專利名稱：電動(dòng)汽車用長壽命高容量雙極型極板鉛酸電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉛酸蓄電池，主要用作電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托 等電動(dòng)車的動(dòng)力電源。
背景技術(shù)：
自從汽車發(fā)明以來，轎車便已成為人們的主要個(gè)人代步工具，但是燃料汽 車的高污染，全球石油資源的枯竭，迫使人類尋求一種對環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā) 展的新的代步工具，于是電動(dòng)汽車成為首選，按目前的發(fā)展情況，電動(dòng)汽車取 代燃油汽車成為大城市市內(nèi)個(gè)人主要乘用工具已是必燃趨勢。電動(dòng)汽車四大部 件中的車身，電機(jī)及控制系統(tǒng)，快速充電系統(tǒng)三部份的技術(shù)都已成熟，只有第 四部份蓄電池的技術(shù)沒有過關(guān)。電動(dòng)汽車用蓄電池技術(shù)是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的 關(guān)鍵。
符合電動(dòng)汽車用蓄電池要求的蓄電池要具備以下三項(xiàng)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(dòng)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(dá)到1000至2000次深循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了電池壽命與電動(dòng)汽車壽命同步，這二項(xiàng)性能已完全符合電動(dòng)汽車用蓄電池性能要求，但是受電 池原料成本限制，以上兩款電池的制造成本極高，光電池成本就要超過燃油汽 車售價(jià)，所配置的電動(dòng)汽車無力與燃油汽車競爭。鉛酸電池的制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(huán)， 配置的電動(dòng)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(dá) 175WH/kg，管式鉛酸電池的設(shè)計(jì)壽命達(dá)12-15年，深循環(huán)次數(shù)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(dòng)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，相對于普通型鉛酸電池，人們開發(fā)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(chǎn)品，本 發(fā)明是對現(xiàn)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(tǒng) 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。其后雙極型極板技術(shù)在鋰離子電池、鉛酸電池和鎳氫電池領(lǐng) 域都得到了應(yīng)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(hào)CN1331500，內(nèi)容是一種平板式鉛酸電池，包括 殼體、隔板、正負(fù)極板，正負(fù)極板由基板和正負(fù)活性物質(zhì)組成，正負(fù)活性物質(zhì) 層分別附著在基板的一側(cè)和另一側(cè)，隔板置于正負(fù)極板中間，各電池單元之間 的密封是設(shè)有框架，總外殼采用包塑層，該專利相對美國專利未見實(shí)質(zhì)上的新 穎性。第二個(gè)是"水平式雙極型鉛酸蓄電池及其雙極板"專利號(hào)200410014945.5， 見圖一，特征是采用塑料板上穿編包鉛塑芯復(fù)合導(dǎo)線或包鉛碳纖維芯復(fù)合導(dǎo) 線代替鈦板或不銹鋼板作為雙極板的導(dǎo)電芯板，并在導(dǎo)電芯板四周邊框外側(cè)設(shè) 置彈性密封環(huán)，各單元電池實(shí)現(xiàn)了彈性密封，提高了導(dǎo)電回路的可靠性。相對 美國專利USP5916709具有進(jìn)步意義上的新穎性。
但是現(xiàn)有雙極型極板存在以下缺點(diǎn)
1.基板(或稱芯板)的正極一面氧化腐蝕使用于制造基板的鈦板或不銹鋼板在
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(jìn)一步發(fā)展能 使基板與正極活性物質(zhì)層之間接觸面的電阻增大,嚴(yán)重時(shí)可以形成絕緣層，電
