電動汽車用長壽命高容量雙極型極板鉛酸電池的製作方法

2023-05-08 15:53:36

專利名稱：電動汽車用長壽命高容量雙極型極板鉛酸電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉛酸蓄電池，主要用作電動汽車、電動自行車、電動摩託 等電動車的動力電源。
背景技術：
自從汽車發明以來，轎車便已成為人們的主要個人代步工具，但是燃料汽 車的高汙染，全球石油資源的枯竭，迫使人類尋求一種對環境友好的可持續發 展的新的代步工具，於是電動汽車成為首選，按目前的發展情況，電動汽車取 代燃油汽車成為大城市市內個人主要乘用工具已是必燃趨勢。電動汽車四大部 件中的車身，電機及控制系統，快速充電系統三部份的技術都已成熟，只有第 四部份蓄電池的技術沒有過關。電動汽車用蓄電池技術是制約電動汽車發展的 關鍵。
符合電動汽車用蓄電池要求的蓄電池要具備以下三項性能第一是高容量， 第二是長壽命，第三是低成本。目前被選作電動汽車用蓄電池的主要種類有鎳 氫電池、鋰離子電池、鉛酸電池，前兩種電池可以做到電池比能量60-120WH/kg的高容量，壽命最高者可達到1000至2000次深循環，實現了電池壽命與電動汽車壽命同步，這二項性能已完全符合電動汽車用蓄電池性能要求，但是受電 池原料成本限制，以上兩款電池的製造成本極高，光電池成本就要超過燃油汽 車售價，所配置的電動汽車無力與燃油汽車競爭。鉛酸電池的製造成本只有上述兩款電池的五分之一，但其容量只有30-40WH/kg壽命只有350-500次深循環， 配置的電動汽車也無力與燃油汽車競爭。但是鉛酸電池的理論容量高達 175WH/kg，管式鉛酸電池的設計壽命達12-15年，深循環次數超過2000次，所以鉛酸電池容量與壽命性能的提升空間很大。如果能夠大幅度提高鉛酸電池的 容量和壽命，鉛酸電池電動汽車是最有望成為淘汰燃油汽車的車型。
為提高鉛酸電池的容量和壽命，相對於普通型鉛酸電池，人們開發了輕型 板柵鉛酸電池，巻繞式鉛酸蓄電池和雙極型極板鉛酸電池等第二代新產品，本 發明是對現有雙極型極板鉛酸電池的改正。
美國專利USP5916709公開了一種雙極型極板鉛酸蓄電池，這種電池比傳統 電池的比容量提高20~25%。壽命延長40 50%，適合快速充電，成為雙極型極 板蓄電池的鼻祖。其後雙極型極板技術在鋰離子電池、鉛酸電池和鎳氫電池領 域都得到了應用。我國專利公開了二款雙極型極板鉛酸蓄電池，其一是"平板 式鉛酸蓄電池"，專利公開號CN1331500，內容是一種平板式鉛酸電池，包括 殼體、隔板、正負極板，正負極板由基板和正負活性物質組成，正負活性物質 層分別附著在基板的一側和另一側，隔板置於正負極板中間，各電池單元之間 的密封是設有框架，總外殼採用包塑層，該專利相對美國專利未見實質上的新 穎性。第二個是"水平式雙極型鉛酸蓄電池及其雙極板"專利號200410014945.5， 見圖一，特徵是採用塑料板上穿編包鉛塑芯複合導線或包鉛碳纖維芯複合導 線代替鈦板或不鏽鋼板作為雙極板的導電芯板，並在導電芯板四周邊框外側設 置彈性密封環，各單元電池實現了彈性密封，提高了導電迴路的可靠性。相對 美國專利USP5916709具有進步意義上的新穎性。
但是現有雙極型極板存在以下缺點
1.基板(或稱芯板)的正極一面氧化腐蝕使用於製造基板的鈦板或不鏽鋼板在
電池使用過程中，表面容易形成氧化鈦或氧化鉻等混合氧化物，進一步發展能 使基板與正極活性物質層之間接觸面的電阻增大,嚴重時可以形成絕緣層，電
