密封式鉛蓄電池的製作方法

2023-05-19 18:16:11

專利名稱：密封式鉛蓄電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種密封式鉛蓄電池，具體來說，涉及通過格柵以及電槽的設計改良，從而提高了放電容量、電池壽命以及防振動性的密封式鉛蓄電池。
背景技術：
鉛蓄電池具有價格低廉、輸出穩定、適於大電流放電等優點，因此作為車輛啟動、電動車或可攜式工具的主電源、備用電源等一直具有廣泛的用途。其中，密封式鉛蓄電池例如閥控式鉛酸蓄電池(VRLA)由於具有免維護、無漏液的優點，正逐漸成為主流。密封式鉛蓄電池主要由電池外殼、極板組、和硫酸電解液組成，極板組由正極板、負極板夾著隔膜層疊而成，電池外殼包括用於容納該極板組以及電解液的長方形電槽、和對該電槽的開口部進行密封的帶有安全閥的蓋體。正、負極板均採用塗膏式極板，將鉛膏(活性物質)填充在由鉛合金製成的合金格柵上而得到。關於鉛蓄電池中使用的合金格柵，目前傾向於採用拉網格柵來逐漸代替傳統的鑄造格柵。拉網格柵是通過往復式切拉法製成的網狀物，在其上部的邊框上設置有極耳，相同極性的極耳通過匯流排焊接在一起，連接在鉛蓄電池的與外部端子相連的極柱上。由於拉網格柵是通過設置在上部邊框的極耳進行集電，因此越往格柵的下部，電流密度越低，電池的反應較為困難。為了提高活性物質的利用效率，希望在格柵的不同部位採取與電流密度成比例的鉛量，從而減少格柵整體中的鉛合金的用量，此時需要採取上部較厚(即鉛含量較多)、下部較薄(即鉛含量較少)的格柵設計結構。 但是，上述這樣的上部較厚、下部較薄(以下簡稱為「上厚下薄」)的格柵設計通常使用於開放式的富液電池、例如汽車SLI電池中。在密封式鉛蓄電池中，由於存在如下所述的電解液層化現象，這種「上厚下薄」的格柵設計一直未被廣泛採用。在密封式鉛蓄電池中，通常採用硫酸作為電解液，根據使用狀態的不同，分為吸附在以玻璃纖維為主體的隔膜中的吸附電解液、以及凝膠化的膠體電解液。吸附電解液是在正極板與負極板之間插入由微細的玻璃纖維製成的隔膜，不僅隔離了正、負極板，且保持了放電所必須的硫酸電解液量。在這樣的密封型鉛蓄電池中，硫酸的擴散速度較快，是密封型鉛蓄電池的主流。但是在這種電池中，伴隨著充放電的進行，電解液的比重會在豎直方向發生偏差，高比重的電解液由於重力作用蓄積在電槽的底部，而上部的電解液的比重較低，即容易發生所謂的「電解液的層化現象」。膠體電解液是將電解液中加入凝膠化劑從而使電解液不流動的方式，此時電解液層化現象不易發生，但與吸附電解液相比，電池性能及電池壽命較差。在SLI等富液電池中，電解液的量較多，在電槽內循環的自由度高，且汽車的振動使得電池內部的電解液經常發生擾動，因此在電槽上、下部的硫酸比重容易變得均勻。而密封式鉛蓄電池通常是固定的使用狀態，受重力影響，電槽下部的電解液的比重容易升高、電槽上部的電解液的比重容易降低，因此電解液的層化現象尤為顯著。如果電槽下部的硫酸比重變高，則格柵底部尤其是正極格柵的底部容易發生腐蝕，且負極板難以被充電，隨著充放電的進行，在負極板的下部生成活性物質的放電產物即硫酸鉛，造成負極板的劣化、格柵斷裂等，由此導致電池的使用壽命縮短、放電容量的快速下降。這就是密封式鉛蓄電池中通常不採用「上厚下薄」的格柵設計的原因。上述的電解液層化現象還限制了密封式鉛蓄電池中可以使用的電解液比重的範圍，從而限制了電池容量。目前，作為防止電解液層化現象的方法，主要是通過隔膜的改良來加強對電解液的保持力等。例如，專利文獻I中公開了一種在極板上·設置凸條來壓緊正負極板之間的玻璃纖維隔膜、從而提高電解液的保持力的方法。但這種方法需要特意在極板上形成凸條，因而電池的製作較為複雜。另一方面，關於密封式鉛蓄電池中電槽的設計，以往出於防止短路或緩解膨脹應力等目的，提出在極板組與電槽底部之間設置有空隙部。例如，專利文獻2中公開了為了防止負極板與正極板在極板組的底部發生內部短路而在電槽內側邊緣設置加強筋，使負極板的底端部搭接在該加強筋上。專利文獻3中公開了在電槽底部與極板組的下部之間設置空隙部，通過該空隙部來吸收消化由正極板的膨脹帶來的壓力。但密封式鉛蓄電池的極板組主要是靠上部的匯流排、極柱等部件而固定在電槽中的，由於電解液少，缺乏對振動的緩衝作用，如果在電槽的下部設置上述那樣的空隙部，則在搬運或安裝時，更容易因振動使得極耳發生破損，造成集電性下降、電連接不良等情況。為了提高電池的防振動性，專利文獻4中公開了在電槽底部的外表面設置橡膠墊以防止振動對電池帶來的損害。但是，現有技術中尚沒有提出通過對密封式鉛蓄電池的格柵和電槽進行設計改良來同時提高電池壽命、放電容量和耐振動性的技術方案。參考文獻專利文獻1:日本特開平6-124725專利文獻2 :日本特開昭59-91675專利文獻3 :日本特開昭59-217963專利文獻4 :中國實用新型專利CN201156563Y

