专利名称：高能化学电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学电池制造领域，更具体地说，涉及通过改进化学电池正负电极板栅的材料、结构或形状以及配制活性物质涂膏的工艺来提高其性能的装置。
化学电池一般主要由含活性物质的正负极板、和活性物质进行反应的足够量的电解液及隔板构成。正极和负极相对排列，用隔板等使其彼此之间隔开一定距离。放电时，活性物质与电解液进行电化学反应，电池放电能够得到的容量，在活性物质种类一定时，取决于活性物质的含量及其利用率。
目前，在化学电池例如铅蓄电池中，主要使用的极板是涂膏式和纤维丝管式两种。在涂膏式正负极板结构中，由于其板栅所能载活性物质不多，所能传导的电流不大以及活性物质利用率不高，使这种电池存在容量小、寿命短及大电流使用不好的缺点，例如以目前最好的方体形免维护密封型铅蓄电池(涂膏式正负极板结构)来说，其容量比能量为60W.h/L。而对于涂膏式负极板、管式正极板结构的电池，由于其正极板筋条(铅芯)能载活性物质相对增多，利用率相对提高，故容量增大，例如目前最好的方体形牵引用固定型防酸管式蓄电池的体积比容量为75W.h/L。又由于筋条相对增粗，故使所能够传导的电流也增大。但由于管式正极板的筋条(铅芯)是一支圆柱体管状，它使活性物质对电流分布不均匀，且其支撑能力也差，故该种结构电池抗震性能和充电置换效率相对低。
在上述电池结构中，正负板栅均用例如铅锑合金来制造。板栅与电解液作用产生具有正电位的氢离子。在正极，因正电极产生负氧离子，所以充电时，氢和氧能促进再化合而保持其水份，从而减小内阻增加导电性，致使其电位相对正常，实现充电时间缩短和转换效率提高及容易充足电容量;放电时，正电极内阻减小，电位提高，致使放电时间延长，即容量相对增加;贮存时，正电极能继续促进再化合而保持其水份，致使正电极贮存期相对延长。而在负极，所产生的带有正电位的氢离子成为多余，从而使充电时，负电极内阻和自放电增大，致使其电位相对下降，造成充电时间延长和置换效率降低及不容易实现充足容量;放电时，负电极内阻和自放电也增大，致使其电位相对下降，造成放电时间减小，即容量相对减小;贮存时，负电极自放电增大，致使负电极存贮期相对减小。
在常规的化学电池例如铅蓄电池制造工艺中，铅膏的配制都是采用传统的方法即将主要原料例如铅粉和水与添加剂(例如吸液料、填充料、纤维、发泡剂、助剂和催化剂)同时在同一容器中进行充分搅拌。这样，在搅拌过程中例如发泡剂与铅粉所产生的物理和化学反应，使其过早发大膨胀，影响电极活性物质之间粘结度，致使电极板内阻增大和活性物质容易脱落。
本发明的目的就是要克服上述化学电池的缺点，提供一种通过改进化学电池正负电极板栅的材料、结构或形状以及配制活性物质涂膏的工艺来提高其性能的装置。
根据本发明的化学电池装置，其组成部分及工作原理与常规化学电池例如铅蓄电池一样，其特征在于将电池的正极制成其侧面具有三面以上的多面柱体形状，例如横截面为三角形、矩形等的柱体，其板栅是具有用于支撑活性物质并传导电流的格子体的骨架;而负极制成与该正极相配合的片块状，该正极侧面被隔膜所包围，而负极片块包围着隔膜。该正极侧面的每一面都能与负极产生电化学反应。
根据本发明的化学电池，其特征在于将正负电极板栅均制作成圆管架式结构，即正负电极均是由一支以上圆管架并排列而成的块状，板栅内部结构为有格子体的骨架。
根据本发明的化学电池，其特征在于构造其正负电极板栅的材料不一样，例如在铅蓄电池中，正电极板栅采用的材料是例如铅锑合金的铅合金，负电极板栅采用的材料是纯铅。
根据本发明的化学电池，正电极为管架式结构的圆柱体，负电极为围绕该正极一周的片块状，其特征在于正极板栅是有格子体的骨架，且正负电极分别用假电极分开化成，正电极化成后，烘干待用，而负电极化成后马上清洗干净，并立即进行例如包围隔板的组装。