池報廢;同時鈦板、不鏽鋼板表面氧化後體積膨大,頂起正極活性物質,使活性物質與基板脫離接觸,嚴重時使活性物質脫落。如果採用鉛板或包鉛導線做基 板,正極一面基板的金屬鉛氧化成各種鉛衍生物，最後變成雷同於正極活性物 質的P-Pb02混合物據多的物質，不會在基板和活性物質之間形成絕緣層，但 因其氧化腐蝕在基板表面的不一致性，也能頂起正極活性物質層，使其脫落； 腐蝕嚴重後，基板逐漸變薄，由於基板表面一面產生氧化反應， 一面產生還 原反應，理論上基板不會穿孔，但當還原一面局部地區硫酸鹽化後，不能產 生還原反應時，基板也能穿孔漏液使電池短路而失效。
2. 在現有雙極型極板鉛酸電池體系內，電池負極是絨狀海棉鉛，基板是金屬體，
導電性能良好，電池正極是P-Pb02居多的多種氧化鉛混合體，是一種半導體材料；電池放電時在正極和負極活性物質表面分別產生硫酸鉛微結晶層，形 成五層結構。當電池強電流放電時，正極表面的活性物質既要與硫酸反應產 生電流，又要承擔相臨電池單元產生的電流的遷移輸送，其正極表面放電電 流密度比普通型極板大，電極過電位增高，導致所產生的硫酸鉛晶體變細， 硫酸鉛晶體層緻密排列，電阻增大，造成正極活性物質利用率降低，還有可 能使電池發熱，由此可產生電池的多種後遺症。另外在充電初期，如果用強 電流充電，電流必須經過二個硫酸鉛絕緣層， 一個半導體層，電池容易發熱 甚至高熱，所以五層結構不利於放電時和初充電時強電流充電放電。
3. 電池放電後，在電池負極和正極活性物質表面形成一層微細結晶硫酸鉛層， 硫酸鉛是絕緣體，在電池充放電時阻止電子流動，所以當電池充電時，電子 是通過電解液滲透穿過微結晶硫酸鉛層與活性物質接觸才得以傳遞的。當微 結晶硫酸鉛層在某一環境下產生重結晶後，封閉了電解液滲透通路，則電極 充放電能力完全失去，電池失效。這是普通電池普遍存在的硫酸鹽化現象。 但是現有雙極型極板生產時三層分明，使用時五層分明的結構，沒有解決這一問題，相反，由於雙極型極板電池是串聯電路裝配，其中的一隻電池單元 產生硫酸鹽化現象時，整個電池就要報廢，所以現有雙極型極板鉛酸電池的 硫酸鹽化報廢電池問題比普通鉛酸電池更加嚴重。
在電池放電過程中，由於各單元電池體系內環境的不一致性，可能使某一單 元電池首先形成高電阻，這樣的高電阻，阻止其它電池單元放電，使整個電 池容量降低，還有可能使該電池單元發生高熱，損壞整個電池。
電動汽車用電池要求有較長的壽命，最好與電動汽車同壽命，這就要求電動 車用電池滿足3-8年的使用周期。在漫長的過程中，由於受鉛酸電池電極的 析氫、析氧造成的氣壓衝擊、放熱衝擊和不可避免的局部硫酸鹽化現象的存 在，使電池單元體系內失水、失酸現象不可避免，所以最先進的免維護鉛酸 電池也要每半年進行一次維護，實行加水和去硫酸鹽化充電，有時要加酸平
衡電解液。無論是美國的USP5916709專利技術，還是中國專利CN1331500 及申請號200410014945.5都不能加水加酸進行維護，如果一定要加水加酸， 則必須拆開每個電池單元，進行重新裝配。

發明內容
本發明的目的是提供一種雙極型極板鉛酸蓄電池，使其具有比現有雙極型
極板鉛酸電池更高的電能容量，更長的使用壽命，更好的充放電性能，同時保 持鉛酸電池性能穩定價格低廉的優點，從而取代鋰離子電池，鎳氫電池成為電 動汽車的主要動力電源。
本發明的技術方案是本發明鉛酸蓄電池由電池框架、二個外接端子、極
板群、玻纖隔板組成，極板群包括一塊上端極板， 一塊下端極板和多塊雙極型
