi 150÷500 ppm, other components are contained in an amount of, wt%: Sn 2.0±0.1 %; Ca 0.04±0.005 %; Al 0.005±0.001 %; Ag 0.007÷0.04 %, lead - balance, and alloy bridges of inter-element connections (MES) contains main components: Sn 3±0.1 %; Sb 1.0±0.1 %; As 0.055±0.015 %; Se 0.008±0.001 %; Cu 0.013±0.002 %; lead - balance. Active mass of positive and negative electrodes fully covers on both sides units of arrays, pasting web is made of a mixture of microfibres of glass and synthetic fibres, with specific surface area not less than 1.5-2.0 m2/g, dividing separators represent envelopes of high-molecular polyethylene with arranged thereon two-sided vertical ribs or laminated glass envelope, inner side facing positive electrode.
EFFECT: longer service life and reliability of accumulator.
7 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химических источников тока, а именно к технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов (АКБ) (Lead Acid Batteries), предназначенных для малых двигателей и для средних стартерных условий, но обладающих повышенной надежностью в циклах для среднетяжелых условий эксплуатации в 30-50% DOD (DOD - заряд и разряд в % от заявляемой емкости по 20-часовому режиму разряда) не менее чем в два раза выше, чем у батарей (Flooded Lead Acid - FLA, чисто стартерных), для батарей в исполнении GEL (Gelled Electrolite), а также FLA батарей двойного назначения (Стартерно/Тяговые батареи с жидким электролитом), и классу EFB (Enhanced Flooded Battery - усовершенствованная батарея с жидким электролитом), способных работать в автотранспортных средствах, оборудованных системой «Старт-Стоп». При этом свинцово-кислотные аккумуляторы могут выполняться как в герметизированном варианте, так и с дополнительно загущенным электролитом.The invention relates to the field of chemical current sources, and in particular to the technology for the production of lead-acid batteries (Lead Acid Batteries), designed for small engines and medium starter conditions, but with increased reliability in cycles for moderate operating conditions in 30-50 % DOD (DOD - charge and discharge in% of the declared capacity for a 20-hour discharge mode) is at least two times higher than that of batteries (Flooded Lead Acid - FLA, purely starter), for batteries made by GEL (Gelled Electrolite ), as well as FLA dual-use batteries (One Hundred Terno / Traction batteries with liquid electrolyte), and a class of EFB (Enhanced Flooded Battery - enhanced flooded batteries), capable of operating in vehicles equipped with the system "start-stop". In this case, lead-acid batteries can be performed both in a sealed version and with an additionally thickened electrolyte.

Европейский автопарк изменяется с беспрецедентной скоростью. Законодатели установили строгие требования, обязывающие автопроизводителей снизить выбросы CO2 до 130 г/км к 2015 году и до 95 г/км к 2021 году, т.е. сократить выбросы CO2 на 40% по сравнению с 2007 годом. Подобные задачи вынуждают автопроизводителей разрабатывать гораздо более экономичные с точки зрения потребления топлива автомобили с современными аккумуляторами и расширенными возможностями электропривода (система Start-Stop, система управления аккумулятором и умные генераторы), благодаря которым зарядка более не выполняется в непрерывном режиме. Эти новые технологии основаны на продвинутых аккумуляторах AGM (Absorbent Glass Mat). Сепаратор AGM представляет собой комбинацию AGM стеклохолста с кислотоустойчивым связующим. Эта технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов была создана в начале 1970-х годов. Также применяется технология EFB для первичной комплектации автосборочных конвейеров.The European car fleet is changing at an unprecedented rate. Legislators have established stringent requirements requiring automakers to reduce CO 2 emissions to 130 g / km by 2015 and to 95 g / km by 2021, i.e. reduce CO 2 emissions by 40% compared to 2007. Such tasks force car manufacturers to develop much more fuel-efficient cars with modern batteries and advanced electric drive capabilities (Start-Stop system, battery management system and smart generators), due to which charging is no longer performed continuously. These new technologies are based on the advanced AGM (Absorbent Glass Mat) batteries. The AGM separator is a combination of an AGM fiberglass with an acid resistant binder. This lead acid battery manufacturing technology was created in the early 1970s. EFB technology is also used for the initial assembly of auto assembly lines.

Идея производства микрогибридных автомобилей доминирует в Европе. Несмотря на то что автомобили, оснащенные обычными силовыми агрегатами, все еще составляют большую часть автопарка, процентная доля автомобилей Start-Stop стремительно увеличивается из года в год.The idea of producing micro hybrid cars dominates Europe. Despite the fact that cars equipped with conventional powertrains still make up the majority of the fleet, the percentage of Start-Stop cars is growing rapidly from year to year.

Поскольку существенно возросли требования в отношении снижения расхода топлива и минимизации выбросов вредных выхлопных газов автомобилями, то условия функционирования автомобильной свинцовой аккумуляторной батареи также значительно изменились.Since the requirements for reducing fuel consumption and minimizing emissions of harmful exhaust gases by cars have substantially increased, the operating conditions of a lead car battery have also changed significantly.

Одним из примеров таких условий функционирования является контроль заряда. Обычно подзарядка автомобильной свинцовой аккумуляторной батареи выполняется при работе генератора, приводимого в действие двигателем, как и в случае подачи электроэнергии на другое электрическое оборудование. Поэтому свинцовая аккумуляторная батарея всегда находится в состоянии перезарядки, что, естественно, приводит к увеличению расхода топлива. В связи с этим в настоящее время автопроизводители предлагают осуществлять контроль заряда свинцовой аккумуляторной батареи, соответственно уменьшая расход топлива и минимизируя выбросы вредных выхлопных газов.One example of such operating conditions is charge control. Typically, a rechargeable automotive lead battery is charged when the generator is driven by an engine, as is the case with power being supplied to other electrical equipment. Therefore, the lead battery is always in a recharge state, which, of course, leads to increased fuel consumption. In this regard, car manufacturers are currently proposing to control the charge of the lead battery, respectively reducing fuel consumption and minimizing emissions of harmful exhaust gases.

Известны так называемые системы с контролем заряда, интеллектуальные системы зарядки, алгоритм которых позволяет диагностировать состояние батареи по ее внутреннему сопротивлению и напряжению на клеммах, при котором требуется подзарядка свинцовой аккумуляторной батареи. Выполняется подзарядка свинцовой аккумуляторной батареи лишь в том случае, когда такое состояние выявлено, тем самым исключается чрезмерная подзарядка аккумулятора и снижается расход топлива.There are known the so-called charge control systems, intelligent charging systems, the algorithm of which allows you to diagnose the condition of the battery by its internal resistance and voltage at the terminals, which requires recharging of the lead battery. The lead battery is only recharged when this condition is detected, thereby overcharging the battery and eliminating fuel consumption.

Однако если подзарядка свинцовой аккумуляторной батареи выполняется лишь в случае, когда найдено, что подзарядка необходима, на основании результатов обнаружения вышеуказанного состояния частичного заряда (СЧЗ), то возможность выполнения подзарядки свинцовой аккумуляторной батареи будет ограниченной, так что свинцовая аккумуляторная батарея будет всегда находиться в СЧЗ. Однако если свинцовая аккумуляторная батарея используется в таком состоянии частичного заряда и при этом имеет низкую или стандартную эффективность подзарядки, то она будет очень быстро приведена в состояние хронической недостаточной зарядки.However, if the lead battery is recharged only when it is found that recharging is necessary based on the results of detecting the aforementioned partial charge state (SEC), then the ability to recharge the lead battery will be limited, so that the lead battery will always be in the SEC . However, if a lead storage battery is used in this partial charge state and at the same time has a low or standard recharging efficiency, it will be very quickly brought into a state of chronic undercharging.

Для батарей нового поколения продолжает оставаться актуальным и повышение стойкости к глубоким разрядам, и увеличение срока службы в условиях более высоких рабочих температур за счет более плотной компоновки подкапотного пространства современных автомобилей и сокращения доступа к батарее охлаждающего воздуха. Поэтому одним из основных требований к стартерным аккумуляторам стало и обеспечение их коррозионной стойкости в условиях высоких рабочих температур.For new generation batteries, it remains relevant to increase resistance to deep discharges and increase service life at higher operating temperatures due to a denser layout of the engine compartment of modern cars and reduced access to a cooling air battery. Therefore, one of the main requirements for starter batteries was the provision of their corrosion resistance at high operating temperatures.

Таким образом, возникают противоречия в одномоментных требованиях для современных стартерных аккумуляторных батарей, которые приходится преодолевать. С одной стороны, батарея должна обладать максимальной стартерной мощью: это тонкий электрод, минимальной толщины сепаратор с минимальным размером тела и ребра, развитая поверхность контакта решетки с активной массой и ее высокая пористость, а с другой стороны, высокая коррозионная стойкость решеток, устойчивость пасты к оплыванию в глубоких циклах заряд-разряд. Тут требуется тяжелая электродная решетка с жесткой рамкой, толстый электрод, устойчивый к проколу сепаратор, а также, в общем случае, обязательно требуется низкий уровень эксплуатационных затрат (необслуживаемость) за счет малого саморазряда, сниженного газовыделения и расхода воды.Thus, there are contradictions in the instantaneous requirements for modern starter batteries, which have to be overcome. On the one hand, the battery should have the maximum starting power: it is a thin electrode, a separator of minimum thickness with a minimum body and rib size, a developed contact surface of the grating with the active mass and its high porosity, and on the other hand, high corrosion resistance of the gratings, and paste resistance to floating in deep charge-discharge cycles. This requires a heavy electrode grid with a rigid frame, a thick electrode, a puncture-resistant separator, and, in general, a low level of operating costs (maintenance-free) is necessarily required due to low self-discharge, reduced gas emission and water consumption.

Известен герметизированный свинцовый аккумулятор, содержащий электродный блок, состоящий из разделенных сепараторами отрицательных и положительных электродов, и сернокислый электролит, характеризующийся тем, что только положительные электроды содержат в порах гелеобразный сернокислый электролит, а остальной объем аккумулятора содержит сернокислый электролит в жидком состоянии (патент РФ №2285983, МПК H01M 10/10).Known sealed lead-acid battery containing an electrode block consisting of negative and positive electrodes separated by separators and a sulfate electrolyte, characterized in that only the positive electrodes contain a gel-like sulfate electrolyte in the pores, and the remaining volume of the battery contains a sulfate electrolyte in a liquid state (RF patent No. 2285983, IPC H01M 10/10).

