高容量塗膏式蓄電池極板的製作方法

2023-06-21 14:24:01 1

專利名稱：高容量塗膏式蓄電池極板的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種高容量塗膏式蓄電池極板。
生產使用蓄電池的行業和個人，都清楚極板在蓄電池中佔有的地位，蓄電池儲放電的能力基本上來源於極板；極板的壽命就是蓄電池的壽命它決定著蓄電池的體積、重量和成本。多年來，蓄電池極板的結構、外行尺寸、理化性能等，都巳標準化。以最常見、用量最大的啟動型鉛酸蓄電池極板為例它的長寬尺寸為143×135mm；厚度尺寸正極板為2.2mm，負極板為1.8mm，平行於143mm邊的正極板板棚橫筋28條，負極板板柵橫筋為32條，平行於135mm邊的正極板板柵豎筋為8條，負極板板棚豎筋為9條。成品正極板重約260克，負極板重約230克，正極板所含電化學效應的活性物質為二氧化鉛，負極板所含電化學效應的活性物質為絨狀鉛，由於放電量的多少主要受正極板的制約，所以按正極板來確定單片極板的容量為15安時，要得到容量為150安時的蓄電池，則要10片正極板並聯組合成極群，再與相應的負極板組合成的極群按技術要求裝配在一格容器即成，若是要想得到6V150安時的蓄電池，則要三個這樣的單格串聯起來。若是用這樣的六格串聯起來，即是12V、150安時的蓄電池，要想得到195安時容量就必須以13片正極板組成的極群才成，蓄電池的容量隨著組裝的正極板片數的增加而增加，由此看來，單片極板的參數無疑是蓄電池總體各項指標的基點。
本發明的目的旨在提高單片極板的容量。增大單體蓄電池儲電、放電的能力。讓應用在各個領域中的蓄電池發揮出更強作用。
這裡仍以啟動型鉛酸蓄電池為例，從它的電化學反映過程著手探討提高單片極板容量的可能性。
放電正極板 電解液 負極板 硫酸鉛 水 硫酸鉛由上式看到，正極板所含活性物質二氧化鉛，經放電後生成硫酸鉛，電解液因喪失酸根生成水，負極板所含活性物質絨狀鉛放電後也生成硫酸鉛。據有關資料(湖南科學技術出版社出版「化工」，商品生產法十三集)表明，啟動型鉛酸蓄電池單片正、負極板標稱容量為15安時，當放電15安時後，正、負極板消耗的活性物質合計為124.935克，只佔正、負極板活性物質總含量的35％左右，而生成的硫酸鉛則有169.8克。由此可以確認放電之所以終止，並非極板中活性物質因電化學反映消耗殆盡，而是生成的硫酸鉛附著復蓋層不斷加厚，直到完全阻隔了正、負極板中活性物質與電解液的接觸，導致電化學反應不能繼續進行，放電才會終止。我們以15安時為正極板放電終止電量，這時的硫酸鉛覆蓋層厚度是多少由下式可以算出
式中169.8為單片正、負極板放電15安時生成的硫酸鉛總量；設定該總量的70％附著復蓋在正極板上；由於極板骨架3毫米的邊框上沒有活性物質，電化學有效表面，應該是邊框以內的尺寸計算，故此有(143-6)乘以(135-6)再乘以2，則是極板兩面面積。計算得出的0.00336克′mm2為15安時放電終止時硫酸鉛附著復蓋在正極板表面的平均厚度參數。現在將上式中的分母數值增加一倍，也就是將電化學反應面積增加一倍。仍以放電15安時生成的硫酸鉛169.8克×70％作為分子，生成的硫酸鉛附著復蓋層平均厚度只能是上式得出的參數的一半，沒有達到終止放電的厚度。也就是說它還能放電15安時。這也就是現在的啟動型鉛酸蓄電池每增加一片正極板，增大容量15安時的原因所在。由此得出增大電化學反應面積即能增大放電量的定論。鑑於前面的分析提示，本發明採取了在標準化尺寸極板塗膏的表面上增設盲孔或溝槽來擴大活性物質與電解液進行電化學反應面積的技術措施。經反覆測算和實驗，按不破壞極板的強度又儘可能增大有效面積的準則，確定了盲孔的直徑為2mm，孔內圓柱長為0.8mm，底端錐長0.3mm。避開極板起骨架作用的板柵經絡，均勻對稱地布局在極板兩面，以這方案，可在標準尺寸的啟動型鉛酸蓄電池正極板上設置2709個這樣的盲孔或相應面積的溝槽。其他不同尺寸的極板，依此類推。在塗膏式蓄電池極板的塗膏表面上布局盲孔或溝槽後，稱為「高容量塗膏式蓄電池極板」。本文以下簡寫為高容量極板。 凡是塗膏式極板改為高容量極板，都會增加活性物質與電解液的化學反應面積。仍以啟動型鉛酸蓄電池極板為例，加設了2709個盲孔後，增大電化學反應面積3983.858mm2，按(式一)計算15安時放電後硫酸鉛附著在正極板的平均厚度
