一种使用寿命长的蓄电池电极的制造方法与流程

本发明涉及蓄电池制造技术领域，尤其是涉及一种使用寿命长的蓄电池电极的制造方法。

背景技术：

蓄电池的电极通常包括片状的可导电的集流体、涂覆在集流体上由膏状的活性物质构成的活性层，电极经过烘干后使活性物质固化，从而使活性层牢固地粘结在集流体的表面。这样的电极结构具有生产工艺简单的特点。例如，在中国专利文献上公开的“一种铅酸电池的炭质电极板”，公告号为cn201655911u，该电极板由金属集流体、电活性物质、粘结剂和添加剂组成，可用于叠层式或卷绕式铅酸电池。该电极板具有优良的脉冲响应性能，能提高铅酸电池的功率密度和循环使用寿命，有望应用于电动车、电动工具、脉冲发射等领域的铅酸电池。

然而这类电极存在如下问题：随着电池的充放电循环，电极上的活性层会逐渐疏松、并从集流体表面脱落，最后导致电极失效。有人在电极活性物质中添加粘接剂，以增强活性层和集流体之间的粘结强度，但是不能从根本上解决活性层脱落的问题，并且粘结剂会降低活性物质的活性，从而降低蓄电池的性能。此外，活性层是涂覆在集流体表面的，因此，容易出现活性层厚度一致性差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的蓄电池电极所存在的表面活性层容易脱落、以及活性层厚度一致性差的问题，提供一种使用寿命长的蓄电池电极的制造方法，用该方法制成的电极可有效地避免表面活性层与集流体分离而脱落，从而延长蓄电池的使用寿命，并且有利于提高活性层厚度的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种使用寿命长的蓄电池电极的制造方法，包括如下步骤：

a.将二层片状的集流体上下对应地层叠在一起，然后在二层集流体之间形成连接在一起的连接边，从而构成集流袋体，在集流袋体的二层集流体之间形成有由连接边围绕形成的填充腔，在填充腔内填充电活性物质；

b.用压延装置挤压集流袋体，使填充腔内的电活性物质形成扁平的活性层；

c.将压平的集流袋体送入烘干窑进行烘干，使活性层固话。

我们知道，现有的电极中，活性层是涂覆在集流体表面的，因此，涂覆时的厚度容易出现波动，进而造成活性层厚度的一致性差，影响蓄电池的性能，并且活性层容易脱落。本发明先将二层片状的集流体制成成集流袋体，并在集流袋体内填充电活性物质，然后通过压延装置将填充腔内的电活性物质压成均匀的厚度，进而在二层集流体的表面同时形成活性层。和现有技术的电极相比，本发明的电极中的活性层被夹设在两层集流体之间，也就是说，活性层并非是裸露在集流体表面的。电极在经过较长时间使用、其活性层逐渐疏松时，被夹持在两层集流体之间的活性层无法与集流体分离并脱落，活性层可得到集流体的有效保护和夹持，从而极大地延长电极以及蓄电池的使用寿命。可以理解的是，我们可通过压延装置，方便地压出厚度均匀一致的平整的活性层，和涂覆方式相比，可显著地提高活性层厚度的一致性，进而有利于提高蓄电池的性能。

作为优选，在二层集流体之间还设有第三层集流体，从而在集流袋体内分隔出二个填充腔。

可以理解的是，当二个填充腔内填充有电活性物质时，会使外侧的二层集流体向外侧鼓胀，而中间的一层集流体则保持平整。当压延装置挤压集流袋体时，即可在中间的集流体二侧分别形成活性层，从而形成二个叠合在一起的电极单元，有利于提高生产效率，提高电极的强度，并且可缩短电极之间导电距离远的问题。

作为优选，所述集流袋体内填充腔一侧的集流体上设置矩形凹槽，集流体沿着矩形凹槽的边缘连接在一起形成所述的连接边。

我们可根据电极的活性层厚度要求设置矩形凹槽的深度，当集流体沿着设置在矩形凹槽的边缘的连接边连接在一起时，矩形凹槽即可形成矩形的填充腔，进而形成矩形的活性层，有利于改善各电极之间活性层形状的一致性，进而提高蓄电池的性能。

