专利名称：一种免隔板铅蓄电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铅蓄电池制造领域，特别涉及一种免设置常规隔板的极板隔离件及其内部连接结构。
背景技术：
铅蓄电池具有材料来源广、安全可靠、性价比高、具有大容量、放电强度大等性能优势，且废弃资源可循环利用，在近年仍保持了广泛的市场。铅极板的制造主流为板状涂膏式，其外观形状如图1a和Ib所示；铅正极通常还有一种管式结构，将条形集电体9置在空心的管状微孔网8中，条形集电体9位于截面轴心，管网8与条形集电体9之间填充活性物质，如图2a和2b所示，因活性物质被填充在管网8内不会脱落，使用寿命长，广泛用于大功率电动机车，行业称管式电池。本技术源于管式电池的免隔板结构研究，同样适用于板式电池。管式极板通常是将若干单管连排使用，业内通称排管，等效于一片极板，如图2c所示；常规使用时与板状涂膏式极板类同，即将若干正极排管与若干负极板一正一负交叉堆叠、若干同极性极板通过极耳汇流电固连，分别引导出若干极板交叉堆叠的正极端和负极端组合成极群；为隔离极群中的正负两极，通常要加隔离板，包板时由上往上；常见的隔离板材料有富含微孔的橡胶、PE、PP、PVC、ABS以及AGM等，隔离形式有折叠包板或制造成套袋包板，裹包正/负极板，管式极板因套管为带孔绝缘物，隔离板通常是附加在板状的负极板上。隔离板是铅蓄电池内阻的主要来源之一，其附加成本也不可忽略，因此业内一直寻求一种微孔结构更合理、更省材料成本、内阻更低的隔离板。富液结构电池(包括管式和板式)在长期使用中更易在极群上部发生微短路，技术原因与富液结构及恒流充电方式有关。当使用时间较长时，极板活性物质容易发生溶出，其微粒较大者沉淀在槽体底部；较小的微粒往往游离于电解质并随电解质的充电气泡被携带到极群上部，沉积在极群上部套装极板的套袋口或向上裹包极板的软性隔板口 ；当游离活性物质沉积足够多时会成为极群微短路的重要来源。对于管式电池，由于排管为富含微孔的材料制成，可视为正极板自然附带的隔离板，由此对隔离负极板的技术要求并不高。管式电池与板式电池相比的内阻偏大,原因之一也是由于正、负极等效采用了双重隔离板。伴随电动汽车对管式电池的大电流充放电能力提升要求，管式电池制造领域急需寻求一种降低隔离板内阻的技术，尤其是一种等效免隔离板的技术优化方案。除了管式电池，不少对大电流充放电能力有提升要求的常规板式结构电池，同样将视线集中在隔离板改良，例如电动汽车用大、中型密封电池，业内期待能通过纳米功能胶体、结合粗孔AGM甚至不加隔膜的技术方案降低内阻
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于:克服现有隔离板结构技术的不足之处，为铅蓄电池尤其是管式电池提供一种结构简单，工艺容易实现的极板隔离件以及结构连接方法，形成可等效免去隔离板的极群，从而运用这种极板隔离件和极群连接结构，制造出结构更合理、更省材料成本、内阻更低的铅蓄电池。为实现上述目的，本实用新型提供了一种免隔板铅蓄电池，包括电池槽、电解质、端子和若干正极板3、负极板4，其特征在于:极群中相邻正负极板之间不设置常规隔离板，极群中相邻的正极板4和负极板3，至少有一块极板的一个边沿套装有隔离帽1，所述正极板和负极板通过该隔离帽I隔开。所述隔离帽I倒扣于极板上边沿时，极板上沿套装的隔离帽Ia带孔2，极耳5穿过孔2将隔离帽Ia向下倒扣；其它三个边沿套装的隔离帽Ib不带孔；所述正负极板的相对面中空，中空面积大于1/2 ;或者正负极板相对的中部空间适度填充多孔材料。所述的隔离帽I在负板3或正板4套装，或正负板同时套装，每片正板或负板至少套装一个，或多片极板共用一个隔离帽I。