實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型提供了一種密封式鉛蓄電池，其通過對鉛蓄電池的格柵和電槽的設計進行改良，能夠得到優良的放電容量和壽命和耐振動性。具體來說，本實用新型的密封式鉛蓄電池包括極板組、電解液、以及容納該極板組和電解液的電槽，所述極板組包括正極板、負極板以及介於正極板與負極板之間的隔膜，所述正極板包含正極格柵以及塗布在所述正極格柵上的正極鉛膏，所述負極板包含負極格柵以及塗布在所述負極格柵上的負極鉛膏，其特徵在於，所述正極格柵和所述負極格柵中的至少一個為拉網格柵，在所述拉網格柵中，靠近極耳的上部格柵的厚度大於遠離極耳的下部格柵的厚度，在所述電槽的底部內表面上設置有加強筋，從而在所述極板組的底端與所述電槽的底部內表面之間形成有儲存游離電解液的儲液空間。優選地，所述加強筋在所述電槽的底部內表面上從四個頂點開始沿對角線延伸成交叉狀，其頂端與所述極板組的底端接觸。[0026]優選地，在所述拉網格柵中，構成所述上部格柵的筋條的寬度大於構成所述下部格柵的筋條的寬度。優選地，在所述拉網格柵中，當規定從靠近極耳的上部邊框開始0 30%的區域為上部區域、30% 60%的區域為中部區域、60% 100%的區域為下部區域時，這三個區域中的筋條的寬度按照從上到下的順序依次減小。優選地，所述上部區域的筋條寬度與所述下部區域的筋條寬度之比以百分數計為101%-140%的範圍，更優選為103%-130%的範圍。優選地，所述加強筋的高度、即所述加強筋從頂端到所述電槽的底部內表面的距離為2mm 8mm,更優選為3_ 7mm。優選地，所述加強筋的高度在所述四個頂點處為3mm 7mm，且從所述四個頂點開始朝向所述對角線的交叉點逐漸降低，其頂端形成為弧狀。 優選地，所述加強筋在所述對角線的交叉點處的高度為所述頂點處的高度的30% 80%。優選地，所述加強筋是連續或間斷地設置的。優選地，所述電解液是比重為1. 34g以上的硫酸電解液。優選地，當所述加強筋的高度為3mm 7mm時，所述硫酸電解液的比重為1. 34g/cm3 1. 38g/cm3。優選地，所述正極格柵和所述負極格柵均為上述拉網格柵。優選地，所述隔膜為玻璃纖維隔膜。根據本實用新型的密封式鉛蓄電池，通過在電槽底部設置加強筋，形成極板組與電槽底部內表面之間的儲液空間，避免了電解液的層化現象對電池性能的不利影響，從而能夠採用了 「上厚下薄」的格柵設計，因此有效地提高了格柵中鉛的利用效率，同時可以採用較高比重的電解液，因此能夠得到同時具備優良的放電容量、壽命和耐振動性的鉛蓄電池。

圖1.本實用新型的密封式鉛蓄電池中所使用的拉網格柵的示意圖，Ca)主視圖，(b)側視圖。圖2. (a)示意地表示利用衝壓模具製作本實用新型的拉網格柵時的工作狀態的圖，(b)示意地表示上述衝壓模具中動模(上刃)與靜模(下刃)的位置關係的俯視圖。圖3.上方是示意地表示設置有加強筋的本實用新型的電槽單元(E-1)、(E_2)、和(E-3 )的底部結構的俯視圖，下方是各加強筋的側視圖。圖4.示意地表示使用了上述電槽單元(E-1)的單元電池的側視圖。圖5.表示具備多個電槽單元(E-1)的電槽的示意圖，(a)俯視圖；(b)立體圖。圖6.表示具備多個電槽單元(E-2)的電槽的示意圖，(a)俯視圖；(b)立體圖。圖7.示意地表示比較例中的單元電池的結構的側視圖。
具體實施方式
以下，參照附圖，對本實用新型的密封式鉛蓄電池進行詳細說明。[0046](拉網格柵)拉網格柵的極耳一般設置在上部邊框(集電部)上，在對鉛蓄電池進行充放電時，通過格柵的電流密度在靠近極耳的上部格柵中較大，相反，在離極耳較遠的下部格柵中的電流密度較小，特別是放電時電流越大，這個效果越是顯著，因此希望在格柵的不同部位使用與電流密度成比例的鉛量，即採用上部格柵的厚度大於下部格柵的厚度的所謂「上厚下薄」的格柵設計，以減少格柵整體中鉛的使用量，提高活性物質的利用效率。在汽車用SLI富液電池的開發中，由於汽車的發動機啟動時需要大電流通過，因此尤其需要這種設計形狀的格子。而密封式鉛蓄電池(VRLA)的發展歷史比SLI電池要短，而且原來主要是作為備用電源使用的，並未設想大電流通過，因此很少考慮採用這樣的格柵設計。隨著對密封式鉛蓄電池在大電流放電特性方面的要求逐漸增高，希望在VRLA電池等電池中也採用這樣的格柵設計，但如前述，由於密封式鉛蓄電池所特有的電解液層化現象，「上厚下薄」的格柵設計被認為對電池性能具有不利的影響，會大大縮短電池壽命，因此這一設計並未得到實際的運用。本實用新型的特徵在於，在密封式鉛蓄電池的格柵中採用了「上厚下薄」的格柵設計。「上厚下薄」是指靠近極耳的上部格柵的厚度大於遠離極耳的下部格柵的厚度。更具體而言，如果構成靠近極耳的上部格柵的筋條較粗，則格柵整體厚度變厚，格柵中用鉛量多；如果構成遠離極耳的下部格柵的筋條較細，則格柵整體厚度較薄，格柵中用鉛量少。