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高比能量電動車輛用固體蓄電池的制作方法

文檔序號:6839253閱讀:281來源:國知局
專利名稱:高比能量電動車輛用固體蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高比能量電動車輛用固體蓄電池,屬于動力型蓄電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)
目前用于電動車輛的蓄電池有燃料電池??墒巧a(chǎn)燃料電池的主要材料鉑(Pt)、鈀(PZ),全球年產(chǎn)量30噸,儲量少,價(jià)昂貴,制造技術(shù)復(fù)雜,技術(shù)不成熟,使用安全性差。其它類型蓄電池,如鈉、硫、氫鎳、鎳鎘、鋰等蓄電池以及我國生產(chǎn)的鋁鈦合金的板柵蓄電池,造價(jià)都高于普通鉛蓄電池5倍以上,比能量也達(dá)到50wh/kg,循環(huán)壽命為500次。美國先進(jìn)電池聯(lián)體體USABC制定的鉛蓄電池的遠(yuǎn)期目標(biāo)中比能量為200wh/kg;國際先進(jìn)蓄電池開發(fā)聯(lián)合體ALABC制定的電動車用蓄電池再充龜時間目標(biāo)是充電100%為30min。鉛蓄電池的高比能量為200wh/kg,循環(huán)壽命次數(shù)為1萬次,但上述是奢望尚未能實(shí)現(xiàn)。
鉛蓄電池用硫酸電解液吸附于二氧化硅(SnO2.nH2O)的技術(shù),日本專利公開特許5-151988巖田翰興專利已載有我國科研單位的報(bào)導(dǎo)其性能均優(yōu)于鉛酸蓄電解液及陰極吸附式密封鉛電池。但真正投放實(shí)際應(yīng)用并能滿足使用需要的動力電池仍在研制中。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的是,研制出高比能量電動車輛用固體蓄電池,具有環(huán)保節(jié)能、壽命長、造價(jià)低的特點(diǎn),為高比能量、經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)方案,所述高比能量電動車輛用固體蓄電池包括外殼、上蓋、帶有極耳的正極板柵和負(fù)極板柵、匯流排、端極柱和偏極柱、電液液,其技術(shù)特征是1、正極板柵為0.2-0.3mm厚銅材上鍍4-6μm銀層后,再在銀層上鍍5-15μm厚鉛層之結(jié)構(gòu);負(fù)極板柵為0.2-0.3mm厚銅材上鍍5-10μm錫層后,再在錫層上鍍5-15μm厚鉛層之結(jié)構(gòu);正極板柵與負(fù)極板柵厚度之比為1.0-1.30∶1,且正極板柵比負(fù)極板柵多裝一片;所述正、負(fù)極板柵之間用厚度為0.1-0.2mm、筋厚0.8-1.2mm、孔隙率80-95%的穿孔塑料隔板隔離;匯流排的正、負(fù)極板的極耳分別用直徑為0.4-6mm鍍錫銅棒并聯(lián)連接;偏極柱由厚度0.5-5mm銅板鍍錫后再包鉛合金構(gòu)成,且銅材體積占整個偏極柱體積的55%-65%;端極柱由銅棒表面鍍錫后再包鉛合金組成,且銅材體積占整個端極柱體積的55%-65%;2、電解液中添加劑的組成(以電解質(zhì)重量計(jì))是磷酸1-2%、硫酸硼0.05-0.1%、硫酸錫0.02-0.05%、硫酸鈉0.01-0.05、硫酸鉀0.002-0.005%;
3、所述正極板柵所涂銅膏的重量份配方是粒徑1-2μm鉛粉100份,離子水12-15L,濃度為38-40%硫酸6-8L,二氧化錫1-2%,粒徑為125-250μm石墨4-8份,硫酸鈣1-2份,木納0.1-0.15份,白炭黑0.3-0.5份,直徑0.5-1.0μm、長度1-2mm碳纖維0.5-1.0份,多苯多3-4份,聚四氟乙烯乳液1-2份,黑磷0.02-0.05份;按常規(guī)方法制成鉛膏的視密度為38-40±1;所述負(fù)極板柵所涂鉛膏重量份配方是粒徑1-2μm鉛粉100份,濃度48-50%硫酸4-6L,離子水11-13L,二氧化錫0.1-0.2份,240-260目硫酸鋇0.001-0.003份,70-80目腐殖酸0.3-0.5份,70-80目a-羥基-β苯酸1-2份,三氧化鉍0.5-1份,聚四氟乙烯乳液1-2份,硅溶膠0.5-1份,直徑1-2μm、長1-2mm碳纖維0.5-1.5份,按常規(guī)方法制成鉛膏視密度為38-40±1。
4、在正、負(fù)極板柵表面噴涂檸檬酸三鈉(NaC6H5O7)層,噴涂厚度0.05-0.1μm.