所述四个边沿套装的隔离帽I可分立或组合设计，相邻的隔离帽亦可一体化设计。所述的隔离帽I可用橡胶或PE、PP、PVC、ABS等常规塑料以及复合AGM、陶瓷等其他的软质或硬质耐酸绝缘材料制成，外边形状任意。所述隔离帽I的制造材料可带微孔，亦可不带微孔。所述的隔离帽I适用于常规极群安装的铅蓄电池，包括单体以及多格连体结构。所述极板包括涂膏式极板和管式极板。所述极群的下部还可以设置相对槽底可嵌合的的极群下部坐架，比如栅网状固定座架。实际制造中，本实用新型无论应用于管式还是板式电池，均应配合在极群下部设计用于与相邻极板相对定位的板架或类似功能装置；极群上部因同极性的极板是通过极耳汇流电固连，相对定位在现有技术中已较成熟。本实用新型改变了用隔板全部隔离极板面的常规设计方案，隔离帽I仅是隔离极板的边沿，使正负极板的相对面绝大部分中空，有效地降低了内阻和隔板材耗；上沿隔离帽Ia的运用，消除了常规隔离袋向上包板在极群上部形成的游离活性物质沉积池，可有效地避免在长期使用中容易出现的极群微短路隐患。对于管式电池，现有极群的上下部定位技术已较成熟，只需将向上包负极板的软隔板或套袋置换本实用新型所述的隔离帽1，运用隔离帽Ia套装负极板上沿或同时用隔离帽Ib套装负极板下沿，即可达到本实用新型的基本设计目标。当隔离帽I应用于板式电池时，优选方案为用隔离帽I套装极板的四个边沿，既可套装正极板4或负极板3，亦可同时套装正、负极板，使正、负极板在极群中通过四个边沿的隔离帽I定位，达到防止正负极的板面接触、免除安装常规隔离板的基本设计目标；当制造的电池极板面积较大、同时对防震要求不高时，亦可用隔离帽I套装正、负极板的相对两个边沿甚至仅套装一个边沿。本实用新型的优点在于，极板隔离结构简单，成本低，工艺容易实现。运用本实用新型制造出的免常规隔板的电池，具有内阻低、充放电效率高、比能量和比功率高、可大电流快速充放电的明显优势。
图1a为常规板状涂膏式极板结构的剖面图。图1b为常规板状涂膏式极板结构的侧视图。图2a为常规管式正极的单管结构示意图。图2b为常规管式正极的单管结构俯视图。图2c为若干正极单管排列组合成排管式极板的示意图。图3a为带极耳穿孔的隔离帽Ia的结构正视图和示意图。图3b为隔离帽Ia套装在极板上沿的示意图。图4a为隔离帽Ib的结构示意图。图4b为隔离帽Ib套装在极板下沿的示意图。图5a为隔离帽Ia和隔离帽Ib同时套装极板上、下沿的示意图。图5b为一体化设计的隔离帽套装涂膏式极板四个边沿的示意图。图5c为隔离帽Ib套 装涂膏式极板纵向两个相对边沿的示意图。图6为一种栅网状隔离固定座架结构的俯视图。附图标识1、隔离帽la、带孔隔离帽 lb、不带孔隔离帽 2、隔离帽的孔3、负极板 4、正极板5、汇流极耳6、极板上沿7、极板下沿 8、管状微孔网 9、管板集电芯10、管板下沿座架11、栅网状隔离固定座架
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步对本实用新型进行详细说明。实际应用中，首先制作隔离帽1，其与常规隔离板的不同，首先在于对极板面仅是局部隔离，而不是全部隔离。当设计为套袋形式时，该套袋仅是完成套封某边沿的功能，这一隔离帽形式较易在管式电池实现，因为管式正极板的表面是由多孔排管构成，在极群中与相邻负板除了有可能在上下边沿接触，中间绝大部分面积通过多孔排管自然隔离，在极群中只要在负板或正板的上沿或上下边沿用专门设计的隔离帽I防止接触，即可实现本实用新型的基本设计目标。参见图3a，隔离帽Ia是专为防止极群上部形成游离活性物质的沉积池而设计。