一种防止极板膨胀短路的水平铅酸电池的制作方法

本实用新型涉及一种蓄电池，尤其涉及一种防止极板膨胀短路的水平铅酸电池。

背景技术：

铅酸电池始于1859年Gaston Plante关于Pb电极在10wt％的硫酸溶液中充放电的研究。1881年，Camille Faure将红铅、硫酸和水混合而成的铅膏涂布于铅板作为电极，Ernest Volckmar将铅板变更为铅板栅。这两项技术缓解了铅酸电池正负极铅膏软化脱落，有效地提高了铅酸电池的容量。铅酸电池结构由此基本成型并走向成熟。经过150余年的研究和改进，铅酸电池在极板、添加剂、隔板材料以及制造工艺等方向都得到了革新。目前，铅酸电池产量和储电量仍然雄踞化学电源之首，正在为人类社会的发展和进步做出巨大的贡献。因其具有稳定可靠、无记忆效应、价格低廉、可做成单体大容量电池等优点，铅酸电池已被广泛用作汽车启动电源、不间断电源、从电动自行车到柴油潜艇的动力电源和储能电源等等。

传统铅酸电池的基本结构是由涂有铅膏的板栅形成正负极板，正负极板之间用隔膜分隔，正负极板焊接到相应的汇流排后通过极柱将电池电流与外部连接，电池盖将电池密封，防止电解液流出。传统铅酸电池的极板采用垂直的方式放置，使用过程中会出现电解液层化现象，即电解液浓度差的极化现象，这是电池容量下降及寿命缩短的主要原因之一。

为了解决以上问题，人们开发出了一种水平铅酸电池：极板为准双极结构，即在板栅的一边涂覆正极活性物为正极板，另一边涂覆负极活性物为负极板；双极板间用隔膜隔开，按照一定的位置水平交错叠放，然后安装压力框架固定，形成电池模块装入电池槽中，经铸焊后进行密封，然后经过灌酸、化成，最终制成水平电池。这种水平铅酸电池虽然解决了电解质层化现象，且内阻小、轻量化，单元格之间的串联由连接双极板的铅丝直接实现，无需焊接(传统单元格串联，先将上一单元的焊接成一体的正极引出端与下一单元的焊接成一体的负极引出端再通过焊接的方式成为一体，实现相邻单元格的串联)。

但是，对于铅酸电池来说，在发生电化学反应的过程中，正、负极活性物质会发生不同程度的体积膨胀，刺穿隔膜，与正极活性物接触短路，或者通过极板边缘缝隙使正、负极板相互接触而造成短路，导致电池失效。因此，防止电池活性物质的膨胀造成正、负极板接触短路，是提高水平铅酸电池使用寿命的有效手段。

技术实现要素：

本实用新型提供一种防止极板膨胀短路的水平铅酸电池，能够通过负极活性物质容置槽控制负极活性物质的膨胀路径避免正、负极板接触短路。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种防止极板膨胀短路的水平铅酸电池，包括电池外壳，以及由正、负极板和隔膜组成的电池极群，其特征在于，所述电池外壳包括底板、顶盖和两侧板，所述侧板在每块负极板的延伸方向上设置有负极活性物质容置槽，该负极活性物质容置槽与任意正极板分离，也就是说，该容置槽与任意正极板均不接触。对于水平铅酸电池，正极放电由PbO2转化为PbSO4，体积膨胀约1.5倍；负极由Pb转化为PbSO4，体积膨胀约1.95倍；另外，负极活性物为多孔海绵铅，其强度远低于正极的二氧化铅，所以，在膨胀时，正极容易在厚度方向膨胀压缩负极，而水平电池壳体强度高，装配压力大，负极垂直方向膨胀受限，只能向四周扩散，又由于纬线不可拉伸，膨胀只能向两侧进行，虽然负极有充电收缩的特性，但放电时负板受压造成的两侧膨胀并不能复原，随循环次数增加愈趋严重。总体而言，在有限空间内，膨胀后的负极枝晶可能会在垂直方向长大，与正极接触形成短路。该容置槽可以为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间。在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向两侧方向延伸，而不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，从而提高电池的综合性能和使用寿命。

进一步的，上述负极活性物质容置槽的高度比所述负极板的厚度大0.2～3mm。负极活性容置槽的高度优选比负极板的厚度略大，以保证所有膨胀的负极活性物质都被限定在容置槽范围内，而不沿极板边缘缝隙爬升。

进一步的，上述负极活性物质容置槽的长度与所述负极板的长度相当，相当指相等或者略大，以将膨胀的负极活性物质都被限定在容置槽范围内为原则。

进一步的，上述负极活性物质容置槽的槽深为0.5～5mm。槽深与侧板的厚度相关，在现有的种类中，在电池有效时间内，0.5～5mm深的负极活性物质容置槽已经能够满足容纳膨胀的负极活性物质的空间需求。

进一步的，上述电池极群的两侧设置有阻隔液体和/或气体流动的隔离件，所述电池壳与所述隔离件对应的位置设置有容胶槽，所述容胶槽中填充有密封介质，所述负极活性物质容置槽与所述容胶槽的距离大于0。隔离件和密封介质的设置能够保证不同电池极群间在双极板的铅丝处不发生窜液窜气；活性物质容置槽与容胶槽不贯通，则膨胀溢出的负极活性物质也无法因为双极板铅丝处的复杂结构而难以控制，能够更好地保障正、负极板之间的隔离。密封介质以可固化的流体为优选，如环氧胶、塑料等。