在格柵的製作工序中，由於用於形成筋條的原料鉛帶的厚度是一致的，因此筋條的厚度也基本相同，影響筋條粗細的主要因素是切拉時形成的筋條寬度，因此，可以用「筋條寬度」來表示筋條的粗細程度，進而表示格柵的厚度。即，在「上厚下薄」的格柵中，構成上部格柵的筋條的寬度大於構成下部格柵的筋條的寬度。如圖1所示，在圖1 (a)所示的拉網格柵I的主視圖中，上部邊框3最寬，其上設置有極耳2，此外，下部邊框4也比較寬，以確保格柵整體的強度和平整性。對於除此以外的區域中的筋條5，採取了「上厚下薄」的格柵設計，也就是說，上部格柵的筋條寬度要大於下部格柵的筋條寬度。這樣的話，可以在格柵的不同部位使用與電流密度成比例的鉛量，減少格柵整體中鉛的使用量，並提高活性物質的利用效率。具體而言，當規定從靠近極耳的上部邊框開始0 30%的區域為上部區域(A)、30% 60%的區域為中部區域(B)、60% 100%的區域為下部區域(C)時，如圖1 (b)的側視圖所示，上部筋條的寬度被表示為dA，中部筋條的寬度被表示為dB，下部的筋條的寬度被表示為d。。本實用新型的特徵在於，上部格柵的筋條寬度dA大於下部格柵的筋條寬度dc。更優選的是，這三個區域的筋條寬度按照從A到B到C的順序依次減小。在上述A、B、C各區域中，筋條寬度可以分別為相同的值，即每個區域中的各筋條的寬度均為dA、士或(1。，各區域中的筋條寬度也可以不相同，例如採取筋條寬度dA、士或(1。分別在各自的區域中從上到下呈階梯狀減少或連續減小的方式。在這種情況下，以各區域中筋條寬度的平均值作為該區域的筋條寬度dA、dB或d。。本實用新型中，格柵的上部區域(A)的筋條寬度dA與下部區域(C)的筋條寬度dc之比即「dA/dc」以百分數計控制在101% 140%的範圍內。如果低於101%，則本實用新型通過「上厚下薄」的格柵設計所取得的效果難以體現，如果高於140%， 則格柵的生產性困難，且筋條容易腐蝕或斷裂，導致電池壽命和放電容量的降低。優選控制在103% 130%的範圍內，更優選在105% 125%的範圍內，最優選在110% 120%範圍內。只要上部區域與下部區域的筋條寬度的比例在上述範圍內，則對各區域的筋條寬度的具體數值不做任何限制，可以根據本領域的常識和鉛蓄電池的類型而適當選擇。作為一個優選的具體例，對於上部區域(A)來說,筋條寬度dA優選為1. 5±0. 4mm,如果過寬,貝Ij筋條有可能露出鉛膏的表面，與硫酸接觸，容易使格柵腐蝕，造成電池壽命縮短；如果過窄，則有大電流通過時容易熔斷、且活性物質難以化成的問題。中部區域(B)的筋條寬度4隻要介於上部區域與下部區域之間即可，優選為1. 4±0. 4mm,下部區域(C)的筋條寬度dc優選為1.3±0. 4mm，如果過寬，則格柵的生產性困難，如果過窄，則格柵易腐蝕斷裂，且活性物質難以化成。上述格柵設計可以應用於正極格柵和負極格柵的任一個中。由於鉛蓄電池的性能主要由正極板控制，因此，優選在正極板中採用此「上厚下薄」的設計。另一方面，負極上硫 酸鉛的生成容易導致負極格柵下端的體積膨脹，有可能導致電槽受力過大而破裂。從這個角度出發，優選負極板採用「上厚下薄」的結構。進一步優選正極板與負極板的格柵均選用上述「上厚下薄」的格柵設計。(拉網格柵的製造方法)本實用新型的拉網格柵可以利用衝壓模具通過通常的切拉工藝製得。本實用新型中可以使用的衝壓模具包括具有多個齒狀上刃的動模和具有多個稜柱狀下刃的靜模，通過調整動模以及靜模中各相鄰切割面之間的間距，就可以得到本實用新型的「上厚下薄」的拉網格柵。作為原料的鉛帶可以採用本領域常用的鉛合金箔，例如含有Ca和Sn中的至少一種金屬的Pb合金箔，就耐腐蝕性和機械強度而言，優選由Pb-Ca-Sn三兀合金構成。在使用具有這樣合金組成的鉛帶時，鉛蓄電池的壽命特性容易得到改善。圖2 Ca)示意地表示了利用衝壓模具製作本實用新型的「上厚下薄」的拉網格柵時的工作狀態。將原料鉛帶6沿長度方向(圖中的水平箭頭方向)送入動模7與靜模8之間進行衝壓，當動模7的上刃9相對於靜模8的下刃10垂直運動而對鉛帶6進行衝壓時，在鉛帶6上形成多條狹縫，並通過動模7的繼續運動而向下方展開。在此次衝壓結束後，使鉛帶6沿長度方向向前移動規定距離，重複上述的步驟，從而在鉛帶上形成多個菱形網眼。原料鉛帶的中央部分不被衝壓，在後述的裁切工序中被加工為極耳。如圖2 (a)所示，動模7在圖中右側的第一個上刃9的形狀為梯形，相對於靜模8的下刃沿垂直方向(圖中上下方向的箭頭)向下運動，在鉛帶上形成第一排的狹縫。由於處於鉛帶的邊緣，因此該狹縫展開幅度較小，形成為格柵的下部邊框。從右側第二個開始的上刃9為三角形狀，通過切割在鉛帶上形成第二排狹縫，第一排狹縫與第二排狹縫之間形成為筋條，兩排狹縫之間的距離即為筋條的寬度，該寬度與右側的第一個上刃與第二個上刃之間的間隙相對應。如圖2 (b)的俯視圖所示，動模7與靜模8相對運動而形成切割面11，相鄰上刃9或相鄰下刃10之間的間隙即是兩個相鄰切割面11之間的間距。