以管式电池为例，常规包负板结构大略有两类，一类为多孔PE套袋，使用时将负板全部包裹入套袋内；另一类为多孔PP、AGM等软性隔膜，使用时习惯折叠将负板全部包裹；为防止负板上沿与正板上沿接触，一般要求隔板上沿高出负板的上沿6，由此向上套装负极板的PE套袋的袋口或向上裹包负板的折叠隔板口，自然成为负板上部的“隔板池”；当电池在使用中活性物质溶出、较小微粒游离于电解质并随电解质的充电气泡被携带到极群上部时，在负板上部的“隔板池”内很易发生自然沉积，当游离活性物质沉积足够多时成为极群上部微短路的重要来源。[0046]隔离帽Ia向下套装极板的专有设计，是为了杜绝上述“隔板池”的形成，隔离帽Ia的孔2是为了使隔离帽Ia的孔2穿过极耳5向下套装在极板的上沿，如图3b所示。套装极板其他三个边沿的隔离帽lb，不存在与极板的极耳5对接，无需设置孔2，如图4a所示，其套装极板下沿的效果示意如图4b所示。设计时，应视具体要求选择隔离帽I的包沿，一般而言，正极板为管式的极板优选用隔离帽I对负极板的极板上沿6和极板下沿7两边包沿,如图5a所示，甚至选用图3b所示的隔离帽Ia只包上沿或图4b所示的隔离帽Ib只包下沿；当电池的极板面积较大、同时对防震要求不高时，亦可仅用隔离帽Ib套装极板的纵向两个相对边沿，如图5c所示；同理，亦可选择套装极板的三个边沿；隔离帽可选择在负板3或正板4套装，亦可选择在正极板和负极板同时套装。隔离帽在具体设计时应灵活运用，每片正极板或负极板至少套装一个，亦可设计为若干片极板共用一个隔离帽I的一体化结构，或在同一片极板共用兼有Ia和Ib结构特征的一体化功能设计隔离帽；图5b为一种一体化设计的隔离帽I套装四个边沿的示意图，正负板均为涂膏式的极板优选用隔离帽四边包沿。反之，隔离帽Ia和Ib也可采用组合式设计，例如将隔离帽分拆为两个对称部件，使用时嵌合。隔离帽的材料选用与具体设计的功能密切相关，作为一种技术优化的选择方案，隔离帽的制造材料可带微孔，亦可不带微孔。带微孔的材料(例如PE套袋)对电解液体系的离子迁移影响较小，内阻较小；而不带微孔的材料例如ABS的强度大，不容易被极板活性物质晶格异变刺穿。所述的隔离帽I的材料，一般可选用蓄电池行业习惯使用的橡胶或PE、PP、PVC、ABS等常规塑料，亦可采用复合AGM，陶瓷等其他的软质或硬质耐酸绝缘材料；隔离帽的机械强度应符合设计要求，内部与极板边沿接合，外边形状任意。本实用新型要实现的另一个设计目标是等效免隔板，与全部套装或包裹整片极板的常规隔板技术方案相比，隔离帽I的主要作用仅是套装边沿局部，实用中仅需套装极板面的十分之一甚至更小面积，从而达到等效免隔板的设计目的；其中，隔离帽Ia与常规隔离板设计的本质区别，是带机械孔2以及套装极板的技术方案，其应用不是按常规自下往上套装极板，而是通过孔2穿过极板极耳5自上往下倒扣、套装在极板上沿6，如图3b所示。隔离帽I除了自上往下扣套极板上沿的Ia形式，套装极板其它三个边沿的隔离帽无需设孔2。所述的隔离帽I适用于所有采用常规极群安装的铅蓄电池，包括单体以及多格连体结构；对管式电池，因排管的特有结构，本实用新型应用时只需用隔离帽Ia形式套装负板上沿，即可达到基本设计目的。当极群下部有可能正负极电接触时，可在负板下沿增加套装Ib形式的隔离帽。同理，对板式电池，应用时只需用隔离帽Ia结合Ib的形式，套装正板、负板或同时套装正负板的上下沿、左右沿或四沿。本实用新型的实施，除对防止极群上部微短路有明显作用外，等效免隔板的结构优势可明显降低隔板带来的内阻，使电池的充放电性能得到改良；结合应用近年技木已成熟的软胶型或硬胶型电解质，可使常规铅蓄电池更容易实现电解质胶体化，使蓄电池寿命进一步提升；因某些高性能软胶电解质需要定型介质辅助，此时可在正负极板相对的中部空间适度填充超高孔率的浸润膜，例如海棉状AGM。