專利名稱：閥控式鉛酸蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供一種閥控式鉛酸蓄電池，屬于蓄電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鉛酸蓄電池存在三大不足一、現(xiàn)行電池的安裝使用是按正負(fù)極板和隔板的高度或?qū)挾却怪狈较?，這種安裝 使用電池存在的主要缺點其一電解液容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，所謂電解液分層，是指電池的上 瑞電解液密度(g/cm3)低，電池下端密度高。在此應(yīng)首先了解一下什么是電解液？電解液 是由35% -42%的化學(xué)純硫酸，密度在1.80g/cm3左右和65%和58%的去離子水、密度在 l.Og/cm3左右。按一定的工藝程序配制而成稀硫酸即電池用之電解液，它的作用是參于電 池的充電放電的電化學(xué)反應(yīng)。電池沒有電解液就無從談?wù)摮潆姺烹姟ｋ娊庖旱姆謱蝇F(xiàn)象是指電池的上端電解液密度(g/cm3)低，下端密度高，從電池的 上端到下端在不同的高度都有一定程度的電解液分層現(xiàn)象；從上端到下端分層現(xiàn)象程度最 大。電解液的分層現(xiàn)象隨著極板的高度的增加而增加，隨著電池使用和放置的時間的延長 而增長。所以幾十年的設(shè)計生產(chǎn)和使用證明，在設(shè)計閥控式電池用正負(fù)極板的高度不可以 超過300mm，否則會因為電解液分層現(xiàn)象而嚴(yán)重的影響著電池容量和壽命。而且也限制了更 大容量電池的開發(fā)。電解液分層現(xiàn)象形成的原因是隔板(是由Φ μπι與Φ5μπι的玻璃纖 維棉構(gòu)成)的孔率高，在壓力IOOkpa時孔率在90%左右，孔徑比極板的孔徑大的多，正負(fù)極 板的孔率在充電狀態(tài)在50%到60%，在放電狀態(tài)還要低，孔徑也小，加之正負(fù)極板中的導(dǎo) 電網(wǎng)絡(luò)的板柵(鉛合金)是沒有孔率，占極板表面積的20%-30%，隔板的作用是隔離正負(fù) 極板防止兩者之間短路和儲存著正負(fù)極板所需求的電解液。在正負(fù)極板與隔板的高度或?qū)?度垂直方向安裝使用時，由于電解中的硫酸密度(g/cm3)比去離子水的密度(g/cm3)大近1 倍，由于重力的作用，硫酸沿著隔板的高度方向，由上向下沉降，而形成了電解液分層現(xiàn)象， 它隨著極板和隔板的高度的增加而增加，隨著電池的放置時間的延長而增加，電解液分層 現(xiàn)象的危害是增加了電池的自放電，不管使用與否它都在產(chǎn)生著自放電，即電池消耗電能 (wh)，因電池的端電壓，就是電解液的密度(g/cm3)+0. 85的系數(shù)，從公式中可以看出電解液 的密度的高低決定著電池端電壓的高低。電解液分層現(xiàn)象，就是電池的上端電解液密度低， 電池的下端電解液密度高，而且在電池的不同高度都有不同程度分層現(xiàn)象，也有不同程度 的電壓差，有電壓差就有電流流動，有電流流動就有電能損失。這種電能的損失隨著電壓差 的增大，電流也就越大，時間越長，損失也就越大(電能的損失=電壓差(Vpf) X電流X時 間)。二、現(xiàn)行2V_300Ah以上的循環(huán)使用的動力電池，不論是VRLA電池還是開口式，電 池的正負(fù)極引線端子都在電池上端，也就是電池充電放電時電流都是從電池上端流入和流 出，它的主要缺點有，其一，電流在電池內(nèi)部上中下的部位分布不均勻，特別短時間率充電 和放電更加明顯，電池上端的電流比下端的電流大1倍到3倍，試驗證明在放電時不管是長 時間率(8h以上)還是短時間率(5小時以下)一股充電和放電都在進(jìn)行到一半時間時，電流才基本趨向平均一致，這樣會造成充電時電池的上端充電比下端快或過充電現(xiàn)象，下端 則充電慢或充電不足，而且上端的電流密度(mA/cm2)比下端大3倍左右。(從開始到充放 電一半的時間內(nèi))同理放電時上端放電比下端快，又容易形成上端過放電，因為電池充電 與放電，互為因果關(guān)系。充電不足放電時，很難達(dá)到應(yīng)有的容量，過放電后又造成充電困難， 很難達(dá)到完全充電狀態(tài)。如果不能嚴(yán)格按生產(chǎn)廠家的電池使用維護(hù)保養(yǎng)說明書去作。很 容易造成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響到電池的容量與壽命。