從圖中可以看出，位於圖中左側的相鄰切割面之間的間距da要大於位於圖中右側的相鄰切割面之間的間距d。，由此一來，在形成的拉網格柵中，上部區域的筋條寬度4要大於下部區域的筋條寬度d。。本實用新型中所使用的衝壓模具的特徵在於，各相鄰切割面之間的間距不是等間距的，而是從左到右逐漸減小，與此對應地，由該衝壓模具所形成的筋條寬度從上部到下部逐漸變細。由此，通過控制衝壓模具的相鄰的切割面之間的間距，就能在鉛帶上形成具有不同的筋條寬度的網狀物，從而得到本實用新型的「上厚下薄」的拉網格柵。(電槽)本實用新型通過採用「上厚下薄」的格柵設計，達到了減少鉛用量，提高活性物質利用率的初始目的。但是，這種設計帶來的問題就是格柵的下端容易發生腐蝕。為了避免由電解液的層化現象引起的格柵下端腐蝕的問題，本發明者們在鉛蓄電池的電槽底部設置了加強筋，從而整體提升了極板組，避免格柵底端與儲存在電槽底部的高比重的電解液的接觸。如圖3所示，本發明者們在電槽單元(E-1)、(E_2)和(E-3)的底部內表面上分別 以三種不同的設計方式設置了加強筋14，其中，(E-1)的加強筋採用的是SLI電池中經常採用的與電槽的一個底邊平行的排列方式，這種排列方式比較簡單，極板組的底端可以穩定地搭接在加強筋的頂端上表面，從而在極板組的底端與電槽底部內表面之間形成一定的儲液空間。但在這種情況下，只能將極板組以與加強筋相互垂直的方向裝入，電槽設計的自由度較低。而在(E-2)和(E-3)的設計方式中，加強筋14是從電槽底部的四個頂點開始沿對角線向中間延伸地設置而成的交叉形狀。這種設計方式與上述(E-1)的設計相比具有明顯的優點，不僅加強筋的穩定性要強，節省材料用量，而且設計自由度大大提高，無論極板組怎麼裝入，都可以穩定地搭接在加強筋上，從而解決了電極的放置的方向性的限制。在上述任一種設計方式中，加強筋14在其長度方向都可以連續地設置，也可以間斷地設置，當連續設置時，穩定性較強，對電池的耐振動性有好處，當間斷設置時，儲存於電槽底部的游離電解液對流的自由度較大，對電極反應的均勻性、提高電池容量有好處。加強筋的高度即加強筋的頂端到電槽的底部內表面的距離根據所使用的極板組和電槽的尺寸而定，對於通常所使用的VRLA來說，例如適宜為2mm 8mm。從電池容量以及電池壽命的平衡性角度出發，優選為3mm 7mm。如果加強筋過高，則極板組與儲存在電槽底部的硫酸的接觸面積減少，導致吸附在極板組中的電解液量減少，反而不利於電池容量和壽命特性,如果加強筋的高度過低,則不能與極板組的底端穩定地接觸，電池的耐振動性能變差。如圖3中的下方的側視圖所示，在(E-1)和(E-2)的設計中，加強筋14的頂端為水平直線狀，表明加強筋的高度處處相等。但加強筋的高度也可以不是處處相等，例如如(E-3)所示，加強筋的高度從所述電槽的四個頂點開始朝向對角線的交叉點而逐漸降低，其頂端形成為弧狀，此時，只要將其最高處(頂點處)的高度限定為2mm 8mm即可，優選為3mm 7mm。在這種設計中，儲存於電槽底部的游離電解液的對流較為有利，電解液的比重容易均勻，對電極反應的均勻性、提高電池容量有好處，因此更為優選。更優選地，所述加強筋在對角線的交叉點處的高度為在所述頂點處的高度的30% 80%，這樣可以兼顧電解液的對流和極板組的穩定性。另外，由於通過設置加強筋而在電槽底部形成一定的儲液空間，這部分空間中的游離硫酸可以被極板組充分吸附，因此不僅有利於延長電池壽命，還能夠提高電池容量。此外，密封式的鉛蓄電池與液式蓄電池相比，由於電解液較少，因此耐振動性較差。本實用新型通過在極板組底端與電槽底部內表面之間設置加強筋，使極板組的底端搭接在該加強筋上，在電槽底部形成一定的儲液空間，因此，還可以使電池的耐振動性得以改盡口 O[0072]在上述的加強筋的具體設置方式的示例中，以長方形的電槽為例進行了說明，但本實用新型不限於此。只要通過設置加強筋能夠在電槽底部形成一定的儲液空間，就包含在本實用新型的範圍內。電槽形狀也可以是長方形或正方形以外的其他形狀，此時需要對加強筋的設置方式進行適當調整。[0073](電解液)[0074]本實用新型的密封式鉛蓄電池的電解液可以採用鉛蓄電池領域中常用的硫酸溶液，沒有特別的限制。閥控式鉛蓄電池中通常採用比重為1. 30 1. 33g/cm3的硫酸。本發明者們發現，通過設置加強筋，可以有效避免格柵下部的腐蝕問題，因此，本實用新型可以採用比以往的比重更高的硫酸。具體來說，在本實用新型中，通過在電槽底部設置加強筋， 可以採用比重為1.33g/cm3以上的硫酸，優選採用比重為1.34g/cm3以上的硫酸，因此大大改善了電池的放電容量特性。另一方面，過高的硫酸比重會增加對格柵的腐蝕，因此，優選將硫酸比重控制在1. 40g/cm3以下。本發明者們發現，加強筋的高度、硫酸比重與電池容量、壽命特性之間具有一定的平衡關係。