本实用新型的极板隔离件的结构简单，工艺容易实现，适合制造大电流快速充放电的高端电池，比能量高，比功率大，制造成本低，电池的单片极板容量越大、大电流快速充放电要求越高，其结构技术优势越明显。对铅蓄电池制造稍深入了解的普通专业人士，都不难在所述的技术方案基础上，举一反三地变形实施本实用新型内容；所述的极板隔离帽及极板相对中空结构，不仅适用于管式电池，同样适用于板式电池，优选例仅为推荐。实施例1、设计一种电动叉车市场最常见的3D180免隔板电池，包括电池的槽体、电解质、端子和若干管式正极板4、负极板3,负板闻260mm,极群中相邻正负极板之间不设置常规隔尚板，而是用两类隔离帽Ia和Ib分别套装负板的上沿和下沿。隔离帽I的材料选用多孔PE薄膜，制造成套袋形式，其中，套装负板3下沿7的隔离帽Ib与常规套袋的区别在于“浅”，高度为20mm;套装负板3上沿6的隔离帽Ia高度为15mm,特征为专设有与负板极耳5对应的孔2，使隔离帽Ia向下套装负板3时极耳5穿过孔2与上沿6完全接合，隔离帽Ia的孔2径与负板3极耳5下部匹配；隔离帽Ia和Ib的长度与宽度均以套进负板3的上沿6和下沿7为宜，套装宽紧度适当。极群组装时，将隔离帽Ia和Ib分别套装在负极板3的上沿6和下沿7，其余汇流排焊接和极群入槽、端子安装等工艺与常规工艺类同；因本实施例设计的隔离帽I仅是隔离负板3的上沿6和下沿7，使正负极板的相对面绝大部分中空，有效地降低了内阻和材耗；又因为上沿隔离帽Ia是向下套装，套口向下，有效避免了在长期使用中因极板活性物质溶出、游离沉积弓I致的极群上部微短路。本设计免常规隔板的电池与同类使用常规隔离板的电池相比，隔离板弓丨致的内阻明显降低了一个数量级，大电流充放电能力明显提升，故障率减少，隔板材耗下降，可达到降低成本、提高充放电性能、延长使用寿命的技术预期效果。实施例2、对实施例1进行技术变形，隔离帽I的材料改用无孔PP，优点是套件的强度相对大，不容易被极板活性物质晶格异变刺穿；为削弱不带微孔的材料对电解液体系离子运动的影响，将隔离帽Ia和Ib的高度减小，减小至略大于负极板的上、下沿(板栅)筋条。本实施例同样可取得与实施例1类似的技术预期效果。此外，极群的下部还可以设置栅网状固定座架11，如图6所示。实施例3、设计一种低速电动汽车常用的6DFM200免隔板电池，包括电池的槽体、电解质、端子和若干板状涂膏式正极板、负极板，极群中相邻正负极板之间不设置常规AGM隔离板，极板隔离采用一体化组合设计的隔离帽I。制作一带凹槽的条状隔离帽1，横截面为矩形，使用时以极耳5为闭合接口沿极板四周环绕嵌合，极板的四边嵌合在凹槽内，该技术变形等效于隔离帽Ia和Ib分别套装正板4和负板3的四个边沿；条状隔离帽I材料选用PP与AGM复合的带微孔条状定型膜，带一定弹性，截面凹槽分两种规格，分别与正板4和负板3的四边机械紧密接合，条状隔离帽的长度与极板的四边之和相等；其中，条状隔离帽套装在正/负板极耳5的结合部预留有纵向凹型接口，以便与正/负板的极耳5机械紧密接合，其包合极板四沿的示意效果，如图5b所
/Jn o极群组装时，将一体化隔离帽I分别套装正板和负板的四沿，套沿后正板和负板按常规技术方案正负相间叠堆，相邻极板可通过分别套装的隔离帽I加环氧树脂或其它材料粘合固位，亦可外加紧固极群的其它装置，例如外加U形圈；其余汇流排焊接和极群入槽、端子安装等工艺与常规工艺类同。本实施例设计的隔离帽I因仅是隔离正/负板的四沿，使正负极板的相对面绝大部分中空，有效地降低了内阻和材耗，可取得与实施例1类似的技术预期效果，内阻大大降低，大电流充放电能力明显提升。