作为优选，所述压延装置包括一个压延平台、设于压延平台上的升降支架，升降支架上设有竖直的升降油缸，升降油缸的活塞杆伸出缸体的下端设有与压延平台平行的升降压板，升降油缸的活塞杆伸出缸体的上端设有配重盒，升降支架上还设有位于配重盒上方的电磁铁，电磁铁下侧吸附有配重块，升降油缸下部的工作腔通过设有电磁换向阀的管路与液压油路相连通，在步骤a中，在填充腔内填充额定重量的电活性物质；在步骤b中，先将集流袋体平放在压延平台上，然后电磁阀断电，使配重块落入配重盒内，接着电磁换向阀工作，使升降油缸下部的工作腔内的液压油通过管路流回油箱，配重块使活塞杆下移，此时的升降压板以一个固定的压力压延集流袋体，使填充腔内的电活性物质形成扁平的活性层。

本发明的压延装置包括一个用于驱动升降压板上下移动的升降油缸，升降油缸下部的工作腔通过电磁换向阀与液压油路相连通，从而使工作腔可选择地与高压油或油箱相连通。当电磁换向阀使升降油缸下部的工作腔与高压油连通时，活塞杆上移，从而带动升降压板向上移动至初始位置。需要压延集流袋体时，控制器使电磁阀断电，此时的电磁阀失去磁力，配重块即落入下方的配重盒内。接着电磁换向阀换向，升降油缸下部的工作腔与油箱连通而回油，此时的活塞杆即可在配重块的作用下向下移动，直至升降压板贴靠并挤压集流袋体，从而将集流袋体压平，填充腔内的电活性物质被压平成活性层。由于配重块的重量固定，因此，最后作用到集流袋体上的挤压力也是恒定不变的。可以理解的是，通过控制填充电活性物质的质量以及配重块的重量，我们可方便地控制活性层的厚度，同时确保填充腔内的电活性物质被充分压实，以提升电极的体积比能量，同时有效地避免因挤压力过大导致的填充腔爆裂和破损。

作为优选，所述集流体上设有若干均匀地间隔分布的网孔，所述网孔包括过液孔以及靠近连接边的4-8个调节孔，在集流体的一侧表面设有覆盖网孔的保护膜，在保护膜和过液孔周围的集流体之间设有粘结层，在步骤b中，当压延装置挤压集流袋体至固定的厚度时，填充腔内多余的电活性物质从调节孔向外挤出，从而形成固定厚度的活性层。

本发明在集流体上设有网孔，因此，电解液可以顺利通过制成的电极，从而确保蓄电池性能的充分发挥。特别是，本发明在集流体的表面设有覆盖网孔的保护膜，并且保护膜通过粘结层与集流体相粘结。因此，可有效地避免填充在填充腔内的电活性物质向外泄漏。由于本发明只是在保护膜和过液孔周围的集流体之间设有粘结层，而另外的4-8个调节孔周围并没有粘结层，所以，当压延装置挤压集流袋体时，填充腔内多余的电活性物质会从调节孔向外挤出，以便形成固定厚度的活性层。也就是说，我们可想填充腔内适当地多填充一些电活性物质，从而确保挤压成型的活性层灰度的稳定一致，并使整个填充腔内能形成完整的活性层。

作为优选，所述集流体采用铝箔制成，在步骤a中，先通过焊接装置在二层集流体之间形成焊接在一起的u形的连接边，然后从u形的连接边的开口处向内填充电活性物质，并使u形的连接边的开口竖直朝上，接着用封口装置使u形的连接边的开口处焊接在一起，从而形成填充有电活性物质的填充腔。

用铝箔制成的集流体所构成的电极适用于锂电池，而二层集流体之间则可先通过焊接装置形成u形的连接边，此时即可从u形的连接边朝上的开口处向内填充电活性物质，并通过封口装置使u形的连接边的开口处焊接在一起，从而形成填充有电活性物质的封闭的填充腔。