池報(bào)廢;同時(shí)鈦板、不銹鋼板表面氧化后體積膨大,頂起正極活性物質(zhì),使活性物質(zhì)與基板脫離接觸,嚴(yán)重時(shí)使活性物質(zhì)脫落。如果采用鉛板或包鉛導(dǎo)線做基 板,正極一面基板的金屬鉛氧化成各種鉛衍生物，最后變成雷同于正極活性物 質(zhì)的P-Pb02混合物據(jù)多的物質(zhì)，不會(huì)在基板和活性物質(zhì)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(zhì)層，使其脫落； 腐蝕嚴(yán)重后，基板逐漸變薄，由于基板表面一面產(chǎn)生氧化反應(yīng)， 一面產(chǎn)生還 原反應(yīng)，理論上基板不會(huì)穿孔，但當(dāng)還原一面局部地區(qū)硫酸鹽化后，不能產(chǎn) 生還原反應(yīng)時(shí)，基板也能穿孔漏液使電池短路而失效。
2. 在現(xiàn)有雙極型極板鉛酸電池體系內(nèi)，電池負(fù)極是絨狀海棉鉛，基板是金屬體，
導(dǎo)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(dǎo)體材料；電池放電時(shí)在正極和負(fù)極活性物質(zhì)表面分別產(chǎn)生硫酸鉛微結(jié)晶層，形 成五層結(jié)構(gòu)。當(dāng)電池強(qiáng)電流放電時(shí)，正極表面的活性物質(zhì)既要與硫酸反應(yīng)產(chǎn) 生電流，又要承擔(dān)相臨電池單元產(chǎn)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(dǎo)致所產(chǎn)生的硫酸鉛晶體變細(xì)， 硫酸鉛晶體層致密排列，電阻增大，造成正極活性物質(zhì)利用率降低，還有可 能使電池發(fā)熱，由此可產(chǎn)生電池的多種后遺癥。另外在充電初期，如果用強(qiáng) 電流充電，電流必須經(jīng)過二個(gè)硫酸鉛絕緣層， 一個(gè)半導(dǎo)體層，電池容易發(fā)熱 甚至高熱，所以五層結(jié)構(gòu)不利于放電時(shí)和初充電時(shí)強(qiáng)電流充電放電。
3. 電池放電后，在電池負(fù)極和正極活性物質(zhì)表面形成一層微細(xì)結(jié)晶硫酸鉛層， 硫酸鉛是絕緣體，在電池充放電時(shí)阻止電子流動(dòng)，所以當(dāng)電池充電時(shí)，電子 是通過電解液滲透穿過微結(jié)晶硫酸鉛層與活性物質(zhì)接觸才得以傳遞的。當(dāng)微 結(jié)晶硫酸鉛層在某一環(huán)境下產(chǎn)生重結(jié)晶后，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(xiàn)象。 但是現(xiàn)有雙極型極板生產(chǎn)時(shí)三層分明，使用時(shí)五層分明的結(jié)構(gòu)，沒有解決這一問題，相反，由于雙極型極板電池是串聯(lián)電路裝配，其中的一只電池單元 產(chǎn)生硫酸鹽化現(xiàn)象時(shí)，整個(gè)電池就要報(bào)廢，所以現(xiàn)有雙極型極板鉛酸電池的 硫酸鹽化報(bào)廢電池問題比普通鉛酸電池更加嚴(yán)重。
在電池放電過程中，由于各單元電池體系內(nèi)環(huán)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(gè)電 池容量降低，還有可能使該電池單元發(fā)生高熱，損壞整個(gè)電池。
電動(dòng)汽車用電池要求有較長的壽命，最好與電動(dòng)汽車同壽命，這就要求電動(dòng) 車用電池滿足3-8年的使用周期。在漫長的過程中，由于受鉛酸電池電極的 析氫、析氧造成的氣壓沖擊、放熱沖擊和不可避免的局部硫酸鹽化現(xiàn)象的存 在，使電池單元體系內(nèi)失水、失酸現(xiàn)象不可避免，所以最先進(jìn)的免維護(hù)鉛酸 電池也要每半年進(jìn)行一次維護(hù)，實(shí)行加水和去硫酸鹽化充電，有時(shí)要加酸平
衡電解液。無論是美國的USP5916709專利技術(shù)，還是中國專利CN1331500 及申請?zhí)?00410014945.5都不能加水加酸進(jìn)行維護(hù)，如果一定要加水加酸， 則必須拆開每個(gè)電池單元，進(jìn)行重新裝配。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)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(shí)保 持鉛酸電池性能穩(wěn)定價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，從而取代鋰離子電池，鎳氫電池成為電 動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫础?br>