本發(fā)明是在現(xiàn)有技術(shù)蓄電池結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上(原結(jié)構(gòu)基本不變),經(jīng)改進(jìn)正、負(fù)極板柵用材、電解液添加劑和正、負(fù)極板柵所涂鉛膏配方等而實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的研制原理是,將導(dǎo)電率高、過電流大、耐溫散熱性能好,密度小的銅用于本發(fā)明的正、負(fù)極板板柵,蓄電池匯流排、偏極柱、端極柱使用銅材),正極板柵鍍銀(Ag)、鍍鉛(Pb);負(fù)極板柵鍍錫(Sn)、鍍鉛(Pb),匯流排、偏極柱,鍍錫、鑄鉛,可大量降低蓄電池內(nèi)阻和零部件重量,倍增活性物質(zhì)。本發(fā)明采用專門研制的鉛膏,可增加活物質(zhì)的孔隙、提高利用率,可提高容量,增強(qiáng)鉛膏的附著力,減緩鉛膏的松馳,早期脫落,達(dá)到延長蓄電池的壽命的目的。本發(fā)明研制出吸附于二氧化硅的硫酸電解液中的添加劑,使離子遷移速度得到加快、導(dǎo)電率提高到84-86%,并延長電池壽命、提高電池容量。
根據(jù)蓄電池充放電的機(jī)理,蓄電池正極板在充放電時均處于腐蝕區(qū)域。雖然理論上銅不溶解于稀硫酸,但由于極板上不同點(diǎn)的極化狀態(tài)不一致,電極板下角或周邊毛刺部位尖端極化效應(yīng),銅是易溶解于稀硫酸的。進(jìn)入電解液中的Cu+2對蓄電池是有害的。所以高比能量電動車輛用固體蓄電池的正、負(fù)極板的板柵,采用厚度0.1mm以上的銅板,利用制備銅板柵的長方型柵格的余邊沖壓成型,目的是支撐倍增的活物質(zhì)的量及加強(qiáng)活物質(zhì)的附著力。
本發(fā)明制備的高比能量電動車輛用固體蓄電池的特點(diǎn)具有1、比能量≥80wh/kg(C/3放電);2、比功率250w/kg(80%DOD);3、循環(huán)次數(shù)1000次;4、額定電壓2-48V;5、快速充電100%時間≥2n;6、自放電極微,充足電存放2年功率損失20%;7、高的比功率≥5s;8、舊的蓄電池回收率≥98%;9、適用環(huán)境溫度-40℃至80℃;10、蓄電池免維護(hù);11、生產(chǎn)成本低,價(jià)格400-500元人民幣/kwh;12、無腐蝕,帶荷出廠。
本發(fā)明的高比能量電動車輛用固體蓄電池應(yīng)用于電動車輛及耐深循環(huán)電源領(lǐng)域,屬環(huán)保節(jié)能型,壽命長、價(jià)格低、經(jīng)濟(jì)型的蓄電池。
由以上可知,本發(fā)明為高比能量電動車輛用固體蓄電池,具有比能量高、比功率大、循環(huán)次數(shù)多、自放電微小、充足電存放功率損失小、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種實(shí)施例產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及制造工藝說明如下。
a、正、負(fù)極板銅板柵、匯流排、偏極柱、端極柱的制備1、電池極正、負(fù)柵厚度之比為1.10-1.3∶1.0,極柵高度與寬度之比為0.7∶1.0;板柵的豎筋與橫筋的寬度之比為1.0∶0.8,豎筋數(shù)目與橫筋數(shù)目之比為1.0∶0.7;板柵的厚度0.1mm,板柵柵格沖壓成長方形,借沖柵格的余邊壓成數(shù)量相應(yīng)的長方形且周邊向上成II形,周邊II高為板柵的厚度。正負(fù)極板的板耳置于極板偏中心距的五分之二處,極耳寬10-30mm,高10-30mm,在極耳高8-20mm位置處,向?qū)挼乃椒较驔_直徑1mm的孔1個以上。然后正負(fù)極板柵按電鍍工藝電鍍。正極銅板柵鍍銀(Ag),厚度0.5um,再鍍鉛厚度10μm。負(fù)板柵鍍錫(Sn)厚0.6um,再鍍鉛(Pb),厚10μm。板柵周邊噴塑料,噴塑料寬1-3mm,厚0.5μm。