作为优选，所述焊接装置包括焊接平台、设置在焊接平台上的u形的下电极、对应地设置在下电极上方且可上下移动的u形的上电极，所述下电极的上端面与焊接平台表面齐平，所述封口装置包括左右相对布置且可相对移动的长条状的封口电极，在步骤a中，我们先将二层片状的集流体上下对应地叠置在焊接平台上，然后上电极下移抵压集流体并使上、下电极通电，电流通过二层叠置在一起的集流体，使集流体被上、下电极夹紧的区域发热熔融在一起，从而形成u形的连接边，然后从u形的连接边的开口向二层叠置在一起的集流体内部填充电活性物质，并使连接在一起的集流体竖直地位于左右两个封口电极之间，此时左右两个封口电极正对u形的连接边朝上的开口，两个封口电极相对移动夹紧u形的连接边的开口并使封口电极通电，电流通过二层叠置在一起的集流体，使集流体被两个封口电极夹紧的区域发热熔融在一起，从而使u形的连接边封口，集流袋体的二层集流体之间形成填充有电活性物质的填充腔。

当焊接装置中u形的上、下电极夹紧二层集流体并通电时，电流使集流体上被夹紧的u形区域快速发热熔融在一起，冷却后即形成u形的连接边，该方法即可有效地提高连接效率，并确保连接边形状的规整。当我们向二层叠置在一起的集流体内部填充电活性物质后，可使连接在集流体的u形的连接边朝上的开口位于左右两个封口电极之间，此时封口电极相对移动夹紧u形的连接边的开口并使封口电极通电，电流通过二层叠置在一起的集流体，使集流体发热熔融在一起，从而使u形的连接边封口，集流袋体的二层集流体之间形成填充有电活性物质的填充腔。可以理解的是，由于活性层的厚度较薄，因此，填充在填充腔内电活性物质位于填充腔的下部，因此，我们可方便地夹持竖直的连接在一起的二层集流体，以便于通过封口装置封口。

因此，本发明具有如下有益效果：可有效地避免电极的表面活性层与集流体分离而脱落，从而延长蓄电池的使用寿命，并且有利于提高活性层厚度的一致性。

附图说明

图1是本发明电极的一种结构示意图。

图2是本发明电极的另一种结构示意图。

图3是压延装置的一种结构示意图。

图4是焊接装置的一种结构示意图。

图中：1、集流体11、连接边12、矩形凹槽13、过液孔14、调节孔2、活性层3、压延平台31、升降支架32、升降油缸33、升降压板34、配重盒35、电磁铁36、配重块37、定位凸筋4、保护膜5、粘结层6、焊接平台61、下电极62、焊接支架63、上电极64、驱动油缸。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种使用寿命长的蓄电池电极的制造方法，包括如下步骤：

a.如图1所示，将二层矩形片状的集流体1上下对应地层叠在一起，然后在二层集流体的边缘之间形成矩形的连接边11，连接边将二层集流体的边缘连接在一起，从而构成集流袋体，在集流袋体的二层集流体之间形成有由连接边围绕形成的矩形的填充腔，在填充腔内填充膏状的电活性物质；

b.用压延装置挤压集流袋体，使填充腔内的电活性物质形成扁平的活性层2；

c.将压平的集流袋体送入烘干窑进行烘干，使活性层固话，从而形成电极。

用该电极制成的蓄电池在经过较长时间使用后，电极的活性层会逐渐疏松。由于活性层被夹持在两层集流体之间，因此无法与集流体分离并脱落，活性层可得到集流体的有效保护和夹持，从而极大地延长电极以及蓄电池的使用寿命。可以理解的是，现有的电极制造方法通常是通过涂覆的方式在集流体表面形成活性层的，因此，活性层的厚度难以得到精确地控制，从而造成厚度不均匀。而本发明通过压延装置挤压形成活性层，所以，可方便地压出厚度均匀一致的平整的活性层，进而可显著地提高活性层厚度的一致性，进而有利于提高蓄电池的性能。

作为一种优选方案，如图2所示，我们可在二层集流体之间设置第三层集流体，从而在集流袋体内分隔出二个填充腔。当然，二个填充腔均需填充电活性物质。可以理解的是，此时外侧的二层集流体会向外侧鼓胀。当压延装置挤压集流袋体时，即可将集流袋体压平，从而在中间的集流体二侧分别形成平整的活性层，进而形成二个叠合在一起的电极，有利于提高电极的生产效率，并提高电极的强度，有效地解决电极之间导电距离远的问题。