根据本发明提供一种所谓“先主后辅”的配制活性物质涂膏的方法，其特征在于首先将主要原料(例如在铅蓄电池中铅粉和水)放入容器中充分搅拌后，再将添加剂(例如吸液料、填充料、发泡剂、助剂、催化剂)放入该容器进行搅拌。填料后，再将一层薄的纤维压在极板活性物质表面。其特征还在于当主要原料与添加剂刚好均匀混合时，立即进行下一道工序例如制作涂膏等，以尽量减少主要原料与添加剂在搅拌工序中产生的相互反应，而让其在填料后一工序(例如干燥和固化)产生更多的反应。
根据本发明的化学电池，在不增加电池体积的条件下，增大了电池的容量，并提高了电池的其它各项性能指标。具体地说，与同类电池相比，电池容量提高约20%-100%，例如根据本发明的铅蓄电池其体积比能量为100W.h/L，循环寿命延长约2-5倍，大电流充放电提高50%-200%。且充放电曲线平稳，同时提高了电池的抗冲击性能。由于根据本发明的化学电池可在现有电池厂内不增加任何新的设备甚至更简单方便地予以实施，从而提高了现有设备的利用价值，提高产品合格率，降低成本。
下面参考附图结合本发明的实施例对本发明作进一步详细说明，本发明的上述目的和优点将从以下说明中能加深领会。附图中
图1a是本发明的第一实施例方体形酸性铅蓄电池结构示意性透视图，其正电极是横截面为三角形的柱体;
图1b是图1a所示电池的正负电极结构示意性透视图;
图2a是本发明的第二实施例方体形双管架式酸性铅蓄电池结构示意性透视图;
图2b、2c、2d分别是图2a所示电池的管架式正负极板及管子结构的示意性透视图;
图3a是本发明的第三实施例的圆柱形单管架式电池结构的示意性透视图;
图3b为图3a所示电池的管式正极的结构示意性透视图;
图4a、4b分别是图2a所示本发明电池的放电及充电特性曲线。
图1a是本发明第一实施例方体形酸性铅蓄电池的结构示意图。它含有正负电极引出端、封口剂、液孔塞、电池盖及电池槽，这些部分与现有技术的相同或相似，在此不再加以说明。本实施例的特征在于，如图1b所示，正极104为截面是三角形的柱体，其板栅是具有格子体的骨架，正极侧面有三面参加电化学反应，并由此正极104上引出导电条，彼此之间可以并连接成正极汇流排形成正极引出端101。负极105由一块板状极板相应弯曲成截面为三角形柱面，其板栅是有格子体的骨架，并由此负极105上引出导电条，彼此之间并连接成负极汇流排形成位于其一侧的负极引出端102。标号103代表隔膜。如上所述，该正负电极由三面体形结构组合而成，它比现有技术中方体电池的两面体结构显得牢固和耐受冲击及震动，三面比两面参与电化学反应的内阻也减小，加之板栅骨架筋条能适当增大体积，大电流充放电随之有所好转，再加之，其结构能允许其增大含活性物质的容量，故电池容量也随之增大且寿命延长。
在如图1a所示的该本发明第一实施例中，正电极板栅是采用了例如铅锑合金构造的，负电极板栅是采用例如纯铅构造。因此，既保持了如前所述的正电极板栅采用的铅锑合金对铅酸电池所起的积极作用，同时由于纯铅与电解液作用很小，因此，所产生的对负电极有不利影响的具有正电位的氢离子较少，从而提高了铅酸电池的性能。
在如图1a所示的该本发明第一实施例中，正负电极采用的是涂膏式极板，铅膏的配制方法如下先将主要原料(例如铅粉和水)放入容器中进行充分搅拌，然后再将添加剂(例如吸液料、填充料、发泡剂、助剂和催化剂)放入该容器中进行搅拌，当主要原料与添加剂刚好均匀混合，随即作下一道工序例如涂填操作，尽量减少主要原料与添加剂在搅拌工序中相互作用，尽量让主要原料与添加剂在填料后下一道工序(干燥和固化)产生更多反应，在填料后，再将一层薄的纤维压在极板活性物质表面，这是由添加剂主要是使电极活性物质之间反应面积增大和保持水份、减小内阻及消除反作用的主要功能所决定的。
图2a是本发明的第二实施例方体形双管架式酸性铅蓄电池结构示意图。其基本结构与现有技术相同，故在此不再说明，本实施例的特征在于，其正负极板均是由一支以上圆管架并排列而成的块状，如图2b、2c所示，其中负极板比正极板多一支圆管形板栅，且如图2d所示，每个圆管形板栅是有格子体的骨架，极板条中电极活性物质是压入或挤入或灌入的，经干燥后，才能将一支以上的圆管架彼此之间用上下导电柱焊接排列组成一块极板，再由这些极板焊接并连排成群汇流排形成电极引出端。