特別是，當加強筋的高度為3mm 7mm時，優選使用比重為1. 34 1. 38g/cm3 的硫酸,此時可以達到電池壽命與容量的最佳平衡點。更優選的硫酸比重範圍為1. 35 1. 37g/cm3。[0076]對造成上述現象的原因還不是很清楚，但據推測，可以認為通過適當調整加強筋的高度，使得格柵底部的較粗的邊框恰好與電槽底部較濃的電解液接觸，由於邊框較粗不易腐蝕，同時高比重的硫酸提高了格柵邊框處的電流密度，因而可以提高電池容量，這樣一來，電池壽命與電池容量可以達到較好的平衡。[0077]也就是說，本發明者們克服了密封式鉛蓄電池中「電解液的層化現象」會對電池性能帶來不利影響的傳統偏見，通過設置加強筋，有效地利用了這一現象，不僅可以採用上厚下薄的格柵設計，而且可以並使用較高比重的電解液，從而在不降低電池壽命的前提下，進一步提聞了電池容量。[0078]具體而言，通過在極板組與電槽底部之間設置加強筋，提升了極板組的高度，避免了由電解液層化現象引起的格柵下端易腐蝕、負極板底部發生膨脹等問題，因此能夠採用上厚下薄的格柵設計，減少了鉛的使用量，並確保電池壽命不降低。進而，由於在電槽底部形成有儲液空間，比重高的硫酸不與極板組底端直接接觸，因此可以採用較高比重的硫酸作為電解液，同時在電池使用過程中將該空間中的電解液補充供應給極板組，因此進一步提高了電池的容量。另外，通過設置在電槽底部的加強筋，還提高了電池的耐振動性，得到了同時具備優良的放電容量、電池壽命和耐振動性的密封式鉛蓄電池。[0079](鉛蓄電池)[0080]本實用新型的密封式鉛蓄電池主要由電池外殼、極板組、硫酸電解液組成，極板組由正極板、負極板夾著隔膜層疊而成，電池外殼包括容納該極板組以及電解液的電槽、和對該電槽的開口部進行密封的帶有安全閥的蓋體。正負極板均採用塗膏式極板，將鉛膏(活性物質)填充在鉛合金製成的合金格柵上而得到。[0081]除了採用本實用新型的格柵、電槽以外，本實用新型的密封式鉛酸電池可以通過以往常用的製造方法來製備。具體來說，首先，在本實用新型的上述拉網格柵上進行鉛膏填充。作為活性物質的鉛膏是在由6(Γ90質量％的氧化鉛與4(Γ10質量％的金屬鉛構成的鉛粉中，加入水和硫酸進行混煉而成的。鉛膏可以從網狀物的一面進行填充，也可以從網狀物的正反兩面進行填充，經熟化、乾燥後形成本實用新型的極板。[0082]如圖4所示，將多個正極板、多個負極板隔著玻璃纖維隔膜層疊而成的極板組12 放入一個電槽單元13中，使極板組12的底端搭接在電槽底部的加強筋14上，形成為一個單元電池。在圖4中，加強筋14採用了(E-1)的排列方式，當然也可以採取(Ε-2)或(Ε-3) 的排列方式。圖5和圖6分別示出了具備多個電槽單元13的電槽的示意圖。圖5中加強筋14採用(E-1)的排列方式，圖6中加強筋14採用(Ε-2)或(Ε-3)的排列方式。[0083]首先，在各圖示的電槽單元中放置極板組，然後，在電槽上部的開口處安裝內置有安全閥的電池中蓋，將電槽的兩側端部的正極柱及負極柱分別與設於電池中蓋上的正極端子以及負極端子連接，並將電槽與中蓋用粘結劑粘結。然後向電槽中注入電解液，注液後， 將電池上蓋與電槽及中蓋密封固定，從而形成本實用新型的鉛蓄電池。[0084]本實用新型的鉛蓄電池由於在極板格柵中採用了上厚下薄的設計，且在電槽底部設置了加強筋，因此可以採用高濃度的硫酸電解液，避免了電解液層化現象對格柵底部的腐蝕，不僅電池整體的防振動性增加，而且得到了優良的放電容量和壽命特性。[0085]實施例[0086]下面，利用實施例和比較例來詳細說明本實用新型，但本實用新型並不限於這些具體例子。[0087]實施例1 :[0088]將原料鉛帶送入本實用新型的衝壓模具中，上下反覆衝壓鉛帶製成網狀片，然後對得到的網狀片進行整形，並填充正極鉛膏或負極鉛膏。將填充有鉛膏的網狀物切斷為規定的形狀和尺寸，熟化乾燥後形成本實用新型的正極板(縱121mm,橫139mm,厚3. 3mm) 和 負極板(縱119mm,橫139mm,厚2. 1mm)。[0089]在上述衝壓工序中，調整衝壓模具的各相鄰切割面之間的間距，從而將拉網格柵在不同區域中的筋條寬度設定為合適的值。在本實施例中，正極格柵上部的筋條寬度為 1.5mm,下部為1. 3mm,上部與下部的寬度比例為115%,負極格柵上部的筋條寬度為LOmm, 下部格柵的筋條寬度為O. 85mm，上部與下部的寬度比例為118%。[0090]然後，將8片正極板與7片負極板隔著以玻璃纖維為主體的隔膜交互地層疊，形成極板組。然後，將極板組收納於各電槽單元中，使得極板組的底端正好搭接在電槽底部設置的加強筋上。在本實施例中，電槽單元的底部設置了 E-2型的加強筋，加強筋的高度為2_。[0091]此後，向電槽中注入適量的電解液，然後在電槽的開口部安裝中蓋和上蓋並進行密封,化成處理後得到電池容量為IOOAh的VRLA型鉛蓄電池。此時硫酸的比重為1. 