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明鉛酸蓄電池由電池框架、二個(gè)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(jù)電池標(biāo)稱電壓可組成4V-100V電池，雙極型極板的數(shù)量為l-49塊， 通常下端極板采用單面正極活性物質(zhì)涂膏層，上端極板采用單面負(fù)極活性物質(zhì)涂膏層，雙極型極板的上端涂有正極活性物質(zhì)層，下端涂有負(fù)極活性物質(zhì)層， 不過也可相反設(shè)置，但雙極型極板的上、下端活性物質(zhì)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，并與一端的負(fù)極活性物質(zhì)，另一端的正極活性物質(zhì)組成一個(gè)電池單元，產(chǎn)生2V的標(biāo)稱電 壓，在每個(gè)電池單元內(nèi)還設(shè)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(nèi)的正負(fù)極活性物質(zhì)一個(gè)適當(dāng)?shù)膲毫Γ?各極板間縫隙采用密封膠固定密封，也可采用橡膠密封圈彈性密封，二個(gè)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(fù)輸出端子。
上述雙極型極板的結(jié)構(gòu)如下在雙極型極板基板的兩面增設(shè)根數(shù)眾多的導(dǎo) 電針，導(dǎo)電針穿過基板，安要求密布于雙極板的正負(fù)極表面，其長短與正負(fù)極 活性物質(zhì)涂膏層厚度相等或稍微長出一點(diǎn)；基板采用塑料制造，導(dǎo)電針用鈦絲 或鉛絲或不銹鋼絲制成，把導(dǎo)電針放在模具中，在注塑機(jī)內(nèi)把基板、塑料邊框 一次注塑成形。導(dǎo)電針的直徑大小和在基板上的分布密度與正極活性物質(zhì)的涂 膏層厚度，三者關(guān)系可調(diào)節(jié)正極活性物質(zhì)的利用率，推薦的工藝是，導(dǎo)電針直 徑在工藝允許范圍內(nèi)盡量做細(xì)，當(dāng)涂膏層厚度較厚時(shí)，導(dǎo)電針根數(shù)用得多點(diǎn)， 分布密度取大值，涂膏層厚度薄時(shí)，導(dǎo)電針根數(shù)用得少點(diǎn)，分布密度取低值， 但導(dǎo)電針根數(shù)總和的截面積應(yīng)能滿足整個(gè)電池最高充放電電流的沖擊，不能使 其發(fā)熱或燒毀。下面對雙極型極板進(jìn)行防腐蝕處理，使導(dǎo)電針具有3-8年的工藝 設(shè)計(jì)壽命。采用電極修飾原理對雙型極極板正極一面的基板和導(dǎo)電針鍍上一層 導(dǎo)電無機(jī)修飾層，如導(dǎo)電陶瓷，導(dǎo)電氧化物等，推薦的材料有Sn02 + Sb203 或Sn02+SbOx+W)3涂層，也可采用具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Ti3SiC2系導(dǎo)電陶 瓷和稀土滲入鈦酸鹽導(dǎo)電陶瓷。再在無機(jī)層外以電極修飾方法涂上一層有機(jī)導(dǎo)
電涂層，推薦的材料有聚笨胺(PAn)導(dǎo)電高聚物或PAn與其它材料復(fù)合的導(dǎo)電塑料，也可采用其它有機(jī)導(dǎo)電材料。在有機(jī)涂層未干時(shí)，噴涂上經(jīng)篩選的3-Pb02 顆?；蜚U顆粒，使顆粒直徑的一部份進(jìn)入涂層凝固其上，另一部份露出在外面與正極活性物質(zhì)涂膏層緊密結(jié)合。同時(shí)，在基板的負(fù)極一面，對基板和導(dǎo)電針電鍍一層鉛，使其與鉛膏能緊密結(jié)合，再后在雙極型極板的兩面分別涂上正負(fù)極鉛膏，經(jīng)過浸酸、熟化、烘干等程序后即制成雙極型生極板。
上述雙極型極板正極一面基板與導(dǎo)電針的防腐還可采用只用一層或多層有機(jī)導(dǎo)電涂層對電極進(jìn)行修飾，例如對基板正極一面和其上的導(dǎo)電針修飾聚笨胺導(dǎo)電高聚物或PAn與其它材料復(fù)合的導(dǎo)電塑料，然后再修飾一層薄層的相同的有機(jī)導(dǎo)電層，在涂層未干時(shí)，噴涂上P-Pb02顆粒或鉛顆粒，使顆粒直徑的一部份進(jìn)入涂層，凝固其上，另一部份露出在外面，與正極活性物質(zhì)涂膏層結(jié)合。
