製造用於鉛酸電池的電極的製作方法

2023-07-11 18:04:31 4

製造用於鉛酸電池的電極的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於製備鉛酸電池(30)的電極(14)的方法。所製備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開所述上和/或下框架元件(9、10)延伸並具有多個開口的網狀區域(12)，上和/或下框架元件(9、10)的厚度(D)大於網狀區域(12)的厚度，所述方法包括步驟：(a)使用鑄造方法製備異型帶坯(2)，其中僅通過所述鑄造方法使帶坯(2)在一側形成比最終將形成網狀區域(12)的區域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上或下框架元件(9、10)的至少一個區域(3、5、7)；和(b)在隨後的金屬拉伸工藝中製備具有開口的網狀區域(12)。本發明還涉及用於製備鉛酸電池電極、電極以及鉛酸電池的設備。
【專利說明】製造用於鉛酸電池的電極
[0001]本發明涉及根據權利要求1的用於製造鉛酸電池電極的方法。本發明還涉及根據權利要求11的用於製造鉛酸電池電極的系統、根據權利要求12的電極以及根據權利要求13的鉛酸電池。
[0002]本發明總體涉及鉛酸電池電極尤其是負電極的製造領域。例如，EP I 366 532 BI或DE I 02 09 I 38 B4中已經提出了使用擠壓機來連續製造鉛合金帶。但是，這種類型的擠壓機相當複雜並且尤其需要擠壓器。
[0003]本發明基於這樣的目的:給出用於製造鉛酸電池電極的簡化可行方案，其能夠更加經濟地實現。
[0004]上述目的通過根據權利要求1的用於製造鉛酸電池電極的方法來實現，其中所製備的電極具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件延伸並包括多個開口的網狀區域，其中上和/或下框架元件的厚度大於網狀區域的厚度，所述方法包括步驟:
[0005](a)在鑄造工藝中製備異型帶還,其中僅通過鑄造工藝使帶還在一側形成比最終將形成網狀區域的區域具有更大厚度的最終將形成上或下框架元件的至少一個區域；
[0006](b)在隨後的金屬拉伸工藝中製備具有開口的網狀區域。
[0007]本發明具有這樣的優點:能夠以特別低的製造成本製備耐用的鉛酸電池的電極。將上和/或下框架元件設計成具有更大厚度來製備電極比通過傳統製造方法製備的電極在機械堅固性方面更強。上述又使得通過已知的鑄造方法能夠製備異型帶坯成為可能。尤其是，電極質量和製造成本之間的關係變得更加有利。即使給定較高的原材料成本(例如對於鉛而言)，根據本發明的方法也是特別有利的，因為在金屬拉伸工藝中沒有像在衝壓工藝中產生的衝壓廢料。因此，也沒有用於衝壓廢料的後續收集及循環方面的費用，因為其自始就沒有產生過。金屬拉伸工藝和鑄造工藝的結合，尤其是沒有擠出步驟，使得特別快地製造電極，其具有能夠特別有效地使用現有機器的優點。
[0008]電極可構造成或者僅具有上框架元件,僅具有下框架元件或具有上下框架元件。當電極具有上框架元件以及下框架元件時，提供了一個網狀區域從上框架元件延伸至下框架元件的有利實施例。製造工藝根據需要允許電極初始製備成具有上下框架元件和隨後最終，尤其是在實施金屬拉伸工藝之後，切除一個框架元件。這在製造過程中給予電極增強的堅固性，其對所述製造方法來說是有益的。另外，由於切除了框架元件，最後節省了材料。
[0009]在鑄造工藝中所形成的帶坯在一側形成比最終將形成網狀區域的區域具有更大厚度的最終將形成上或下框架元件的區域。在一個有利構造中，當其從鑄造工藝離開時坯的上側因而是基本平坦的；即光滑的，而其下側展現為包括較小厚度的區域和更大厚度的區域的異型。這樣，不需要擠壓器便能夠製備異型帶坯。
[0010]產生的電極也是非對稱的；即其在一側在上和/或下框架元件的區域展現比網狀區域更大厚度。這導致在網狀區域節省了材料，其導致更加有利的製造成本和較低的重量。
[0011]根據本發明的一個有利的進一步改進，鑄造工藝為連續製備帶坯的連續鑄造工藝。連續鑄造工藝允許帶型坯基本上任何長度的經濟省時的製造，以及因此以高的生產速度大量經濟地製造電池電極。