По патенту, с целью увеличения срока службы свинцового аккумулятора предлагается упрочнение активной массы положительного электрода и тем самым увеличение эффективности ее использования при сохранении низкого внутреннего сопротивления аккумулятора за счет того, что в порах положительных электродов формируется гелеобразный сернокислый электролит, а остальной объем аккумулятора содержит сернокислый электролит в жидком состоянии. Следствием является повышение емкостных характеристик, а следовательно, увеличение срока службы аккумулятора в 1,4÷1,6 раза. В качестве загустителя для свинцово-кислотного аккумулятора предлагается применять силикатный раствор с низким содержанием ионов натрия.According to the patent, in order to increase the service life of the lead battery, it is proposed to strengthen the active mass of the positive electrode and thereby increase the efficiency of its use while maintaining a low internal resistance of the battery due to the fact that a gel-like sulfate electrolyte is formed in the pores of the positive electrodes, and the remaining volume of the battery contains sulfate electrolyte in a liquid state. The consequence is an increase in capacitive characteristics, and therefore, an increase in battery life by 1.4 ÷ 1.6 times. It is proposed to use a silicate solution with a low content of sodium ions as a thickener for a lead-acid battery.

Указанное техническое решение может быть применимо только к ограниченному типу конструкций аккумуляторных батарей, что сужает диапазон его использования.The specified technical solution can be applied only to a limited type of battery structures, which narrows the range of its use.

Известен свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, характеризующийся тем, что решетки положительных электродов выполнены с горизонтальными жилами, а на сторонах сепараторов, обращенных к положительным электродам, дополнительно выполнены из материала сепаратора горизонтальные ребра, количество которых равно или меньше количества горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода, причем количество горизонтальных ребер в нижней части сепаратора больше, чем в его верхней части, а их расположение на поверхности сепаратора совпадает с расположением горизонтальных жил в решетке токоотвода положительного электрода (патент РФ №2362240 от 04.12.2006).Known lead battery containing a block of negative electrodes and a block of positive electrodes separated by separators, on which the sides facing the positive electrodes are made of vertical ribs, and placed in a vessel (monoblock) filled with electrolyte, characterized in that the lattice of positive electrodes made with horizontal cores, and on the sides of the separators facing the positive electrodes, horizontal ribs of which is equal to or less than the number of horizontal cores in the grid of the current collector of the positive electrode, and the number of horizontal ribs in the lower part of the separator is greater than in its upper part, and their location on the surface of the separator coincides with the location of the horizontal cores in the grid of the collector of the positive electrode (RF patent No. 2362240 dated 12/04/2006).

Техническим результатом изобретения по патенту является предотвращение оплывания и оползания активной массы положительных электродов, обеспечение работоспособности и заданных технических характеристик аккумуляторов в процессе эксплуатации, увеличение срока их службы. При этом основной причиной оплывания и оползания активной массы положительных электродов является возникающая при эксплуатации аккумуляторов, разряженных более чем на 25% от номинальной емкости, сила давления прореагировавшей в химической реакции активной массы верхних частей поверхности положительного электрода на нижние. Величина этого давления возрастает по мере разряда аккумулятора.The technical result of the invention according to the patent is the prevention of creeping and creeping of the active mass of positive electrodes, ensuring the operability and predetermined technical characteristics of the batteries during operation, increasing their service life. In this case, the main reason for the floating and creeping of the active mass of positive electrodes is the pressure force that has reacted in the chemical reaction of the active mass of the upper parts of the surface of the positive electrode to the lower ones during operation of batteries discharged by more than 25% of the nominal capacity. The magnitude of this pressure increases as the battery discharges.

В описании изобретения отмечается, что процессы старения и оплывания активной массы происходят обычно равномерно по всей поверхности электрода. Возможны, однако, другие процессы, неравномерно распределенные вдоль поверхности положительного электрода. Примером может служить постепенное оползание активной массы с верхних зон электрода и накопление ее в нижних. Оползание наблюдается иногда в высоких аккумуляторах и не является следствием простого оплывания активной массы. Оно может быть вызвано концентрационными изменениями в электролите: более концентрированный и более тяжелый раствор, образующийся при заряде или разряде, накапливается в нижней части моноблока аккумулятора, оттесняя более легкие слои вверх, вследствие чего жидкость как бы расслаивается. В результате этого условия протекание электродных процессов в нижней и верхней части электродов изменяется: в верхней создаются условия, благоприятствующие растворению активного вещества, в нижней - его осаждению.In the description of the invention, it is noted that the aging and ablation processes of the active mass usually occur uniformly over the entire surface of the electrode. Other processes, however, are unevenly distributed along the surface of the positive electrode. An example is the gradual creep of the active mass from the upper zones of the electrode and its accumulation in the lower ones. Creeping is sometimes observed in high batteries and is not the result of a simple swelling of the active mass. It can be caused by concentration changes in the electrolyte: a more concentrated and heavier solution formed during charging or discharging accumulates in the lower part of the battery monoblock, pushing the lighter layers upward, as a result of which the liquid seems to separate. As a result of this condition, the course of the electrode processes in the lower and upper parts of the electrodes changes: in the upper conditions, favorable for the dissolution of the active substance, in the lower - its deposition.

Оползание или перемещение активной массы вызывает в отдельных участках накопление избытка массы, что не всегда связано с увеличением толщины электрода и может привести к уменьшению пористости. В этом случае уменьшается поверхность контакта с электролитом, увеличиваются диффузионные затруднения и эффективная проводимость в порах, т.е. ухудшаются общие условия работы активной массы и коэффициент ее использования. В результате в отдельных местах возможно полное прекращение работы активной массы, т.е. ее пассивация.Creeping or moving of the active mass causes accumulation of excess mass in some areas, which is not always associated with an increase in the thickness of the electrode and can lead to a decrease in porosity. In this case, the contact surface with the electrolyte decreases, diffusion difficulties and effective conductivity in the pores increase, i.e. the general working conditions of the active mass and its utilization rate are deteriorating. As a result, in some places a complete cessation of the active mass, i.e. her passivation.

Недостатком данного технического решения является привязка конструкции сепаратора к конструктивному дизайну электродной решетки. Наличие поперечных ребер на сепараторе приведет к задержке крупных пузырей образующихся газов от всплывания, что будет блокировать часть полезной площади электродов, увеличивая внутреннее сопротивление аккумулятора.The disadvantage of this technical solution is the binding design of the separator to the structural design of the electrode array. The presence of transverse ribs on the separator will delay large bubbles of the resulting gases from floating, which will block part of the useful area of the electrodes, increasing the internal resistance of the battery.

Известна свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, содержащая корпус, закрытый в верхней части крышкой и разделенный на отсеки, в которых расположены аккумуляторы, соединенные последовательно с помощью межэлементных соединений, каждый аккумулятор состоит из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, электроды состоят из токоотводов и активной массы, токоотводы положительных электродов изготовлены из свинцово-оловянно-кальциевого сплава с добавками серебра, характеризующаяся тем, что сплав положительных токоотводов содержит, мас. %: 0,7÷1,5 Sn; 0,04÷0,06 Ca; 0,001÷0,015 Ag; 0,015÷0,05 Al, свинец - остальное, активная масса положительных и отрицательных электродов покрыта фиксирующими слоями из пористого кислотостойкого материала (патент РФ №2233510 от 08.08.2002).Known lead-acid battery containing a housing closed in the upper part by a lid and divided into compartments in which the batteries are located, connected in series using interconnects, each battery consists of a block of bipolar electrodes separated by separators and electrolyte, the electrodes consist of down conductors and active mass, the leads of the positive electrodes are made of lead-tin-calcium alloy with silver additives, characterized in that the alloy is positive contains down conductors, wt. %: 0.7 ÷ 1.5 Sn; 0.04 ÷ 0.06 Ca; 0.001 ÷ 0.015 Ag; 0.015 ÷ 0.05 Al, lead - the rest, the active mass of positive and negative electrodes is covered with fixing layers of a porous acid-resistant material (RF patent No. 2233510 of 08.08.2002).

Технический результат изобретения по патенту - надежное сцепление активной массы электродов с токоотводами, предохранение активной массы от растрескивания и осыпания, что приводит к увеличению срока службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Токоотводы аккумуляторной батареи изготовлены из перфорированной ленты из свинцового сплава. Наличие в сплаве положительных токоотводов олова 0,5-1,5% предотвращает образование пассивирующего слоя между токоотводами и активной массой, что обеспечивает высокую стойкость электродов к глубоким разрядам и возможность их последующего заряда. При меньшем количестве олова в сплаве (менее 0,5%) образуется пассивирующий слой между токоотводами и активной массой. При большем количестве олова в сплаве (более 1,5%) увеличивается время естественного "старения" и затвердения ленты из такого сплава, что ведет к увеличению продолжительности технологического процесса изготовления электродов. Наличие в сплаве положительных токоотводов кальция в количестве 0,04-0,06% обеспечивает хорошую механическую прочность токоотводов, достаточную коррозионную стойкость их в условиях высоких рабочих температур, а также надежное сцепление с активной массой. Снижение количества кальция в сплаве (менее 0,04%), 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 0,06%) снижает коррозионную стойкость положительных токоотводов. Серебро в количестве 0,001-0,05% увеличивает коррозионную стойкость, твердость и прочность токоотводов. При меньшем количестве серебра в сплаве (менее 0,001%) исчезает эффект его добавки. Увеличение количества серебра в сплаве (более 0,05%) не приводит к заметному улучшению качества токоотводов и экономически нецелесообразно. Алюминий в количестве 0,01-0,05% 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, тем самым обеспечивая свойства, определяемые кальцием.The technical result of the invention according to the patent is reliable adhesion of the active mass of the electrodes to the down conductors, protecting the active mass from cracking and shedding, which leads to an increase in the service life of the lead-acid battery. The battery down conductors are made of perforated lead alloy tape. The presence of positive tin down conductors in the alloy of 0.5-1.5% prevents the formation of a passivating layer between the down conductors and the active mass, which ensures high resistance of the electrodes to deep discharges and the possibility of their subsequent charge. With a smaller amount of tin in the alloy (less than 0.5%), a passivating layer is formed between the down conductors and the active mass. With a larger amount of tin in the alloy (more than 1.5%), the time of natural “aging” and hardening of the tape from such an alloy increases, which leads to an increase in the duration of the technological process of manufacturing the electrodes. The presence in the alloy of positive calcium down conductors in an amount of 0.04-0.06% provides good mechanical strength of the down conductors, their sufficient corrosion resistance at high operating temperatures, as well as reliable adhesion to the active mass. A decrease in the amount of calcium in the alloy (less than 0.04%), increasing the corrosion resistance, leads to a deterioration in the mechanical properties of down conductors and a deterioration in adhesion to the active mass, which leads to a reduction in the battery life. An increase in the amount of calcium in the alloy (more than 0.06%) reduces the corrosion resistance of positive down conductors. Silver in an amount of 0.001-0.05% increases the corrosion resistance, hardness and strength of down conductors. With less silver in the alloy (less than 0.001%), the effect of its addition disappears. An increase in the amount of silver in the alloy (more than 0.05%) does not lead to a noticeable improvement in the quality of down conductors and is not economically feasible. Aluminum in an amount of 0.01-0.05% 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, thereby providing properties determined by calcium.

