專(zhuān)利名稱(chēng)：泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉛酸電池及制備方法。
背景技術(shù)：
鉛酸電池具有成本低廉，使用可靠，原材料來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但比容量和比功率低、循環(huán)使用壽命短、快速充電能力差的缺陷限制了其在電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展。為此人們開(kāi)始研究卷繞閥控鉛酸電池，20世紀(jì)60年代末美國(guó)GATES公司率先開(kāi)發(fā)出卷繞式鉛酸蓄電池，并由瑞典OPTIMA公司推向市場(chǎng)。美國(guó)BOLDER公司開(kāi)發(fā)的卷繞式鉛酸蓄電池技術(shù)被稱(chēng)為T(mén)MF專(zhuān)利技術(shù)(Thin Metal Film)，它通過(guò)增加極板面積，減小極板之間的距離，提高了電池高倍率放電性能。美國(guó)EXIDE公司推出了采用螺旋卷狀電極的圓筒式汽車(chē)起動(dòng)用新型VRLA(閥控式密封)電池，稱(chēng)為Orbital Select，電池結(jié)構(gòu)和傲鐵馬電池相同。這種電池中活性物質(zhì)用機(jī)械擠壓到薄板柵上，允許有大的壓縮比，屬AGM(玻璃纖維吸附式隔板)式的VRLA電池，具有深放電特性，80％DOD時(shí)的深循環(huán)壽命可達(dá)500次以上，比功率可達(dá)到400W/kg。但目前已有的鉛酸電池仍然無(wú)法滿(mǎn)足高性能鉛酸電池的要求，存在質(zhì)量大，比容量、比能量和比功率低，活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合不牢固，活性物質(zhì)利用率低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有卷繞鉛酸電池質(zhì)量大，比容量、比能量和比功率較低，活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合不牢固，活性物質(zhì)利用率低的問(wèn)題，而提供的一種泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池及制備方法。泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池包括電池蓋、正極端子、極耳、芯軸、外圓卡具、電池殼、柵網(wǎng)狀底托、排氣閥、負(fù)極端子，它還包括圍繞芯軸的正極、以泡沫鉛負(fù)極板柵為集流體的負(fù)極和在正極與負(fù)極之間的AGM隔板。泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)(一)和膏制備涂覆正極板柵的正極鉛膏和涂覆泡沫鉛負(fù)極板柵的負(fù)極鉛膏；(二)預(yù)處理將泡沫鉛負(fù)極板柵用壓片機(jī)壓薄至0.6～1.1mm，再將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵和正極板柵裁剪成相同尺寸，并將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵置于160～180℃的真空干燥箱內(nèi)處理1.8～2.2h；(三)涂膏將正極鉛膏均勻涂于正極板柵制成正極，負(fù)極鉛膏均勻涂于真空干燥后的泡沫鉛負(fù)極板柵制成泡沫鉛負(fù)極；(四)卷繞將正極、泡沫鉛負(fù)極之間用AGM隔板隔開(kāi)，再用卷繞機(jī)將正極、泡沫鉛負(fù)極和AGM隔板圍繞芯軸一同卷緊放入圓形電池殼中，形成初電池；(五)固化初電池在濕度95±2％，溫度75±5℃的條件下反應(yīng)24±1h，再逐漸調(diào)低固化室的濕度和溫度，并在40±5℃的條件下干燥12±1h；(六)組裝將剩余其它部件組裝到初電池上；(七)化成采用恒流限壓三次充電方式化成，即得到泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池。
本發(fā)明具有電池質(zhì)量小，比容量、比能量高、活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合牢固，活性物質(zhì)利用率高，安全性好，可快速充電，自放電速率小，瞬時(shí)輸出功率高，低溫性能好的優(yōu)點(diǎn)。其中泡沫鉛負(fù)極板柵的質(zhì)量比相同尺寸的鉛箔負(fù)極板柵的質(zhì)量輕了39％；泡沫鉛負(fù)極的質(zhì)量比鉛箔負(fù)極的質(zhì)量輕了17％；泡沫鉛負(fù)極板柵的真實(shí)表面積是鑄造負(fù)極板柵的37倍，增加了板柵與活性物質(zhì)的接觸面積，減少了內(nèi)阻，活性物質(zhì)利用率提高了4～9個(gè)百分點(diǎn)；泡沫鉛板柵負(fù)極與鉛箔板柵負(fù)極相比比能量提高了26％～43％，比容量提高了26％～43％。


圖1是泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池與鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池10h率放電電壓曲線圖，曲線A為鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池10h率放電電壓曲線，曲線B為泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池10h率放電電壓曲線；圖2是泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池與鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池5h率放電電壓曲線圖，曲線C為鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池5h率放電電壓曲線，曲線D為泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池5h率放電電壓曲線；圖3是泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池與鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池2h率放電電壓曲線圖，曲線E為鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池2h率放電電壓曲線，曲線F為泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池2h率放電電壓曲線。