为了确保填充腔内活性层边缘形状的规整，我们可在集流袋体内填充腔一侧的集流体上设置矩形凹槽12，集流体沿着矩形凹槽的边缘连接在一起形成所述的连接边。从而可确保最终形成边缘清晰规整的矩形活性层。需要说明的是，对于由二层集流体形成的集流袋体，我们可在二层集流体上分别设置矩形凹槽，并且使二层集流体的矩形凹槽相对布置，当通过沿着矩形凹槽边缘的连接边连接在一起时，二个矩形凹槽即构成填充腔。对于由三层集流体形成的集流袋体，我们可在外侧的二层集流体上设置矩形凹槽，而中间一层集流体保持平整，并且外侧二层集流体的矩形凹槽开口相对布置。当三层集流体通过沿着矩形凹槽边缘的连接边连接在一起时，外侧二层集流体上的矩形凹槽即分别构成填充腔。

需要说明的是，我们可根据电极的活性层厚度要求设置矩形凹槽的深度，当通过压延装置压平集流袋体时，即可使电活性物质充满由矩形凹槽形成的填充腔，从而构成厚度一致的活性层。

作为一种优选方案，如图3所示，本发明的压延装置包括一个压延平台3、设置在压延平台上的升降支架31，在升降支架上设置一个竖直的升降油缸32，升降油缸的活塞杆伸出缸体的下端设置与压延平台平行的升降压板33，升降油缸的活塞杆伸出缸体的上端设置一个配重盒34。此外，在升降支架上还需设置位于配重盒上方的电磁铁35，电磁铁下侧吸附有配重块36，升降油缸下部的工作腔通过管路与液压油路相连通。需要说明的是，升降油缸为单作用油缸，其缸体下部为工作腔，而液压油路包括提供高压油的供油管路、连接油箱的回油管路。在连接工作腔与液压油路的管路上设置电磁换向阀，以便使工作腔可选择地与供油管路或回油管路相连通。

在步骤a中，我们可根据活性层的厚度计算出体积，然后根据密度计算出需要填充的电活性物质的额定重量，即可在填充腔内填充额定重量的电活性物质；在步骤b中，先将填充有电活性物质的集流袋体平放在压延平台上，然后电磁阀断电而失去磁吸力，配重块落入配重盒内，接着电磁换向阀工作，使升降油缸下部的工作腔内的液压油通过回油管路流回油箱，配重块使活塞杆下移，直至升降压板贴靠并挤压集流袋体，此时的升降压板以一个固定的压力压延集流袋体，使填充腔内的电活性物质形成扁平的活性层。可以理解的是，我们可通过合理地设置配重块的重量，从而控制升降压板对集流袋体的挤压力，进而控制活性层的厚度，同时确保填充腔内的电活性物质被充分压实，以提升电极的体积比能量，并有效地避免因挤压力过大导致的填充腔爆裂和破损。

此外，配重块可适配在配重盒内，并且升降压板上升至最高位置时，配重块刚好与电磁铁贴合。这样，当完成集流袋体的压延后，升降油缸使升降压板上升至最高位置，此时的配重块刚好与电磁铁贴合，然后电磁铁通电产生磁吸力，从而吸附配重块，使升降压板可靠地停留在最高位置。甚至，我们还可在配重块和配重盒之间设置缓冲垫，以避免升降压板上升时配重块对电磁铁造成冲击。由于配重块始终停留在配重盒内，因此，可有效地避免配重块与配重盒之间产生错位。

作为另一种优选方案，我们可在集流体上设置若干均匀地间隔分布的网孔，网孔包括过液孔13以及靠近连接边中点位置的4-8个调节孔14。此外，为了避免填充腔内的电活性物质的外泄，对于由二层集流体形成的集流袋体，我们可在集流体外侧面设置覆盖网孔的保护膜4，在保护膜和过液孔周围的集流体之间设置粘结层5，从而使保护膜粘结在集流体表面，并可靠地封堵过液孔，此时，数量较少的调节孔只是被保护膜覆盖。在步骤b中，我们可设置压延装置的下移位置，使压延装置挤压集流袋体至固定的厚度，填充腔内多余的电活性物质从调节孔向外挤出，从而形成固定厚度的活性层。也就是说，在此方案中，我们可在填充腔内填充超出额定重量的电活性物质，以便在压延时多余的电活性物质可通过调节孔外泄，进而形成厚度一致的活性层。

