专利名称：碳纤维增强铅合金板栅的制造方法及卷绕式铅酸电池的制作方法
技术领域：
本发明属于卷绕型铅酸电池制造技术领域，具体涉及一种碳纤维增强铅合金板栅的制造方法及卷绕式铅酸电池。
背景技术：
因铅酸电池的性能稳定，且价格低廉，多年来一直被广泛应用于能源、通信、电力、 交通和军事等领域。但是，由于铅酸电池的重量比能量较低，从而限制了其在某些技术领域的应用，如电动汽车。卷绕型铅酸电池与传统铅酸电池相比，其具有更高的重量比能量，但因受铅合金拉伸强度的限制，普通的卷绕电池板栅的栅格比较小且密集，其用铅量大，不能有效地涂覆活性物质，从而限制了其重量比能量的提高。此外，传统的卷绕电池板栅在生产或使用过程中都比较容易损坏，废品率较高。另外，在作为电动汽车的动力电池时，垂直放置的电池，由于受高度的限制，给其在电动汽车中的安装带来了极大的不便。
发明内容
本发明公开了一种碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其目的在于提高铅合金的拉伸强度，减少板栅的用铅量，从而更大限度的提高卷绕型铅酸电池的重量比能量。本发明还公开了一种卷绕式铅酸电池，该电池具有容量大、比能量高、适于快速和深充放电、抗振、使用寿命长等特点；同时，该电池水平放置，正负极端子由电池两端引出， 其占用空间少。本发明采用如下技术方案碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维(只有经线，没有纬线，单根纤维直径约为7 μ m，故丝束)和环氧树脂制成，将碳纤维布置于450°C 500°C的环境中烘烤 5 lOmin，脱除环氧树指。所使用的环氧树脂为低温固化环氧树脂，其在高温下 500°C )可被脱除。 环氧树脂的作用是固定碳纤维，但是这层环氧树脂不能带入复合材料中，所以必需首先把这层环氧树脂脱除，所以，第(1)步骤为脱胶。(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，把经过第(1)步脱胶的碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中，然后将碳纤维布缓慢拉出。优选的，在室温下(18°C 25°C)，浸1 3分钟。本步骤操作过程中需要注意，不能把钠-钾合金带出，否则会造成燃烧等事故。碳纤维布脱胶后，其与金属之间的浸润性很差，所以通过表面处理来增加金属基体对碳纤维的浸润性和渗透性，此步骤称为碳纤维浸渍。(3)热挤压成型碳纤维布经过第(2)步浸渍后，与处于高温高压下(温度为 450°C 500°C、压强为500Mpa 550Mpa)的铅或铅合金液一起骤冷至200°C以下，挤压制成板材；优选的，板材的厚度为1. Omm。
采用热液体挤压工艺制备碳纤维增强铅合金复合材料，铅可以是1#铅，铅合金可以为铅锡、铅钙和铅锑铬等合金，除铅以外的金属含量可按需要调节(铅含量的质量分数一般在95%以上)。(4)压延第(3)步制成的板材可根据实际需要经过压延制成板材；优选的，板材的厚度为0. 4 1. 0mm。(5)冲孔经过第(4)步压延制成的具有一定厚度板材可以根据不同电池的需要而冲压出各种形状和尺寸的孔，以制成适合各种卷绕型铅酸电池使用的板栅。通过上述步骤，生产连续均勻的带状碳纤维-铅合金复合板材，用来制作卷绕型铅酸电池的板栅，其幅宽可以为0.5 1.6m，厚度可以为0.4 1.0mm，长度可以为IOm 300m。本发明制成的碳纤维增强铅合金板栅，与现有的电池板栅相比，其拉伸强度高、导电性好、重量轻、耐腐蚀性好等，而且单位面积上可以涂覆更多的活性物质，使用该板栅制作的卷绕型铅酸电池具有更高的质量比能量和体积比能量。