圖4是泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池包括電池蓋1、正極端子2、極耳3、芯軸4、外圓卡具8、電池殼9、柵網(wǎng)狀底托10、排氣閥11、負(fù)極端子12，它還包括圍繞芯軸4的正極7、以泡沫鉛負(fù)極板柵為集流體的負(fù)極5和在正極7與負(fù)極5之間的AGM隔板6。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是正極7是涂有正極鉛膏的正極鉛箔板柵或正極鉛布板柵。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備(一)和膏制備涂覆正極板柵的正極鉛膏和涂覆泡沫鉛負(fù)極板柵的負(fù)極鉛膏；(二)預(yù)處理將泡沫鉛負(fù)極板柵用壓片機(jī)壓薄至0.6～1.1mm，再將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵和正極板柵裁剪成相同尺寸，并將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵置于160～180℃的真空干燥箱內(nèi)處理1.8～2.2h；(三)涂膏將正極鉛膏均勻涂于正極板柵制成正極，負(fù)極鉛膏均勻涂于真空干燥后的泡沫鉛負(fù)極板柵制成泡沫鉛負(fù)極；(四)卷繞將正極、泡沫鉛負(fù)極之間用AGM隔板隔開(kāi)，再用卷繞機(jī)將正極、泡沫鉛負(fù)極和AGM隔板圍繞芯軸一同卷緊放入圓形電池殼中，形成初電池；(五)固化初電池在濕度95±2％，溫度75±5℃的條件下反應(yīng)24±1h，再逐漸調(diào)低固化室的濕度和溫度，并在40±5℃的條件下干燥12±1h；(六)組裝將剩余其它部件組裝到初電池上；(七)化成采用恒流限壓三次充電方式化成，即得到泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池。
本實(shí)施方式步驟(二)中將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵置于160～180℃的真空干燥箱內(nèi)處理1.8～2.2h的目的在于使泡沫鉛負(fù)極板柵變軟。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是步驟(一)中正極板柵涂覆的正極鉛膏由1000g鉛粉、110～120mL密度為1.1g/cm3的硫酸、70～80mL去離子水和成；泡沫鉛負(fù)極板柵涂覆的負(fù)極鉛膏由1000g鉛粉、115mL密度為1.1g/cm3的硫酸、75mL去離子水、4g腐植酸、8.5g硫酸鋇和成。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是正極板柵為正極鉛箔板柵或正極鉛布板柵。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五的不同點(diǎn)是鉛箔板柵、鉛布板柵的厚度均為0.3～1.0mm。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是步驟(七)恒流限壓三次充電方式化成中三次充電電流依次為0.1C10A、0.05C10A、0.025C10A，電壓三次均充至2.5V。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六的不同點(diǎn)是正極鉛箔、鉛布板柵的厚度均為0.5～0.8mm。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三或四的不同點(diǎn)是步驟(一)中正極板柵涂覆的正極鉛膏由1000g鉛粉、115mL密度為1.1g/cm3的硫酸、75mL去離子水和成。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是步驟(二)預(yù)處理將泡沫鉛負(fù)極板柵用壓片機(jī)壓薄至1.0mm，再將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵和正極板柵裁剪成相同尺寸，并將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵置于170℃的真空干燥箱內(nèi)處理2h。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是步驟(五)固化初電池在濕度95％，溫度75℃的條件下反應(yīng)24h，再逐漸調(diào)低固化室的濕度和溫度，并在40℃的條件下干燥12h。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式對(duì)板柵尺寸相同的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池和普通鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池進(jìn)行比較。
A、對(duì)板柵和負(fù)極的質(zhì)量進(jìn)行比較，涂膏前泡沫鉛負(fù)極板柵重22g，鉛箔負(fù)極板柵重36g；涂膏后泡沫鉛負(fù)極重67g，鉛箔負(fù)極重81g。
比較結(jié)果表明相同尺寸時(shí)泡沫鉛負(fù)極板柵的質(zhì)量比鉛箔負(fù)極板柵的質(zhì)量輕了39％；泡沫鉛負(fù)極的質(zhì)量比鉛箔負(fù)極的質(zhì)量輕了17％。
B、對(duì)板柵真實(shí)表面積和α、γ值進(jìn)行比較，泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的泡沫鉛負(fù)極板柵真實(shí)表面積為164.67cm2，α＝0.328，γ＝0.273；鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的鉛箔負(fù)極板柵真實(shí)表面積為4.44cm2，α＝0.444，γ＝10.135。[α＝涂膏前板柵的質(zhì)量/(涂膏前板柵的質(zhì)量+負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量)，α值越小表明活性物質(zhì)的質(zhì)量比重越高；γ＝負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量/板柵的真實(shí)表面積，γ值越小越有利于提高活性物質(zhì)的利用率]比較結(jié)果表明泡沫鉛負(fù)極板柵的真實(shí)表面積是鉛箔負(fù)極板柵的37倍，增加了板柵與活性物質(zhì)的接觸面積；泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池中活性物質(zhì)的質(zhì)量和活性物質(zhì)的利用率均高于普通鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池。