Фиксирующие слои из пористого кислотостойкого материала, покрывающие активную массу, повышают стойкость ее к растрескиванию и осыпанию как в процессе изготовления батареи, так и во время ее эксплуатации. При этом материал фиксирующих слоев характеризуется высокой пористостью и воздушной проницаемостью, хорошо смачивается электролитом - водным раствором серной кислоты, не препятствуя доступу последнего к активной массе электродов. Высокая пористость и воздушная проницаемость материала фиксирующих слоев создает условия для свободного выхода из пор активной массы газовых пузырьков, в небольших количествах образующихся в процессе перезаряда.The fixing layers of a porous acid-resistant material covering the active mass increase its resistance to cracking and shedding both during the manufacture of the battery and during its operation. Moreover, the material of the fixing layers is characterized by high porosity and air permeability, it is well wetted by an electrolyte - an aqueous solution of sulfuric acid, without interfering with the latter's access to the active mass of the electrodes. The high porosity and air permeability of the material of the fixing layers creates the conditions for free exit from the pores of the active mass of gas bubbles, which are formed in small quantities during the recharging process.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по патенту РФ №2233510 является наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату и принимается за прототип.The lead-acid storage battery according to the patent of the Russian Federation No. 2233510 is the closest solution in technical essence and the achieved result and is taken as a prototype.

В основе прототипа стоит сопоставимая задача - усовершенствование свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, в которой за счет изменения химического состава сплава положительных токоотводов и введения дополнительных элементов обеспечивается надежное сцепление активной массы с токоотводами. Указанная задача решается тем, что токоотводы положительных электродов изготовлены из свинцово-оловянно-кальциевого сплава с добавками серебра. Токоотводы заявляемой аккумуляторной батареи изготовлены из перфорированной ленты (технология ExMet) свинцового сплава, указанного в формуле состава.The prototype is based on a comparable task - the improvement of a lead-acid battery, in which, due to a change in the chemical composition of the alloy of positive current leads and the introduction of additional elements, reliable adhesion of the active mass to the current leads is ensured. This problem is solved by the fact that the collectors of the positive electrodes are made of lead-tin-calcium alloy with silver additives. The down conductors of the claimed battery are made of perforated tape (ExMet technology) of the lead alloy specified in the composition formula.

В прототипе в общих выражениях без раскрытия типа применяемых материалов приведен вариант исполнения защитного покрытия активных масс и способ его нанесения, что делает невозможным повторение конструкции по описательной части формулы изобретения, которая должна гарантировать технический результат. Для достижения заявляемого эффекта - обеспечения увеличения жизненного цикла аккумулятора и уменьшения его внутреннего сопротивления за счет изменения химического состава сплава положительных токоотводов, в прототипе не рассматривается содержание олова в сплаве решетки выше 1,5% под необоснованным предлогом увеличения времени естественного "старения" и затвердения ленты из такого сплава, что ведет к увеличению продолжительности технологического процесса изготовления электродов. Фактически это не так, т.к. увеличение концентрации олова в сплаве само по себе уменьшает процент относительного удлинения сплава и увеличивает прочность на разрыв. «Установлено, что добавка олова только ускоряет процессы старения, в результате сплавы уже через сутки после отливки приобретают твердость, достаточную для их практического применения. Олово повышает также прочность и текучесть сплава» (Русин А., Хегай Л., Токарчук С. Свинцовые сплавы для современных аккумуляторов. Теория и практика. Владивосток: Дальнаука, 2008, 221 с. ISBN 978-5-8044-0892-4). Не указано и вредное влияние серебра в сплаве на снижение адгезии пасты к электроду положительной решетки, заключающееся в том, что серебро значительно увеличивает коррозионную стойкость сплава, что мешает получить хорошую коррозионную поверхностную спайку пасты и решетки на стадии парового созревания пластин в камерах кюринга.In the prototype, in general terms, without disclosing the type of materials used, an embodiment of the protective coating of the active masses and the method of its application are given, which makes it impossible to repeat the design according to the descriptive part of the claims, which should guarantee a technical result. To achieve the claimed effect - to ensure an increase in the life cycle of the battery and reduce its internal resistance due to changes in the chemical composition of the alloy of positive collectors, the prototype does not consider the tin content in the alloy of the lattice above 1.5% under the unjustified pretext of increasing the time of natural "aging" and hardening of the tape from such an alloy, which leads to an increase in the duration of the technological process for the manufacture of electrodes. In fact, this is not so, because an increase in the concentration of tin in the alloy in itself reduces the percentage of elongation of the alloy and increases the tensile strength. “It was found that the addition of tin only accelerates the aging process, as a result, alloys acquire a hardness already a day after casting, sufficient for their practical application. Tin also increases the strength and fluidity of the alloy ”(Rusin A., Khegai L., Tokarchuk S. Lead alloys for modern batteries. Theory and practice. Vladivostok: Dalnauka, 2008, 221 pp. ISBN 978-5-8044-0892-4) . The harmful effect of silver in the alloy on the decrease in the adhesion of the paste to the positive lattice electrode is also not indicated, namely, that silver significantly increases the corrosion resistance of the alloy, which prevents a good corrosion surface adhesion of the paste and lattice at the stage of steam maturation of the plates in the curing chambers.

Не отражена и не рассматривалась в прототипе роль конструктивного дизайна разделительного сепаратора на достижение поставленных целей, а также варианта достижения улучшения сцепления активной массы с токоотводами за счет состава или способа изготовления самой активной массы, эта возможная часть технического решения в прототипе отсутствует, а его механизм также не рассматривается. В настоящем изобретении приведен вариант ответа на этот вопрос.The role of the structural design of the separation separator to achieve the goals, as well as the option to achieve improved adhesion of the active mass to the down conductors due to the composition or method of manufacturing the active mass itself, is not reflected and was not considered in the prototype, this possible part of the technical solution is absent in the prototype, and its mechanism not considered. The present invention provides an answer to this question.

Технический результат настоящего изобретения заключается в устранении недостатков прототипа и улучшении таких потребительских свойств АКБ, как срок службы при постоянной работе в условиях частичного заряда СЧЗ, надежность при повышенной стартерной нагрузке на автотранспортных средствах, оборудованных системами Старт-Стоп, достигаемая за счет более качественного сцепления активной массы электродов с токоотводами, предохранения активной массы от растрескивания и осыпания в процессе жизненного цикла, снижения пограничной необратимой кальцинации электродной решетки, увеличения КПД активных масс, уменьшения стратификации электролита в ячейках и явления глубокой необратимой сульфатации активных масс электродов.The technical result of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prototype and improve such consumer properties of the battery as the service life during constant operation under conditions of partial charge SCH, reliability with increased starting load on vehicles equipped with Start-Stop systems, achieved by better active clutch the mass of electrodes with down conductors, protecting the active mass from cracking and shedding during the life cycle, reducing the boundary irreversibly calcination of the electrode array, an increase in the efficiency of the active masses, a decrease in the stratification of the electrolyte in the cells, and a deep irreversible sulfation of the active masses of the electrodes.

Технический результат достигается решением технической задачи, заключающейся в создании свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, содержащей корпус, закрытый в верхней части крышкой и разделенный на отсеки, в которых расположены аккумуляторы, соединенные последовательно с помощью межэлементных соединений (МЭС), каждый аккумулятор состоит из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, электроды состоят из токоотводов и активной массы, токоотводы положительных электродов изготовлены из свинцово-оловянно-кальциевого сплава с добавками алюминия и серебра, активная масса положительных и отрицательных электродов покрыта фиксирующими слоями из пористого кислотостойкого материала, характеризующейся тем, что сплав положительных токоотводов дополнительно содержит висмут Bi 150÷500 ppm, другие компоненты содержатся в количестве, мас. %: Sn 2,0±0,1%; Ca 0,04±0,005%; Al 0,005±0,01%; Ag 0,007÷0,04%, свинец - остальное, а сплав мостиков (МЭС), содержит основных компонентов: Sn 3±0,1%; Sb 1,0±0,1%; As 0,055±0,015%; Se 0,008±0,001%; Cu 0,013±0,002%; свинец - остальное, дополнительно активная масса положительных и отрицательных электродов полностью закрывает с обеих сторон узлы решеток, фиксирующие слои из пористого кислотостойкого материала представляют собой не разрушаемое при формировании и в процессе жизненного цикла пастирующее полотно, изготовленное из смеси микроволокон стекла и синтетических волокон, с удельной поверхностью не менее 1,5-2,0 м2/г, разделительные сепараторы представляют собой конверты из высокомолекулярного полиэтилена с расположенными на них двусторонними вертикальными ребрами или ламинированные стекловолокном с внутренней стороны конверта, обращенной к положительному электроду.The technical result is achieved by solving the technical problem, which consists in creating a lead-acid rechargeable battery containing a housing closed in the upper part by a lid and divided into compartments in which the batteries are located, connected in series using inter-cell connections (MES), each battery consists of a unit of different polarities electrodes separated by separators and electrolyte, the electrodes consist of down conductors and active mass, the leads of the positive electrodes are made of lead-tin o-calcium alloy with additives of aluminum and silver, the active mass of positive and negative electrodes is covered with fixing layers of a porous acid-resistant material, characterized in that the alloy of positive current collectors additionally contains bismuth Bi 150 ÷ 500 ppm, other components are contained in wt. %: Sn 2.0 ± 0.1%; Ca 0.04 ± 0.005%; Al 0.005 ± 0.01%; Ag 0.007 ÷ 0.04%, lead - the rest, and the alloy of bridges (MES), contains the main components: Sn 3 ± 0.1%; Sb 1.0 ± 0.1%; As 0.055 ± 0.015%; Se 0.008 ± 0.001%; Cu 0.013 ± 0.002%; lead - the rest, the additional active mass of positive and negative electrodes completely covers the lattice nodes on both sides, the fixing layers of a porous acid-resistant material are indestructible during the formation and during the life cycle of a pasting sheet made of a mixture of glass microfibers and synthetic fibers, with specific surface of at least 1.5-2.0 m 2 / g, separation separators are envelopes of high molecular weight polyethylene with double-sided vertical ribs or laminated with fiberglass on the inside of the envelope facing the positive electrode.