上述下端極板由基板和垂直于基板的導(dǎo)電針及其復(fù)蓋于導(dǎo)電針上的正極鉛膏組成，基板四周復(fù)合上塑料邊框?；搴蛯?dǎo)電針用鉛、鈦或鉛合金、鈦合金，也可用不銹鋼制造，需涂膏一面的基板和導(dǎo)電針經(jīng)過無機(jī)導(dǎo)電層和有機(jī)導(dǎo)電層雙層修飾，也可用有機(jī)導(dǎo)電層單層或多層修飾，在有機(jī)涂層上植入3-Pb02顆?；蜚U顆粒，再涂上正極鉛膏層，經(jīng)浸酸、熟化、烘干即成。
上述上端極板由基板和垂直于基板的導(dǎo)電針及其復(fù)蓋于導(dǎo)電針與基板上的負(fù)極鉛膏組成，四周復(fù)合上塑料邊框，基板和導(dǎo)電針用鉛、鈦或鉛合金、鈦合金及不銹鋼制成，如果基板和導(dǎo)電針由非鉛金屬壓鑄而成，則需在導(dǎo)電針一面的基板上修飾鉛鍍層，再涂上負(fù)極鉛膏經(jīng)浸酸、熟化、烘干后即成。
上述極板群內(nèi)電池單元的密封方式為在正極塑料邊框一邊設(shè)置一個(gè)可多次開啟的密封式注液孔，再在正極或負(fù)極一面塑料邊框上布設(shè)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?qū)χ硪浑p極型極板的負(fù)極一面的塑料邊框壓制在一起，等密封膠結(jié)硬后形成固定密封。上 述固定密封也可改做彈性密封；在塑料邊框的負(fù)極一面設(shè)置貫通四周的凹槽， 在凹槽內(nèi)設(shè)置防酸橡膠做的彈性墊圈，通過電池框架傳遞的壓力，實(shí)現(xiàn)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，便于電池 散熱和電池內(nèi)可能外逸的氣體的排除?？蚣苋萜骱蜕w子用塑料做成，外接端子 用銅或其它高導(dǎo)電率金屬合金制成，兩個(gè)外接端子分別模壓在框架容器底部和 蓋子上。裝配時(shí)將已排列好的極板群裝入框架容器內(nèi)，在電池裝配專用熱壓機(jī) 上，把框架容器接口和蓋子接口同時(shí)加熱烙融后，兩個(gè)接口相對熱壓在一起， 冷卻后即合成一體。
上述電池框架的熱壓過程要作握熱壓機(jī)的壓力范圍，對接冷卻后，使電池 框架緊壓極板群，并將這一壓力傳遞給極板群內(nèi)各個(gè)正負(fù)極活性物質(zhì)，給予活 性物質(zhì)一個(gè)一定的初始?jí)毫Α?br>
由于生產(chǎn)時(shí)每塊極板厚度存在誤差，難以保證電池框架熱壓成型后，給予 每只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(shè)置壓力 微調(diào)裝置，該裝置主要由彈簧和調(diào)節(jié)觸頭組成，用來保證每只電池內(nèi)部活性物 質(zhì)的初始?jí)毫Φ囊恢滦浴?br>
上述極板群內(nèi)的密封式注液孔設(shè)置于電池的同一側(cè)。
本發(fā)明蓄電池采用電池化成方式，電池組裝后，注入過量的稀電解液，采 用普通電池通常的化成充電方式，化成結(jié)束后，以一定的真空度吸出多余的電 解液，再進(jìn)行調(diào)整充電，以建立電池內(nèi)部的"氧循環(huán)"體系，完成后再進(jìn)行密 封，即成密封式鉛酸電池。
本發(fā)明蓄電池每半年維護(hù)一次，維護(hù)時(shí)打開密封加注純水(蒸餾水)至電解液過量，進(jìn)行通常的維護(hù)充電后，測量各電池單元內(nèi)電解液密度，并調(diào)整至 標(biāo)準(zhǔn)，用一定的真空度吸出多余的電解液，再進(jìn)行調(diào)整充電，以建立電池內(nèi)部 的"氧循環(huán)"體系，完成后再進(jìn)行密封。
本發(fā)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(dǎo)電針的防腐蝕能力，采用不同的電極修飾方式，可以使導(dǎo)電針的防腐能力達(dá) 至U3-8年的使用壽命要求。
2. 由于在電極基板上設(shè)置了貫穿基板和正負(fù)極活性物質(zhì)層的導(dǎo)電針，當(dāng)電池充 電時(shí)，電荷通過導(dǎo)電針進(jìn)入每個(gè)電池單元，均勻分布于每塊極板表面，利于 在初充電時(shí)即進(jìn)行大電流充電，縮短充電時(shí)間；當(dāng)電池放電時(shí)，相臨電池單 元所產(chǎn)生的電流可以通過導(dǎo)電針分路傳輸，而無需經(jīng)過五層結(jié)構(gòu)內(nèi)的電極表 面如二層硫酸鉛絕緣層和一層氧化鉛半導(dǎo)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(fā)生機(jī)率，降低了電極發(fā)熱的可能性。從根本 上解決了單個(gè)電池單元電阻增高影響其它電池單元放電，及單個(gè)電池單元硫 酸鹽化報(bào)廢整個(gè)電池的問題。
