專利名稱：用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池，該鉛酸蓄電池最優(yōu)化設(shè)計了結(jié)構(gòu)、以及正極板(或電極)和負(fù)極板(或電極)的用于化成充電(formationcharging)等的安培小時(“AH”)，由此提高了蓄電池壽命，并且減輕了蓄電池重量。
背景技術(shù)：
當(dāng)啟動汽車時，機(jī)動車電池依靠二次(或可充電的)電池，通過其放電，用作點(diǎn)火、照明等的電源。而且，當(dāng)驅(qū)動汽車時，由交流發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流對蓄電池進(jìn)行再充電。目前，鉛酸蓄電池是最廣泛應(yīng)用的機(jī)動車蓄電池。
鉛酸蓄電池中最重要的部件之一就是極板，即正極板和負(fù)極板，該極板是由重力澆注技術(shù)和擴(kuò)展柵板澆注(expanded grid casting)技術(shù)制造的。依據(jù)重力澆注技術(shù)，當(dāng)由鉛(Pb)、鈣(Ca)等制得的熔融合金憑借其重量注入到位于下部的澆注機(jī)模具中時，澆注機(jī)模具內(nèi)的冷卻水使高溫合金鉛冷卻下來，從而制得極板。依據(jù)擴(kuò)展柵板澆注技術(shù)，首先使熔融合金冷卻下來形成薄圈式(thin coil type)條板，再用切割機(jī)在條板表面以一定距離切剪成多個切口，然后在兩端用擴(kuò)展器拉伸，從而連續(xù)制得在其上形成菱形柵格的極板。
重力澆注法的優(yōu)點(diǎn)在于，極板的內(nèi)部柵格可以構(gòu)造成各種樣式并且可以形成邊框，從而獲得極好的耐用性。然而，它的缺點(diǎn)是，由于間歇澆注過程而使生產(chǎn)力降低。另一方面，擴(kuò)展柵板澆注法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使用薄圈式條板連續(xù)制造極板，由此增加了生產(chǎn)力。然而，它的缺點(diǎn)在于，極板的內(nèi)部柵格形狀局限于菱形并且不能形成邊框，由此使得極板容易因外部震動而變形。
在極板的制造過程中，極板一般進(jìn)行化成處理(formation process)。這個化成處理是指將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能以儲存電流的處理。在極板的化成過程中，正極板變成褐色多孔的二氧化鉛(PbO2)電極成為穩(wěn)定狀態(tài)，而負(fù)極板變成灰色的純海綿鉛(Pb)電極從而與空氣中的氧氣極快地反應(yīng)。
當(dāng)把二氧化鉛電極和海綿鉛電極浸入到由硫酸(H2SO4)制得的電解液中時，通過電化學(xué)反應(yīng)效能在兩個電極之間產(chǎn)生一定電壓。產(chǎn)生的電壓量依賴用于化成充電的AH，它是確定電池性能的重要因素。假定產(chǎn)生所需的2.041V電壓，需要的極板化成充電的理論AH是100％，鑒于電阻會使用于化成充電的AH損失，所以實(shí)際上將極板設(shè)計為具有大約250％至260％的用于化成充電的AH。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池，所設(shè)計的該鉛酸蓄電池經(jīng)過多次試驗(yàn)和樣品制造而優(yōu)化了上述性能決定因素，從而改善了電池的耐用性，并且減輕了電池的重量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池包括內(nèi)部由多個隔板分成多個分離電池的箱、在每個電池中相交錯的多個正極板和多個負(fù)極板。隔板以如下方式置于正極板與負(fù)極板之間用隔板將一種極性的各個極板與相鄰的相反極性的極板隔開，并且用電解液充滿每個電池的剩余空間。正極板包括形成于一側(cè)的上框，該上框具有向上突起的突耳；與上框平行安置的下框；與上框和下框的兩端相連的邊框，并由此形成方形框架，該框架的四角是弧形的以避免損壞隔板；和位于方形框架內(nèi)多個放射狀的內(nèi)部柵格，正極板的厚度為1.55mm至1.65mm。
此外，正極板可以優(yōu)選通過重力澆注法制造。
同樣優(yōu)選地，負(fù)極板可以包括形成于一側(cè)的上框，該上框具有向上突起的突耳；與上框平行安置的下框；和位于上框與下框之間多個菱形的內(nèi)部柵格，負(fù)極板的厚度為1.55mm至1.65mm。
負(fù)極板可以優(yōu)選通過擴(kuò)展柵板澆注法制造。
優(yōu)選地，正極板和負(fù)極板用于化成充電的AH為220％至240％。