Практика конструирования и испытаний аккумуляторных батарей смешанного цикла и батарей, работающих с системами «Старт-Стоп», показывает, что основными причинами выхода их из строя являются: критическая потеря воды электролитом, рост рамки позитивного электрода и коррозия его жилок, потеря электропроводности электродов на границе решетка/активная масса за счет кальцинирования (образования на границе раздела не разрушаемой пленки сульфата кальция), что характерно только для свинцово-кальциевых необслуживаемых аккумуляторов.The practice of designing and testing mixed-cycle batteries and batteries operating with Start-Stop systems shows that the main reasons for their failure are: critical loss of water by electrolyte, growth of the positive electrode frame and corrosion of its veins, loss of conductivity of electrodes at the boundary the lattice / active mass due to calcination (formation of an indestructible film of calcium sulfate at the interface), which is typical only for lead-calcium maintenance-free batteries.

В настоящее время для свинцово-кислотных аккумуляторов, имеющих призматическую конструкцию электродных блоков, альтернативы свинцово-кальциевым сплавам фактически нет, т.к. только они могут обеспечить низкий и сверхнизкий расход воды. Успешно бороться с вредным явлением пограничной кальциевой сульфатации можно за счет введения в сплав позитивных электродных решеток олова, при этом содержание кальция необходимо держать на минимальном пределе, при котором еще обеспечивается вызревание электрода, т.е. происходит набор прочности и снижение относительного удлинения сплава при хранении. В качестве одного из примера такого сплава был представлен сплав прототипа (патент РФ №2233510).Currently, for lead-acid batteries having a prismatic design of electrode blocks, there is virtually no alternative to lead-calcium alloys, because only they can provide low and ultra-low water consumption. It is possible to successfully deal with the harmful phenomenon of borderline calcium sulfation by introducing tin positive electrode gratings into the alloy, while the calcium content must be kept at the minimum limit at which the electrode is still aged, i.e. there is a set of strength and a decrease in the relative elongation of the alloy during storage. As one example of such an alloy, an alloy of the prototype was presented (RF patent No. 2233510).

Однако в настоящем изобретении предлагается использовать для этих целей усовершенствованный состав сплава, значительно отличающийся от прототипа как по перечню, так и по содержанию основных компонентов. Действительно, максимальные коррозионные свойства свинцово-оловянно-кальциевого сплава достигаются уже при содержании олова в сплаве в пределах 1,5%, но лучшие свойства сплава по устойчивости к глубоким разрядам лежат в диапазоне более высоких концентраций, в 2,0-3,0%. При таких концентрациях олова в сплаве не образуется на границе решетка/паста плотный слой сульфата кальция - продукта окисления материала решеток, который вследствие своей низкой электропроводности надежно блокирует активные массы, вызывая явление глубокой сульфатации даже у батарей с незначительным сроком службы. Однако выше 2% увеличивать олово в решетках также не имеет смысла, т.к. незначительное дальнейшее улучшение свойств сплава не компенсируется уже добавочной стоимостью олова, причем при нормальных условиях предел растворимости олова в свинце также лежит в диапазоне ниже 3%, что накладывает свое дополнительное ограничение. Не вызывает трудностей при этой концентрации (2%) и увеличение времени созревания сплава, т.к. с увеличением концентрации олова автоматически растет прочность сплава на разрыв, уменьшается процент относительного удлинения и технологический процесс не удлиняется.However, the present invention proposes to use for these purposes an improved alloy composition, significantly different from the prototype both in the list and in the content of the main components. Indeed, the maximum corrosion properties of the lead-tin-calcium alloy are achieved even when the tin content in the alloy is within 1.5%, but the best properties of the alloy for resistance to deep discharges lie in the range of higher concentrations, 2.0-3.0% . At such tin concentrations in the alloy, a dense layer of calcium sulfate is not formed at the grate / paste interface, an oxidation product of the grating material, which, due to its low electrical conductivity, reliably blocks active masses, causing the phenomenon of deep sulfation even in batteries with a short service life. However, above 2%, increasing the tin in the grates also does not make sense, since a slight further improvement in the properties of the alloy is not compensated by the added cost of tin, and under normal conditions, the solubility limit of tin in lead also lies in the range below 3%, which imposes its own additional limitation. There is no difficulty at this concentration (2%) and an increase in the ripening time of the alloy, since with increasing tin concentration, the tensile strength of the alloy automatically increases, the percentage of elongation decreases, and the technological process does not lengthen.

Верхний порог содержания кальция в прототипе указан как 0,06%, он необходим для сплавов с концентрацией олова ниже 1,5%, но совершенно избыточен для сплавов с 2,0% олова. Увеличение содержания олова до 2,0% позволило снизить кальций до 0,04%, что значительно улучшило способность аккумулятора выдерживать глубокие разряды, даже при тонких решетках положительного электрода.The upper threshold of calcium in the prototype is indicated as 0.06%, it is necessary for alloys with a tin concentration below 1.5%, but completely redundant for alloys with 2.0% tin. An increase in tin content to 2.0% made it possible to reduce calcium to 0.04%, which significantly improved the battery's ability to withstand deep discharges, even with thin gratings of the positive electrode.

По прототипу, алюминий в сплаве полосы выдерживается в пределах 0,01-0,05%, что 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, тем самым обеспечивая свойства, определяемые кальцием.According to the prototype, the aluminum in the strip alloy is maintained within the range of 0.01-0.05%, which reduces 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, thereby providing properties determined by calcium.

В настоящее время оптимальный диапазон содержания алюминия в сплаве решеток изменился. Современные способы получения свинцово-кальциевой полосы связаны с очень незначительным выходом оборотных отходов, а следовательно, и выгоранием кальция, при этом высокое содержание алюминия в сплаве решеток не является безвредным в процессе производства и для самого аккумулятора, т.к. приводит к большим процентам потерь расплавленного сплава в образующиеся окисленные дроссы (шлаки, всплывающие на поверхность свинца и представляющее собой окисленные формы свинца и металлов, входящих в состав сплавов с включениями металлической фракции сплава) вследствие очень ограниченной растворимости алюминия в свинце при снижении температуры сплава ниже 400°C.Currently, the optimal range of aluminum content in the alloy lattice has changed. Modern methods for producing a lead-calcium strip are associated with a very insignificant yield of recyclable waste and, consequently, calcium burnout, while the high aluminum content in the alloy of the gratings is not harmless in the production process for the battery itself, since leads to a large percentage of losses of the molten alloy in the formed oxidized crosses (slag that floats to the surface of lead and which is the oxidized form of lead and metals that are part of alloys with inclusions of the metal fraction of the alloy) due to the very limited solubility of aluminum in lead when the alloy temperature decreases below 400 ° C.

Известно также, что образование сульфата алюминия при растворении алюминия из поверхностного слоя решеток снижает и их коррозионную стойкость. Некоторые производители современного оборудования для изготовления решеток из перфорированной ленты (полосы) свинцово-кальциевого сплава (технология ExMet), например роторного экспандера (расширителя BTS Cominco), вообще не предусматривают в базовом варианте использование алюминия в рабочем сплаве полосы. Именно по этим причинам рабочий диапазон содержания алюминия в сплаве по настоящему изобретению был значительно изменен и лежит за пределами интервала, указанного в прототипе.It is also known that the formation of aluminum sulfate upon dissolution of aluminum from the surface layer of the gratings also reduces their corrosion resistance. Some manufacturers of modern equipment for manufacturing lattices of perforated tape (strip) of lead-calcium alloy (ExMet technology), for example, a rotary expander (BTS Cominco expander), generally do not provide for the use of aluminum in the working alloy of the strip in the basic version. For these reasons, the working range of the aluminum content in the alloy of the present invention has been significantly changed and lies outside the range specified in the prototype.

В прототипе остался совершенно неосвещенным вопрос по возможному содержанию в кальциевом сплаве решеток такого компонента, как висмут. Висмут - это обязательный металл-спутник свинца. Известно, что аккумуляторная промышленность предъявляет жесткие требования к содержанию в свинце и свинцовых сплавах посторонних примесей, в число которых был записан и висмут, содержание которого по этим требованиям не должно было превышать тысячных долей процента. Процесс очистки свинца от висмута является чрезвычайно трудоемким, связан с большим расходом реагентов, увеличением времени рафинирования свинца и выходом дополнительных оборотных отходов (съемов). Образующиеся съемы сложны и затратны в переработке, значительно уменьшают выход годного свинца с операции рафинирования. Все это побудило многих исследователей внимательно изучить влияние висмута в решетках и его солей в оксидах свинца, идущих на производство активных масс, на характеристики свинцового аккумулятора (Русин А., Хегай Л., Токарчук С. Свинцовые сплавы для современных аккумуляторов. Теория и практика. Владивосток: Дальнаука, 2008, 221 с. ISBN 978-5-8044-0892-4. Глава 5). В связи с практикуемым расширением содержания висмута в сплавах положительных токоотводов свинцовых аккумуляторов было установлено, что потенциал положительного электрода с добавкой висмута падает во время разряда значительно медленнее. В свинцовых батареях, особенно с регулируемым клапаном, 0,05% висмута, введенного в оксид свинца, повышает начальную емкость и увеличивает ресурс в циклах. Висмут в оксиде свинца не оказывает влияние на потерю воды в обычных батареях. Учитывая, что висмут, находящийся в составе сплава положительных токоотводов, может ионно переноситься на активную массу отрицательных электродов, были изучены зарядные характеристики отрицательных электродов в зависимости от содержания в них оксида висмута. Установлено, что снижение потенциала электрода при разряде происходит с меньшей скоростью при содержании в пасте висмута 0,01%. Все это, включая экономическую целесообразность, позволяет рассматривать естественные (фоновые) содержания висмута в аккумуляторных сплавах в диапазоне 150÷500 ppm как полезный компонент этих сплавов.In the prototype, the question of the possible content of lattices of a component such as bismuth in the calcium alloy remained completely unlit. Bismuth is an indispensable lead metal satellite. It is known that the battery industry imposes stringent requirements on the content of foreign impurities in lead and lead alloys, including bismuth, whose content under these requirements should not exceed thousandths of a percent. The process of purification of lead from bismuth is extremely time-consuming, associated with a large consumption of reagents, an increase in lead refining time and the release of additional recycled waste (sludge). The resulting removal is difficult and costly to process, significantly reduce the yield of lead from the refining operation. All this prompted many researchers to carefully study the effect of bismuth in gratings and its salts in lead oxides, which are used for the production of active masses, on the characteristics of a lead battery (A. Rusin, L. Khegay, and S. Tokarchuk. Lead alloys for modern batteries. Theory and practice. Vladivostok: Dalnauka, 2008, 221 pp. ISBN 978-5-8044-0892-4. Chapter 5). In connection with the practicable expansion of the bismuth content in the alloys of positive current leads of lead-acid batteries, it was found that the potential of the positive electrode with the addition of bismuth decreases during the discharge much more slowly. In lead batteries, especially with an adjustable valve, 0.05% of bismuth introduced into lead oxide increases the initial capacity and increases the service life in cycles. Bismuth in lead oxide does not affect the loss of water in conventional batteries. Considering that bismuth, which is a part of the alloy of positive current leads, can be ionically transferred to the active mass of negative electrodes, the charging characteristics of negative electrodes were studied depending on the content of bismuth oxide in them. It was found that the decrease in the electrode potential during discharge occurs at a lower rate when the bismuth content in the paste is 0.01%. All this, including economic feasibility, allows us to consider the natural (background) bismuth content in battery alloys in the range 150–500 ppm as a useful component of these alloys.