3. 由于導(dǎo)電針均勻密布于正極活性物質(zhì)內(nèi)，增加了正極活性物質(zhì)的導(dǎo)電率，相 應(yīng)提高了正極活性物質(zhì)的利用率。再有，導(dǎo)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(huán)境下的放電深度，也提高了正極活性物質(zhì)利用率，還有，貫穿基 板和正負(fù)極鉛膏層的導(dǎo)電針可使每個(gè)電池單元充分放電，不能保留。所有這 些因素都使本發(fā)明雙極型極板鉛酸電池比現(xiàn)有的同型電池有更高的容量。
4. 本發(fā)明通過電池框架對極板的正負(fù)極活性物質(zhì)施加了一個(gè)初始?jí)毫?，這一壓 力阻止了活性物質(zhì)工作過程中的膨脹，阻止和延緩活性物質(zhì)中珊瑚狀結(jié)構(gòu)的形成和崩潰，使平板涂膏式正極板的活性物質(zhì)具有等同于管式正極板活性物 質(zhì)的工作環(huán)境，使本發(fā)明正極活性物質(zhì)的使用壽命，接近管式極板正極活性
物質(zhì)的使用壽命，達(dá)到電池壽命3-8年的要求。
5. 本發(fā)明把鈦基板或不銹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(fù)極 之間導(dǎo)電率損失不大，因此大幅度提高了電池容量，相對現(xiàn)有雙極型極板鉛 酸電池可提高重量比容量20%以上。
6. 本發(fā)明采用塑料基板和用量較少的金屬組成基板導(dǎo)電針結(jié)構(gòu)，可大幅度降低 金屬基板的制造成本，相對于鈦和不銹鋼基板，其成本可下降5-10倍，整個(gè) 電池的制造成本可下降30%至50%，使本發(fā)明電池接近普通鉛酸電池的制造 成本。
7. 本發(fā)明電池實(shí)現(xiàn)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(hù)， 保證了本發(fā)明電池的使用可靠性。
圖l為我國專利，申請?zhí)?00410014945.5的示意圖。
圖2為本發(fā)明雙極型極板結(jié)構(gòu)圖。圖中11基板、12正極活性物質(zhì)層、13負(fù) 極活性物質(zhì)層、15塑料邊框、16注液孔。 圖3是圖2的府視圖。
圖4是本發(fā)明圖2中A部放大圖。圖中18導(dǎo)電針。
圖5是本發(fā)明下端極板結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明上端極板結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)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(fā)明圖7C部放大結(jié)構(gòu)圖。圖中81調(diào)節(jié)觸頭、82彈簧、83固定套、 84活動(dòng)桿、85接觸底板。
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明實(shí)施方案。
實(shí)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(dǎo)電針(18)、正極活 性物質(zhì)層(12)、負(fù)極活性物質(zhì)層(13)和塑料邊框(15)組成。把鈦絲或不銹 鋼絲或鉛絲制成導(dǎo)電針(18)，把導(dǎo)電針(18)放入模具內(nèi)，在注塑機(jī)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(shè)置一個(gè)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(dǎo)電針(18)進(jìn)行電極修飾防腐處理首先，用無機(jī)導(dǎo)電材料對基 板(11)和導(dǎo)電針(18)表面進(jìn)行電極修飾，無機(jī)導(dǎo)電材料推薦采用Sn02+Sb203 或Sn02+SbOx + Ir03，也可采用具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Ti3SiC2系導(dǎo)電陶瓷或 稀土滲入鈦酸鹽導(dǎo)電陶瓷，第二，再在無機(jī)導(dǎo)電材料層外修飾一層有機(jī)導(dǎo)電層,推 薦的材料有:PAn導(dǎo)電高聚物或PAn與其它材料復(fù)合的導(dǎo)電塑料。第三，再在基 板(11)帶導(dǎo)電針(18)正極一面修飾上一層較薄的PAn導(dǎo)電高聚物或PAn導(dǎo) 電塑料,在涂層未干時(shí)，噴涂上P -Pb02顆粒或鉛顆粒，使顆粒粒徑的一部份進(jìn)入 有機(jī)導(dǎo)電層，干燥后凝固其上，另一部份露出在有機(jī)導(dǎo)電層外與今后涂復(fù)的鉛 膏層結(jié)合。由于雙極型極板(10)負(fù)極的基板(11)用塑料制造，不利于負(fù)極 活性物質(zhì)層(13)附著于基板(11)表面，為此在基板(11)的負(fù)極和導(dǎo)電針 (18)表面修飾一層金屬鉛鍍層，使其與負(fù)極活性物質(zhì)層(13)今后能長期結(jié) 合。再后在基板(11)正極一面涂復(fù)正極活性物質(zhì)鉛膏層(12)，在基板(11) 的負(fù)極一面涂復(fù)負(fù)極活性物質(zhì)層(13)，再通過浸酸、熟化、烘干，即制成雙極型極板(10)生極板。