[0012]根據本發明的一個有利的進一步改進，不通過擠出步驟來製造電極，即沒有使用擠壓器。
[0013]根據本發明的一個有利的進一步改進，在鑄造工藝中製備的帶坯的寬度小於在金屬拉伸工藝之後產生的電極的寬度。
[0014]根據本發明的一個有利的進一步改進，最終形成網狀區域的帶坯的區域最初在步驟a)中不具有開口。
[0015]根據本發明的一個有利的進一步改進，提供了用切割片首先在帶坯的待在金屬拉伸工藝中製成網狀區域的區中提供縱向槽，即在坯的縱向方向延伸的槽，此後通過沿橫切上和/或下框架元件的縱向延伸的方向拉制所述有槽坯來製備網狀區域。如果有槽坯此時具有下框架元件以及上框架元件，通過在相反方向拉開上下框架元件來拉制有槽坯則可以製備網狀區域。這在橫切縱向的方向上對有槽坯施加了拉應力，其最終導致形成具有菱形開口的網狀區域。
[0016]根據本發明的一個有利的進一步改進，帶坯製備有至少一個第一、一個第二和一個第三區域，每個區域沿帶坯的縱向延伸，這些區域中的至少一個具有更大的厚度，具有更小厚度的無開口封閉材料區分別製備在第一和第二以及第二和第三區域之間。尤其是增大厚度的區域因而是不對稱地形成在一側上的，這在鑄造工藝中產生異型帶坯的過程中已經形成。這裡也不需要擠壓器。有利地，為了節省材料，僅例如第二(中間)區域可以是增大的厚度。所有三個區域，即第一、第二和第三區域也可以例如形成為具有增大的厚度。
[0017]根據本發明的一個有利的進一步改進，例如通過衝切第二區域的特定多餘面積來衝切增大厚度的第二區域來製備電極接觸頭。這具有以下優點:電極能夠作為準雙頻帶電極被連續製備且鑄造工藝因而已同時集成了用於接觸頭的材料。根據一個有利的進一步改進，增大厚度的第二區域位於增大厚度的第一和第二區域之間。
[0018]根據本發明的一個有利的進一步改進，在連續金屬拉伸工藝中從帶坯製備繞成卷的帶型電極組件。卷應理解為螺旋纏繞物。這具有以下優點:電極已能夠很大程度地製備成用於後期使用在電池中，包括實現金屬拉伸工藝。在實現金屬拉伸工藝之後電極組件對於機械影響更加敏感。因此，對於已拉制出的帶型電極組件繞成卷是有利的。以這種卷形式的帶型電極組件對於機械影響較不敏感，且另外可方便地用於下一步的電池製造生產步驟。
[0019]當卷繞時電極的非異型平面側可以在外側。根據本發明的一個有利的進一步改進，在卷繞期間電極的非異型平面側在內側。這樣，卷繞的電極組件能夠儲存成對機械影響尤其不敏感。
[0020]根據本發明的一個有利的進一步改進，帶型電極組件首先用糊狀活性材料塗覆，然後卷繞成卷。
[0021]根據本發明的一個有利的進一步改進，在金屬拉伸工藝之後，並且如果適用，在從帶型電極組件分離之前，用糊狀活性材料塗覆電極。其後電極可設置有隔離材料並被插入鉛酸電池的殼體內，以便於最終產生鉛酸電池。
[0022]根據本發明的一個有利的進一步改進，在用糊狀活性材料塗覆之前先初始儲存電極，並且在儲存過程之後執行塗覆工藝。這具有優點:能夠將「原材料電極的製備」和「最終化電化學電極」的子工藝分割成尤其是在不同時間彼此可以獨立實現的分開步驟。由於兩個方法步驟可以以不同的速度實現，因而子工藝之間可以進行合適的分離，其允許總的製造工藝適配子工藝的速度。
[0023]根據本發明的一個有利的進一步改進，電極以卷狀形式儲存。
[0024]開篇所述的目的通過用於製造鉛酸電池的電極的系統來進一步實現，其中所述系統構造成實現根據前述任一權利要求的方法，其中用所述系統所製備的電極具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件延伸並包括多個開口的網狀區域，其中上和/或下框架元件的厚度大於網狀區域的厚度，所述系統具有以下系統組成部分:
[0025](a)鑄造系統，設計成製備異型帶坯，帶坯在一側具有比最終將形成網狀區域的區域具有更大厚度的最終將形成上和/或下框架元件的至少一個區域；
[0026](b)金屬拉伸壓機，設計成通過金屬拉伸工藝製備具有開口的網狀區域。
[0027]該系統可設計成不具有擠壓器。