Как правило, незаслуженно мало уделяется внимания химическому составу сплава, из которого отливаются перемычки и все остальные токопроводящие элементы аккумуляторной батареи, хотя роль этого сплава в общем расходе воды и необслуживаемости батарей очень значительна. В процессе работы над настоящим изобретением по достижению заявляемых технических результатов была отработана новая рецептура такого сплава - припоя, позволяющая спаивать и формовать ушки решеток (из легкоплавкого свинцово-кальциевого сплава, содержащего до 2% олова) в мостики блоков электродных пластин на существующем оборудовании сборочных линий без его доработки или установки нового.As a rule, little attention is paid to the chemical composition of the alloy, from which jumpers and all other conductive elements of the battery are cast, although the role of this alloy in the total water consumption and battery maintenance is very significant. In the process of working on the present invention to achieve the claimed technical results, a new formulation of such an alloy was worked out - solder, which allows to solder and shape the ears of gratings (from low-melting lead-calcium alloy containing up to 2% tin) into the bridges of the blocks of electrode plates on existing assembly line equipment without finalizing it or installing a new one.

Олово в этом сплаве, прежде всего, повышает предел его прочности, устраняет склонность к трещинообразованию, что характеризует почти все сплавы с низким содержанием сурьмы, улучшает литейные свойства и, самое главное, снижает температуры плавления и застывания сплава, что позволяет использовать в решетках высокоэффективные низкотемпературные Pb-Sn-Ca сплавы с высоким содержанием олова, без риска пережога ушек пластин при их спаивании в общий мостик блока с межэлементным соединением (МЭС).The tin in this alloy, first of all, increases its tensile strength, eliminates the tendency to crack formation, which characterizes almost all alloys with a low antimony content, improves casting properties and, most importantly, reduces the melting and solidification temperatures of the alloy, which allows the use of high-performance low-temperature alloys Pb-Sn-Ca alloys with a high tin content, without the risk of burning out the ears of the plates when they are soldered into a common block bridge with an inter-element connection (MES).

Оптимальным по совокупности предъявляемых свойств для пайки ушек пластин из высокооловянистого сплава будет являться сплав, отвечающий следующему составу: Sn 3±0,1%; Sb 1,0±0,1%; As 0,055±0,015%; Se 0,008±0,001%; Cu 0,013±0,002%; свинец - остальное.The optimal set of properties for soldering the ears of plates of high tin alloy will be the alloy corresponding to the following composition: Sn 3 ± 0.1%; Sb 1.0 ± 0.1%; As 0.055 ± 0.015%; Se 0.008 ± 0.001%; Cu 0.013 ± 0.002%; lead is the rest.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению характеризуется также тем, что пастирующее полотно вклеено во все противоположные поверхности электродных пластин обоих знаков, причем покрытие наносится в процессе нанесения активной массы на решетку пластин до момента его прикатывания в пасту, при остаточной влажности W=10-14%.The lead-acid storage battery according to the present invention is also characterized in that the paste sheet is glued to all opposite surfaces of the electrode plates of both signs, the coating being applied during the application of the active mass to the plate grid until it rolls into the paste, with a residual moisture content of W = 10- fourteen%.

Материал полотна выбирается по нескольким критериям:The web material is selected according to several criteria:

- полотно должно обладать максимальной пористостью и прочностью структуры самих мицелл, образующих нетканый ковер;- the fabric should have maximum porosity and strength of the structure of the micelles themselves, forming a non-woven carpet;

- удельная поверхность полотна выбираются в диапазоне 1,5-2,0 м2/г, а само полотно в процессе намазки не должно менять свою поперечную геометрию.- the specific surface of the web is selected in the range of 1.5-2.0 m 2 / g, and the web itself should not change its transverse geometry during the spreading process.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению характеризуется также тем, что она собрана с применением расширенных эспандированных решеток из свинцово-оловянных сплавов с кальцием, решетки выполнены по технологии роторной просечки и последующего расширения, что позволяет исключить образование микротрещин в узлах решеток, дополнительно решетки имеют усиленную нижнюю рамку, а вес сплава положительных решеток выбирается таким, чтобы он был не меньше 4,7 г/на 1 Ач емкости электрода, рассчитанной по 20-часовому режиму разряда - (C20).The lead-acid storage battery according to the present invention is also characterized in that it is assembled using expanded expanded gratings from lead-tin alloys with calcium, the gratings are made according to the technology of rotary cutting and subsequent expansion, which eliminates the formation of microcracks in the nodes of the gratings, additionally the gratings have reinforced lower frame, and the weight of the positive grating alloy is selected so that it is not less than 4.7 g / per 1 Ah of electrode capacity, calculated according to a 20-hour r Bench Press discharge - (C 20).

При прочих разных условиях наиважнейшим фактором, влияющим на коррозионную стойкость пластин, водопотребление при постоянном перезаряде, рост рамки электрода за счет окисления сплава, является массивность электродной решетки.Under other different conditions, the most important factor affecting the corrosion resistance of the plates, water consumption with constant recharging, the growth of the electrode frame due to oxidation of the alloy, is the massiveness of the electrode array.

Для выявления степени значимости этого фактора были проведены эксперименты по следующей методике.To identify the degree of significance of this factor, experiments were carried out using the following procedure.

Метод зарядаCharge method

Полностью заряженную батарею (АКБ) получают следующим образом. После периода выдержки перерыв при 25°C±2°C, АКБ заряжают 25°C±2°C, 24 ч на 16.00 V ± 0.10 V с ограничением по току Imax=5I20 (пять значений тока 20-часового режима разряда).A fully charged battery (battery) is prepared as follows. After the holding period, a break at 25 ° C ± 2 ° C, the battery is charged 25 ° C ± 2 ° C, 24 hours at 16.00 V ± 0.10 V with current limitation Imax = 5I20 (five current values of the 20-hour discharge mode).

Основной тест на потребление водыBasic water consumption test

После зарядки АКБ в соответствие с пунктом "Метод заряда" батареи должны быть помыты, высушены и взвешены с точностью ±5 г, вес записывается.After charging the battery in accordance with paragraph "Charge method" the batteries must be washed, dried and weighed with an accuracy of ± 5 g, the weight is recorded.

АКБ выдерживаются при температуре 40±2°C в течение 8 ч, после чего их заряжают при постоянном напряжении 14.40 В ± 0.05 В (производится замер напротив клемм АКБ) в течение 28 дней без добавления воды.The batteries are maintained at a temperature of 40 ± 2 ° C for 8 hours, after which they are charged at a constant voltage of 14.40 V ± 0.05 V (measured opposite the battery terminals) for 28 days without adding water.

Незамедлительно после периода перезаряда АКБ моют, сушат и взвешивают с точностью ±5 г. Вес записывают.Immediately after a recharge period, the batteries are washed, dried and weighed with an accuracy of ± 5 g. The weight is recorded.

Сразу после взвешивания последовательность перезаряда повторяется при температуре уже 70±2°C.Immediately after weighing, the recharge sequence is repeated at a temperature already of 70 ± 2 ° C.

ТребованияRequirements

Для T°C=40°C максимальная потеря воды должна быть менее чем 1.0 г/Ач C20,e±0.1 г/Ач C20,e.For T ° C = 40 ° C, the maximum water loss should be less than 1.0 g / Ah C20, e ± 0.1 g / Ah C20, e.

Для Т°C=70°C максимальная потеря воды должна быть менее чем 6.0 г/Ач C20,e ± 0.6 г/Ач C20,e.For T ° C = 70 ° C, the maximum water loss should be less than 6.0 g / Ah C20, e ± 0.6 g / Ah C20, e.

Для проведения опыта были взяты контрольные АКБ, изготовленные из позитивных решеток кальциевого сплава, имеющие толщину 0,89 мм, весом 41,2 г на электрод. В такую решетку вмазывалось 82 г пасты по сухому весу. Расчетная емкость одной электродной пластины составляла 9,723 Ач по 20-часовому режиму разряда C20,e. Вес сплава положительных решеток на 1 Ач расчетной емкости составлял 41,2/9,723=4,237 г/на 1 Ач. Во второй группе были собраны АКБ из решеток, имевших исходную толщину полосы, равной 1,0 мм, весом 45,7 г. Вес пасты и площадь намазки полностью соответствовали батареям контрольной группы. Вес сплава положительных решеток на 1 Ач расчетной емкости составлял 45,7/9,723=4,7 г/1 Ач. Толщина решетки в опытной группе отличалась от контрольной только на два технологических допуска. Это минимальное отличие, которое возможно отследить в процессе производства с высокой долей достоверности.For the experiment, control batteries made of positive calcium alloy gratings having a thickness of 0.89 mm and a weight of 41.2 g per electrode were taken. 82 g of paste were dry-weighted into such a grate. The calculated capacity of one electrode plate was 9.723 Ah for a 20-hour discharge mode C20, e. The weight of the positive grating alloy per 1 Ah of the calculated capacity was 41.2 / 9.723 = 4.237 g / per 1 Ah. In the second group, the batteries were assembled from gratings that had an initial strip thickness of 1.0 mm and a weight of 45.7 g. The weight of the paste and the spreading area completely corresponded to the batteries of the control group. The weight of the positive grating alloy per 1 Ah of the calculated capacity was 45.7 / 9.723 = 4.7 g / 1 Ah. The thickness of the grating in the experimental group differed from the control only by two technological tolerances. This is the smallest difference that can be tracked during production with a high degree of certainty.

Полученные результаты приведены в Таблице.The results are shown in the Table.