进一步的，上述电池外壳由分离的底板、顶盖和两侧板组合而成。分离式的壳体使得电池的各个部件更好地组装，也利于定位和加工。

进一步的，上述侧板设置有用于与底板粘接或熔接的定位面，所述底板设置有配合所述定位面的定位槽。侧板与底板通过定位面与定位槽的粘接或熔接形成密封固定连接。

进一步的，上述侧板与所述顶盖通过螺钉或者热熔或者燕尾自锁紧固。该结构能够承受一定的组装压力，不需要额外的压力框架而允许电池内部存在较大的组装压力，更好地控制膨胀后的活性物质在极板的延伸方向溢出而保证纵向不发生膨胀。

进一步的，上述顶盖与侧板配合的两侧设置有燕尾台，所述侧板与燕尾台对应的位置设置有用于与燕尾台配合的燕尾槽，二者相互配合可以使侧板与顶盖通过燕尾自锁固定。

进一步的，上述电池外壳的顶盖与底板之间的组装压力50-200kPa，表明极板间存在一定的压力以迫使膨胀物质向容置槽扩张。极放电由PbO2转化为PbSO4，体积膨胀1.5倍；负极由Pb转化为PbSO4，体积膨胀1.95倍；另外，负极活性物为多孔海绵铅，其强度远低于正极的二氧化铅，所以，在膨胀时，正极容易在厚度方向膨胀压缩负极，而水平电池壳体强度高，装配压力大，负极垂直方向膨胀受限，只能向四周扩散，又由于纬线不可拉伸，膨胀只能向两侧进行。虽然负极有充电收缩的特性，但放电时负板受压造成的两侧膨胀并不能复原，随循环次数增加愈趋严重。对于传统电池，一者组装压力小，二者塑壳强度低，不足以限制正负极板在厚度方向膨胀；当电池集群组装压力足够大，塑壳足够强，负极则会向四周而不是厚度方向膨胀，这样增设两侧的负极容置槽就有了意义。

本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型通过在电池外壳的侧板设置负极活性物质容置槽，可以为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间，在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向极板两侧方向延伸，而不会沿着垂直方向生长，也不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，也不会发生纵向变形，从而提高电池的综合性能和使用寿命。

2)分离式的侧板、底板、顶盖和隔离件形成空腔，再通过介质填充以上结构间的空隙，形成密封良好的用于容置单组电池极群的密封性良好的单元格；仅仅增加隔离件只能保证连接双极板的铅丝处不发生窜液窜气，并不能阻断酸液和气体从隔离件的周圈在相邻单元格间扩散，因此，电池壳体上必须增加密封结构，由分离式的侧板、底板和顶盖形成的电池壳体，可以将隔离件组装在内，并设置用于填充介质的密封结构，以确保不发生窜液和窜气；

2)本实用新型的电池外壳由分离式的侧板、底板和顶盖通过销钉、插接、粘接或者熔接等方式固定形成的，尤其是侧板与顶盖之间的燕尾自锁结构，能够容忍较高的组装压力，无需传统结构中额外的压力框架提供必要的组装压力，使得极板活性物质不会在纵向发生明显的膨胀变形，迫使膨胀的负极活性物质向两侧溢出至负极活性物质容置槽；

3)本实用新型的隔离件可通过环氧胶等介质，固化前具有流体的性质，能够按照设计好的通道进行充分填充，如容胶槽和注胶槽，固化后可以实现不同部件之间的粘接和空隙的密封，能产生良好的阻隔酸液和酸气的作用，且对电池极群起到一定的固定作用；

4)本实用新型的分离式外壳的组装方法合理，步骤简便，密封效果良好，既利于提高电池的整体性能，又提高了水平铅酸电池的组装效率。

【附图说明】

图1为实施例一的侧板的内部示意图；

图2为实施例一的侧板的A-A’向剖面图。

标注说明：1，侧板；2，负极活性物质容置槽；3，定位面；4，燕尾槽；5，容胶槽；d，槽深；T，高度。

【具体实施方式】

下面用具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不仅局限于以下具体实施例。

以下所提供的实施例并非用以限制本实用新型所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本实用新型做显而易见的改进，亦落入本实用新型要求的保护范围之内。

实施例一

一种防止极板膨胀短路的水平铅酸电池，包括电池外壳，以及由正、负极板和隔膜组成的电池极群。其电池外壳由分离底板、顶盖和两侧板组成，侧板1设置有用于与底板粘接或熔接的定位面3，所述底板设置有配合所述定位面的定位槽，侧板1与底板通过定位面3与定位槽的粘接或熔接形成密封固定连接。

侧板1在每块负极板的延伸方向上设置有负极活性物质容置槽2，该负极活性物质容置槽2与任意正极板分离，也就是说，该容置槽2与任意正极板均不接触。该容置槽2可以为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间，在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向两侧方向延伸，而不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，从而提高电池的综合性能和使用寿命。

以图示方向为准，负极活性物质容置槽的高度T一般比负极板的厚度大0.2～3mm，长度与负极板的长度相当，槽深d为0.5～5mm。侧板1在隔离件对应的位置上设置有用于容置密封介质的容胶槽5，容胶槽5中填充有密封介质，所述负极活性物质容置槽2与所述容胶槽5分离不贯通。密封介质优选为环氧胶。

实施例二

实施例二的水平铅酸电池与实施例一的区别在于，侧板1开有销钉孔，销钉通过销钉孔将侧板1和顶盖固定在一起，这样固定使得整个电池外壳可以承受一定的组装压力。

电池性能检测

表1水平铅酸电池的自放电率、循环寿命和膨胀短路情况