其二、電池的內(nèi)電阻大，引發(fā)了電池充 電和放電時電壓降大(以下用V )電能損失(電能損失=電壓VpfX電流IX時間)，根 據(jù)歐姆定律，Vpf= RXI (式中R-是電池的內(nèi)電阻，組成電池內(nèi)電阻，正負(fù)極板柵占60%左 右，其他如正負(fù)極活物質(zhì)，電解液、隔板約占40%左右，I-是電池充放電時流過的電流，兩 者的乘積=Vpf。電能Wh的損失=Vpf XI Xh，式中h是時間，也就是說電能的損失決定于 Vpf越大，I越大，h越長，電能的損失也越大。由此可看出關(guān)鍵是VB，沒有Vpr就沒有電能損 失。^^的大小，可看出電池內(nèi)電阻的大小，三者又互為因果關(guān)系，所以電池的內(nèi)電阻大小關(guān) 系到電池的各項性能優(yōu)劣，特別是關(guān)系到電池的容量多少和壽命的長短。其三，根據(jù)歐定律 電池一端有端子時，電池電阻大的原因有三①與電池的正負(fù)極板柵的長度成正比例關(guān)系， 隨著正負(fù)極板柵的長度延長而增加，反之則減少。②與正負(fù)極板柵的導(dǎo)電截面積大小成反 比例關(guān)系。即導(dǎo)電截面積越大，內(nèi)電阻則越小。由此可以看出正負(fù)極板柵的截面積的設(shè)計， 應(yīng)根據(jù)電流的分布設(shè)計導(dǎo)電鉛芯的截面積，電流密度(mA/cm2)大的部位，導(dǎo)電截面積應(yīng)增 加，反之則小。③與負(fù)板柵導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的材料的電阻系數(shù)有關(guān)，如銅的電阻系數(shù)0.0175 Ω，鉛 是0. 2 Ω，鉛的電阻系數(shù)比銅大11. 4倍，或者說銅的導(dǎo)電能力比鉛大11. 4倍。三、現(xiàn)行的電池不管是VRLA電池還是開口式電池，負(fù)極板柵材料，絕大部分是鉛 合金澆鑄成型，它的主要缺點是電阻(R)大，引發(fā)的電壓降(Vpf)大，電能(Wh)損失大，降 低了電的容量，而且還造成了電池充電平均電壓高，放電的平均電壓低，影響著電池容量與 壽命，要增加負(fù)極板柵鉛芯的導(dǎo)電截面積達(dá)到降低電阻時，在有限的電池槽體積內(nèi)又影響 到活物質(zhì)與電解液的數(shù)量。銅板柵電阻低，導(dǎo)電性好，電池充電時平均電壓低，放電時平均 電高，電池的性好。但存在著兩個缺點，其一制造成本高，主要是銅電鍍鉛時，效率很低不易 機(jī)械化生產(chǎn)，而且產(chǎn)生含酸堿廢水處理成本高；其二，不可以過放電，因為銅電鍍鉛或電鍍 鉛錫合金的電池在充電時，處在還原將狀。銅不被腐蝕，放電過程銅處在氧化狀態(tài)，特別是 經(jīng)常過放電時，銅被腐蝕后的銅離子，在電解中與正負(fù)極中的活物產(chǎn)生自放電，這種自放電 與電解液中銅離子含量多少成正比例關(guān)系。

實用新型內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型的目的在于提供一種容量大、壽命長，能 夠降低電池內(nèi)阻和電解液分層影響的閥控式鉛酸蓄電池。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是閥控式鉛酸蓄電池，包括電池 槽，電池槽內(nèi)設(shè)置正極板、負(fù)極板、隔板和電解液，在電池槽兩端的電池端蓋上設(shè)置安全閥， 其特征在于隔板、正極板和負(fù)極板水平放置在電池槽內(nèi)，在電池的兩端設(shè)置正極板連接正 極端子，負(fù)極板連接負(fù)極端子。鉛酸蓄電池在安裝使用時，是按正負(fù)極和隔板在電池槽內(nèi)水平方向安裝使用。其中優(yōu)選方案是