本发明卷绕式铅酸电池，包括壳体、端盖、正极板、隔板、负极板、极耳、正极端子、 负极端子、电解液、排气阀，壳体两端开口，内装一卷轴，正负极、隔板、负极板依次层叠后绕所述的卷轴卷绕数圈，卷绕后外圆周壁由隔板的延伸段包裹；所述的正极板、负极板分别采用本发明前述碳纤维增强铅合金板栅的制造方法所制得的碳纤维增强铅合金板栅分别涂覆有正极活性物质、负极活性物质而制成；所述的正极板、负极板分别对应有正极耳、负极耳，正极耳、负极耳分别与正极端子、负极端子相连；所述的壳体水平放置，正极端子、负极端子分别从壳体的两端引出；所述端盖封装于所述壳体的端部，端盖上装有排气阀；所述的电解液充分吸附于正极板、负极板和隔板。所述的卷绕式铅酸电池，正极板和正极极耳、负极板和负极极耳分别采用所述碳纤维增强铅合金板栅一体冲压而成。所述的卷绕式铅酸电池，正极端子、负极端子分别焊接于正极极耳、负极极耳。所述的卷绕式铅酸电池，壳体外壁装配一底座。所述的卷绕式铅酸电池，正极耳、负极耳分别与正极汇流排、负极汇流排相连，正极汇流排、负极汇流排分别与所述的正极端子、负极端子焊接。本发明卷绕式铅酸电池可以水平放置，正、负极分别由电池两端引出，使电池的放置和配组更加灵活，为其在电动汽车上的使用提供了便利。该电池结构新颖，占用空间少， 电池内阻低，比能量高，大电流放电能力强，使用寿命长，非常适合于电动汽车使用。本发明铅酸电池采用了碳纤维增强板栅，所以极板更易卷绕，制造工艺性好；同时，电池的装配压力可以更大，使活性物质很难脱落，从而使电池的抗振能力更强，使用寿命更长。由于碳纤维增强板栅要比普通的铅箔板栅更轻、更薄，从而增加了活性物质的接触面，提高了活性物质的利用率，因此电池的比能量更高。综上，本发明卷绕式铅酸电池不仅具有容量大、比能量高、耐振动性能好、大电流放电性能好、使用寿命长等特点，其独特的水平设计，使其非常适合于电动汽车上应用。
图1是本发明制成的碳纤维增强铅合金板栅的结构图。
图2是本发明电池的轴向剖视图。图3是本发明电池的横截面视2、3中，1-壳体，2-正极端子，3-负极端子，4_正极极耳，5_负极极耳，6_隔板， 7-正极板，8-负极板，9-底座，10-排气阀，11-卷轴，12-端盖，13-正极汇流排，14-负极汇流排。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施例详细说明。实施例一碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维(只有经线，没有纬线)和环氧树脂制成，将碳纤维布置于480°C的环境中烘烤7min，脱除环氧树指。(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，在室温下，把经过⑴步脱胶的碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中2分钟，然后将碳纤维布缓慢拉出。(3)热挤压成型碳纤维布经过第(2)步浸渍后，与处于高温高压下(温度为 540°C、压强为510Mpa)的铅或铅合金液一起骤冷至200°C以下，挤压制成厚度为1. Omm的板材。铅可以是1#铅，铅合金可以为铅锡、铅钙和铅锑铬等合金，除铅以外的金属含量可按需要调节。(4)压延第(3)步制成的板材可根据实际需要经过压延制成厚度为0. 4 1. Omm 的板材。(5)冲孔经过第(4)步压延制成的具有一定厚度板材可以根据不同电池的需要而冲压出各种形状和尺寸的孔，以制成适合各种卷绕型铅酸电池使用的板栅。通过上述步骤，生产连续均勻的带状碳纤维-铅合金复合板材，用来制作卷绕型铅酸电池的板栅，其幅宽可以为0.5 1.6m，厚度可以为0.4 1.0mm，长度可以为IOm 300m。图1是本发明制成的碳纤维增强板栅结构图。图1中，1’为方孔，2’为经线，3’ 为纬线，方孔的大小以及经线和纬线的宽度可以按照实际需要调节，方孔的尺寸最大可为 20mmX 10mm,经线和纬线的宽度可以在0. 4mm 1. 2mm之间。本发明通过碳纤维布高温脱胶、碳纤维浸渍、碳纤维和金属铅及铅合金在高温高压下而制成复合板材，然后再经过冲压、压延及冲孔而制成碳纤维增强铅合金板栅，其厚度优选为0.4 1.0mm，碳纤维的含量优选为10% 30% (体积)。