Совершенно очевидно, что установленный критерий технологически достижим в производстве, не требует новой оснастки и позволяет достичь поставленную цель.It is clear that the established criterion is technologically achievable in production, does not require new equipment and allows you to achieve your goal.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению характеризуется также тем, что соотношение суммарного веса не формированной сухой активной массы позитивного полублока пластин к суммарному сухому весу не формированной активной массы негативного полублока пластин должно находиться в указанных пределах при расчете по следующей эмпирической формуле:The lead-acid storage battery according to the present invention is also characterized in that the ratio of the total weight of the unformed dry active mass of the positive half block of plates to the total dry weight of the unformed active mass of the negative half block of plates should be within the specified limits when calculated according to the following empirical formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где n - количество (+) электродов в полублоке; m - количество (-) электродов в полу-блоке; Qn - вес сухой активной массы не формированного положительного электрода; Qm - вес сухой активной массы не формированного негативного электрода; η(+) - КПД активной массы положительного электрода (0,5255 - рекомендуемое значение); η(-) - КПД активной массы негативного электрода (0,5800 - рекомендуемое значение).where n is the number (+) of electrodes in the semiblock; m is the number of (-) electrodes in the semi-block; Qn is the weight of the dry active mass of the unformed positive electrode; Qm is the weight of the dry active mass of the unformed negative electrode; η (+) - efficiency of the active mass of the positive electrode (0.5255 - recommended value); η (-) is the efficiency of the active mass of the negative electrode (0.5800 is the recommended value).

Для достижения заявленного технического результата по настоящему изобретению и с целью обеспечения минимального расхода воды предлагается указанная схема расчета необходимого соотношения позитивной активной массы к негативной с учетом счета сборки полублоков пластин. Новизна заключается в том, что предлагается расчет вести по перекрываемой площади пластин обеих знаков, что очень важно в связи с низкой рассеивающей способностью сернокислотного электролита, и с учетом небольшого закладываемого избытка негативной массы, необходимого для связывания кислорода, образующегося в финальной стадии заряда анодных полублоков, на недеформированной активной массе негативных пластин. Новизной обладает как сама формула, так и установленный, выведенный на практике критерий для формирования РАМ/NAM (отношение веса положительной активной массы к негативной, пластин одного блока электродов) еще на стадии проектирования конструкции АКБ.To achieve the claimed technical result of the present invention and in order to ensure a minimum water consumption, the indicated scheme for calculating the necessary ratio of positive active to negative mass is proposed, taking into account the assembly of the semiblock plates. The novelty lies in the fact that it is proposed to calculate the overlapping area of the plates of both signs, which is very important due to the low scattering ability of the sulfuric acid electrolyte, and taking into account the small incorporated excess of negative mass necessary for the binding of oxygen formed in the final stage of the charge of the anode semiblocks, on the undeformed active mass of negative plates. Both the formula itself and the established, put into practice criterion for the formation of PAM / NAM (the ratio of the weight of the positive active mass to the negative, plates of one electrode block) have novelty at the design stage of the battery design.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению характеризуется также тем, что материал разделительного сепаратора ламинирован со стороны, обращенной к поверхности электродов положительного полублока пластин слоем стекловолокна толщиной 0,2÷0,4 мм, причем свободный зазор по рабочей ширине ячейки аккумулятора между электродами выбирается подбором высоты продольных ребер сепаратора таким образом, чтобы проектируемый свободный зазор на одну сторону несформированного электрода любого знака был бы в пределах 0,1±0,015 мм.The lead-acid storage battery according to the present invention is also characterized in that the material of the separation separator is laminated from the side facing the surface of the electrodes of the positive half block of the plates with a layer of glass fiber with a thickness of 0.2 ÷ 0.4 mm, and a free gap along the working width of the battery cell between the electrodes is selected selection of the height of the longitudinal ribs of the separator so that the designed free gap on one side of the unformed electrode of any sign would be within 0, 1 ± 0.015 mm.

В процессе изготовления аккумуляторной батареи и ее жизненного цикла непрерывно происходят процессы, связанные с естественным изменением толщины слоя активной массы. Так, при первоначальной заливке АКБ электролитом серной кислоты протекает основная реакция сульфатации свободного оксида свинца:In the process of manufacturing the battery and its life cycle, processes are continuously ongoing associated with a natural change in the thickness of the active mass layer. So, during the initial filling of the battery with an electrolyte of sulfuric acid, the main reaction of sulfation of free lead oxide proceeds:

PbO+H2SO4=PbSO4+H2O.PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O.

Если первоначально атом свинца был связан только с одним атомом кислорода, то после сульфатации на один атом свинца приходится четыре атома кислорода и один атом серы. Естественно, плотность такого соединения будет меньше, а объем, занимаемый новым веществом, - намного больше, ведь количество атомов свинца при этом не меняется. И далее, в процессе заряда происходит опять уменьшение объема, занимаемого активной массой электродов, причем для негативного электрода этот перепад намного больший.If initially a lead atom was bound to only one oxygen atom, then after sulfation, one oxygen atom and one sulfur atom fall on one lead atom. Naturally, the density of such a compound will be less, and the volume occupied by the new substance will be much larger, because the number of lead atoms does not change. And further, in the process of charging, the volume occupied by the active mass of the electrodes decreases again, and this difference is much larger for the negative electrode.

PbSO4+PbSO4+2Н2O=Pb+PbO2+2H2SO4.PbSO 4 + PbSO 4 + 2H 2 O = Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 .

Для обеспечения необходимой свободы при изменении объема, занимаемого активной массой электродов, и ведут проектирование, сразу закладывая необходимые зазоры.To ensure the necessary freedom when changing the volume occupied by the active mass of the electrodes, they conduct the design, immediately laying the necessary gaps.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению характеризуется также тем, что ее корпус закрыт сверху герметичной крышкой, оборудованной поплавковым индикатором плотности электролита, в случае исполнения аккумулятора в вариантах FloodedLeadAcid (FLA) или EnhancedFloodedBattery (EFB) или общей крышкой ячеек аккумуляторной батареи, имеющей единый газоотводный канал с заглушкой, с резьбовыми отверстиями для не откручиваемых пробок или с блоком пробок или в варианте исполнения VRLA (ValveRegulatedLeadAcidbatteries - клапанно-регулируемых свинцово-кислотных батарей) и с лабиринтной планкой или дуплексной крышкой. Выбор корпусных деталей определяется в первую очередь требованиями к достижению максимальной невыливаемости электролита и затруднению доступа к аккумуляторным ячейкам.The lead-acid battery according to the present invention is also characterized in that its housing is closed on top with a sealed cover equipped with a float indicator of electrolyte density, in the case of a battery in the versions FloodedLeadAcid (FLA) or EnhancedFloodedBattery (EFB) or a common battery cell cover having a single gas outlet with plug, with threaded holes for non-loosening plugs or with plug block or in VRLA version (ValveRegulatedLeadAcidbatteries - valve-regulated lead-in slotnyh batteries) and Labyrinth bar or duplex cover. The choice of body parts is determined primarily by the requirements to achieve maximum eradicability of the electrolyte and the difficulty of access to the battery cells.

Все перечисленные конструкции имеют высокую защиту от протока электролита при переворачивании батареи или при установки ее на ребро, а батарея формата EFB (Enhanced Flooded Battery - усовершенствованная батарея с жидким электролитом) не требует доливки электролита в течение всего срока эксплуатации, поэтому и пробки могут иметь конструкцию, максимально затрудняющую их отворачивание во избежание несанкционированной доливки или получения химического ожога.All of these structures have high protection against electrolyte flow when the battery is turned over or when installed on an edge, and an EFB (Enhanced Flooded Battery - an advanced liquid electrolyte battery) battery does not require replenishment of the electrolyte over the entire life cycle, therefore, plugs can be designed , making it most difficult to turn them off in order to avoid unauthorized topping up or getting a chemical burn.

Способ приготовления свинцовых активных масс для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что вместо воды и электролита серной кислоты с плотностью 1,4 г/см3 для изготовления паст обоих знаков используются первоначально приготовленные электролиты серной кислоты для позитивной и негативной активных масс:The method for preparing lead active masses for a lead-acid storage battery according to the present invention is characterized in that instead of water and a sulfuric acid electrolyte with a density of 1.4 g / cm 3 , initially prepared sulfuric acid electrolytes are used for the manufacture of pastes of both signs for positive and negative active masses :

- электролит позитивной активной массы, плотность раствора 1,115 г/см3; концентрация кислоты, в растворе приведенная к 20°C, - 186,8 г/л, или 16,76%; расход раствора 0,193 литра на 1 кг оксида свинца;- electrolyte of positive active mass, the density of the solution 1,115 g / cm 3 ; the acid concentration in the solution reduced to 20 ° C is 186.8 g / l, or 16.76%; the flow rate of the solution is 0.193 liters per 1 kg of lead oxide;

- электролит негативной активной массы, плотность раствора 1,105 г/см3; концентрация кислоты, в растворе приведенная к 20°C, - 170,2 г/л, или 15,41%; расход раствора 0,1608 литра на 1 кг оксида свинца,- electrolyte of negative active mass, the density of the solution is 1.105 g / cm 3 ; the acid concentration in the solution reduced to 20 ° C is 170.2 g / l, or 15.41%; the flow rate of the solution is 0.1608 liters per 1 kg of lead oxide,

причем скорость загрузки оксида свинца в миксер на смешивание с электролитом выбирается максимально возможной, а температура начала принудительного охлаждения смеси устанавливается не ниже 65°C.moreover, the speed of loading lead oxide into the mixer for mixing with the electrolyte is selected as high as possible, and the temperature of the beginning of the forced cooling of the mixture is set not lower than 65 ° C.

В прототипе полностью отсутствуют ограничения, касающиеся способа и типа применяемых активных масс, для аккумулятора, позволяющего достигать повышения стойкости к глубоким разрядам и увеличению срока службы. Так, известно, что практически в любых свинцовых пастах на ощупь и растиранием пальцами обнаруживаются микро-комочки, так называемая крупа. Исследование микроструктуры крупинок по срезам в парафине показало, что по строению они встречаются двух типов: сферические образования, равномерно пронизанные сернокислым свинцом, или такие образования, в середине которых расположен свинцовый порошок. В некоторых случаях крупинки неплотные с раковинами внутри, в других плотные. Т.е. один тип крупы образуется из оксида, не контактировавшего с серной кислотой электролита, но покрытого «глазурью» из слоя, имеющего избыток сульфата свинца, а другой тип крупы состоит из агрегатов с очень высоким содержанием сульфатов свинца, образовавшихся вследствие локальных избытков кислоты за счет несовершенства ее введения и неэффективной работы распределительной гребенки. В любом варианте крупа значительно ухудшает эксплуатационные свойства активных масс как в части отдачи емкости на единицу веса, так и в части ее срока службы.In the prototype, there are completely no restrictions regarding the method and type of active masses used for the battery, which allows to achieve increased resistance to deep discharges and increased service life. So, it is known that in almost any lead pastes to the touch and rubbing with fingers, micro-lumps, the so-called groats, are found. A study of the microstructure of grains by sections in paraffin showed that they are of two types in structure: spherical formations uniformly penetrated by lead sulfate, or such formations in the middle of which there is lead powder. In some cases, the grains are loose with shells inside, in others, dense. Those. one type of cereal is formed from an oxide that is not in contact with sulfuric acid electrolyte, but coated with “glaze” from a layer having an excess of lead sulfate, and another type of cereal consists of aggregates with a very high content of lead sulfates, formed due to local excess of acid due to its imperfection introduction and ineffective distribution comb. In any case, the grits significantly worsen the operational properties of the active masses, both in terms of capacity return per unit weight and in terms of its service life.