[0028]開篇所述的目的另外由根據前述任一權利要求製造的電極所實現。電極能夠作為正極或負極用於鉛酸電池中。
[0029]開篇所述的目的進一步由具有一個或更多個上述電極的鉛酸電池所實現。
[0030]下面將參照附圖更加詳細地描述本發明的實施例。
[0031]所示為:
[0032]圖1:帶型坯的製備；
[0033]圖2:電極；
[0034]圖3:鉛酸電池；以及
[0035]圖4:用於製造鉛酸電池電極的系統。
[0036]對於相應的元件，這些圖使用相同的標記。
[0037]圖1示出了鑄造系統1，其通過連續鑄造工藝製備用於鉛酸電池電極的帶型坯2。鑄造系統I通過輸入側(未示出)供鉛。鑄造系統I熔化鉛並如圖1所示作為擠出式連續異型模通過輸出側分配帶坯2。隨後可以如下所述進一步加工帶坯2。
[0038]根據圖1的鑄造系統I的特點是:帶坯2可以製備成在一側具有異型，以使坯2沿其寬度B展現不同的厚度D。從圖1可以看到，離開鑄造系統I的坯2具有基本平滑的上側8和異型下側。坯2包括具有更大厚度D的區域3、5、7，相比位於其間的區域4、6而言。下側上，具有更大厚度D的區域3、5、7突出於區域4、6。在右邊，圖1示出了圍繞其縱向軸線翻轉180°的一段帶坯2以更加明顯地示出異型下側，圖示了沿縱向L延伸的帶坯2的單側異型結構。
[0039]取決於實施方式，還可以想到僅使中間區域5展現增大的厚度D。
[0040]鑄造機I因此構造成完全沒有擠出單元；即其實現了純粹的鑄造工藝而沒有擠出步驟。
[0041]如下所述，具有更小厚度的區域4、6將會通過金屬拉伸工藝轉變為網狀區域，上下框架元件以及部分電極接觸頭將會產自於具有更大厚度的區域3、5、7。
[0042]圖2示出了圖2a中的金屬拉伸工藝之後的電極14的俯視圖。為了圖示與帶坯2的關係，電極14與另外的一些電極被一起描繪，另外的這些電極則以低對比度或虛線被僅部分地再現。
[0043]可以看到，電極14包括其上形成有接觸頭11的上框架元件10、下框架元件9以及在上下框架元件9、10之間延伸的網狀區域12。為了說明與根據圖1的帶坯2的關係，用於圖1的坯2的區域的相應標記額外再現。
[0044]圖2a所示箭頭分別指離上框架元件10和下框架元件9，表示金屬拉伸工藝中作用在電極14上的拉力方向。
[0045]通過切割各個電極，如圖2a中的三角13所表示，各個電極14分離於金屬拉伸工藝之後離開的電極帶。相應地，接觸頭11也分離於相應反向定位的電極的上框架元件10。接觸頭11之間的空隙15通過衝切形成。
[0046]圖2右邊在圖2b中示出了所製備的電極14的側視圖，通過其可以看到異型結構。
[0047]圖3示出的鉛酸電池30包括多個上述類型的電極14。鉛酸電池30包括具有外端子31、32的蓋部件33。外端子31、32分別通過相應的電極連接器35、36連接於正/負電極。例如，可以看到負電極連接器35連接於在此用作負電極的電極14的接觸頭11。負電極連接器35連接於更遠的負電極並連接於端子31。類似地，正電極連接器36連接於正電極39並連接於其它端子32。
[0048]鉛酸電池30包括其中設置有電極14、39的下殼體部件34。電極14、39設置有糊狀活性材料37。電極14、39與糊狀活性材料37 —起被隔離材料38分別地另外封裝。
[0049]圖4示出了用於製造上述類型鉛酸電池電極的實施例。可以再次看到作為第一系統組成部分的鑄造系統I。帶坯2被送給金屬拉伸壓機40，其代表第二系統組成部分。金屬拉伸壓機40首先包括切割單元，其例如具有連接於轉動輥的切割片。切割片在帶型坯的區域4、6中切出短的縱向槽，例如僅僅幾微米的長度。在帶坯已經通過切割單元之後，其被送給金屬拉伸壓機40的拉制裝置。在拉制裝置中實現拉制工藝，框架元件9、10如圖1的圖2a的箭頭所示被反向拉開。
[0050]最後，坯被送至金屬拉伸壓機40中的衝壓段，接觸頭11之間的空白區域15在衝壓段被衝出。電極帶41最終離開機器40，如圖4所描繪，與參照圖2所描述的電極帶相對應。
【權利要求】