360g/ cm3，是通過解析實測的數值。[0092]實施例2:[0093]除了將加強筋的高度改為3mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0094]實施例3:[0095]除了將加強筋的高度改為4_以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0096]實施例4:[0097]除了將加強筋的高度改為5mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0098]實施例5:[0099]除了將加強筋的高度改為6mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0100]實施例6[0101]除了將加強筋的高度改為7mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0102]實施例7[0103]除了將加強筋的高度改為8mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0104]實施例8[0105]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 33g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0106]實施例9[0107]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 34g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0108]實施例10[0109]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 35g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。實施例11[0111]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 37g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0112]實施例12[0113]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 38g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0114]實施例13[0115]除了將加強筋的高度改為5mm、並將硫酸的比重改為1. 39g/cm3以外，與實施例1 相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0116]實施例14[0117]除了在電槽單元的底部設置E-3型的加強筋、並將加強筋的高度改為5mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0118]實施例15[0119]除了在電槽單元的底部設置E-1型的加強筋、並將加強筋的高度改為5mm以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0120]實施例16[0121]調整衝壓模具中相鄰切割面之間的間距，從而使正極格柵中上部的筋條寬度為1. 45mm，下部為1. 41mm，上部與下部的寬度比例為103% ;使負極格柵中上部的筋條寬度為O.95mm，下部為O. 92mm，上部與下部的寬度比例為103%。另外，將加強筋的高度改為5mm，除此以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0122]實施例17[0123]調整衝壓模具中相鄰切割面之間的間距，從而使正極格柵中上部的筋條寬度為1. 5mm，下部為1. 15mm，上部與下部的寬度比例為130% ;使負極格柵中上部的筋條寬度為0.95mm，下部為O. 73mm，上部與下部的寬度比例為130%。另外，將加強筋的高度改為5mm，除此以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0124]實施例18[0125]調整衝壓模具中相鄰切割面之間的間距，從而使正極格柵中上部的筋條寬度為1.5mm，下部為1. 49mm，上部與下部的寬度比例為101% ;使負極格柵中上部的筋條寬度為0.95mm，下部為O. 94mm,上部與下部的寬度比例為101%。另外，將加強筋的高度改為5mm，除此以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0126]實施例19[0127]調整衝壓模具中相鄰切割面之間的間距，從而使正極格柵中上部的筋條寬度為1.5mm，下部為1. 