本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)合附圖和以下對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明之后，將是顯而易見的，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池的正極板前視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池的負(fù)極板前視圖。
具體實(shí)施例方式
在此將根據(jù)附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式提供詳細(xì)參考。
圖1為根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池的正極板前視圖；而圖2為根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池的負(fù)極板前視圖。
本發(fā)明最重要的技術(shù)特征在于正極板的構(gòu)造，下面根據(jù)圖1對其進(jìn)行說明。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的正極板20包括形成在一側(cè)的上框21，該上框21具有向上突起的突耳；與上框21平行安置的下框23；與上框21和下框23的兩端相連而由此形成方形框架的邊框25。在上框21上，附有突耳29，它用作通過電化學(xué)反應(yīng)收集電子的通路。突耳29可以沿著上框的縱向方向位于上框21的中央，上框21中央附近(參見圖1)，或者位于上框的邊緣。在這其中，對于電子的收集來說，突耳最優(yōu)選位于上框的中央，但是為了便于蓄電池組裝，典型地位于上框21中央附近。
在正極板20上形成邊框25。如果省略這個邊框25，則減弱了對施加在正極板20上向上和向下沖擊的抵抗力，因此在駕駛汽車時，正極板20可能會因?yàn)楫a(chǎn)生的外部沖擊而變形，這促成蓄電池性能的衰退。根據(jù)如上所述的擴(kuò)展柵板澆注法，由于薄圈式條板連續(xù)推進(jìn)形成多孔板，所以不可能制造邊框。因此，需要重力澆注法為正極板20制造邊框。
此外，在正極板20的結(jié)構(gòu)中，由上框21、下框23和邊框25組成的方形框架有四個弧形的角。其目的在于當(dāng)正極板20和負(fù)極板40因外部沖擊而與隔板沖撞時，避免因極板尖角而使安置在極板20與40之間的隔板(未示于附圖)損壞。如果隔板破損，則存在正極板20與負(fù)極板40短路的危險。因此，通過使正極板20的四個角圓滑，可以避免短路。
此外，根據(jù)本發(fā)明的正極板20構(gòu)造成具有放射狀的內(nèi)部柵格結(jié)構(gòu)。正極板20的內(nèi)部柵格結(jié)構(gòu)可以具有如圖1所示的放射形狀、圖2所示的菱形、或者矩形(未示于附圖)。在這其中，正極板20的內(nèi)部柵格優(yōu)選具有放射形狀，從而獲得增加的電子收集效率、降低的電阻和優(yōu)異的電性能。除此之外，內(nèi)部柵格的放射形狀提高了充電承受性并且延長了蓄電池的壽命。如上所述的擴(kuò)展柵板澆注法僅僅能提供菱形的內(nèi)部柵格結(jié)構(gòu)。因此，為了使正極板20的內(nèi)部柵格結(jié)構(gòu)為放射形狀，本發(fā)明的這個實(shí)施方式采用重力澆注法。
如上所述，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選為正極板20形成邊框25，并且用重力澆注法為正極板制造放射形狀的內(nèi)部柵格。這就意味著本發(fā)明采用兩種極板制造方法的重力澆注模具，該重力澆注模具目前已商品化。還可以通過其他方法制造邊框25和放射狀內(nèi)部柵格。而且，根據(jù)重力澆注法，改善了耐熱性和耐腐蝕性，由此進(jìn)一步使蓄電池壽命延長。
根據(jù)本發(fā)明，正極板20中最特殊的特征在于它的厚度。本發(fā)明的一個目的是要減輕蓄電池的重量。通過減少極板的厚度來實(shí)現(xiàn)這個目的。按照慣例，正極板的厚度典型為1.7mm。在本發(fā)明的這個實(shí)施方式中，正極板20的最優(yōu)化厚度顯示出至少與傳統(tǒng)極板相同的性能，其中正極板20的最優(yōu)化厚度處于1.55mm到1.65mm之間的范圍。
