專利名稱：電池板柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池中使用(諸如用于汽車啟動、照明和點(diǎn)火應(yīng)用 的電池之類的鉛酸電池；船用電池；商業(yè)電池；工業(yè)電池；用于混合 電動車的電池等)的板柵(grid)。更具體地，本發(fā)明涉及的板柵具有 防止由于板柵增長造成的電池單元短路的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
鉛酸電池通常包括多個儲能單元。例如，12伏的電池可包括6 個單元，每個單元提供2伏。每個單元包括一個或多個正電極或極板 以及一個或多個負(fù)電極或極板。電解質(zhì)(諸如稀硫酸之類的酸)也加 入單元中以促進(jìn)電池充電和放電過程中單元內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。
正電極和負(fù)電極均包括由鉛或鉛合金(例如鉛-鈣合金)制成 的板柵，活性材料以膏狀的形式涂覆在其上。這種板柵包括與多個節(jié) 點(diǎn)相耦合的多條線(例如，電池板柵可包括含有四個邊側(cè)的框架，其 具有從一個邊側(cè)延伸出的接線片或集流體以及與多個節(jié)點(diǎn)相互連接 的線或板柵元件的網(wǎng)絡(luò))。
正和負(fù)電極以交替的形式布置在每個單元中，并且相鄰的極板 被隔板(例如，微孔聚合物隔板)隔開。例如，負(fù)電極可被包含在隔 板封套內(nèi)以使它們與相鄰的正電極電絕緣。在這種方式中，阻止了會 導(dǎo)致單元中短路的正、負(fù)電極的直接相互接觸。
在延長期使用時，板柵會腐蝕，其將繼而導(dǎo)致板柵增長。通過圖示，圖1說明了一個單元，所述單元的、具有據(jù)流體12的第一電 極10 (例如正電極)與具有集流體22的第二電極(例如，負(fù)電極， 在圖1中被電極IO部分遮住)相鄰布置。正電極的集流體12通過連 接條或連接器14電耦合到電池中的其他正電極，并且負(fù)電極的集流 體22通過連接條或連接器24電耦合到電池中的其他負(fù)電極。接著， 電池中的正極連接條連接到下一個單元中的負(fù)極連接條。
正電極10的增長由虛線30和32示出。當(dāng)安裝在電池容器內(nèi) 時，板柵的側(cè)部和底部一般被電池容器的壁限定。因此，板柵的增長 一般沿著板柵的頂部表面進(jìn)行。在某些情況下，這種在正極垂直方向 的無約束的增長可導(dǎo)致電池的短路。例如，如圖1所示，由虛線32 示出的正電極板柵的增長導(dǎo)致板柵的一部分與連接到負(fù)電極的連接 條24相接觸。在這種情況下，正電極和負(fù)電極被電耦合到一起，這 會使電池短路。因此，當(dāng)相鄰的正電極和負(fù)電極可被聚合物隔板彼此 隔離時，由于板柵的腐蝕會導(dǎo)致垂直方向的增長，短路仍可能會發(fā)生。
雖然在電池中使用板柵是公知的，但這種已知的板柵結(jié)構(gòu)沒有 提供特定的有利特征和/或特征的組合。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及包括框架的電池板柵，該框架包括頂部元 件、底部元件、第一側(cè)部元件和第二側(cè)部元件。電池板柵還包括設(shè)置 在框架中的、定義多個開口區(qū)域的多條線和在第一方向從頂部元件延 伸的集流接線片(current collection lug)。電池板柵進(jìn)一步包括設(shè)置在電池板柵中的至少一個特征，其用來在電池板柵的使用壽命期間減少 電池板柵由于其自身腐蝕導(dǎo)致的在第一方向上的增長的量。


圖1示出了由于腐蝕產(chǎn)生的電池板柵的增長，其會導(dǎo)致電池單 元短路；
圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的電池板柵的平面圖3是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖4是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖5是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖6是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖7A是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖7B是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖8是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；
圖9是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于抑制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長。
具體實(shí)施方式
圖2示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電池板柵100。板柵100可以 是正極或負(fù)極板柵，并可通過任何已知的方法(例如通過鑄造、通過 片狀材料沖孔后拉伸、通過連續(xù)沖壓工序等)、采用任何已知的材料 (例如鉛或諸如鉛-鈣合金之類的鉛合金)制造?？捎迷诒景l(fā)明中的 電池板柵的各種非排他的例子，例如，在如下的美國專利中示出美 國專利號5,582,936、美國專利號5，989，749、美國專利號6，203，948、 美國專利號6,245,462以及美國專利號6,274,274，這些專利公開的內(nèi) 容以引用方式并入本文。
參見圖2，板柵100包括框架，框架包括頂部框架元件112、 第一和第二側(cè)部框架元件114和116、底部框架元件118。板柵100 包括一系列的板柵線，其限定出開口區(qū)域120，所述開口區(qū)域120保 持為電池提供電流產(chǎn)生的電化學(xué)活性膏體(未示出)。集流體或接線 片122集成在頂部框架元件112上，并偏離頂部框架元件112的中心。 頂部框架元件112包括在接線片122的正下方的增大導(dǎo)電部分124， 而且具有傳導(dǎo)電流到接線片122的最佳形狀。
—系列輻射狀延伸的垂直板柵線元件126形成板柵100的一部 分。垂直線元件126連接到頂部框架元件112，以及底部框架元件118、 第一側(cè)部框架元件114和第二側(cè)部框架元件116中的至少一個。垂直 線元件126當(dāng)從底部元件118向頂部元件112移動時變得更緊湊，而 當(dāng)向左側(cè)元件114或右側(cè)元件116移動時變得更分離。
板柵100還包括多條水平或交叉的線元件130。垂直線元件126 的單個部分和水平線元件130的單個部分的末端在多個節(jié)點(diǎn)144處連 接，這樣限定出支持用于導(dǎo)電的電化學(xué)活性膏體的開口區(qū)域120。
圖3-9示出了對圖l所示板柵的多種改進(jìn)，以延緩、限制或抑 制板柵100在電池中的使用壽命期間腐蝕時板柵100的增長。圖2所 示的圓圈中的數(shù)字表示所進(jìn)行的各種改進(jìn)在板柵100上對應(yīng)的位置(例如，圖3所示的改進(jìn)由圖2中的圓圈中的數(shù)字3表示)。
如圖3所示，可以為水平或垂直線元件設(shè)置"弱連接"。例如， 根據(jù)示例性實(shí)施例，可通過設(shè)置成當(dāng)門限量的應(yīng)力施加到線200時會 斷開的部分或片段210，來將線200的第一部分或片段220連接到線 200的第二部分或片段230。當(dāng)板柵100的增長導(dǎo)致第一部分210相 對第二部分230移動時，中間部分210會斷開，其可中斷板柵在該點(diǎn) 處的增長。如圖3所示，提供中間部分210以將部分220連接到部分 230，以使部分220相對部分230 "錯開"。根據(jù)各個示例性實(shí)施例， 任何適量的弱連接可設(shè)置在板柵中以使由于腐蝕導(dǎo)致的板柵增長產(chǎn) 生的應(yīng)力變向，并且如果需要，它們可為垂直和水平的線而設(shè)置。