经检测，含30%碳纤维的复合材料比基体材料的拉伸强度高45%以上，而且碳纤维和铅合金之间的结合力很好。实施例二 碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维(只有经线，没有纬线)和环氧树脂制成，将碳纤维布置于455°C的环境中烘烤9min，脱除环氧树指。(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，在室温下，把经过(1)步脱胶的碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中1. 5分钟，然后将碳纤维布缓慢拉出。(3)热挤压成型碳纤维布经过第(2)步浸渍后，与处于高温高压下(温度为 460°C、压强为MOMpa)的铅或铅合金液一起骤冷至200°C以下，挤压制成厚度为1. Omm的板材。铅可以是1#铅，铅合金可以为铅锡、铅钙和铅锑铬等合金，除铅以外的金属含量可按需要调节。(4)压延第(3)步制成的板材可根据实际需要经过压延制成厚度为0. 5mm的板材。(5)冲孔经过第(4)步压延制成的具有一定厚度板材可以根据不同电池的需要而冲压出各种形状和尺寸的孔，以制成适合各种卷绕型铅酸电池使用的板栅。实施例三碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维(只有经线，没有纬线)和环氧树脂制成，将碳纤维布置于495°C的环境中烘烤5min，脱除环氧树指。(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，在室温下，把经过(1)步脱胶的碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中3分钟，然后将碳纤维布缓慢拉出。(3)热挤压成型碳纤维布经过第(2)步浸渍后，与处于高温高压下(温度为 500°C、压强为530Mpa)的铅或铅合金液一起骤冷至200°C以下，挤压制成厚度为1. Omm的板材。铅可以是1#铅，铅合金可以为铅锡、铅钙和铅锑铬等合金，除铅以外的金属含量可按需要调节。(4)压延第(3)步制成的板材可根据实际需要经过压延制成厚度为0. 9mm的板材。(5)冲孔经过第(4)步压延制成的具有一定厚度板材可以根据不同电池的需要而冲压出各种形状和尺寸的孔，以制成适合各种卷绕型铅酸电池使用的板栅。实施例四如图2、3所示，卷绕式铅酸电池包括壳体1、端盖12、正极板7、隔板6、 负极板8、正极极耳4、正极汇流排13、正极端子2、负极极耳5、负极汇流排14、负极端子3、 电解液、底座9、排气阀10、卷轴11、端盖12，壳体1呈两头开口的圆柱状，沿其轴向中部装入卷轴11，正极板7、隔板6、负极板8按照一定层次叠放后绕卷轴11卷绕数圈，卷绕后，外圆周壁由隔板6的延伸段包裹并采用夹具固定。电解液充分吸附于正极板、负极板及隔板。正负极板分别采用本发明实施例一制得的碳纤维增强铅合金板栅，极耳在制造板栅时一体成型，板栅其经过涂膏后(即碳纤维增强铅合金板栅分别涂覆正负极活性物质) 制成正、负极板。正极板7、负极板8分别对应有正极极耳4、负极极耳5，正、负极卫4、5分别与汇流排13、14相连，汇流排13、14分别与正、负极端子2、3焊接。电池水平放置，正、负极端子2、3分别从壳体1的两端引出，壳体1的两端分别封装一端盖12，每一端盖12上还安装有排气阀10。壳体1的外壁安装底座9，用于水平放置电池。以上对本发明的优选实施例作了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在本发明具体实施方式