實(shí)施例二雙極型極板(10)
雙極型極板(10)的第二個(gè)實(shí)施例是基板(11)帶導(dǎo)電針(18)的正極一 面修飾無機(jī)導(dǎo)電層后即在其上植入P - 1)02顆?；蜚U顆粒，，對照實(shí)施例一而言， 取消了 一層有機(jī)導(dǎo)電層的修飾物。其它實(shí)施過程與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三雙極型極板(10)
對照實(shí)施例一而言，本發(fā)明實(shí)施例取消了基板(11)帶導(dǎo)電針(18)的正極 一面的無機(jī)導(dǎo)電修飾層，即只用一層或多層有機(jī)導(dǎo)電修飾層對基板(11)帶導(dǎo) 電針(18)正極一面進(jìn)行修飾。實(shí)施過程為獲得具有基板(11)、導(dǎo)電針(18) 整體壓鑄件后，對基板(11)帶導(dǎo)電針(18)的正極一面以修飾電極方式涂上
一層PAn導(dǎo)電高聚物或PAn導(dǎo)電塑料，再在其上植入P 41)02顆粒或鉛顆粒。 其后實(shí)施過程與實(shí)施例一相同。 實(shí)施例四上端極板(3)。
上端極板(3)由基板(11)、導(dǎo)電針(18)、負(fù)極活性物質(zhì)層(13)、塑料邊 框(15)組成?；?11)和導(dǎo)電針(18)聯(lián)成一體，由金屬一次性壓鑄成型， 也可先制成導(dǎo)電針(18)，再在模具上壓鑄基板(11)。推薦的材料有鉛、鈦、 不銹鋼、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(dǎo)電針(18)的材質(zhì) 是非鉛材料鑄造，則在基板(11)帶導(dǎo)電針(18) —面電鍍上鉛鍍層。再在基 板(11)四周復(fù)合上塑料邊框(15)，再后在基板(11)帶導(dǎo)電針(18) —面涂 復(fù)上負(fù)極活性物質(zhì)層(13)鉛膏，經(jīng)過浸酸、熟化、烘干即成上端極板(3)生 極板。
實(shí)施例五下端極板(2)。下端極板(2)由基板(11)、導(dǎo)針(18)、正極活性物質(zhì)層(12)、塑料邊框 (15)和塑料邊框(15)上的注液孔(16)組成?；?11)和導(dǎo)電針(18) 整體連鑄而成或者導(dǎo)電針(18)置模具中與基板(11)壓鑄成整體。連鑄時(shí)推 薦的基板(11)、導(dǎo)電針(18)材質(zhì)用鉛、鈦及其它們的合金，還可用不銹鋼。 分鑄時(shí)導(dǎo)電針(18)的材質(zhì)推薦用鈦、不銹鋼，基板(11)的材質(zhì)用鉛、鈦、 及其它們的合金、不銹鋼。下端極板(2)的基板(11)厚度取l-3mm。對照實(shí) 施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三，雙極型極板(10)的正極一面采用那一種電極 修飾方式時(shí)，下端極板(2)的基板(11)帶導(dǎo)電針(18)正極一面也采用那種 修飾方式，必須同步。完成電極修飾后，在基板(ll)四周復(fù)合上塑料邊框(15)， 并在塑料邊框(15)上設(shè)置注液孔(16)，再后在基板(11)帶有導(dǎo)電針(18) 一面涂復(fù)上正極活性物質(zhì)層(12)，經(jīng)過浸酸、熟化、烘干即成下端極板(2) 生極板。
實(shí)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(gè)外接端子(8)組成。把一個(gè)外接端子(8)固定在模具上， 在模具內(nèi)注塑制成框架容器(5)，再把另一個(gè)外接端子(8)固定在模具上，在 模具內(nèi)注塑制成框架蓋子(6)，在框架容器(5)和框架蓋子(6)上分別設(shè)有 一個(gè)凸出的對接口 (7)，用于框架容器(5)與框架蓋子(6)的熱壓對接，組 成電池框架(9)。
實(shí)施例七外接端子(8)。
框架容器(5)底部的外接端子(8)采用固定式，框架蓋子(6)上端的外接 端子(8)采用活動(dòng)式組成微調(diào)裝置?；顒?dòng)式外接端子(8)的結(jié)構(gòu)如圖9示， 外接端子(8)由調(diào)節(jié)觸頭(81)、彈簧(82)、固定套(83)、活動(dòng)桿(84)、接觸底板(85)組成。固定套(83)注塑時(shí)固定在容器蓋子(6)上，把活動(dòng)桿(84)
