侧立式双极性铅锡酸动力电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种侧立式铅锡酸动力电池，能将原来铅酸电池的理论比容量从83.47Ah/kg提高到96.81Ah/kg，实际比能量从50Wh/kg提高到80Wh/kg以上，能量密度提高到200Wh/L以上。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池自1859年由普兰特发明至今已有一百多年的历史，经过了许多重大的改进。为了提高能量密度，循环寿命，高倍率放电等特性，相续开发出阀式电池，双极性电池，水平式电池，卷式圆柱形电池，超级电池。尽管如此，其比容量与镍氢电池和锂电池相比还有较大差距。众所周知，电动汽车发展的瓶颈主要是电池。镍氢电池，锂电池的比容量和比功率都比较能满足电动汽车的基本要求，但有自燃爆炸性风险，特别是造价成本太高很难被纯电动汽车中低端市场所接受。
[0003]铅酸电池的比容量和比功率同时满足电动汽车的最低要求，只是相对而言偏低。但是安全可靠，价格便宜，只要大幅度提高比容量和比功率，可以说是前景光明。双极性电池省去了板栅和连接用铅，降低了重量，一定程度提高了比容量，最高可达60Wh/kg。但这种双极性电池有五大难题:一是基板与电池壳体之间的连接密封很难解决；二是无论基板采用何种轻型导电材料制造，基板正极一侧必需有一层氧化铅或同电位的金属氧化物将基板包起来，因为基板与正极活性物质外面的硫酸有2伏的电位差，会形成局部短路，造成严重自放电现象；三是基板为了防止透酸，整板必需是实心的，不能最大幅度降低自重；四是因为活性物质与硫酸是单面接触，所以活性物质的厚度只能是传统电池的一半；五是单极板不能像传统电池多极板并联容量做大。这是双极性电池花了近百年时间还不能商品化的重要因素。而且与镲氢电池的80Wh/kg和锂电池的90-150Wh/kg还有明显差距。
【发明内容】
[0004]为了大幅度提高能量密度，本实用新型提供一种侧立式双极性铅锡酸动力电池，在电池壳中，正极输出极板，双极性正负极板，负极输出极板顺序安装，与传统的双极性电池的极板不同的是传统的双极性极板是正负极活性物质分别在基板的两面，而侧立式双极性铅锡酸动力电池的极板是使用同一块基板，通过电池槽单格内腔与内腔之间的隔板将基板一分为二，基板一侧的两面涂有正极活性物质成为正极板，基板的另一侧的两面涂有负极活性物质成为负极板，在同一块基板上的正负极板用电池槽相邻单格之间的隔板将其分开，双极性正负极板之间未涂活性物质的基板部分按方向顺序无间隙地固定在隔板内。同传统双极性电池一样，它省去了极耳汇流排及极柱，同极之间多极板的并联汇流是通过电解质硫酸实现的，负极活性物质采用多孔性纯锡。本实用新型发挥两种电池之优势，将原来的铅酸电池理论比容量83.47Ah/kg(4.46g正极活性物质+3.86g负极活性物质+3.66g硫酸=11.98g/Ah，则100g活性物质可以产生的电量为83.47Ah/kg)提高到96.8IAh/kg (4.46g正极铅活性物质+3.66g硫酸+2.21负极锡活性物质=10.33g/Ah，则100g活性物质可以产生的电量为96.81Ah)。因用锡量不大，造价不高，是动力电池的理想选择。
[0005]本实用新型的有益效果是通过减少连接用铅量，板栅用铅量以及负极活性物质比重的降低从而提高了比能量，结构紧凑大幅度提高了能量密度。以12V.40Ah侧立式双极性铅锡酸动力电池实验样品为例:外型尺寸:高170mm，宽77mm，长180mm。体积为2.356L，重量为6.4kg。基板厚度为0.3mm，采用锡铅合金，其中锡占90%，铅占10%。正极板活性氧化铅厚1mm，高150mm，宽26mm，片数为27X6 ;负极版活性锡厚0.7mm，高150mm，宽26mm，片数为27X6，隔膜为55X6片，厚度0.3mm。两小时放电量44Ah，比能量达到82.5Wh/kg，能量密度达到203Wh/L。总用锡量900g。比能量超过了目前市场有售的镍氢电池水平。
【附图说明】
[0006]图1，图2是本实用新型的一个实施例正视和俯视剖面构造图。
[0007]图1，图2中的I是电池槽，2是限压阀，3是电池负极输出极柱，4是电池正极输出极柱，5是双极性负极板，6是双极性正极板，7是电槽内腔隔板，8是电池槽盖，9是正极输出端正极极板，10是负极输出端负极极板，11是基板，12是正极基板塑料包边框架，13是负极基板塑料包边框架，14是负极塑料边框延长，15是汇流排。
[0008]图3，图4，图5是双极性正负极板正视，俯视和侧视构造图。