當(dāng)正極板20的厚度小于1.55mm時，其用于化成充電的AH非常低，即粘附在正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛(PbO2)的量非常少，從而不能產(chǎn)生所需要的電壓(2.041V)，因此使蓄電池的性能衰退。另一方面，當(dāng)正極板20的厚度大于1.65mm時，通過化成處理，在正極板20上粘附的活性物質(zhì)遠(yuǎn)多于產(chǎn)生所需電壓需要的量，這樣是不經(jīng)濟(jì)的。因此，當(dāng)正極板20的厚度在1.55mm至1.65mm時，能夠最優(yōu)化地利用所需的活性物質(zhì)以產(chǎn)生所需要的電壓，由此確保最大的蓄電池效率。
圖2中，根據(jù)本發(fā)明的負(fù)極板40包括上框41、下框43、和多個內(nèi)部柵格45。具有向上突起的突耳47的上框41形成于一側(cè)。下框43與上框41平行安置，而多個柵格45位于上框41與下框43之間。每個柵格45均為菱形。
負(fù)極板40可以這樣構(gòu)成為負(fù)極板40提供邊框，并且象正極板20一樣形成放射形狀的內(nèi)部柵格45。然而，為了這個目的，應(yīng)當(dāng)通過重力澆注法制造負(fù)極板40。然而，在所有極板都由重力澆注法制造的情況下，由于重力澆注法涉及間歇處理的局限性，導(dǎo)致它們的生產(chǎn)力降低。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式僅在制造負(fù)極板40時使用擴(kuò)展柵板澆注法，以補(bǔ)償由于制造正極板20而減低的生產(chǎn)力。換而言之，鑒于蓄電池壽命、極板的電性能和生產(chǎn)力，本發(fā)明的實(shí)施方式分別采用重力澆注法制造正極板20，采用擴(kuò)展柵板澆注法制造負(fù)極板40。
負(fù)極板40的厚度優(yōu)選與正極板20的厚度相類似，處于1.55mm至1.65mm之間。其原因在于極板的厚度與制造方法無關(guān)，即使在使用活性物質(zhì)海棉鉛來制造負(fù)極板40的情況下，上述厚度范圍用于產(chǎn)生所需電壓是最有效的。負(fù)極板40這種厚度范圍的關(guān)鍵性意義與正極板20的一樣。
最后，根據(jù)本發(fā)明，能夠減少用于正極板20和負(fù)極板40化成充電的AH，使得制造成本也被降低。極板的化成處理是要使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并由此儲存電流。
由于在極板化成過程中發(fā)生這個能量轉(zhuǎn)化，正極板20變成褐色多孔二氧化鉛(PbO2)電極以成為穩(wěn)定狀態(tài)，并且負(fù)極板40變成灰色純海綿鉛(Pb)電極。
正如可以從上述背景技術(shù)中看到的，假定用于極板化成充電以產(chǎn)生所需2.041V電壓所必需的理論AH為100％，鑒于電流損失等，實(shí)際上將極板設(shè)計成具有大約250％至260％的用于化成充電的AH。
然而，根據(jù)本發(fā)明，通過最優(yōu)化設(shè)計正極板20和負(fù)極板40的內(nèi)部柵格形狀和厚度，能夠最有效地利用正極板20和負(fù)極板40。因此，如果用于正極板20和負(fù)極板40化成充電的AH在220％到240％的范圍之內(nèi)，也能夠產(chǎn)生所需要的電壓。即，正極板20和負(fù)極板40厚度的減少，能夠使同一電池空間中額外安置一個或多個極板。由此，增加了同一個電池空間中極板的密度，即使以較低的AH用于化成充電，這也能夠產(chǎn)生所需電壓。雖然極板的密度增加了，但是如果用于化成充電的AH少于220％，極板活性物質(zhì)的分量會缺乏，從而沒有產(chǎn)生所需的電壓。另一方面，如果用于化成充電的AH多于240％，在極板上粘附了過量的活性物質(zhì)，這在制造成本方面是不經(jīng)濟(jì)的。
下面更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
實(shí)施例和比較例本發(fā)明是要通過如上所述最優(yōu)化地設(shè)計蓄電池的構(gòu)造，在顯示出至少與傳統(tǒng)蓄電池相同性能的同時，減少蓄電池的制造成本、重量等，并且提高蓄電池壽命。為了證明這個事實(shí)，進(jìn)行下面的性能測試。
在該實(shí)施方式中，使用由Global Battery Co.，Ltd制造的名為“GLBAL 4500R”型鉛酸蓄電池，并且將其安裝在由HYUNDAIMOTOR COMPANY(現(xiàn)代汽車公司)制造的一種轎車EQUUS中進(jìn)行性能測試。這個鉛酸蓄電池使用均由擴(kuò)展柵板澆注法制造的正極板和負(fù)極板。正極板和負(fù)極板沒有邊框，且具有菱形內(nèi)部柵格結(jié)構(gòu)，并且基本上具有250％的用于化成充電的AH。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的鉛酸蓄電池，使用由重力澆注法制造的，且具有邊框和放射狀內(nèi)部柵格的正極板。該鉛酸蓄電池使用的負(fù)極板是由傳統(tǒng)的擴(kuò)展柵板澆注法制造的。在這種情況下，制得的正極板和負(fù)極板厚度為1.60mm，并且與傳統(tǒng)的極板相比減少用于化成充電的AH為230％。兩種如上所述的鉛酸蓄電池使用的性能測試，是為了測量電壓(V)、冷起動電流(CCA)、備用容量(RC)、5小時功率(5HR)容量、充電承受性、耐用性、重量等，所有這些都是蓄電池的性能需求。測量結(jié)果示于下表。