4[0011]所述的負(fù)極板的高度不大于150mm時可采用包括銅條和板柵，板柵的中心線上設(shè) 置銅條，銅條兩端與板柵兩端焊接固定，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，板柵一端設(shè)置板耳和端子。在蓄電 池的導(dǎo)電體負(fù)極板柵中設(shè)有鍍鉛或鍍有鉛錫合金的銅條以增加導(dǎo)電性能，降低蓄電池的內(nèi) 電阻以提高電池的容量與壽命。所述的正極板兩端分別設(shè)置正極端子，所述的負(fù)極板兩端分別設(shè)置負(fù)極端子。電 池的正負(fù)極板在充電或放電時的引出聯(lián)接線的端子可以有兩種情況第一種結(jié)構(gòu)是設(shè)在電 池的兩端，一端是正極引出端子，另一端是負(fù)極引出端子；第二種結(jié)構(gòu)是兩端都有正負(fù)極端 子，以便于連接降低電池內(nèi)電阻一半和增加可靠性。所述的正極板和負(fù)極板在電池槽內(nèi)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和電池容量的要求，確定電池 槽，電池端蓋上安全閥，正極板、負(fù)極板、隔板和電解液等尺寸和組合數(shù)量。本實用新型閥控式鉛酸蓄電池所具有的有益效果是通過在電池槽內(nèi)布置水平放 置的正極板、負(fù)極板和隔板，正負(fù)極之間注入電解液，并且在負(fù)極板設(shè)置導(dǎo)電銅條，在正負(fù) 極板設(shè)置正負(fù)極端子，使得鉛酸蓄電池大大的降低了電池內(nèi)電阻和電解液沉降帶來分層現(xiàn) 象的影響，同時，利用銅條和增加接線端降低蓄電池的內(nèi)電阻，提高了蓄電池的容量和使用 壽命ο

圖1為本實用新型的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的實施例1的負(fù)極板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、氣室 2、負(fù)極端子 3、安全閥 4、正極板 5、電解液 6、負(fù)極板7、安 全閥8、正極端子9、電池槽10、板耳11、銅條12、板柵。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例做進(jìn)一步描述實施例1 如圖1-2所示，電池槽9的電池端蓋上設(shè)置安全閥3、7，電池槽9內(nèi)設(shè)置正極板4、 負(fù)極板6、隔板和電解液5，隔板、正極板4和負(fù)極板6水平放置在電池槽內(nèi)，正極板4和負(fù) 極板6在電池槽9內(nèi)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和電池容量的要求，確定電池槽，電池端蓋上安全閥，正 極板、負(fù)極板、隔板和電解液等尺寸和組合數(shù)量。正極板4設(shè)置連接正極端子8，負(fù)極板6設(shè) 置連接負(fù)極端子2。電池槽9兩端形成氣室1。負(fù)極板6包括銅條11和板柵12，板柵12的中心線上設(shè)置銅條11，銅條11兩端與 板柵12兩端焊接固定，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，板柵12 —端設(shè)置板耳10。每個正極板4設(shè)置一個正極端子8，每個負(fù)極板6設(shè)置一個負(fù)極端子2，正極端子 8和負(fù)極端子2分別設(shè)置在電池槽9兩端。本實用新型中正負(fù)極板和隔板以及電解液5在電池槽9內(nèi)的安裝和設(shè)置均為普通 現(xiàn)有技術(shù)，安全閥3、7的使用和設(shè)置也為本行業(yè)技術(shù)人員所掌握。工作原理和使用過程正負(fù)極板和隔板，按水平方向設(shè)計，可將電解液5分層現(xiàn)象降低到最低限度或基本消除。由于正負(fù)極板、隔板都水平方向放置，將電解液5的垂直高度由60mm到不大于 300mm,降低到了 Imm到3mm，即隔板的厚度。又因正負(fù)極板的孔率正極50 %左右，負(fù)極60 % 左右(隔板孔率90%左右)?？讖揭脖雀舭宓目讖叫〉亩?，極板中還有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的鉛合金 板柵，它沒有孔率，占極板表面積的20% -30%左右，對阻止硫酸由上而下的沉降起到了阻 擋作用。電解液的分層現(xiàn)象的產(chǎn)生與隔板的垂直高度成正比例關(guān)系，與隔板中的孔率成正 比例關(guān)系。不論電池是垂直方向還是水平方向，隔板的厚度都在Imm到3mm，所以電池水平 方向時，電解液的沉降高度最大是在Imm到3mm，也就是隔板的厚度，而蓄電池垂直方向時 電解液的沉隔高度在60mm最大可以超過300mm。因此，把電解液的分層現(xiàn)象降到最低限度， 或者說基本消除了這一危害蓄電池性能的電解液分層現(xiàn)象。