b、匯流排部件的制備匯流排作用是蓄電池在放電過程時,將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能。多片極板的電能,經(jīng)匯流排匯集,向用電器供電。充電時,是將外接電能經(jīng)匯流排,傳輸給電池極板,將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。匯流排的長、寬、厚度由蓄電池功率的大小,極板片數(shù)多少來決定,經(jīng)匯流排并聯(lián)一體。經(jīng)正、負(fù)極端極柱,將電流輸出或輸入。整體蓄電池的電壓高、低是由單體蓄電池串聯(lián)多、少而成。先進(jìn)的蓄電池為減小電阻,用穿壁焊,點(diǎn)焊聯(lián)接偏極柱,將單體蓄電池串聯(lián)(但有外接連條聯(lián)接方式)。偏極柱的多少,由串聯(lián)單體蓄電池的多少決定;端極柱的數(shù)量是單體或整體蓄電池只有正、負(fù)極(即陽、陰極),端極柱為二個。
銅的電流密度為8A/mm2,過電流密度在25℃溫度且在30min是上述電流密度10倍。因銅的主要物理性能導(dǎo)電率好,散熱性強(qiáng),熔點(diǎn)高,電阻率為1.7*10-6Ω/cm,密度為8.99g/cm3。因銅有產(chǎn)生集膚效應(yīng)的弊端,銅導(dǎo)體的直徑大于5mm時,電流密度減小,用銅板柵厚度不大于5mm,需大于5mm時用多根銅棒(或多股銅絞線)。
匯流排的構(gòu)造,系鉛包銅,因焊接難度大,所以鉛包銅,銅的體積占匯流排的體積五分之三左右。其余為鉛合金,匯流排的厚度最低3mm。
穿連緊固的銅棒直徑不大于4.8mm,長度由蓄電池功率大小決定;偏極柱銅板的厚度不大于5mm,必要時加寬偏極柱;端極柱的銅棒直徑不大于5mm,必要時采用多根銅絞線。
穿連緊固極板的銅棒鍍錫,鍍錫厚0.6μm。偏極柱銅板鍍錫,鍍錫厚度0.6μm,然后用鋼模鑄鉛;兩極偏柱穿壁接觸的焊面,鑄鉛的厚度0.5mm。
端極柱的銅芯高度及直徑大小由蓄電池的功率大小決定。直徑不小于3mm,可用模鑄成銅柱,直徑大于5mm時,用多股銅絞線。端極柱的銅芯,鍍錫厚度0.6μm。用模鑄鉛。端極柱頂、底部的鑄鉛厚度不大于2mm,其余部位不大于10um。
C、蓄電池的總裝a、蓄電池的總裝,系將蓄電池正、負(fù)極板,分別置于模具的梳型模中,將制備的穿連緊固極板的銅棒穿沿極耳孔,將極耳緊固。偏極柱或端極柱置于梳型模適當(dāng)位置,鑄或焊接合金鉛,質(zhì)量要求無虛焊、裂紋、毛刺,要牢固,然后在匯流排的周面及極耳高10mm處,以及偏極柱在蓄電池總裝時,噴涂厚度2μm塑料防腐。
b、蓄電池正、負(fù)極板間的隔板用塑料穿孔,孔隙率不小于90%,隔板底板厚0.2mm,筋條的厚度1.0mm,總厚1.2mm。
c、蓄電池總裝工藝流程為極群焊接—插隔板—高電壓檢測蓄電池正、負(fù)極間絕緣—穿壁焊—大電流檢測焊點(diǎn)質(zhì)量—二氧化硅的灌裝—裝泡沫檔板—蓄電池一次蓋熱封—?dú)饷苄詸z驗(yàn)—封焊端極柱—灌注硫酸電解質(zhì)—蓄電池二次蓋熱封—充電—蓄電池性能檢驗(yàn)。
d、二氧化硅的技術(shù)條件雜質(zhì)最高含量(以重量%計(jì))1,水可溶物0.2;2,氫氟酸不揮發(fā)物≤1.0;3,干燥失量≤3.0;4,氯化物(Cl)≤0.005;5,硫酸鹽(SO4)≤0.005;6,鈣(ca)≤0.005;7,鐵(Fe)≤0.005;8,重金屬(以Pb計(jì))≤0.005;9,粒徑1-10μm白色沫;10,熔點(diǎn)1670℃。