、应用范围上均会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其特征是按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维和环氧树脂制成，将碳纤维布置于 450°C 500°C的环境中烘烤5 lOmin，脱除环氧树指；(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，把经过第(1)步脱胶的碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中，然后将碳纤维布拉出；(3)热挤压成型碳纤维布经过第( 步浸渍后，与处于温度为450°C 500°C、压强为 500Mpa 550Mpa的铅或铅合金液一起骤冷至200°C以下，挤压制成板材；(4)压延第C3)步挤压而成的板材进行压延，而制成压延后的板材；(5)冲孔经过第(4)步压延而成的板材冲压出孔。
2.如权利要求1所述的碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其特征是第(2)步中，在室温下，碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中1-3分钟。
3.如权利要求1所述的碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其特征是第C3)步挤压成的板材厚度为1. Omm。
4.如权利要求1所述的碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其特征是第(4)步压延而成的板材厚度为0. 4 1. Omm。
5.如权利要求1所述的碳纤维增强铅合金板栅的制造方法，其特征是所述板栅的幅宽为0. 5 1. 6m,长度为IOm 300m。
6.卷绕式铅酸电池，包括壳体、端盖、正极板、隔板、负极板、极耳、正极端子、负极端子、 电解液、排气阀，其特征在于壳体两端开口，内装一卷轴，正负极、隔板、负极板依次层叠后绕所述的卷轴卷绕数圈，卷绕后外圆周壁由所述隔板的延伸段包裹；所述的正极板、负极板分别采用如权利要求1-5任一项制造方法所制得的碳纤维增强铅合金板栅分别涂覆有正极活性物质、负极活性物质而制成；所述的正极板、负极板分别对应有正极耳、负极耳，正极耳、负极耳分别与正极端子、负极端子相连；所述的壳体水平放置，正极端子、负极端子分别从壳体的两端引出；所述端盖封装于所述壳体的端部，端盖上装有排气阀；所述的电解液充分吸附于正极板、负极板和隔板。
7.如权利要求6所述的卷绕式铅酸电池，其特征在于所述的正极板和正极极耳、负极板和负极极耳分别采用所述碳纤维增强铅合金板栅一体冲压而成。
8.如权利要求6或7所述的卷绕式铅酸电池，其特征在于所述的正极端子、负极端子分别焊接于正极极耳、负极极耳。
9.如权利要求6所述的卷绕式铅酸电池，其特征在于所述的壳体外壁装配一底座。
10.如权利要求6或7所述的卷绕式铅酸电池，其特征在于所述的正极耳、负极耳分别与正极汇流排、负极汇流排相连，正极汇流排、负极汇流排分别与所述的正极端子、负极端子焊接。
全文摘要
本发明公开了碳纤维增强铅合金板栅的制造方法及卷绕式铅酸电池。碳纤维增强铅合金板栅的制造方法按如下步骤(1)碳纤维布高温脱胶碳纤维布由单向长碳纤维和环氧树脂制成，将碳纤维布置于450℃～500℃的环境中烘烤5～10min，脱除环氧树指；(2)碳纤维浸渍在无水和惰性气体保护中，把碳纤维布浸入液态的钠-钾合金中，然后拉出；(3)热挤压成型碳纤维布与处于温度为450℃～500℃、压强为500Mpa～550Mpa的铅或铅合金液一起骤冷至200℃以下，挤压制成板材；(4)压延压延而成板材；(5)冲孔冲压出孔。本发明制成的碳纤维增强铅合金板栅，拉伸强度高、导电性好、重量轻、耐腐蚀性好等，且单位面积上可以涂覆更多的活性物质，使用该板栅制作的卷绕型铅酸电池具有更高的质量比能量和体积比能量。
文档编号H01M4/82GK102244268SQ20111014085
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者汪训国 申请人:杭州中亿科技有限公司