用鉛合金澆鑄成型負(fù)極板柵12，在負(fù)極板柵12的中心位置垂直方向，插入熱鍍鉛 錫合金銅條11，用焊錫，將兩端焊接與板柵12形成并聯(lián)，構(gòu)成了鉛，銅結(jié)合的復(fù)合式鉛銅板 柵，插入熱鍍鉛錫合金的銅條的長度與負(fù)極板柵長度相同，導(dǎo)電截面積可用計算電阻公式 計算得出如公式R= P*L/S，式中R-導(dǎo)體的電阻單位Ω，P-導(dǎo)體的電阻系數(shù)(在20°C 時截面積1mm2，長度一米的電阻)銅的P是0.0175 Ω，鉛的ρ是0. 2 Ω，S-導(dǎo)體的截面積 單位毫米平方，從公式中可以看出鉛的P比銅的P大了 11. 428倍(0.2Ω+0.0175Ω = 11. 428)，也就是說在負(fù)極板柵中插入Imm2的熱鍍鉛錫合金的銅條就等于增加了 11. 428mm2 的鉛合金的導(dǎo)電截面積，或者說在負(fù)極板柵中插入銅條對降低負(fù)極板柵的電阻，電池的 Vpf,電能損失都可有較大的改善，如果按負(fù)極板柵長度計算時，鉛芯的導(dǎo)電截面積是 11. 428mm2，再插入Imm2的熱鍍鉛錫合金銅條等于兩者并聯(lián)，可使負(fù)極板柵電阻降低1倍，也 相當(dāng)于電池從兩端引出端子的作用，當(dāng)然還存在著負(fù)極板柵導(dǎo)電體網(wǎng)絡(luò)的電流分布的合理 性。蓄電池在水平方向安裝使用時，電池槽9 一端是正極端子，另一端是負(fù)極端子，這 時電池充電放電時電流從一端進(jìn)另一端出。這樣可以消除原有蓄電池垂直安裝時，一端有 引出正負(fù)極端子時，充電放電的電流都向同一方向，一端匯集，造成的電流不均勻和內(nèi)電阻 大的問題，根據(jù)電流定律“在一個串聯(lián)直流循環(huán)電路中，每一個點上的電流相等”電池水平 方向從兩端引出端子就是一個直流串聯(lián)的循環(huán)電路。實施例2 如圖3所示，每個正極板4的兩端都設(shè)置正極端子8，每個負(fù)極板6的兩端都設(shè)置 負(fù)極端子2。蓄電池水平方向，電池槽9的兩端都有引出正負(fù)極端子，這種結(jié)構(gòu)電池的內(nèi)電阻 可以減少一半。如，電池極板長度500mm時，蓄電池兩端都有正負(fù)極端子引出時，等于極板 的長度減少了一半(等于250mm)結(jié)果是電壓VΒ和電能損失都可以減少一半，這是完全復(fù) 合歐姆定律原理的，這樣可以提高電池的容量與壽命，還可以設(shè)計出更大容量電池。
權(quán)利要求閥控式鉛酸蓄電池，包括電池槽，電池槽內(nèi)設(shè)置正極板、負(fù)極板、隔板和電解液，在電池槽兩端的電池端蓋上設(shè)置安全閥，其特征在于隔板、正極板和負(fù)極板水平放置在電池槽內(nèi)，在電池的兩端設(shè)置正極板連接正極端子，負(fù)極板連接負(fù)極端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥控式鉛酸蓄電池，其特征在于所述的負(fù)極板包括銅條和 板柵，板柵的中心線上設(shè)置銅條，銅條兩端與板柵兩端焊接固定，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，板柵一端 設(shè)置板耳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥控式鉛酸蓄電池，其特征在于所述的正極板兩端分別設(shè) 置正極端子，所述的負(fù)極板兩端分別設(shè)置負(fù)極端子。
專利摘要一種閥控式鉛酸蓄電池，屬于蓄電池領(lǐng)域。包括電池槽，電池槽內(nèi)設(shè)置正極板、負(fù)極板、隔板和電解液，在電池槽兩端的電池端蓋上設(shè)置安全閥，其特征在于隔板、正極板和負(fù)極板水平放置在電池槽內(nèi)，在電池的兩端設(shè)置正極板連接正極端子，負(fù)極板連接負(fù)極端子。通過在電池槽內(nèi)布置水平放置的正極板、負(fù)極板和隔板，正負(fù)極之間設(shè)置隔板含有總體積95％左右電解液，并且在負(fù)極板設(shè)置導(dǎo)電鍍鉛合金銅條，在正負(fù)極板兩端設(shè)置正負(fù)極端子，使得鉛酸蓄電池大大的降低了電池內(nèi)阻和電解液沉降帶來的分層現(xiàn)象影響，提高了蓄電池的容量和使用壽命。
文檔編號H01M2/28GK201681995SQ20102019983
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者趙亮, 趙樹隆, 趙楷 申請人:淄博市淄川區(qū)華淄蓄電池廠