極板，根據電池標稱電壓可組成4V-100V電池，雙極型極板的數量為l-49塊， 通常下端極板採用單面正極活性物質塗膏層，上端極板採用單面負極活性物質塗膏層，雙極型極板的上端塗有正極活性物質層，下端塗有負極活性物質層， 不過也可相反設置，但雙極型極板的上、下端活性物質層的極性必須相反。把下端極板、玻纖隔板、雙極型極板、玻纖隔板、雙極型極板.......玻纖隔板、上端極板按順序排列重疊組成極板群，其中的玻纖隔板吸有電解液，並與一端的負極活性物質，另一端的正極活性物質組成一個電池單元，產生2V的標稱電 壓，在每個電池單元內還設有可多次開啟的密封式加液孔。極板群固定在電池 框架上，由框架上的壓力傳遞給予極板群內的正負極活性物質一個適當的壓力， 各極板間縫隙採用密封膠固定密封，也可採用橡膠密封圈彈性密封，二個外接 端子分別由上端極板和下端極板引出，作為電池的正負輸出端子。
上述雙極型極板的結構如下在雙極型極板基板的兩面增設根數眾多的導 電針，導電針穿過基板，安要求密布於雙極板的正負極表面，其長短與正負極 活性物質塗膏層厚度相等或稍微長出一點；基板採用塑料製造，導電針用鈦絲 或鉛絲或不鏽鋼絲製成，把導電針放在模具中，在注塑機內把基板、塑料邊框 一次注塑成形。導電針的直徑大小和在基板上的分布密度與正極活性物質的塗 膏層厚度，三者關係可調節正極活性物質的利用率，推薦的工藝是，導電針直 徑在工藝允許範圍內儘量做細，當塗膏層厚度較厚時，導電針根數用得多點， 分布密度取大值，塗膏層厚度薄時，導電針根數用得少點，分布密度取低值， 但導電針根數總和的截面積應能滿足整個電池最高充放電電流的衝擊，不能使 其發熱或燒毀。下面對雙極型極板進行防腐蝕處理，使導電針具有3-8年的工藝 設計壽命。採用電極修飾原理對雙型極極板正極一面的基板和導電針鍍上一層 導電無機修飾層，如導電陶瓷，導電氧化物等，推薦的材料有Sn02 + Sb203 或Sn02+SbOx+W)3塗層，也可採用具有我國自主智慧財產權的Ti3SiC2系導電陶 瓷和稀土滲入鈦酸鹽導電陶瓷。再在無機層外以電極修飾方法塗上一層有機導
電塗層，推薦的材料有聚笨胺(PAn)導電高聚物或PAn與其它材料複合的導電塑料，也可採用其它有機導電材料。在有機塗層未乾時，噴塗上經篩選的3-Pb02 顆粒或鉛顆粒，使顆粒直徑的一部份進入塗層凝固其上，另一部份露出在外面與正極活性物質塗膏層緊密結合。同時，在基板的負極一面，對基板和導電針電鍍一層鉛，使其與鉛膏能緊密結合，再後在雙極型極板的兩面分別塗上正負極鉛膏，經過浸酸、熟化、烘乾等程序後即製成雙極型生極板。
上述雙極型極板正極一面基板與導電針的防腐還可採用只用一層或多層有機導電塗層對電極進行修飾，例如對基板正極一面和其上的導電針修飾聚笨胺導電高聚物或PAn與其它材料複合的導電塑料，然後再修飾一層薄層的相同的有機導電層，在塗層未乾時，噴塗上P-Pb02顆粒或鉛顆粒，使顆粒直徑的一部份進入塗層，凝固其上，另一部份露出在外面，與正極活性物質塗膏層結合。
上述下端極板由基板和垂直於基板的導電針及其復蓋於導電針上的正極鉛膏組成，基板四周複合上塑料邊框。基板和導電針用鉛、鈦或鉛合金、鈦合金，也可用不鏽鋼製造，需塗膏一面的基板和導電針經過無機導電層和有機導電層雙層修飾，也可用有機導電層單層或多層修飾，在有機塗層上植入3-Pb02顆粒或鉛顆粒，再塗上正極鉛膏層，經浸酸、熟化、烘乾即成。
上述上端極板由基板和垂直於基板的導電針及其復蓋於導電針與基板上的負極鉛膏組成，四周複合上塑料邊框，基板和導電針用鉛、鈦或鉛合金、鈦合金及不鏽鋼製成，如果基板和導電針由非鉛金屬壓鑄而成，則需在導電針一面的基板上修飾鉛鍍層，再塗上負極鉛膏經浸酸、熟化、烘乾後即成。