C、在正極過(guò)量，負(fù)極限容的情況下對(duì)這兩種電池進(jìn)行比容量和比能量的比較，比較結(jié)果如表1所示。
表1

從表1可知泡沫鉛負(fù)極與鉛箔負(fù)極相比比能量提高了26％～43％，比容量提高了26％43％。
D、分別在10h、5h、2h率放電的情況下對(duì)這兩種電池進(jìn)行電壓的比較，10h率放電電壓曲線如圖1所示，5h率放電電壓曲線如圖2所示，2h率放電電壓曲線如圖3所示。
從圖1、圖2、圖3的比較結(jié)果可知泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池在不同放電倍率下比容量和比能量均優(yōu)于普通鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池；放電電流越大，泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的放電性能越為優(yōu)異。
E、對(duì)活性物質(zhì)利用率進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表2所示。
表2

比較結(jié)果表明泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池比普通鉛箔負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的活性物質(zhì)利用率提高了4～9個(gè)百分點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池，它包括電池蓋(1)、正極端子(2)、極耳(3)、芯軸(4)、外圓卡具(8)、電池殼(9)、柵網(wǎng)狀底托(10)、排氣閥(11)、負(fù)極端子(12)，其特征是泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池還包括圍繞芯軸(4)的正極(7)、以泡沫鉛負(fù)極板柵為集流體的負(fù)極(5)和在正極(7)與負(fù)極(5)之間的AGM隔板(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池，其特征在于正極(7)是涂有正極鉛膏的正極鉛箔板柵或正極鉛布板柵。
3.泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備(一)和膏制備涂覆正極板柵的正極鉛膏和涂覆泡沫鉛負(fù)極板柵的負(fù)極鉛膏；(二)預(yù)處理將泡沫鉛負(fù)極板柵用壓片機(jī)壓薄至0.6～1.1mm，再將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵和正極板柵裁剪成相同尺寸，并將壓薄的泡沫鉛負(fù)極板柵置于160～180℃的真空干燥箱內(nèi)處理1.8～2.2h；(三)涂膏將正極鉛膏均勻涂于正極板柵制成正極，負(fù)極鉛膏均勻涂于真空干燥后的泡沫鉛負(fù)極板柵制成泡沫鉛負(fù)極；(四)卷繞將正極、泡沫鉛負(fù)極之間用AGM隔板隔開(kāi)，再用卷繞機(jī)將正極、泡沫鉛負(fù)極和AGM隔板圍繞芯軸一同卷緊放入圓形電池殼中，形成初電池；(五)固化初電池在濕度95±2％，溫度75±5℃的條件下反應(yīng)24±1h，再逐漸調(diào)低固化室的濕度和溫度，并在40±5℃的條件下干燥12±1h；(六)組裝將剩余其它部件組裝到初電池上；(七)化成采用恒流限壓三次充電方式化成，即得到泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法，其特征在于步驟(一)中正極板柵涂覆的正極鉛膏由1000g鉛粉、110～120mL密度為1.1g/cm3的硫酸、70～80mL去離子水和成；泡沫鉛負(fù)極板柵涂覆的負(fù)極鉛膏由1000g鉛粉、115mL密度為1.1g/cm3的硫酸、75mL去離子水、4g腐植酸、8.5g硫酸鋇和成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法，其特征在于正極板柵為正極鉛箔板柵或正極鉛布板柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法，其特征在于鉛箔板柵、鉛布板柵的厚度均為0.3～1.0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池的制備方法，其特征在于步驟(七)恒流限壓三次充電方式化成中三次充電電流依次為0.1C10A、0.05C10A、0.025C10A，電壓三次均充至2.5V。
全文摘要
泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池及制備方法，它涉及一種鉛酸電池及制備方法。它解決了現(xiàn)有卷繞鉛酸電池質(zhì)量大，比容量、比能量和比功率較低，活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合不牢固，活性物質(zhì)利用率低的問(wèn)題。泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池主要包括圍繞芯軸(4)的正極(7)、以泡沫鉛負(fù)極板柵為集流體的負(fù)極(5)和在正極(7)與負(fù)極(5)之間的AGM隔板(6)。其制備方法(一)和膏；(二)預(yù)處理；(三)涂膏；(四)卷繞；(五)固化；(六)組裝；(七)化成，即得到泡沫鉛負(fù)極板柵卷繞鉛酸電池。本發(fā)明具有電池質(zhì)量小，比容量、比能量高，活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合牢固，活性物質(zhì)利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/73GK1790796SQ20051012739
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者戴長(zhǎng)松, 王殿龍, 胡信國(guó), 姜兆華, 高麗霞, 伊廷鋒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)