如圖4所示，可以將一條或多條垂直和水平線設(shè)置成保險絲， 以在施加了門限量的應(yīng)力時斷開或在電池壽命既定時間時腐蝕掉。根 據(jù)圖4所示的示例性實(shí)施例，線300可包括由相對細(xì)的部分或片段 310連接(例如，部分310具有比線300的其他部分小的橫截面面積 和/或不同的橫截面形狀)的第一部分或片段320和第二部分或片段 330。當(dāng)腐蝕導(dǎo)致板柵增長時，拉應(yīng)力可能會施加到線310上。由于 部分310的橫截面面積比部分320和330的小，如果施加了足夠大的 應(yīng)力，線300會在部分310處斷開，或者線300會腐蝕掉。這種斷開 可用于中斷板柵在該點(diǎn)的增長。根據(jù)各種示例性實(shí)施例，如果需要， 可以在板柵中設(shè)置任何適量的垂直或水平線，并且可設(shè)置用于保險絲的任何變形。
如圖5所示，可以在一條或多條線中設(shè)置扭曲體以吸收或改變 由板柵增長導(dǎo)致的部分應(yīng)力的方向。根據(jù)圖5所示的示例性實(shí)施例， 圓形的特征410設(shè)置在線400中。當(dāng)板柵由于腐蝕增長時，線400的 形狀可以改變。包括扭曲體(例如，圓形部分410)可(例如，通過 實(shí)現(xiàn)除了直線增長以外的其他增長)使一些增長偏轉(zhuǎn)。在這種方式中， 板柵的增長可在該點(diǎn)中斷。根據(jù)各種示例性實(shí)施例，板柵中可設(shè)置具 有扭曲體的任何適量的垂直或水平線，并且可采用一個或多個扭曲的 任何變形。
如圖6所示，框架元件之一的一部分可包括缺口或切口。根據(jù) 如圖6中所示的示例性實(shí)施例，底部框架元件118可包括缺口或切口 119以用作框架的薄弱點(diǎn)。當(dāng)板柵增長導(dǎo)致引入應(yīng)力時，應(yīng)力可集中 在薄弱點(diǎn)以使框架在該點(diǎn)斷開。在這種方式中，板柵的增長可被中斷， 應(yīng)力可在板柵內(nèi)變向。應(yīng)注意的是，盡管所示的缺口 119是從框架元 件118的外側(cè)向內(nèi)延伸的，但根據(jù)其他示例性實(shí)施例，缺口也可以從 框架元件的內(nèi)側(cè)延伸。根據(jù)各種示例性實(shí)施例，任何適量的缺口或切 口可設(shè)置在沿著框架的側(cè)部、頂部和/或底部的不同位置上。
如圖7A所示，框架元件之一可包括凹口或凹坑。例如，根據(jù) 圖7A所示的示例性實(shí)施例，板柵100的頂部框架元件112包括凹口 113。頂部框架元件112在該點(diǎn)有效地彎曲。當(dāng)板柵100因為腐蝕在 垂直方向增長時，由于板柵中的累積應(yīng)力，凹口113被向上推。由于 頂部框架元件112包括凹口，對板柵來說，向上延伸至與例如，連接 到相反極性的板柵的連接條相接觸，需要花更長的時間。也就是說， 由于頂部框架元件的凹口點(diǎn)與頂部框架元件其余部分不在同一條直 線上，板柵的增長將先導(dǎo)致板柵向頂部框架元件的其余部分增長；只 有在該點(diǎn)后，板柵才會繼續(xù)在垂直方向上增長。根據(jù)各種示例性實(shí)施 例，任何適量的凹口可設(shè)置在沿框架的側(cè)部、頂部和/或底部的不同 位置上。
如圖7B所示，頂部框架元件的一部分可設(shè)置成與頂部框架元 件的剩余部分成一個角度。例如，如圖7B所示，頂部框架元件112 的一部分115是向下傾斜的或有角度的(例如，斜坡、錐形等)。與圖7A所示的凹口相類似，頂部框架元件112的傾斜的結(jié)構(gòu)用于延長 板柵增長到接觸相反極性的連接條所需的時間。這種結(jié)構(gòu)也可用來增 加板柵中的張力，其可抵消某些板柵增長。
如圖8所示，板柵的一個或多個角可設(shè)置成圓形。例如，根據(jù) 圖8所示的示例性實(shí)施例，圓角117設(shè)置成連接頂部框架元件112和 側(cè)部框架元件114。這種圓形可用作改變應(yīng)力的方向以及使板柵增長 的方向偏離垂直方向。