实施例4、将隔离帽I应用在储能用的巨容量铅蓄电池，行业通称储电库。因储电库的电极容量巨大，板面面积也巨大，普通隔离板不适用；但也因为电极面积巨大，电极固牢、间距均匀排布，实用中仅需使用隔离帽I的核心设计思想，将隔离帽I设计为电极套网形式，隔离相邻的正、负电极接触；同时，将套网形式的隔离帽采用组合式设计，分拆为两个甚至多个组合部件，使用时嵌合成一个完整的电极套网，从而达到基本设计目标。储电库的极群堆叠方案、汇流排焊接和端子引流等组装技术与常规技术并无本质区别，不同的是，用外加连体装置将若干个座架相互固定成一体，并与储电库主体槽固连，可将若干座架的接口以熔融方式固连。实施例5、使用一种高性能软胶电解质将上述实施例改变为胶体电池，因这类高性能软胶电解质往往需要定型介质辅助,在正负极板相对的中部空间适度填充一种超高孔率的海棉状AGM,作为软胶电解质浸润膜，使电气性能得到进一步提升。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种免隔板铅蓄电池，包括电池槽、电解质、端子、正极板和负极板，其特征在于:极群中相邻的正极板和负极板，至少有一块极板的一个边沿套装有隔离帽，所述正极板和负极板通过该隔离帽隔开。
2.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述隔离帽倒扣于极板上沿时，隔离帽带孔，所述正极板或负极板的极耳穿过该孔向上；所述隔离帽位于其他边沿时，隔离帽不带孔。
3.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述的隔离帽耐酸绝缘，由橡胶、塑料、复合AGM或陶瓷制成。
4.根据权利要求1 3任一所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述的隔离帽上有微孔。
5.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述的正极板为管式极板时，在板式负极的上边沿或下边沿，或上边沿和下边沿处套装隔离帽。
6.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述正极板、负极板均为涂膏式的极板时，相邻的极板至少一块纵向套装一个或一对隔离帽，或至少一块横向套装一对隔离帽。
7.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，相邻的隔离帽一体化设计。
8.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述正极板、负极板的相对面中空部分的面积不小于极板面积的1/2。
9.根据权利要求8所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述正极板、负极板的中部空间填充多孔材料。
10.根据权利要求1所述的免隔板铅蓄电池，其特征在于，所述由正极板和负极板构成的极群的下部设置有栅网状固定座架。
专利摘要本实用新型公开了一种免隔板铅蓄电池，包括电池槽、电解质、端子和正极板、负极板和隔离帽。相邻的正极板和负极板中至少有一块极板的一个边沿套装隔离帽，正极板和负极板通过隔离帽隔开。运用本实用新型可有效地降低电池内阻，提升大电流充放电能力，避免在使用过程中发生在极群上部的微短路，减少材料成本。
文档编号H01M2/14GK202977569SQ20122057877
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者刘粤荣, 陈方 申请人:刘粤荣, 陈方