電池板柵的制作方法
【專利摘要】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。
【專利說明】電池板柵[0001]本申請是申請日為2006年05月22日、申請?zhí)枮?00680017715.1且發(fā)明名稱為 “電池板柵”的發(fā)明專利申請的分案申請。[0002]相關(guān)申請的交叉引用[0003]本申請要求2005年5月23日申請的美國臨時專利申請N0.60/683，608的優(yōu)先權(quán)， 這里將其公開的全部內(nèi)容以引入方式并入本文?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】[0004]本發(fā)明涉及電池中使用(諸如用于汽車啟動、照明和點火應(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)?！颈尘凹夹g(shù)】[0005]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電池充電和放電過程中單元內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。[0006]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)點相 互連接的線或板柵元件的網(wǎng)絡(luò))。[0007]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。[0008]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10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。[0009]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。[0010]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】
[0011]本發(fā)明的實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。【專利附圖】

【附圖說明】[0012]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；[0013]圖2是根據(jù)示例性實施例的電池板柵的平面圖；[0014]圖3是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0015]圖4是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0016]圖5是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0017]圖6是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0018]圖7A是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑 制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0019]圖7B是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑 制由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0020]圖8是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長；[0021]圖9是類似圖2中所示的電池板柵的一部分的平面圖，其包括改進結(jié)構(gòu)，用于抑制 由于腐蝕產(chǎn)生的板柵總體增長?！揪唧w實施方式】[0022]圖2示出了根據(jù)示例性實施例的電池板柵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?本發(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。[0023]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。
[0024]一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。
[0025]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。
[0026]圖3-9示出了對圖1所示板柵的多種改進，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)字表示所進行的各種改進 在板柵100上對應(yīng)的位置(例如，圖3所示的改進由圖2中的圓圈中的數(shù)字3表示)。
[0027]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。
[0028]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的增長。根據(jù)各種示例性實施例，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。
[0029]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 在該點中斷。根據(jù)各種示例性實施例，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。
[0030]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。當(dāng)板柵增長導(dǎo) 致引入應(yīng)力時，應(yīng)力可集中在薄弱點以使框架在該點斷開。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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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1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1所示)。根據(jù)如圖9所示的示例性實施例，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)定點可設(shè)置任意數(shù)量的工程緩沖區(qū)。
[0035]應(yīng)注意的是，盡管上述對板柵的改進是獨立論述的，但在單一的板柵中可采用一種或多種這樣的改進。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的任意其他組合。
[0036]在采用例如這里所述板柵的電池運轉(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，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，這類點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。
[0037]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。例如，根據(jù)示例性實施例，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)示例性實施例，電池板柵包括一種或多種改進以吸收由板柵增長(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。
[0038] 需要著重指出的是，如不同實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施例的設(shè)計、操作條件和布置，可以進行其他的 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，其特征在于:包括一種新穎的電池板柵。
2.一種電池板柵，其特征在于:所述電池板柵包括一種新穎的技術(shù)特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電池或電池板柵，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電池或電池板柵，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電池或電池板柵，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池或電池板柵，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電池或電池板柵，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電池或電池板柵，其中，所述至少一個特征包括具有扭曲體的線。
9.一種電池或電池板柵,其特征在于:包括以上權(quán)利要求中的任一技術(shù)特征或其任一組合。
10.一種制造電池或電池板柵的方法，其特征在于:包括使用或操作以上權(quán)利要求中 的任一技術(shù)特征或其任一組合。
【文檔編號】H01M4/73GK103500837SQ201310254538
【公開日】2014年1月8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】高文洪, G·W·安德森, M·E·泰勒, K·A·亞當(dāng)斯, E·N·穆羅泰克, J·P·察格羅德尼克 申請人:約翰遜控制技術(shù)公司