上述極板群內電池單元的密封方式為在正極塑料邊框一邊設置一個可多次開啟的密封式注液孔，再在正極或負極一麵塑料邊框上布設觸變型密封膠，通過電池框架傳遞的壓力，把雙極型極板的正極一面的塑料邊框對著另一雙極型極板的負極一面的塑料邊框壓制在一起，等密封膠結硬後形成固定密封。上 述固定密封也可改做彈性密封；在塑料邊框的負極一面設置貫通四周的凹槽， 在凹槽內設置防酸橡膠做的彈性墊圈，通過電池框架傳遞的壓力，實現彈性密封。
上述電池框架由框架容器和框架蓋子組成，框架容器四壁帶孔，便於電池 散熱和電池內可能外逸的氣體的排除。框架容器和蓋子用塑料做成，外接端子 用銅或其它高導電率金屬合金製成，兩個外接端子分別模壓在框架容器底部和 蓋子上。裝配時將已排列好的極板群裝入框架容器內，在電池裝配專用熱壓機 上，把框架容器接口和蓋子接口同時加熱烙融後，兩個接口相對熱壓在一起， 冷卻後即合成一體。
上述電池框架的熱壓過程要作握熱壓機的壓力範圍，對接冷卻後，使電池 框架緊壓極板群，並將這一壓力傳遞給極板群內各個正負極活性物質，給予活 性物質一個一定的初始壓力。
由於生產時每塊極板厚度存在誤差，難以保證電池框架熱壓成型後，給予 每隻電池所傳遞的壓力的一致性。為此在上述框架蓋子的外接端子上設置壓力 微調裝置，該裝置主要由彈簧和調節觸頭組成，用來保證每隻電池內部活性物 質的初始壓力的一致性。
上述極板群內的密封式注液孔設置於電池的同一側。
本發明蓄電池採用電池化成方式，電池組裝後，注入過量的稀電解液，採 用普通電池通常的化成充電方式，化成結束後，以一定的真空度吸出多餘的電 解液，再進行調整充電，以建立電池內部的"氧循環"體系，完成後再進行密 封，即成密封式鉛酸電池。
本發明蓄電池每半年維護一次，維護時打開密封加注純水(蒸餾水)至電解液過量，進行通常的維護充電後，測量各電池單元內電解液密度，並調整至 標準，用一定的真空度吸出多餘的電解液，再進行調整充電，以建立電池內部 的"氧循環"體系，完成後再進行密封。
本發明具有的積極效果有
1. 通過對雙極型極板正極表面的電極修飾處理，有效提高了正極一面的金屬導電針的防腐蝕能力，採用不同的電極修飾方式，可以使導電針的防腐能力達 至U3-8年的使用壽命要求。
2. 由於在電極基板上設置了貫穿基板和正負極活性物質層的導電針，當電池充 電時，電荷通過導電針進入每個電池單元，均勻分布於每塊極板表面，利於 在初充電時即進行大電流充電，縮短充電時間；當電池放電時，相臨電池單 元所產生的電流可以通過導電針分路傳輸，而無需經過五層結構內的電極表 面如二層硫酸鉛絕緣層和一層氧化鉛半導體層，降低了電極表面放電電流 密度，降低了電極硫酸鹽化的發生機率，降低了電極發熱的可能性。從根本 上解決了單個電池單元電阻增高影響其它電池單元放電，及單個電池單元硫 酸鹽化報廢整個電池的問題。
3. 由於導電針均勻密布於正極活性物質內，增加了正極活性物質的導電率，相 應提高了正極活性物質的利用率。再有，導電針能使電極表面均勻充電和均 勻放電，特別是均勻放電，降低了電極表面放電電流密度，可提高電極在大 電流放電環境下的放電深度，也提高了正極活性物質利用率，還有，貫穿基 板和正負極鉛膏層的導電針可使每個電池單元充分放電，不能保留。所有這 些因素都使本發明雙極型極板鉛酸電池比現有的同型電池有更高的容量。
4. 本發明通過電池框架對極板的正負極活性物質施加了一個初始壓力，這一壓 力阻止了活性物質工作過程中的膨脹，阻止和延緩活性物質中珊瑚狀結構的形成和崩潰，使平板塗膏式正極板的活性物質具有等同於管式正極板活性物 質的工作環境，使本發明正極活性物質的使用壽命，接近管式極板正極活性