Значительно уменьшить образование крупы в активной массе стало возможным, изменив способ введения свинцового оксида в разбавленный раствор сернокислотного электролита, перейдя при приготовлении активных масс на следующую последовательность: вода - специальные добавки - электролит серной кислоты - оксид свинца. Традиционная схема предусматривает другой порядок загрузки: вода - оксид свинца - специальные добавки - электролит серной кислоты.Significantly reduce the formation of cereals in the active mass became possible by changing the method of introducing lead oxide into a dilute solution of sulfuric acid electrolyte, switching to the following sequence when preparing active masses: water - special additives - sulfuric acid electrolyte - lead oxide. The traditional scheme provides a different loading order: water - lead oxide - special additives - sulfuric acid electrolyte.

Конструкция свинцово-кислотной аккумуляторной батареи по настоящему изобретению представлена на чертеже.The design of the lead acid battery of the present invention is shown in the drawing.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея содержит следующие узлы и детали: корпус 1 аккумулятора, крышка 2, пробка 3, клеммный щиток 4, ушко электрода (пластины) 5, межэлементное соединение (МЭС) 6, мостик блока 7, сепаратор-конверт 8, электрод (пластина; электродная пластина) 9, решетка (токоотвод) 10; полублок электродов 11 (содержит пластины только одной полярности), поплавковый индикатор 12 плотности электролита, заглушка единого газоходного канала 13.A lead-acid battery contains the following components and parts: battery case 1, cover 2, plug 3, terminal plate 4, electrode eye (plates) 5, interconnect (MES) 6, block bridge 7, envelope separator 8, electrode ( plate; electrode plate) 9, grating (down conductor) 10; a semiblock of electrodes 11 (contains plates of only one polarity), a float indicator 12 of the electrolyte density, and a plug for a single gas duct 13.

Технологический маршрут сборки не формированной аккумуляторной батареи по настоящему изобретению включает схематично следующие разделы:The technological assembly route of the unformed battery of the present invention schematically includes the following sections:

1. Изготовление свинцово-кальциевых полос нужного химического состава для позитивной и негативной решетки;1. The manufacture of lead-calcium strips of the desired chemical composition for the positive and negative lattice;

2. Перфорирование полос и их растяжка в непрерывную ленту будущих решеток;2. Perforation of strips and their stretching into a continuous tape of future gratings;

3. Приготовление активных масс на базе свинцового оксида по специальной указанной технологии и вмазывание их в решетки с одновременной защитой поверхностей специальным не разрушаемым полотном;3. Preparation of active masses based on lead oxide according to the specified special technology and their smearing into grids with simultaneous surface protection with a special indestructible fabric;

4. Разделение пастированной ленты на отдельные электроды и их сушка в пропарочной камере;4. Separation of the pasted tape into separate electrodes and their drying in a steaming chamber;

5. Сборка пластин в блоки и их распайка специальным сплавом на автомате формирования перемычек ушек пластин;5. Assembly of the plates into blocks and their desoldering with a special alloy on the automatic machine for the formation of jumpers of the ears of the plates;

6. Пробитие межблочных отверстий в корпусе аккумуляторной батареи и укладка в ячейки собранных блоков электродов;6. Punching interblock holes in the battery housing and laying in the cells of the assembled blocks of electrodes;

7. Сварка МЭС блоков между собой через перфорированные отверстия. Шесть аккумуляторов соединяются последовательно, образуя 12-вольтовою батарею;7. Welding MES blocks between each other through perforated holes. Six batteries are connected in series, forming a 12-volt battery;

8. Приварка крышки;8. Weld cap;

9. Сварка втулок с крайними выводами аккумуляторной батареи (борнами);9. Welding of bushings with extreme battery terminals (born);

10. Заливка аккумулятора электролитом, содержащим все необходимые добавки;10. Filling the battery with an electrolyte containing all the necessary additives;

11. Формирование аккумуляторной батареи по специальному алгоритму;11. The formation of the battery according to a special algorithm;

12. Доливка электролитом, мойка, сушка, установка на отстой (карантин);12. Topping up with electrolyte, washing, drying, installation for sedimentation (quarantine);

13. Тестирование, этикетирование, упаковка, отправка потребителю.13. Testing, labeling, packaging, shipping to the consumer.

Указанные в настоящем изобретении технические решения должны применяться совместно, для гарантированного достижения поставленной цели. Отдельные взаимные ограничения в конструкции батареи даже теоретически не могут применяться отдельно. Так, например, высокооловянистый сплав решеток может быть использован только с высокооловянистым сплавом перемычек и МЭС, иначе разница в температурах плавления сплавов сделает практически невозможным достижение качественной пайки.The technical solutions indicated in the present invention should be used together to guarantee achievement of the set goal. Separate mutual restrictions in the design of the battery, even theoretically, cannot be applied separately. So, for example, a high-tin alloy of gratings can be used only with a high-tin alloy of bridges and MES, otherwise the difference in the melting points of the alloys will make it practically impossible to achieve high-quality soldering.

Технико-экономические преимущества, достигаемые по результатам использования аккумуляторных батарей по настоящему изобретению, заключаются в увеличении срока службы более чем в два раза по сравнению с обычной не обслуживаемой АКБ, обеспечении высоких стартерных токов в течение всего жизненного цикла батарей, на автотранспортных средствах, оборудованных системами Старт-Стоп, улучшенной на 20-30% скорости приема заряда при низких температурах, экономии топлива и, как следствие, сокращении выброса CO2. Батарея является отличным компромиссным вариантом для автомобилей, произведенных по технологиям, направленным на сбережение окружающей среды (Start-Stop, гибрид, управляемый заряд), так как эти автомобили предъявляют большие требования к надежности аккумулятора.Technical appraisal and economic benefits achieved by using the batteries of the present invention are to increase the service life by more than two times as compared to a conventional unattended battery, ensure high starting currents throughout the battery life cycle, on vehicles equipped with systems Start-Stop, improved by 20-30% speed of charge reception at low temperatures, fuel economy and, as a result, reduction of CO 2 emissions. The battery is an excellent compromise for cars manufactured using technologies aimed at saving the environment (Start-Stop, hybrid, controlled charge), as these cars have great demands on battery reliability.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (7)

1. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, содержащая корпус, закрытый в верхней части крышкой и разделенный на отсеки, в которых расположены аккумуляторы, соединенные последовательно с помощью межэлементных соединений, каждый аккумулятор состоит из блока разнополярных электродов, разделенных сепараторами и электролитом, электроды состоят из токоотводов и активной массы, токоотводы положительных электродов изготовлены из свинцово-оловянно-кальциевого сплава с добавками алюминия и серебра, активная масса положительных и отрицательных электродов покрыта фиксирующими слоями из пористого кислотостойкого материала, отличающаяся тем, что сплав положительных токоотводов дополнительно содержит висмут Bi 150÷500 ppm, другие компоненты содержатся в количестве, мас. %: Sn 2,0±0,1%; Ca 0,04±0,005%; Al 0,005±0,001%; Ag 0,007÷0,04%, свинец - остальное, а сплав мостиков межэлементных соединений (МЭС) содержит основных компонентов: Sn 3±0,1%; Sb 1,0±0,1%; As 0,055±0,015%; Se 0,008±0,001%; Cu 0,013±0,002%; свинец - остальное, дополнительно активная масса положительных и отрицательных электродов полностью закрывает с обеих сторон узлы решеток, фиксирующие слои из пористого кислотостойкого материала представляют собой не разрушаемое при формировании и в процессе жизненного цикла пастирующее полотно, изготовленное из смеси микроволокон стекла и синтетических волокон, с удельной поверхностью не менее 1,5÷2,0 м2/г, разделительные сепараторы представляют собой конверты из высокомолекулярного полиэтилена с расположенными на них двусторонними вертикальными ребрами или ламинированные стекловолокном с внутренней стороны конверта, обращенной к положительному электроду.1. A lead-acid rechargeable battery containing a housing closed in the upper part by a lid and divided into compartments in which the batteries are located, connected in series using interconnects, each battery consists of a block of bipolar electrodes separated by separators and electrolyte, the electrodes consist of down conductors and active mass, the collectors of positive electrodes are made of lead-tin-calcium alloy with the addition of aluminum and silver, the active mass of positive and negative nyh locking electrodes covered with layers of a porous acid resistant material, characterized in that the positive electrodes of the alloy additionally contains bismuth Bi 150 ÷ 500 ppm, other components contained in an amount, by weight. %: Sn 2.0 ± 0.1%; Ca 0.04 ± 0.005%; Al 0.005 ± 0.001%; Ag 0.007 ÷ 0.04%, lead - the rest, and the alloy of bridges of interelement compounds (MES) contains the main components: Sn 3 ± 0.1%; Sb 1.0 ± 0.1%; As 0.055 ± 0.015%; Se 0.008 ± 0.001%; Cu 0.013 ± 0.002%; lead - the rest, the additional active mass of positive and negative electrodes completely covers the lattice nodes on both sides, the fixing layers of a porous acid-resistant material are indestructible during the formation and during the life cycle of a pasting sheet made of a mixture of glass microfibers and synthetic fibers, with specific surface area of at least 1.5 ÷ 2.0 m 2 / g, dividing separators are envelopes of high molecular polyethylene having located thereon bilateral vertical ribs or fiberglass laminated with the inner side of the envelope facing the positive electrode. 2. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по п. 1, отличающаяся тем, что пастирующее полотно вклеено во все противоположные поверхности электродных пластин обоих знаков, причем покрытие наносится в процессе нанесения активной массы на решетку пластин до момента его прикатывания в пасту, при остаточной влажности W=10-14%.2. The lead-acid storage battery according to claim 1, characterized in that the pasting sheet is glued to all opposite surfaces of the electrode plates of both signs, the coating being applied in the process of applying the active mass to the plate grid until it rolls into the paste, with residual moisture W = 10-14%. 3. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по п. 2, отличающаяся тем, что она собрана с применением расширенных эспандированных решеток из свинцово-оловянных сплавов с кальцием, решетки выполнены по технологии роторной просечки и последующего расширения, что позволяет исключить образование микротрещин в узлах решеток, дополнительно решетки имеют усиленную нижнюю рамку, а вес сплава положительных решеток выбирается таким, чтобы он был не меньше 4,7 г/1 Ач емкости электрода, рассчитанной по 20-часовому режиму разряда - (C20).3. The lead-acid storage battery according to claim 2, characterized in that it is assembled using expanded expanded gratings from lead-tin alloys with calcium, the gratings are made according to the technology of rotary cutting and subsequent expansion, which eliminates the formation of microcracks in the nodes of the gratings, additionally, the gratings have a reinforced lower frame, and the weight of the positive gratings alloy is selected so that it is not less than 4.7 g / 1 Ah of the electrode capacity calculated according to the 20-hour discharge mode - (C 20 ). 4. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по п. 3, отличающаяся тем, что соотношение суммарного веса не формированной сухой активной массы позитивного полублока пластин к суммарному сухому весу не формированной активной массы негативного полублока пластин должно находиться в указанных пределах при расчете по следующей эмпирической формуле:
Figure 00000003