如圖9所示，可去除多條線以形成板柵內(nèi)的工程緩沖區(qū)(類似 "破裂區(qū)")。在傳統(tǒng)的板柵(例如，如圖l所示的板柵)中，垂直線 部件彼此在同一直線上，并例如從頂部框架元件向底部框架元件延 伸。結(jié)果，垂直線中的一條的增長轉(zhuǎn)移到同一直線上的其他線上，導(dǎo) 致加和增長效應(yīng)，從而將頂部框架元件壓向相反極性的連接條(例如， 如圖l所示)。根據(jù)如圖9所示的示例性實(shí)施例， 一條或多條垂直線 被去除以使板柵內(nèi)存在中斷或不連續(xù)(例如，線154和156被開口空 間152分隔)。開口空間152因此作為緩沖區(qū)，垂直線可在其中增長 (而不是以導(dǎo)致板柵頂部框架元件移動的方式轉(zhuǎn)移它們的增長)。開 口空間152因此用作"吸收"垂直方向上的增長。在板柵內(nèi)的多處預(yù) 定點(diǎn)可設(shè)置任意數(shù)量的工程緩沖區(qū)。
應(yīng)注意的是，盡管上述對板柵的改進(jìn)是獨(dú)立論述的，但在單一 的板柵中可采用一種或多種這樣的改進(jìn)。例如，在單一的板柵中可同 時采用"弱連接"(例如，如圖3所示)和"扭曲"(例如，如圖5所 示)。為了控制板柵的增長，也可采用如上述改進(jìn)的任意其他組合。
在采用例如這里所述板柵的電池運(yùn)轉(zhuǎn)中，電池板柵材料(鉛或 鉛合金)的腐蝕將導(dǎo)致電池板柵的增長。由于板柵的底部和側(cè)部被電 池容器的壁限制住，其增長的方向垂直板柵的頂部。通過引入使板柵 增長分流或改向的板柵改進(jìn)，電池的使用壽命可延長。例如，通過在 板柵中引入當(dāng)應(yīng)力達(dá)到門限量時會斷開的薄弱點(diǎn)，這類點(diǎn)上的增長可 被中斷或變向，因而減小了板柵在垂直方向上的增長。為了控制板柵 的增長和通過減少短路的發(fā)生而延長電池的壽命，可對板柵進(jìn)行各種 各樣的修改，短路是由于板柵的接觸特征的部分電耦合到電池中具有 相反極性的特征而導(dǎo)致的。
閱讀本發(fā)明的人會意識到，采用這里所述的板柵設(shè)計可得到很 多優(yōu)點(diǎn)。例如，根據(jù)示例性實(shí)施例，電池板柵在抵抗了由于板柵增長 導(dǎo)致的短路的同時，也提供了所期望的性能特征。電池板柵包括用于 延緩、抑制或限制由于腐蝕導(dǎo)致的板柵增長的特征。根據(jù)示例性實(shí)施 例，電池板柵包括一種或多種改進(jìn)以吸收由板柵增長(例如，由于板 柵的腐蝕)導(dǎo)致的應(yīng)力或改變其方向。這種板柵設(shè)計可用作電池板柵， 因此得到相應(yīng)的電池，其與傳統(tǒng)電池板柵相比延長了使用壽命。
需要著重指出的是，如不同實(shí)施例所示的電池板柵的結(jié)構(gòu)和布 置僅為說明性的。雖然在所公開的內(nèi)容中僅詳細(xì)描述了少量本發(fā)明實(shí) 施例，但對于閱讀本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，許多 改變方案是可能的(例如不同部件的尺寸、大小、結(jié)構(gòu)、形狀和比例 的改變，參數(shù)值、安裝布置、采用材料、方位等的改變)，而不實(shí)質(zhì) 上背離權(quán)利要求所述主題的新穎性的教導(dǎo)和優(yōu)勢。因此，將所有這種 修改包括在如所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的范圍中。對于優(yōu)選的和 其他示例性實(shí)施例的設(shè)計、操作條件和布置，可以進(jìn)行其他的替代、 修改、變化和省略，而不離開本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種電池板柵，包括包括頂部元件、底部元件、第一側(cè)部元件和第二側(cè)部元件的框架；設(shè)置在所述框架中、限定出多個開口區(qū)域的多條線；從所述頂部元件在第一方向延伸的集流接線片；以及設(shè)置在所述電池板柵中的至少一個特征，其用來減少在所述電池板柵的壽命期間由于所述電池板柵的腐蝕導(dǎo)致的所述電池板柵在所述第一方向上的增長量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征用來 減小所述頂部元件在所述第一方向移動的趨勢。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括 具有弱連接的線，當(dāng)預(yù)定量的應(yīng)力施加到所述線上時，所述線會斷開。