物質的使用壽命，達到電池壽命3-8年的要求。
5. 本發明把鈦基板或不鏽鋼基板或鉛基板改成塑料基板，其比重分別下降4.5 倍、7倍、11倍，使電池總體重量下降四分之一至二分之一，而極板正負極 之間導電率損失不大，因此大幅度提高了電池容量，相對現有雙極型極板鉛 酸電池可提高重量比容量20%以上。
6. 本發明採用塑料基板和用量較少的金屬組成基板導電針結構，可大幅度降低 金屬基板的製造成本，相對於鈦和不鏽鋼基板，其成本可下降5-10倍，整個 電池的製造成本可下降30%至50%，使本發明電池接近普通鉛酸電池的製造 成本。
7. 本發明電池實現了全密封，但又可與普通全密封鉛酸電池一樣可以定期維護， 保證了本發明電池的使用可靠性。


圖l為我國專利，申請號200410014945.5的示意圖。
圖2為本發明雙極型極板結構圖。圖中11基板、12正極活性物質層、13負 極活性物質層、15塑料邊框、16注液孔。 圖3是圖2的府視圖。
圖4是本發明圖2中A部放大圖。圖中18導電針。
圖5是本發明下端極板結構圖。
圖6是本發明上端極板結構圖。
圖7是本發明鉛酸電池裝配圖。圖中2下端極板、3上端極板、4隔板、5框 架容器、6框架蓋子、7對接口、 8外接端子、9電池框架、IO雙極型極板。
圖8是圖7中B部放大圖，圖中19橡皮塞、200型墊圈。
圖9是本發明圖7C部放大結構圖。圖中81調節觸頭、82彈簧、83固定套、 84活動杆、85接觸底板。
下面結合實施例詳細說明實施方案。
實施例一雙極型極板(10)
見圖2、圖3、圖4，雙極型極板(10)由基板(11)、導電針(18)、正極活 性物質層(12)、負極活性物質層(13)和塑料邊框(15)組成。把鈦絲或不鏽 鋼絲或鉛絲製成導電針(18)，把導電針(18)放入模具內，在注塑機上注塑制 成基板(11)和連著的塑料邊框(15)，在塑料邊框(15)上設置一個密封式注 液孔(16)，基板(11)厚度取0.5mm-2mm。對雙極型極板(10)正極一面的基 板(11)和導電針(18)進行電極修飾防腐處理首先，用無機導電材料對基 板(11)和導電針(18)表面進行電極修飾，無機導電材料推薦採用Sn02+Sb203 或Sn02+SbOx + Ir03，也可採用具有我國自主智慧財產權的Ti3SiC2系導電陶瓷或 稀土滲入鈦酸鹽導電陶瓷，第二，再在無機導電材料層外修飾一層有機導電層,推 薦的材料有:PAn導電高聚物或PAn與其它材料複合的導電塑料。第三，再在基 板(11)帶導電針(18)正極一面修飾上一層較薄的PAn導電高聚物或PAn導 電塑料,在塗層未乾時，噴塗上P -Pb02顆粒或鉛顆粒，使顆粒粒徑的一部份進入 有機導電層，乾燥後凝固其上，另一部份露出在有機導電層外與今後塗復的鉛 膏層結合。由於雙極型極板(10)負極的基板(11)用塑料製造，不利於負極 活性物質層(13)附著於基板(11)表面，為此在基板(11)的負極和導電針 (18)表面修飾一層金屬鉛鍍層，使其與負極活性物質層(13)今後能長期結 合。再後在基板(11)正極一面塗復正極活性物質鉛膏層(12)，在基板(11) 的負極一面塗復負極活性物質層(13)，再通過浸酸、熟化、烘乾，即製成雙極型極板(10)生極板。
實施例二雙極型極板(10)
雙極型極板(10)的第二個實施例是基板(11)帶導電針(18)的正極一 面修飾無機導電層後即在其上植入P - 1)02顆粒或鉛顆粒，，對照實施例一而言， 取消了 一層有機導電層的修飾物。其它實施過程與實施例一相同。