当然，上述方案也适用于由三层集流体形成的集流袋体，我们可在外侧的二层集流体上设置若干均匀地间隔分布的网孔，其中外侧两层集流体的网孔包括过液孔以及靠近连接边中点位置的4-8个调节孔，而中间一层集流体上设置过液孔。在外侧两层集流体的外侧面设置覆盖网孔的保护膜，在保护膜和过液孔周围的集流体之间设置粘结层，从而使保护膜粘结在集流体表面，并可靠地封堵过液孔，此时，数量较少的调节孔只是被保护膜覆盖。在步骤b中，我们可设置压延装置的下移位置，使压延装置挤压集流袋体至固定的厚度，此时集流袋体内的上下两个填充腔内的电活性物质同时受到挤压，由于中间一层集流体上设有网孔，因此，上下两个填充腔相互连通，使两个填充腔内的电活性物质的压力保持相同，所以，中间一层的集流体可保持平整状态，而两个填充腔内多余的电活性物质可分别从外侧二层集流体的调节孔向外挤出，从而形成固定厚度的活性层。

可以理解的是，我们可通过设定升降油缸的升降行程方便地限定升降压板下降时与压延平台之间的距离，从而准确地控制压延成型后电极的厚度，并且使配重盒上升至最高位置时尽量靠近配重块，以减小电磁铁释放配重块时对配重盒形成的冲击。

另外，在填充电活性物质时，填充腔内会有空气存在。当我们压延集流袋体时，空气以及多余的电活性物质可通过调节孔向外排出，从而避免活性层出现气孔。

需要说明的是，我们可在压延平台上设置围成矩形的定位凸筋37，并在每一边的定位凸筋中间位置设置缺口。需要压延集流袋体时，可将集流袋体适配在定位凸筋内，以准确定位集流袋体的位置，并方便压平后的取件。当我们完成步骤c后，可撕去集流体表面的保护膜，以有利于蓄电池内的电解液能通过电极，从而确保蓄电池性能的充分发挥。

进一步地，集流体采用铝箔制成，以便于通过冲压成型工艺在集流体上形成矩形凹槽和网孔，进而使电极适用于锂电池。这样，在步骤a中，我们可先通过焊接装置在二层集流体之间形成焊接在一起的u形的连接边，然后从u形的连接边的开口处向内填充电活性物质，并使u形的连接边的开口竖直朝上，接着用封口装置使u形的连接边的开口处焊接在一起，从而形成填充有电活性物质的填充腔。

具体地，如图4所示，焊接装置包括一个焊接平台6，在焊接平台上设置u形槽，在u形槽内设置u形的下电极61，并使下电极的上端面与焊接平台表面齐平，下电极与u形槽之间有空隙，以避免将下电极的热量传递到焊接平台上。此外，在焊接平台上设置一个焊接支架62，焊接支架上设置竖直的驱动油缸64，驱动油缸向下的活塞杆上设置u形的上电极63，并且上电极与下电极相对应，驱动油缸可驱动上电极上下移动。而封口装置则包括左右相对布置并且可相对移动的水平长条状的封口电极。

在步骤a中，我们先将二层片状的集流体上下对应地叠置在焊接平台上，然后上电极下移抵压集流体，此时上、下电极通电，电流通过二层叠置在一起的集流体而迅速发热，使集流体被上、下电极夹紧的区域发热熔融在一起，冷却后即可形成u形的连接边，然后用一个具有一字型扁平开口的填充嘴，从u形的连接边的开口向二层叠置在一起的集流体内部填充电活性物质，接着夹持连接在一起的集流体的两侧边缘，使其竖直地位于左右两个封口电极之间，此时左右两个封口电极正对u形的连接边朝上的开口，两个封口电极相对移动夹紧u形的连接边的开口并使封口电极通电，电流通过二层叠置在一起的集流体而迅速发热，使集流体被两个封口电极夹紧的区域发热熔融在一起，冷却后即可使u形的连接边封口，集流袋体的二层集流体之间形成填充有电活性物质的填充腔。