在本发明第二实施例中，与本发明第一实施例一样，正极板栅采用例如铅锑合金构成，而负极板栅采用例如纯铅构成，铅膏的配制方法也与在第一实施例中使用的一样。
由于本发明第二实施例的结构形式导致电极板中活性物质之间的空间接触面积增大，从而提高了电极活性物质的利用率，同时由于其板栅为有格子体的骨架，导致其所能载电极活性物质增多，从而在不增大电池体积的条件下，提高了电池的容量且所传导电流均匀，其体积比能量达100W.h/L。又由于管架式板栅的每条骨架筋条相对增粗，也导致所能传导的电流增大，且电极内阻减小，提高了充电时电能转换效率，再由于正负电极板栅所用的材料，提高了电极保持水份的能力，促进了再化合功能。管架式电极板栅支撑使活性物质不容易脱落，提高了抗击震动能力和传导电流分布均匀。
图3a是本发明的第三实施例圆柱形单管架式电池的结构示意图。正极板为管式圆棒状，如图3b所示，其板栅是有格子体的骨架，负极是涂膏式的块状，其板栅也是有格子体的骨架。
正负电极分别是用假电极分开化成，正极化成后，烘干待用，而负电极化成后，马上清洗干净，并立即进行包围隔板的组装，以避免因干燥断裂。
图4a为如图2a所示的本发明第二实施例在室温(25℃)时的放电特性曲线，a、b、c、d、e、f均为放电率，其中a为6C(A)，b为3C(A)，c为1C(A)，d为0.6c(A)、e为0.27(A)，f为0.1c(A)，A为电流安培。
图4b为上述电池在室温(25℃)时的定电流定电压的充电特性曲线，其中k为充电量(与放电量对比)，1为端子电压，m为充电电流(0.1C率)。
从图4a、4b可以看出，根据本发明的化学电池其充放电性能有所提高。
本发明的上述实施例仅为说明起见，对于本领域的技术人员来说，在不违背所附权利要求书范围的条件下可有各种改进和变更。
权利要求
1.一种其主要由含有活性物质的正负电极构成的高能化学电池，其特征在于其正负电极板栅是用不同的材料构成的，所用材料使其正电极板栅产生氢离子，而负电极板栅不产生或较少产生氢离子。
2.一种其主要由含有活性物质的正负电极构成的高能化学电池，其特征在于其正极为其侧面具有三面以上的多面柱体形状，其板栅是有格子体的骨架，而负极为与该正极相配合的片块状。
3.一种其主要由含有活性物质的正负电极构成的高能化学电池，正电极为管架式结构，其特征在于其负电极也为管架式结构，且正负电极板栅是有格子体的骨架。
4.一种其主要由含有活性物质的正负电极构成的高能化学电池，其正极是圆柱体，而负极为围绕该正极一周的片块状，其特征在于正负极板栅是有格子体的管架，且正负电极分别是用假电极分开化成，正电极化成后烘干待用，而负电极化成后，马上清洗干净，并立即进行组装。
5.如权利要求2、3或4所述的化学电池，其特征在于其正负电极板栅是用不同材料构成的，所用材料使其正电极板栅产生氢离子，而负电极板栅不产生或较少产生氢离子。
6.一种其主要由含有活性物质的正负电极构成的高能化学电池，其特征在于在配制活性物质涂料时，先将主要原料在容器中充分搅拌，再将添加剂放入该容器进行搅拌均匀即可，填料后，再将一层薄的纤维压在活性物质表面。
全文摘要
一种高能化学电池，在不增大体积的条件下，提高了电池的性能。本发明的特点在于该电池的正负电极采用不同材料制作。在正极为多面柱体结构中，正极为其侧面具有三面以上的多面柱体形状，其板栅是有格子体的骨架，负极为与该正极相配合的现有涂膏结构的片块状。在管架式结构中，正极为圆柱体，负极为围绕正极一周的现有涂膏式结构的片块状，其正负电极板栅是有格子体的骨架。在双管式结构中，将正负电极均制成管架式结构，且其板栅是有格子体的骨架，同时本发明提供了一种“先主后辅”的配制活性物质涂料的新方法。
文档编号H01M4/73GK1065354SQ9110201
公开日1992年10月14日 申请日期1991年3月28日 优先权日1991年3月28日
发明者陈远鸿, 张九愚, 陈云波 申请人:陈远鸿