實施例三雙極型極板(10)
對照實施例一而言，本發明實施例取消了基板(11)帶導電針(18)的正極 一面的無機導電修飾層，即只用一層或多層有機導電修飾層對基板(11)帶導 電針(18)正極一面進行修飾。實施過程為獲得具有基板(11)、導電針(18) 整體壓鑄件後，對基板(11)帶導電針(18)的正極一面以修飾電極方式塗上
一層PAn導電高聚物或PAn導電塑料，再在其上植入P 41)02顆粒或鉛顆粒。 其後實施過程與實施例一相同。 實施例四上端極板(3)。
上端極板(3)由基板(11)、導電針(18)、負極活性物質層(13)、塑料邊 框(15)組成。基板(11)和導電針(18)聯成一體，由金屬一次性壓鑄成型， 也可先製成導電針(18)，再在模具上壓鑄基板(11)。推薦的材料有鉛、鈦、 不鏽鋼、也可用其它金屬。基板(11)對照雙極型極板(10)的基板(11)增 加一定的厚度，推薦的厚度是l-3mm。如果基板(11)與導電針(18)的材質 是非鉛材料鑄造，則在基板(11)帶導電針(18) —面電鍍上鉛鍍層。再在基 板(11)四周複合上塑料邊框(15)，再後在基板(11)帶導電針(18) —面塗 復上負極活性物質層(13)鉛膏，經過浸酸、熟化、烘乾即成上端極板(3)生 極板。
實施例五下端極板(2)。下端極板(2)由基板(11)、導針(18)、正極活性物質層(12)、塑料邊框 (15)和塑料邊框(15)上的注液孔(16)組成。基板(11)和導電針(18) 整體連鑄而成或者導電針(18)置模具中與基板(11)壓鑄成整體。連鑄時推 薦的基板(11)、導電針(18)材質用鉛、鈦及其它們的合金，還可用不鏽鋼。 分鑄時導電針(18)的材質推薦用鈦、不鏽鋼，基板(11)的材質用鉛、鈦、 及其它們的合金、不鏽鋼。下端極板(2)的基板(11)厚度取l-3mm。對照實 施例一、實施例二、實施例三，雙極型極板(10)的正極一面採用那一種電極 修飾方式時，下端極板(2)的基板(11)帶導電針(18)正極一面也採用那種 修飾方式，必須同步。完成電極修飾後，在基板(ll)四周複合上塑料邊框(15)， 並在塑料邊框(15)上設置注液孔(16)，再後在基板(11)帶有導電針(18) 一面塗復上正極活性物質層(12)，經過浸酸、熟化、烘乾即成下端極板(2) 生極板。
實施例六電池框架(9)。
電池框架(9)由框架容器(5)、容器蓋子(6)、對接口 (7)及固定在電池 框架(9)上的兩個外接端子(8)組成。把一個外接端子(8)固定在模具上， 在模具內注塑製成框架容器(5)，再把另一個外接端子(8)固定在模具上，在 模具內注塑製成框架蓋子(6)，在框架容器(5)和框架蓋子(6)上分別設有 一個凸出的對接口 (7)，用於框架容器(5)與框架蓋子(6)的熱壓對接，組 成電池框架(9)。
實施例七外接端子(8)。
框架容器(5)底部的外接端子(8)採用固定式，框架蓋子(6)上端的外接 端子(8)採用活動式組成微調裝置。活動式外接端子(8)的結構如圖9示， 外接端子(8)由調節觸頭(81)、彈簧(82)、固定套(83)、活動杆(84)、接觸底板(85)組成。固定套(83)注塑時固定在容器蓋子(6)上，把活動杆(84)
小頭插入固定套(83)旋接在接觸底板(85)上，在活動杆(84)內放入彈簧 (82)，再把調節觸頭(81)旋接在固定套(83)上即完成裝配。工作時活動杆 (84)的有效長度可調節和彌補極板群高度誤差，調節觸頭(81)旋轉向下或
向上運動時，壓力通過彈簧(82)和接觸底板(85)對極板群施加或降低壓力，
從而調節針對活性物質的初始壓力。