где n - количество (+) электродов в полублоке; m - количество (-) электродов в полублоке; Qn - вес сухой активной массы не формированного положительного электрода; Qm - вес сухой активной массы не формированного негативного электрода; η(+) - КПД активной массы положительного электрода (0,5255 - рекомендуемое значение); η(-) - КПД активной массы негативного электрода (0,5800 - рекомендуемое значение).
4. A lead-acid storage battery according to claim 3, characterized in that the ratio of the total weight of the unformed dry active mass of the positive half block of plates to the total dry weight of the unformed active mass of the negative half block of plates should be within the specified limits when calculated according to the following empirical formula:
Figure 00000003

where n is the number (+) of electrodes in the semiblock; m is the number of (-) electrodes in the semiblock; Qn is the weight of the dry active mass of the unformed positive electrode; Qm is the weight of the dry active mass of the unformed negative electrode; η (+) - efficiency of the active mass of the positive electrode (0.5255 - recommended value); η (-) is the efficiency of the active mass of the negative electrode (0.5800 is the recommended value).
5. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по п. 1, отличающаяся тем, что материал разделительного сепаратора ламинирован со стороны, обращенной к поверхности электродов положительного полублока пластин, слоем стекловолокна толщиной 0,2÷0,4 мм, причем свободный зазор по рабочей ширине ячейки аккумулятора между электродами выбирается подбором высоты продольных ребер сепаратора таким образом, чтобы проектируемый свободный зазор на одну сторону несформированного электрода любого знака был в пределах 0,0±0,15 мм.5. The lead-acid storage battery according to claim 1, characterized in that the material of the separation separator is laminated from the side facing the surface of the electrodes of the positive half block of plates with a layer of glass fiber with a thickness of 0.2 ÷ 0.4 mm, with a free gap along the working width of the cell the battery between the electrodes is selected by selecting the height of the longitudinal ribs of the separator so that the designed free gap on one side of the unformed electrode of any sign is within 0.0 ± 0.15 mm. 6. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что ее корпус закрыт сверху герметичной крышкой, оборудованной поплавковым индикатором плотности электролита, в случае исполнения аккумулятора в вариантах FloodedLeadAcid (FLA) или EnhancedFloodedBattery (EFB) или общей крышкой ячеек аккумуляторной батареи, имеющей единый газоотводный канал, с резьбовыми отверстиями для не откручиваемых пробок или с блоком пробок или в варианте исполнения VRLA (ValveRegulatedLeadAcidbatteries - клапанно-регулируемых свинцово-кислотных батарей) и с лабиринтной планкой или дуплексной крышкой.6. Lead-acid battery according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that its case is closed on top with a sealed cover equipped with a float indicator of the density of the electrolyte, in the case of the battery in the options FloodedLeadAcid (FLA) or EnhancedFloodedBattery (EFB) or a common battery cover of the battery having a single gas outlet with threaded openings for non-loosening plugs or with a plug block or in the VRLA version (Valve Regulated Lead Acidbatteries - valve-regulated lead-acid batteries) and with a labyrinth strip or duplex cover. 7. Способ приготовления свинцовых активных масс для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что вместо воды и электролита серной кислоты с плотностью 1,4 г/см3 для изготовления паст обоих знаков используются первоначально приготовленные электролиты серной кислоты для позитивной и негативной активных масс:
- электролит позитивной активной массы, плотность раствора 1,115 г/см3; концентрация кислоты, в растворе приведенная к 20°C, - 186,8 г/л, или 16,76%; расход раствора 0,193 литра на 1 кг оксида свинца;
- электролит негативной активной массы, плотность раствора 1,105 г/см3; концентрация кислоты, в растворе приведенная к 20°C, - 170,2 г/л, или 15,41%; расход раствора 0,1608 литра на 1 кг оксида свинца,
причем скорость загрузки оксида свинца в миксер на смешивание с электролитом выбирается максимально возможной, а температура начала принудительного охлаждения смеси устанавливается не ниже 65°C.
7. A method of preparing lead active masses for a lead-acid storage battery, characterized in that instead of water and a sulfuric acid electrolyte with a density of 1.4 g / cm 3 , originally prepared sulfuric acid electrolytes are used for the manufacture of pastes of both signs for positive and negative active masses :
- electrolyte of positive active mass, the density of the solution 1,115 g / cm 3 ; the acid concentration in the solution reduced to 20 ° C is 186.8 g / l, or 16.76%; the flow rate of the solution is 0.193 liters per 1 kg of lead oxide;
- electrolyte of negative active mass, the density of the solution is 1.105 g / cm 3 ; the acid concentration in the solution reduced to 20 ° C is 170.2 g / l, or 15.41%; the flow rate of the solution is 0.1608 liters per 1 kg of lead oxide,
moreover, the speed of loading lead oxide into the mixer for mixing with the electrolyte is selected as high as possible, and the temperature of the onset of forced cooling of the mixture is set not lower than 65 ° C.
RU2015115075/07A 2015-04-21 2015-04-21 Lead-acid battery RU2584699C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115075/07A RU2584699C1 (en) 2015-04-21 2015-04-21 Lead-acid battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115075/07A RU2584699C1 (en) 2015-04-21 2015-04-21 Lead-acid battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2584699C1 true RU2584699C1 (en) 2016-05-20

Family

ID=56012248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015115075/07A RU2584699C1 (en) 2015-04-21 2015-04-21 Lead-acid battery

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2584699C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019152583A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 Daramic, Llc Improved lead acid battery separators, resilient separators, batteries, systems, and related methods
WO2019173661A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Daramic, Llc Lead acid battery separators and related methods
RU2707500C1 (en) * 2018-11-14 2019-11-27 Михаил Сергеевич Беллавин Accumulator battery
WO2020037183A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 Daramic, Llc Improved lead acid battery separators, warp resistant separators, batteries, systems, and related methods
WO2020051100A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-12 Daramic, Llc Battery separators, electrode assemblies, systems and related methods
RU2722439C1 (en) * 2019-08-16 2020-06-01 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации Low-maintenance lead-acid accumulator battery

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1095114A (en) * 1994-04-29 1994-11-16 陈有孝 High-energy density amorphous lead alloy sheet and manufacturing process and purposes
RU2233510C2 (en) * 2001-11-01 2004-07-27 Виктор Александрович Дзензерский Lead-acid storage battery
RU2285983C1 (en) * 2005-03-23 2006-10-20 Закрытое акционерное общество "ЭЛЕКТРОТЯГА" Hermetically sealed lead battery
CN101104897A (en) * 2007-08-06 2008-01-16 回静 Durable accumulator alloy material and preparation method thereof
RU2362240C2 (en) * 2006-12-04 2009-07-20 Рязанский военный автомобильный институт имени генерала армии В.П. ДУБЫНИНА Lead accumulator
EP2390947A1 (en) * 2010-05-27 2011-11-30 Johns Manville Lead-oxide battery plate with nonwoven glas mat

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1095114A (en) * 1994-04-29 1994-11-16 陈有孝 High-energy density amorphous lead alloy sheet and manufacturing process and purposes
RU2233510C2 (en) * 2001-11-01 2004-07-27 Виктор Александрович Дзензерский Lead-acid storage battery
RU2285983C1 (en) * 2005-03-23 2006-10-20 Закрытое акционерное общество "ЭЛЕКТРОТЯГА" Hermetically sealed lead battery
RU2362240C2 (en) * 2006-12-04 2009-07-20 Рязанский военный автомобильный институт имени генерала армии В.П. ДУБЫНИНА Lead accumulator
CN101104897A (en) * 2007-08-06 2008-01-16 回静 Durable accumulator alloy material and preparation method thereof
EP2390947A1 (en) * 2010-05-27 2011-11-30 Johns Manville Lead-oxide battery plate with nonwoven glas mat

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019152583A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 Daramic, Llc Improved lead acid battery separators, resilient separators, batteries, systems, and related methods
WO2019173661A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Daramic, Llc Lead acid battery separators and related methods
WO2020037183A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 Daramic, Llc Improved lead acid battery separators, warp resistant separators, batteries, systems, and related methods
CN113196558A (en) * 2018-08-17 2021-07-30 达拉米克有限责任公司 Improved lead acid battery separators, warp resistant separators, batteries, systems, and related methods
WO2020051100A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-12 Daramic, Llc Battery separators, electrode assemblies, systems and related methods
RU2707500C1 (en) * 2018-11-14 2019-11-27 Михаил Сергеевич Беллавин Accumulator battery
RU2722439C1 (en) * 2019-08-16 2020-06-01 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации Low-maintenance lead-acid accumulator battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2584699C1 (en) Lead-acid battery
CN100446329C (en) Lead storage battery
EP1717896B1 (en) Lead acid battery
EP0419516A1 (en) Lead-acid rechargeable storage battery
CN102576863A (en) Negative plate for lead acid battery
JP2005302395A (en) Lead storage battery
US8808914B2 (en) Lead-acid battery design having versatile form factor
Perkins Materials and mechanisms determining the performance of lead-acid storage batteries an invited review
JP2006086039A (en) Lead-acid storage battery
JPWO2019088040A1 (en) Separator for lead-acid battery and lead-acid battery
WO2022004120A1 (en) Liquid-type lead storage battery
JP7128482B2 (en) lead acid battery
US20130183572A1 (en) Lead-acid battery design having versatile form factor
EP2803097A1 (en) Lead-acid battery design having versatile form factor
US5001022A (en) Lead-acid storage battery and related method of construction
JP4904658B2 (en) Method for producing lead-acid battery
JP4364054B2 (en) Lead acid battery
JP4529707B2 (en) Lead acid battery
JP2005294142A (en) Lead storage battery
JP2006079973A (en) Lead storage battery
JP2015022796A (en) Lead storage battery
JP2011159551A (en) Lead-acid storage battery
RU2809551C2 (en) Lead acid battery
RU2233510C2 (en) Lead-acid storage battery
Rand Lead—acid traction batteries for electric road vehicle propulsion—directions for research and development

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170713

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180422

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190805