1mm，上部與下部的寬度比例為135% ;使負極格柵中上部的筋條寬度為0.95mm，下部為O. 7mm，上部與下部的寬度比例為135%。另外，將加強筋的高度改為5mm，除此以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0128]比較例I[0129]除了不在電槽底部設置加強筋、使極板組 的底端直接與電槽底部接觸以外，與實施例I相同地製作了 VRLA型鉛蓄電池。其中，電槽的設計參見圖7 (A)0[0130]比較例2[0131]除了不在電槽底部設置加強筋、將單元電池以極板組的底端距離電槽底部內表面懸空5mm的方式設置在電槽內(參見圖7 (B))以外，與實施例1相同地製作了 VRLA型鉛蓄電池。[0132]比較例3[0133]除了不在電槽底部設置加強筋、在極板組的底端設置PVC墊塊15 (參見圖7 (C)) 以外，與實施例1相同地製作了 VRLA型鉛蓄電池。[0134]比較例4[0135]調整衝壓模具中相鄰切割面之間的間距，從而使正極格柵中上部的筋條寬度為1.4mm,下部為1. 4mm,上部與下部的寬度比例為100% ;使負極格柵中上部的筋條寬度為O.95mm，下部為O. 95mm，上部與下部的寬度比例為100%。另外，將加強筋的高度改為5mm，除此以外，與實施例1相同地製作VRLA型鉛蓄電池。[0136]對上述實施例1 19、比較例I 4中得到的各鉛蓄電池，在下述條件下進行了電池性能的評價測試。[0137](一)放電容量的評價[0138]對滿充電狀態的電池，在25 ±2 °C的環境溫度下進行放電電流為O. 25C的恆流放電，在放電終止電壓為10. 5V/cell (單電池)時結束放電,記錄各電池的放電時間(單位為分鐘)，根據放電時間，以下述標準來評價電池的放電容量。[0139] 220分鐘以上[0140]O - 210 220 分鐘[0141]O 200 210 分鐘[0142]O - Δ 190 200 分鐘[0143]Δ 180 190 分鐘[0144]X 180分鐘以下[0145](二)電池壽命的評價[0146]( I)初期容量C。的測定[0147]首先，對滿充電狀態的電池，在25±2°C的環境溫度下進行放電電流為O. 25C的恆流放電，在放電終止電壓為1. 75V/cel I時結束放電，記錄電池的放電時間1 ,按以下公式得到初期容量Ctl [0148]初期容量C。=放電電流(I) X放電時間(hQ)[0149](2)恢復充電[0150]對上述測定後的電池，在25±2°C的環境溫度下進行充電電壓為2. 275V/cell的恆壓充電，最大充電電流為O. 4C，充電6 16個小時，達到滿充電狀態。[0151](3)高溫涓流充電[0152]將上述電池放進60±2°C的恆溫箱，進行充電電壓為2. 275V/cell的恆壓充電，持續充電3周。[0153](4)放電容量C的測定[0154]將上述電池從恆溫箱中取出，在25±2°C的環境下放置12 25小時後，進行與(I)相同條件下的放電，測定此時的放電時間h，按以下公式得到放電容量C，將此過程作為一個充放電循環。[0155]放電容量C=放電電流(I) X放電時間(h)·[0156](5)反覆進行上述(2) (4)的步驟，當計算得到的放電容量C低於初期容量C。的 50%時，結束試驗，根據進行的充放電循環次數來評價電池的壽命特性。[0157] 13 次以上[0158]O - 12 次[0159]O 11 次[0160]O - Δ 10 次[0161]Δ 9 次[0162]X 8次以下[0163](三)振動耐性的評價[0164](I)實驗對象和環境[0165]對在30天以內製造的上述新品電池，在沒有特別指定的情況下，在溫度15 35°C，相對溼度25 75%的條件下進行評價。[0166](2)實驗步驟[0167]對上述電池充電，測定其靜特性，測定項目包括開路電壓、內阻、質量。然後，利用振動試驗機在以下的條件下對電池施加振動，結束後再次測定電池的靜特性，包括端子電壓、判斷有無短路、斷路，並觀察電池的外觀，確認有無變形、破損或漏液，然後按照上述相同的方法測定放電容量。[0168]振動的條件[0169](a)、振動方向水平和垂直[0170](b)、全振幅4mm[0171](C)、振動數16·7Ηζ[0172](d)、振動時間連續I個小時[0173](e)、電池的姿勢直立狀態[0174](3)評價標準[0175] 放電時間為220分鐘以上，外觀無變化。[0176]O - :放電時間為210 220分鐘以上，外觀無變化[0177]O 放電時間為200 210分鐘，外觀無變化。[0178]O -Δ :放電時間為190 200分鐘，外觀無變化[0179]Δ 放電時間為180 190分鐘，外觀無變化[0180]X 放電時間為180分鐘以下，外觀發生變形，發生漏液、短路或斷路[0181]將上述得到的各蓄電池的各項參數及各項測試結果匯總後示於下表I。[0182]表I[0183]