e、離子水(H2O)技術(shù)條件雜質(zhì)最高含量(以重量%計(jì))1,外觀,無色透明;2,總殘?jiān)?.00005;3,錳(Mn)≤0.0000054,鐵(Fe)≤0.000001;5,氯(Cl)≤0.0000016,銨(NH4)≤0.000087,硝酸鹽(HNO4)(N計(jì)),含(NO3)0.00001;8,還原高錳酸酸鉀(KMnO)物質(zhì)含量≤0.000005;9,堿中金屬氧化物以(C2O計(jì))≤0.0000810,鈣鎂氧化物(C2O及MgO)≤0.00001;11,亞硝酸鹽(HNO2)≤0.0001;12,電阻值不小于10兆歐。
f、高比能量電動車輛用固體蓄電池電解質(zhì)的制備。
電解質(zhì)的制備系在自動拌攪機(jī)中進(jìn)行。
將符合企標(biāo)的離子水和符合GB625-89標(biāo)準(zhǔn)的硫酸以2.49∶1的比例置于拌攪機(jī)中拌攪1-3min均勻,以稀酸硫(H2SO4)的重量計(jì)(%),添加劑符合國家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的元素1,磷酸2.0;2,硫酸硼0.10;3,酸錫0.05;4,硫酸鈉0.05;5,硫酸鉀0.005;然后拌攪1-3min均勻。電解質(zhì)在常溫下,灌入高比能量電動車輛用固體蓄電池,液面至泡沫酚醛檔板。
g、高比能電動車輛用固體蓄電池極板的技術(shù)條件及其制備i、正極極板鉛膏的技術(shù)條件a,鉛粉100kg、b,硫酸質(zhì)量40%數(shù)量7L;c,離子水?dāng)?shù)量13L。
其余以鉛粉的重量計(jì)(%)d,二氧化錫1.5;e,石墨(粒徑Φ125-250目)5.0;f,硫酸鈣1.5;h,白炭黑0.8;i,炭纖維(Φ0.1-1.0μm長1-2mm)1.0%;多苯多3.0;K,聚四氟乙烯乳液1.5L,黑磷0.04;m,鉛膏視密度為40±1。
2、正極鉛膏的制備及其涂膏先進(jìn)的鉛膏制備方法是用真空快速制膏?,F(xiàn)以和膏機(jī)和膏法為例,將鉛粉置于正極和膏機(jī),添加二氧化錫、石墨、硫酸鈣、木納、白炭黑、炭纖維,充分混合拌攪均勻;加離子水、多苯多、聚四氟乙烯乳液,充分混合拌攪均勻,然后加硫酸,拌攪時間45min,溫度控制為63-67℃。,出膏后堆放時間20min,用機(jī)械或手工涂膏。銅正板柵涂膏,過量≥10%。極板經(jīng)酸洗-干燥-固化-化成干燥,然后在極板雙表面噴涂檸檬三鈉,厚度不大于1μm。
3、蓄電池負(fù)極板鉛膏的技術(shù)條件;a,鉛粉100kg;b,硫酸;(質(zhì)量50%)5L;c,離子水12L;d,硫酸鋇3g;e,腐殖酸0.4kg;其余以鉛粉重量計(jì)(%)f,三氧化鉍,1.0;8,聚四氟乙烯乳液2.0;h,硅溶膠1.0;j,纖維1.0;k,視密度40±1。
4、負(fù)極鉛膏的制備及其涂膏將鉛粉置于負(fù)極和膏機(jī),添加硫酸鋇,腐殖酸、二氧化錫、a-翔莖-β-苯酸、三氧化鉍、炭纖維充分拌攪,續(xù)加離子水、硅溶膠拌攪均勻,再加硫酸拌攪時間45min。溫度控制63-67℃。出膏后,堆放20min,采用涂膏機(jī)或手工涂膏至鉛膏復(fù)蓋銅板柵。極板經(jīng)酸洗——干燥——固化——化成——干燥,然后在極板表面噴涂檸檬酸三鈉,厚度不大于1μm。
高比能量電動車輛用固體蓄電池初次充電工藝條件一、充電條件1、蓄電池初次充電是在恒溫水浴中進(jìn)行。
2、水的恒溫為25℃±2℃。
二,充電方法1、蓄電池聯(lián)接方式串聯(lián)或并聯(lián)。
2、充電方式恒流限壓法、分段充電。
3,第一段,充電電流為0.07C20,恒流至整體蓄電池額定由壓12V時,限壓為14V,充電6h。