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的電池板柵，其中，所述線包括第一部分、 第二部分以及設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間從而使所述 第一部分相對所述第二部分錯開的第三部分。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3的電池板柵，其中，所述線具有第一部分、 第二部分以及設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間并且與所述 第一部分和所述第二部分相比橫截面積減小的第三部分。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括 具有扭曲體的線。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的電池板柵，其中，所述扭曲體包括圓形部 分，用以使由板柵腐蝕導(dǎo)致的應(yīng)力變向。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括設(shè)置在所述頂部元件、所述底部元件、所述第一側(cè)部元件和所述第二 側(cè)部元件的至少一個中的缺口。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的電池板柵，其中，所述缺口設(shè)置在所述底 部元件中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括 設(shè)置在所述頂部元件中的凹口。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO的電池板柵，其中，所述凹口包括彎曲部 分，其朝著所述框架中設(shè)置的線向內(nèi)彎曲。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括 所述框架的頂部元件的至少一部分，其從所述接線片到側(cè)部元件之一 形成角度，以使所述頂部元件的一部分與所述側(cè)部元件不成直角相會
13、 根據(jù)權(quán)利要求1的電池板柵，其中，所述至少一個特征包括 設(shè)置在所述框架內(nèi)的緩沖區(qū)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的電池板柵，其中，所述多條線包括在所 述頂部元件和所述底部元件之間延伸的多條線，并且其中，所述緩沖 區(qū)包括在所述頂部元件和所述底部元件之間延伸的多條線的至少一 條中的中斷。
15、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的電池板柵，其中，所述至少一個特 征還包括在所述第一側(cè)部元件和所述第二側(cè)部元件中的至少一個與 所述頂部元件之間的所述框架的圓角，其用來吸收由所述板柵增長而 產(chǎn)生的應(yīng)力。
16、 根據(jù)權(quán)利要求l的電池板柵，其中，所述電池板柵包括設(shè)置在所述電池板柵中的多個特征，其用來減少在所述電池板柵的壽命期 間由于所述電池板柵的腐蝕導(dǎo)致的所述電池板柵在所述第一方向上 的增長量。
17、根據(jù)權(quán)利要求l的電池板柵，其中，所述電池板柵在鉛酸電池中使用。
全文摘要
一種包括框架的電池板柵，該框架包括頂部元件、底部元件、第一側(cè)部元件和第二側(cè)部元件。電池板柵還包括設(shè)在框架內(nèi)、限定出多個開口區(qū)域的多條線以及在第一方向從頂部元件延伸出的集流接線片。電池板柵進(jìn)一步包括設(shè)在電池板柵上、用以減少電池板柵在使用壽命中由于其腐蝕導(dǎo)致的在第一方向上的增長量的至少一個特征。
文檔編號H01M4/73GK101233635SQ200680017715
公開日2008年7月30日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者E·N·穆羅泰克, G·W·安德森, J·P·察格羅德尼克, K·A·亞當(dāng)斯, M·E·泰勒, 高文洪 申請人:約翰遜控制技術(shù)公司