實施例八鉛酸電池。
見圖7，在下端極板(2)和每塊雙極型極板(10)的正極一麵塑料邊框(15) 邊緣上均勻塗抹密封膠，再把下端極板(2)、玻纖隔板(4)、雙極型極板(10)、 玻纖隔板(4)、雙極型極板(10)、、、、、、玻纖隔板(4)、上端極板G)按順序 排列重疊組成極板群，再把極板群裝入框架容器(5)內，在電池裝配專用熱壓 機上，把框架容器(5)的對接口 (7)和框架蓋子(6)的對接口 (7)加熱熔 融後，兩個對接口 (7)相對熱壓在一起，冷卻後即合成一體。電池框架(9) 的熱壓過程要作握熱壓機的壓力範圍，並將這一壓力通過已成型的電池框架(9) 傳遞給極板群內各個正極活性物質層(12)，給予正極活性物質(12) —個適當 的初始壓力。由於生產各塊極板時，極板厚度存在誤差，造成極板群的總誤差 高度較大，為此在框架蓋子(6)上的外接端子(8)內設置了微調裝置見圖9: 極板群的高度誤差由活動杆(84)的有效長度自動補正，熱壓機傳遞的壓力過 高或過低通過旋轉調節觸頭(81)給予補正。每個電池單元需要密封時在注液 孔(16)上塞入橡皮塞(19)，必要時可在橡皮塞(19)底面四周注入溫變型膠 粘劑，當溫度低於60QC時，膠粘劑有膠粘作用，高於60GC時膠粘劑失去膠粘 作用，橡皮塞(19)就可開啟，實現可反覆開啟和密封的目的。本實施例鉛酸 電池在裝配電池組時採用卡式裝配，省去聯接電線，可垂直安裝，也可橫著安裝。
實施例九鉛酸電池。
在上端極板(3)和每塊雙極型極板(10)的負極一麵塑料邊框(15)上開一 個貫通四周的凹槽，在凹槽內放置用耐酸橡膠製成的O型墊圈(20)，再把下端 極板(2)、玻纖隔板(4)、雙極型極板(10)、玻纖隔板(4)、雙極型極板(10)、、、、、、 玻纖隔板(4)、上端極板(3)按順序排列重疊組成極板群，把極板群裝入框架 容器(5)內，熱壓上框架蓋子(6)，電池框架(9)上傳遞的壓力既為每個電 池單元提供了彈性密封，又為極板群內每個正極活性物質層(12)提供了一定 的初始壓力，其後的實施過程與實施例八相同。
權利要求
1.一種雙極型極板鉛酸蓄電池，由上端極板、雙極型極板、下端極板、玻纖隔板組成極板群，極板群安裝於電池框架內，在電池框架的兩端各設置一個外接端子作為電池的正負輸出端子，其關鍵部件雙極型極板由基板和附著於基板兩面的正極活性物質層和負極活性物質層組成，其技術特徵在於在雙極型極板的基板兩面設置有貫穿基板的導電針，還對基板和導電針進行電極修飾，並且電池框架緊壓極板群，對極板群內正極活性物質施加了初始壓力。
2. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於導電針垂直於基板， 穿過基板均勻密布於基板兩面，正極的導電針長度與正極活性物質鉛膏層 相等，負極的導電針長度與負極活性物質層相等，但兩面的導電針都可長出一點；範圍值0.1mm-0.5mm，導電針的直徑在工藝條件充許下儘量做細， 範圍值取0.01mm-5mm;導電針分布密度在保證正極活性物質足量的情況 下儘量取高值，範圍值取每平方釐米1根至100根，導電針用鈦、鉛及鈦 合金、鉛合金或不鏽鋼製造。
3. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於雙極型極板的基板用 塑料製成，厚度取0.5mm-2mm。
4. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於導電針垂直分布於上 端極板的基板負極一面，上端極板的基板用金屬壓鑄成型，厚度取 lmm-3mm，材質取鉛、鈦及鉛合金、鈦合金、也可用不鏽鋼。
5. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於導電針垂直分布於下 端極板的基板正極一面，下端極板的基板用金屬壓鑄成型，厚度取 lmm-3mm，材質取鉛、鈦及鉛合金、鈦合金，也可用不鏽鋼。
6. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於在下端極板的正極一 面和雙極型極板的正極一面，以電極修飾方法對基板和導電針修飾上一層無機導電層，修飾材料取Sn02+Sb203或Sn02+SbOx+Ir03，或採用具有我國自主智慧財產權的Ti3SiC2系導電陶瓷和稀土滲入鈦酸鹽導電陶瓷。
7. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵在於在無機導電層外再以 電極修飾方法修飾上一層有機導電層，修飾材料取PAn導電高聚物或PAn 摻合其它材料的導電塑料。
8. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其特徵在於在有機導電層未乾時，噴 塗上P-Pb02顆粒或鉛顆粒，使顆粒直徑的一部份進入有機導電層，乾燥 後固定其上，另一部份露出在外面，與正極活性物質鉛膏結合。
9. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵是電池框架由框架容器和 框架蓋子組成，框架容器底部、框架蓋子頂部分別設置有一個外接端子， 極板群安裝在框架容器內，通過框架容器與框架蓋子對接口的熱熔壓接成 整體，在框架容器與框架蓋子熱合時，熱壓機把壓力傳遞給電池框架，電 池框架緊壓極板群，給予正極活性物質一個適當的初始壓力。
10. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵是框架蓋子頂部的外接端子由調節觸頭、彈簧、活動杆、固定套、接觸底板組成，固定套注塑時固 定在框架蓋子上，活動杆穿過固定套旋接在接觸底板上，在活動杆內放置 彈簧，把調節觸頭旋接在固定套上，調節觸頭旋轉向下或向上運動時，通 過彈簧把壓力由活動杆到接觸底板傳遞給極板群，實施加壓或降壓，給予 正極活性物質一個適當壓力。
11. 根據權利要求1所述的鉛酸電池，其技術特徵是在上端極板負極一麵塑 料邊框和每塊雙極型極板負極一麵塑料邊框上開一個貫通四周的凹槽，在凹槽內放置用耐酸橡膠製成的o型墊圈，把各塊極板組合成極板群裝入框架容器內，熱壓上框架蓋子，電池框架上傳遞的壓力為每個電池單元提供 了彈性密封。
全文摘要
一種電動汽車用長壽命高容量雙極型極板鉛酸蓄電池，由雙極型極板、上端極板、下端極板、隔板組成極板群，極板群安裝在電池框架內，電池框架緊壓極板群，給於活性物質一個適當的壓力。其技術特徵在於雙極型極板的基板用塑料製成，在基板兩面設置貫穿基板的導電針，還對基板和導電針進行電極修飾。經過這一改造後，電池比容量達55Wh/kg，比現有普通電池提高30％-40％，設計壽命3-8年，比普通電池提高2-3倍。製造成本比現有雙極型極板鉛酸電池下降30％-50％，接近普通鉛酸電池水平。該電池主要用於電動汽車、電動自行車等作動力電源。
文檔編號H01M10/12GK101202356SQ20061017130
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者夏振明 申請人:夏振明