4、第二段,充電電流為0.03-0.05C20,限壓為16V,充電24n。
5,充電結(jié)束前以0.05C20,充電電壓限止為18V。使蓄電池充電電壓及充電電流保持3h.,穩(wěn)定不變視充足。
6、蓄電池充電時,中間體的溫度不大于45℃。
7、蓄電池初次充電,充入容量為額定容量的1.2--2.4倍。
權(quán)利要求
1.一種高比能量電動車輛用固體蓄電池,包括外殼、上蓋、帶有極耳的正極板柵和負(fù)極板柵、匯流排、端極柱和偏極柱、電液液,其特征在于,(1)、正極板柵為0.2-0.3mm厚銅板上鍍5-10μm錫層后,再在錫層上鍍5-15μm厚鉛層之結(jié)構(gòu);負(fù)極板柵為0.2-0.3mm厚銅材上鍍4-6μm錫層后,再在錫層上鍍5-15μm厚鉛層之結(jié)構(gòu);正極板柵與負(fù)極板柵礅度之比為1.10-1.30∶1,且正極板柵比負(fù)極板柵多裝一片;所述正、負(fù)極板柵之間用厚度為0.1-0.2mm、筋厚度0.8-1.2mm、孔隙率80-95%的穿孔塑料隔板隔離;匯流排的正、負(fù)極板的極耳分別用直徑為0.4-6mm鍍錫銅棒并聯(lián)連接;偏極柱由厚度0.5-5mm銅板鍍錫后再包鉛合金構(gòu)成,且銅材體積占整個偏極柱體積的55%-65%;端極柱由銅棒表面鍍錫后再包鉛合金組成,且銅材體積占整個端極體積的55%-65%;(2)、電解液中添加劑的組成(以電解質(zhì)重量計(jì))是磷酸1-2%、硫酸硼0.05-0.1%、硫酸錫0.02-0.05%、硫酸鈉0.01-0.05、硫酸鉀0.002-0.005%;(3)、所述正極板柵所涂銅膏的重量份配方是粒徑1-2μm鉛粉100份,離子水12-15L,濃度為38-40%硫酸6-8L,二氧化錫1-2%,粒徑為125-250μm石墨4-8份,硫酸鈣1-2份,木納0.1-0.15份,白炭黑0.3-0.5份,直徑0.5-1.0μm、長度1-2mm碳纖維0.5-1.0份,多苯多3-4份,聚四氟乙烯乳液1-2份,黑磷0.02-0.05份;按常規(guī)方法制成鉛膏的視密度為38-40±1;所述負(fù)極板柵所涂鉛膏重量份配方是直徑Φ1-2μm鉛粉100份,濃度48-50%硫酸4-6L,離子水11-13L,二氧化錫0.1-0.2份,240-260目硫酸鋇0.001-0.003份,70-80目腐殖酸0.3-0.5份,70-80目a-羥基-β苯酸1-2份,三氧化鉍0.5-1份,聚四氟乙烯乳液1-2份,硅溶膠0.5-1份,直徑1-2μm、長1-2mm碳纖維0.5-1.5份,按常規(guī)方法制成鉛膏視密度為38-40±1;(4)、在正、負(fù)極板柵表面噴涂有0.05-1μm厚的檸檬三鈉層。
全文摘要
本發(fā)明蓄電池極板的正、負(fù)板柵均用銅,匯流排、偏極柱、端極柱銅的質(zhì)量占該部件的體積的五分之三,硫酸電解液吸附于二氧化硅,硫酸電解液中添加有磷酸、硫酸硼、硫酸錫、硫酸鈉、硫酸鉀;蓄電池的正、負(fù)鉛膏中含有二氧化錫、石墨、硫酸鈣、白灰黑、木納、炭纖維、多苯多、聚四氟乙烯乳液、硫酸鋇、三氧化鉍、硅溶膠、腐殖酸、α-翔莖-β-苯酸,極板表面噴涂檸檬酸三鈉。本發(fā)明能達(dá)到電動車輛用(EY)蓄電池條件,制造成本低,有高比功率(5S);循環(huán)壽命長達(dá)10年比能量為80wh/kg,自放電極小,快速充電為100%2h,舊電池回收率98%,使用安全可靠。
文檔編號H01M10/00GK1485943SQ0213964
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者戴明德 申請人:戴明德
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