權利要求1.一種密封式鉛蓄電池，其包括極板組、電解液、以及容納該極板組和電解液的電槽，所述極板組包括正極板、負極板以及介於正極板與負極板之間的隔膜，所述正極板包含正極格柵以及塗布在所述正極格柵上的正極鉛膏，所述負極板包含負極格柵以及塗布在所述負極格柵上的負極鉛膏，其特徵在於， 所述正極格柵和所述負極格柵中的至少一個為拉網格柵，在所述拉網格柵中，靠近極耳的上部格柵的厚度大於遠離極耳的下部格柵的厚度， 在所述電槽的底部內表面上設置有加強筋，從而在所述極板組的底端與所述電槽的底部內表面之間形成有儲存游離電解液的儲液空間。
2.根據權利要求1所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋在所述電槽的底部內表面上從四個頂點開始沿對角線延伸成交叉狀，其頂端與所述極板組的底端接觸。
3.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，在所述拉網格柵中，構成所述上部格柵的筋條的寬度大於構成所述下部格柵的筋條的寬度。
4.根據權利要求3所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，在所述拉網格柵中，當規定從靠近極耳的上部邊框開始O 30%的區域為上部區域、30% 60%的區域為中部區域、60% 100%的區域為下部區域時，這三個區域中的筋條的寬度按照從上到下的順序依次減小。
5.根據權利要求4所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述上部區域的筋條寬度與所述下部區域的筋條寬度之比以百分數計為101%-140%的範圍。
6.根據權利要求4所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述上部區域的筋條寬度與所述下部區域的筋條寬度之比以百分數計為103%-130%的範圍。
7.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋的高度為2mm 8mm ο
8.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋的高度為3mm 7mm0
9.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋的高度在所述四個頂點處為3_ 7_，且從所述四個頂點開始朝向所述對角線的交叉點逐漸降低，其頂端形成為弧狀。
10.根據權利要求7所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋在所述對角線的交叉點處的高度為所述頂點處的高度的30% 80%。
11.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述加強筋是連續或間斷地設置的。
12.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述電解液是比重為1. 34g以上的硫酸電解液。
13.根據權利要求8所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述硫酸電解液的比重為1.34g/cm3 1. 38g/cm3。
14.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述正極格柵和所述負極格柵均為權利要求1中所述的拉網格柵。
15.根據權利要求1或2所述的密封式鉛蓄電池，其特徵在於，所述隔膜為玻璃纖維隔膜。
專利摘要本實用新型提供的密封式鉛蓄電池包括極板組、電解液、以及容納該極板組和電解液的電槽，所述極板組包括正極板、負極板以及介於正極板與負極板之間的隔膜，所述正極板包含正極格柵以及塗布在所述正極格柵上的正極鉛膏，所述負極板包含負極格柵以及塗布在所述負極格柵上的負極鉛膏，其特徵在於，所述正極格柵和所述負極格柵中的至少一個為拉網格柵，在所述拉網格柵中，靠近極耳的上部格柵的厚度大於遠離極耳的下部格柵的厚度，在所述電槽的底部內表面上設置有加強筋，從而在所述極板組的底端與所述電槽的底部內表面之間形成有儲存游離電解液的儲液空間。
文檔編號H01M10/12GK202839873SQ20122050456
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者王宇, 榑松道男, 佐佐木健浩 申請人:松下蓄電池(瀋陽)有限公司, 松下電器產業株式會社