[0009]图3，图4，图5中的5是双极性负极板，6是双极性正极板，12是正极基板塑料包边框架，11是正负极基板，13是负极基板塑料包边框架，14是负极塑料边框延长。
[0010]图6，图7，图8是电池正极输出端正极板正视，俯视和侧视图。
[0011]图6，图7，图8中的9是正极输出端正极极板，12是正极板塑料边框架，11是正极基板，16是极柱耐酸O型密封圈，4是正极输出端，15是汇流排。
[0012]图9，图10，图11是负极输出端负极板正视，俯视和侧视图。
[0013]图9，图10，图11中的10是负极输出端负极极板，13是负极塑料边框架，11是负极基板，16是极柱耐酸O型密封圈，3是负极输出端，15是汇流排。
[0014]图12，图13，图14是电池槽隔板及注胶腔正视，俯视和侧视剖面图。
[0015]图12，图13，图14中的I是电池壳体，5是双极性负极板，6是双极性正极板，7是电池槽单格内腔之间的隔板体，12是正极板塑料边框架，13是负极塑料边框架，14是负极塑料边框延长，17是极板插入槽，18是负极板定位台阶，19是正极板定位台阶，11是基板，20是注胶腔。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]图1，图2侧立式双极性铅锡酸动力电池壳I中，正极输出极板9，双极性正负极板5.6，负极输出极板10顺序安装，双极性正负极板5.6使用同一块基板11，基板一侧的两面涂有正极活性物质6成为正极板，另一侧的两面涂有负极活性物质5成为负极板，双极性正负极板5.6之间未涂活性物质的基板部分按方向顺序无间隙地固定在电池槽相邻单格内腔之间的隔板7内，在电池盖I的配合下，电池槽中每个单格各自独立密封。电池的正负极输出端极板9.10的并联连接采用传统方式，只是极耳位置设计在板栅腰部中间，可以有效缓解极板下段部分活性物质的盐化。双极性极板在电池槽单格内腔中同极极板的汇流并联是通过电解质硫酸实现的。
[0018]电池的成流反应
[0019]——充电放电——
[0020]正极反应:Pb02+3H++HS(T4+2e= = = PbS04+2H20
[0021]负极反应:Sn+HS04== = = SnSO 4+H++2e
[0022]电池总反应:Pb02+Sn+2H++2HS04= = = PbSO 4+SnS04+2H20
[0023]图3，图4，图5中的塑料框架12，13用于支撑整体双极性极板正负极基板11。正负极基板11中未涂活性物质部分用负极塑料边框延长14支撑。塑料边框延长14与塑料框架12，13是一个整体，它是将正负极基板制成后放入注塑机模具内一次性注塑制得。
[0024]图6，图7，图8是正极输出端正极极板，它的基板11也是靠塑料框架12支撑。极柱4上设计有耐酸O型密封圈16，汇流排15设计在正极极板腰部中间一侧。
[0025]图9，图10，图11是负极输出端负极极板，它的基板11也是靠塑料框架13支撑。极柱3上设计有耐酸O型密封圈16，汇流排15设计在负极极板腰部中间一侧。
[0026]图12，图13，图14是双极性极板插入隔板插入槽17时，双极性正负极板上的塑料边框12，13与定位台阶18，19隔板体7形成注胶腔20。
【主权项】
1.一种侧立式双极性铅锡酸动力电池，在电池壳中，正极输出极板，双极性正负极板，负极输出极板顺序安装，其特征是:双极性正负极板使用同一块基板，基板一侧的两面涂有正极活性物质成为正极板，另一侧的两面涂有负极活性物质成为负极板。2.根据权利要求1所述的侧立式双极性铅锡酸动力电池，其特征是:在同一块基板上的正负极板用电池槽相邻单格之间的隔板将其分开。3.根据权利要求1所述的侧立式双极性铅锡酸动力电池，其特征是:双极性正负极板之间未涂活性物质的基板部分无间隙地固定在电池槽相邻单格之间的隔板内，在电池盖的配合下，电池槽中的每个单格各自独立密封。
【专利摘要】一种侧立式双极性铅锡酸动力电池，能将原来铅酸电池的理论比容量从83.47Ah/kg提高到96.81Ah/kg。双极性正极板与负极板通过同一块基板连接在一起，并用电池槽相邻单格内腔之间的隔板将其隔开，省去了极耳、汇流排、极柱，基板采用锡铅合金薄片，用塑料包边框架作为支撑，负极活性物质使用纯锡。减少了连接用铅，降低了自重，节约了空间，实际比能量达80Wh/kg以上，能量密度达到200Wh/L以上。
【IPC分类】H01M4/14
【公开号】CN204614863
【申请号】CN201520292844
【发明人】陈亮
【申请人】陈亮
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月8日