小頭插入固定套(83)旋接在接觸底板(85)上，在活動(dòng)桿(84)內(nèi)放入彈簧 (82)，再把調(diào)節(jié)觸頭(81)旋接在固定套(83)上即完成裝配。工作時(shí)活動(dòng)桿 (84)的有效長度可調(diào)節(jié)和彌補(bǔ)極板群高度誤差，調(diào)節(jié)觸頭(81)旋轉(zhuǎn)向下或
向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(diào)節(jié)針對活性物質(zhì)的初始?jí)毫Α?br>
實(shí)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)的正極一面塑料邊框(15) 邊緣上均勻涂抹密封膠，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(nèi)，在電池裝配專用熱壓 機(jī)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 融后，兩個(gè)對接口 (7)相對熱壓在一起，冷卻后即合成一體。電池框架(9) 的熱壓過程要作握熱壓機(jī)的壓力范圍，并將這一壓力通過已成型的電池框架(9) 傳遞給極板群內(nèi)各個(gè)正極活性物質(zhì)層(12)，給予正極活性物質(zhì)(12) —個(gè)適當(dāng) 的初始?jí)毫ΑＳ捎谏a(chǎn)各塊極板時(shí)，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(nèi)設(shè)置了微調(diào)裝置見圖9: 極板群的高度誤差由活動(dòng)桿(84)的有效長度自動(dòng)補(bǔ)正，熱壓機(jī)傳遞的壓力過 高或過低通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)觸頭(81)給予補(bǔ)正。每個(gè)電池單元需要密封時(shí)在注液 孔(16)上塞入橡皮塞(19)，必要時(shí)可在橡皮塞(19)底面四周注入溫變型膠 粘劑，當(dāng)溫度低于60QC時(shí)，膠粘劑有膠粘作用，高于60GC時(shí)膠粘劑失去膠粘 作用，橡皮塞(19)就可開啟，實(shí)現(xiàn)可反復(fù)開啟和密封的目的。本實(shí)施例鉛酸 電池在裝配電池組時(shí)采用卡式裝配，省去聯(lián)接電線，可垂直安裝，也可橫著安裝。
實(shí)施例九鉛酸電池。
在上端極板(3)和每塊雙極型極板(10)的負(fù)極一面塑料邊框(15)上開一 個(gè)貫通四周的凹槽，在凹槽內(nèi)放置用耐酸橡膠制成的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(nèi)，熱壓上框架蓋子(6)，電池框架(9)上傳遞的壓力既為每個(gè)電 池單元提供了彈性密封，又為極板群內(nèi)每個(gè)正極活性物質(zhì)層(12)提供了一定 的初始?jí)毫?，其后的?shí)施過程與實(shí)施例八相同。
權(quán)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，極板群安裝于電池框架內(nèi)，在電池框架的兩端各設(shè)置一個(gè)外接端子作為電池的正負(fù)輸出端子，其關(guān)鍵部件雙極型極板由基板和附著于基板兩面的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層組成，其技術(shù)特征在于在雙極型極板的基板兩面設(shè)置有貫穿基板的導(dǎo)電針，還對基板和導(dǎo)電針進(jìn)行電極修飾，并且電池框架緊壓極板群，對極板群內(nèi)正極活性物質(zhì)施加了初始?jí)毫Α?br>
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于導(dǎo)電針垂直于基板， 穿過基板均勻密布于基板兩面，正極的導(dǎo)電針長度與正極活性物質(zhì)鉛膏層 相等，負(fù)極的導(dǎo)電針長度與負(fù)極活性物質(zhì)層相等，但兩面的導(dǎo)電針都可長出一點(diǎn)；范圍值0.1mm-0.5mm，導(dǎo)電針的直徑在工藝條件充許下盡量做細(xì)， 范圍值取0.01mm-5mm;導(dǎo)電針分布密度在保證正極活性物質(zhì)足量的情況 下盡量取高值，范圍值取每平方厘米1根至100根，導(dǎo)電針用鈦、鉛及鈦 合金、鉛合金或不銹鋼制造。