表

正如表中所看到的，與傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中，重量減少了0.9kg，并且通過為正極板提供邊框提高了蓄電池壽命，同時顯示出與傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)相同的性能。用于注釋，CCA是指在18℃的起動電流，其意味著在冬季平穩(wěn)起動汽車發(fā)動機(jī)所需要的電流。RC代表在25℃鉛酸蓄電池可以傳遞25安培并且連續(xù)放電直到終端電壓達(dá)到10.5V所經(jīng)過的時間(分鐘表示)。5HR容量代表蓄電池可以連續(xù)放電直到終端電壓達(dá)到10.5V所經(jīng)過時間(5小時)的容量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池，進(jìn)一步改善了蓄電池的耐用性，并且減少了其重量，同時保持與傳統(tǒng)蓄電池相同的性能，由此有助于改善燃料消耗速度。此外，減少了蓄電池用于化成充電的AH，由此導(dǎo)致制造成本的減少。
盡管通過具體例證性的實(shí)施方式已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限制于該實(shí)施方式，而是由附加的權(quán)利要求所限定。在不脫離本發(fā)明的范圍和精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對該實(shí)施方式進(jìn)行改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動車的鉛酸蓄電池，所述鉛酸蓄電池包括內(nèi)部由多個隔板分成多個分離電池的箱，在每個電池中相交錯的多個正極板和多個負(fù)極板，用于將一種極性的各個極板與相鄰的相反極性的極板隔開而置于正極板與負(fù)極板之間的隔板，和充滿每個電池剩余空間的電解液，其中所述正極板包括形成于一側(cè)的上框，該上框具有向上突起的突耳；與上框平行安置的下框；與上框和下框的兩端相連的邊框，并由此形成方形框架，該框架的四角是弧形的以避免損壞隔板；和位于方形框架內(nèi)多個放射狀的內(nèi)部柵格，所述正極板的厚度為1.55mm至1.65mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池，其中所述正極板通過重力澆注法制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池，其中所述負(fù)極板包括形成于一側(cè)的上框，該上框具有向上突起的突耳；與上框平行安置的下框；和位于上框與下框之間多個菱形的內(nèi)部柵格，所述負(fù)極板的厚度為1.55mm至1.65mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉛酸蓄電池，其中所述負(fù)極板由擴(kuò)展柵板澆注法制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池，其中所述正極板和負(fù)極板用于化成充電的AH為220％至240％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種機(jī)動車鉛酸蓄電池，它包括內(nèi)部由多個隔板分成多個分離電池的箱、在每個電池中相交錯的多個正極板和多個負(fù)極板。在正極板與負(fù)極板之間放置隔板以隔開它們。用電解液充滿每個電池的剩余空間。正極板包括形成在一側(cè)的，具有向上突起的突耳的上框，與上框平行安置的下框，與上框和下框的兩端相連的邊框，由此形成具有四個弧形角的方形框架，以避免損壞隔板。多個內(nèi)部柵格設(shè)置于方形框架內(nèi)部，并且具有放射狀。
文檔編號H01M4/16GK1783565SQ20051007522
公開日2006年6月7日 申請日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者張淳起 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社