1.用於製造鉛酸電池(30)的電極(14)的方法，其中所製備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件(9、10)延伸並包括多個開口的網狀區域(12)，其中上和/或下框架元件(9、10)的厚度(D)大於網狀區域(12)的厚度，所述方法包括步驟: (a)在鑄造工藝中製備異型帶坯(2)，其中僅通過鑄造工藝使帶坯(2)在一側形成比最終將形成網狀區域(12)的區域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上或下框架元件(9、10)的至少一個區域(3、5、7)； (b)在隨後的金屬拉伸工藝中製備具有開口的網狀區域(12)。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，切割片首先在帶坯(2)的待在金屬拉伸工藝中製成網狀區域(12)的區域(4、6)中提供縱向槽，此後通過沿橫切上和/或下框架元件(9、10)的縱向延伸(L)的方向拉制所述有槽坯來製備網狀區域(12)。
3.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，帶坯(2)製備有至少一個第一、一個第二和一個第三區域(3、5、7)，每個區域沿帶坯(2)的縱向延伸，這些區域中的至少一個具有更大的厚度(D)，具有更小厚度(D)的無開口封閉材料區(4、6)分別製備在第一(3)和第二(5)以及第二(5)和第三(7)區域之間。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於，通過例如衝切從具有增大厚度(D)的第二區域(5)製備出電極(14)的接觸頭(11)。
5.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，鑄造方法為製備連續帶坯(2)的連續鑄造工藝。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，在連續金屬拉伸工藝中從帶坯(2)製備繞成卷的電極組件(41)。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，當卷繞時電極組件(41)的非異型平面側(8)在內側。
8.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，在金屬拉伸工藝之後，並且如果適用，在從帶型電極組件(41)分離之前，用糊狀活性材料(37)塗覆電極(14)。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，在用糊狀活性材料(37)塗覆之前先初始儲存電極(14)，並且在儲存過程之後執行塗覆工藝。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於，電極(14)以卷狀形式儲存。
11.用於製造鉛酸電池(30)的電極(14)的系統(1、40)，其中所述系統(1、40)設計成實現根據前述任一權利要求的方法，其中用所述系統(1、40)所製備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件(9、10)延伸並包括多個開口的網狀區域(12)，其中上和/或下框架元件(9、10)的厚度⑶大於網狀區域(12)的厚度，所述系統具有以下系統組成部分: (a)鑄造系統(I)，設計成製備異型帶坯(2)，帶坯(2)在一側具有比最終將形成網狀區域(12)的區域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上和/或下框架元件(9、10)的至少一個區域(3、5、7)； (b)金屬拉伸壓機(40)，設計成通過金屬拉伸工藝製備具有開口的網狀區域(12)。
12.一種電極(14)，根據權利要求1-10之一所製造。
13.一種鉛酸電池(30)，具有根據權利要求12的一個或更多個電極(14)。
【文檔編號】H01M4/74GK104412428SQ201380014463
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年3月22日 優先權日:2012年3月22日
【發明者】塔季揚娜·賴希 申請人:江森自控汽車電池有限責任公司