從上式得出，高容量極板在放電15安時後，生成的硫酸鉛復蓋層比不加孔(槽)的極板薄，沒有達到(式一)所得出的終止放電的平均厚度參數-0.0033 6克/MM2，證明電化學反應仍能繼續進行，放電量增加。至於布局溝槽與布局盲孔的意義完全相同，故不另作記述。
高容量極板與相應的原有極板外形尺寸相同，加孔(槽)後實際電化學反應面積卻增加了39％以上，由於放電量與電化學反應面積成正比關係，理論上放電量也相應增加39％，原有極板標稱容量為15安時時，活性物質利用率僅為35％。而加孔極板活性物質的利用率提高到41％以上。若用同樣數量的高容量極板替代原有的極板裝配成蓄電池，比原有這種蓄電池的容量高出20％，啟動能力得到提高。由於電化學反應面加大，對充電、放電過程中承受電流衝擊的能力也得到增強，這對蓄電池的壽命也極為有利。若採用高容量極板按原定容量裝配蓄電池，則比使用原極板所需片數減少20％以上。可見採用加孔極板減小了蓄電池體積、重量，降低了成本。這就是高容量極板比起原有極板的有益效果。
說明書附圖
一為啟動型鉛酸蓄電池高容量極板a面所設盲孔的布局示意圖。
說明書附圖二為啟動型鉛酸蓄電池高容量極板b面盲孔布局示意圖。
圖三為圖二中A-A、B-B、C-C、D-D剖面圖。各剖面上a所指為極板的a面，b所指為極板的b面。
圖四為圖三中C-C剖面O部的五倍放大圖，示出極板ab兩面布局的盲孔在厚度剖面上的相對位置及盲孔的縱剖面形狀。
生產高容量極板除在晾乾極板之後、極板浸酸之前插入加孔工藝、添置一加孔工具外，其原理、材料、配方、工藝流程、工屬具等無一更改。下面，僅以實施加孔的方法作簡要描述。簡易的加孔工具由兩塊定位夾持板、兩塊孔針集合板、支承架和腳踏槓桿與相應的傳動杆、塊構成。定位夾持板由兩塊鋼板配對精加工而成，待加孔極板平面夾持在這兩塊鋼板之間，按極板平面、厚度銑出的定位形腔中，兩形腔面內，根據極板兩面盲孔布局的位置、數目、孔徑對應設有通孔。通孔的作用是讓分別固定在兩塊孔針集合板上按盲孔布局位置、數目、形狀一致的孔針，從兩塊定位夾持板的背面透過通孔進入形腔，對在形腔中定位夾持著的極板以孔針壓入一定深度，形成盲孔。組合成的夾持定位板部件裝配在構架的導軌上，使之能在一定的範圍固定、開合，再按動作要求，裝上水平拉塊、垂直拉杆、腳踏槓桿，以及復位、開啟彈簧等組成加孔機具。操作開始時，兩塊孔針集合板都結合在離開定位夾持板較遠的地位，兩塊孔針集合板上的孔針都位於定位夾持板兩背面的通孔內。對應的兩塊定位夾持板處在略為分開的鬆弛狀態，合縫處呈現0.5mm的間隙。第一步，從合攏但有0.5MM間隙的兩定位夾持板組成的形腔的上開口填入待加孔的極板，並便之到底定好位。此時，踏下腳踏槓桿、連接在腳踏槓桿接近活動支承點端的垂直拉杆隨著向下運動，垂直拉杆上端分別連接在與兩塊孔針集合板左右兩邊連接的四塊水平拉塊形成的左右兩水平直線的中點上。中點隨著垂直拉杆向下運動，改變原有的直線為折線，縮短著構成直線的兩塊拉塊兩端聯著的兩塊孔針集合板之間的距離，使兩塊孔針集合板沿導軌平行向形腔中夾持著的極板運動，直到孔針壓入形腔中夾持著的極板內，受到限位停止運動。這時鬆開踏腳，所有傳動杆、塊均借踏板踏下時受壓的復位彈簧的舒張力復位。復位開始的瞬間，以定位夾持板背面為支承點的8盤開啟彈簧，失去孔針集合板加在上面的壓力，立即以舒張力將孔針集合板推開，而它的反作用力保持了極板在形腔中緊貼腔壁的夾緊狀態，有利於孔針退離後留在極板上的盲孔保持完好。當孔針集合板復位到終極點，開啟彈簧完全鬆弛，定位夾持板同樣鬆弛回復到初始狀態。此時操作者可手持露出形腔上開口外的極板耳，取出已經過加孔成型的極板，接著又填入下一片待加孔極板，前述操作即持續重複進行。
前述僅為筆者實施加孔工藝的方法之一，僅供參考，不排除生產廠家使用除此之外的任何加孔(壓槽)的工藝方法。
權利要求
1.一種增加蓄電池極板容量的方法，其特徵在於在蓄電池極板塗膏表面上增設盲孔或溝槽來擴大活性物質與電解液進行電化學反應的面積。
2.根據權利要求1所述方法製造的高容量塗膏式蓄電池極板的特徵在於塗膏表面上布局有盲孔或溝槽。
全文摘要
本發明是在原有標準化塗膏式極板的基礎所作的改進。原有極板的化學原理、材料、配方、生產流程基本上無一更改，僅在晾乾塗膏極板坯之後、浸酸處理之前實施本專利方法。增加這一工藝生產的極板，放電容量增加20％以上。摘要附圖示出經本專利方法加工成型後的極板在厚度上的剖面形狀。
文檔編號H01M4/20GK1153405SQ9610334
公開日1997年7月2日 申請日期1996年4月8日 優先權日1996年4月8日
發明者李中洪 申請人:李中洪