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于雙極型極板的基板用 塑料制成，厚度取0.5mm-2mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于導(dǎo)電針垂直分布于上 端極板的基板負(fù)極一面，上端極板的基板用金屬壓鑄成型，厚度取 lmm-3mm，材質(zhì)取鉛、鈦及鉛合金、鈦合金、也可用不銹鋼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于導(dǎo)電針垂直分布于下 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(zhì)取鉛、鈦及鉛合金、鈦合金，也可用不銹鋼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于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(dǎo)電針修飾上一層無機(jī)導(dǎo)電層，修飾材料取Sn02+Sb203或Sn02+SbOx+Ir03，或采用具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Ti3SiC2系導(dǎo)電陶瓷和稀土滲入鈦酸鹽導(dǎo)電陶瓷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征在于在無機(jī)導(dǎo)電層外再以 電極修飾方法修飾上一層有機(jī)導(dǎo)電層，修飾材料取PAn導(dǎo)電高聚物或PAn 摻合其它材料的導(dǎo)電塑料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其特征在于在有機(jī)導(dǎo)電層未干時(shí)，噴 涂上P-Pb02顆?；蜚U顆粒，使顆粒直徑的一部份進(jìn)入有機(jī)導(dǎo)電層，干燥 后固定其上，另一部份露出在外面，與正極活性物質(zhì)鉛膏結(jié)合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征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(shè)置有一個(gè)外接端子， 極板群安裝在框架容器內(nèi)，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(shí)，熱壓機(jī)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(zhì)一個(gè)適當(dāng)?shù)某跏級(jí)毫Α?br>
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征是框架蓋子頂部的外接端子由調(diào)節(jié)觸頭、彈簧、活動(dòng)桿、固定套、接觸底板組成，固定套注塑時(shí)固 定在框架蓋子上，活動(dòng)桿穿過固定套旋接在接觸底板上，在活動(dòng)桿內(nèi)放置 彈簧，把調(diào)節(jié)觸頭旋接在固定套上，調(diào)節(jié)觸頭旋轉(zhuǎn)向下或向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通 過彈簧把壓力由活動(dòng)桿到接觸底板傳遞給極板群，實(shí)施加壓或降壓，給予 正極活性物質(zhì)一個(gè)適當(dāng)壓力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸電池，其技術(shù)特征是在上端極板負(fù)極一面塑 料邊框和每塊雙極型極板負(fù)極一面塑料邊框上開一個(gè)貫通四周的凹槽，在凹槽內(nèi)放置用耐酸橡膠制成的o型墊圈，把各塊極板組合成極板群裝入框架容器內(nèi)，熱壓上框架蓋子，電池框架上傳遞的壓力為每個(gè)電池單元提供 了彈性密封。
全文摘要
一種電動(dòng)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(nèi)，電池框架緊壓極板群，給于活性物質(zhì)一個(gè)適當(dāng)?shù)膲毫?。其技術(shù)特征在于雙極型極板的基板用塑料制成，在基板兩面設(shè)置貫穿基板的導(dǎo)電針，還對基板和導(dǎo)電針進(jìn)行電極修飾。經(jīng)過這一改造后，電池比容量達(dá)55Wh/kg，比現(xiàn)有普通電池提高30％-40％，設(shè)計(jì)壽命3-8年，比普通電池提高2-3倍。制造成本比現(xiàn)有雙極型極板鉛酸電池下降30％-50％，接近普通鉛酸電池水平。該電池主要用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等作動(dòng)力電源。
文檔編號(hào)H01M10/12GK101202356SQ20061017130
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者夏振明 申請人:夏振明