高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板及所组成的铅酸电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种高比能量、长寿命的铅酸电池的透孔极板及所组成的铅酸电池，其中透孔极板包括板栅，板栅上设有若干填充活性物质栅格，栅格内形成透孔，且透孔的面积为单格活性物质面积的10％－30％。本实用新型在保持正负极铅膏视比重，让极板足够结实而多孔的前提下，为了提高活性物质的利用率，在极板涂膏到快速干燥的过程中，让极板的板栅小格中间留下空洞，这就大大增加了极板的表面积，从而提高了极板的活性物质利用率，组装成的铅酸电池，使用寿命延长一倍以上。
【专利说明】
高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板及所组成的铅酸电池
技术领域
[0001] 本实用新型公开一种高比能长寿命的铅酸电池透孔极板及所组成的铅酸电池，按 国际专利分类表(IPC)划分属于铅酸电池制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 铅酸二次电池将近160年的历史一直没有被淘汰，近年来，新型电池不断出现且被 广泛应用，例如:镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等等，每种电池都有自己的特 点和优点，但都不能取代传统的铅酸电池。主要的原因是铅酸使用安全性高，价格低廉，单 体电压高仅次于锂离子电池。因此，到目前为止，所有的汽车、摩托车、轮船等交通工具的起 动型电池都使用铅酸电池。随着太阳能电池的大规模推广应用，太阳能储能所需要的电池 大部分都是铅酸电池。UPS电源、储能电池大部分都使用铅酸蓄电池。
[0003] 铅酸蓄电池最大的缺点是比能量低，体积比能量不到磷酸铁锂电池的一半，重量 比能量不到锂电的三分之一，主要原因是，铅酸蓄电池的活性物质利用率低，在动力型电池 当中，正板的活性物质利用率只有30%，负板的活性物质利用率只有36%。储能和固定性铅 酸电池的利用率更低。为了提高正负极活性物质的利用率，行业专家们想办法提高极板活 物质的孔径和孔率。正极板常用的方法是降低铅膏视比重，提高含酸量或者添加成孔剂。这 些方法都能提高或物质的利用率，但循环充放电后，活性物质的空间骨架就会坍塌，活性物 质出现软化、泥化现象造成正极寿命终止。提高负极活性物质利用率的方法和正极类似，通 过增加硫酸钡、乙炔黑、腐殖酸、木素、炭黑等添加剂的含量，让负极的孔径更大，孔率更 多。和正极类似的原理，但负极添加剂增加后，活物利用率得到提高，电池容量增加，但活物 空间骨架结构就会变得不稳定不可靠，甚至造成负极活性物质的粉末化，导致寿命终止。
[0004] 另外一个影响铅酸电池寿命的主要原因是，正极在充放电过程中，活性物质膨胀、 收缩，造成板栅和铅膏的脱离或者板栅断裂，电池寿命终止。
[0005] 为了解决上述问题，行业专家们使用各种各样的办法，都很难在容量与寿命这一 对矛盾中找到理想的解决方案。申请号201410300338.9文献提到一种设备：蓄电池正极板 扎孔装置，包括底板和压在底板上的压板，所述底板上设有与蓄电池正板栅外轮廓相同的 型腔，所述压板上与正板栅的每个栅格对应的区域内插设有扎针，所述扎针的针尖向下且 露出压板的反面，所述底板上设有定位杆，压板上设有供定位杆配合插入的定位孔。该设备 用机械的方法给极板扎孔，被扎孔的位置，极板孔径增加，但压缩附近的孔径和孔率，实际 上并没有达到增加微孔比表面积的效果，几十次循环后，随着活性物质的膨胀和收缩，扎孔 很快封闭。 【实用新型内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高比能长寿命的铅酸电池透孔极板 及所组成的铅酸电池，通过在极板上设置若干透孔，增加了极板的表面积从而提高活性物 质利用率和延长电池的使用寿命。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种高比能量长寿命的铅酸电池透孔极板，极板内分布许多透孔，透孔分布在板 栅的每个小栅格中间，且透孔的面积为单格活性物质面积的10% - 30%。
[0009] 进一步，所述极板由板栅和其上的活性物质构成，板栅包含若干栅格，保持膏状活 性物质较高视比重前提下，在板栅从涂膏到快速干燥的过程中，将板栅各栅格中间留下透 孔孔洞。
[0010] 进一步，所述每一栅格对活性物质设有一透孔，透孔中心位于栅格中心。
[0011] 进一步，所述透孔为椭圆孔、圆孔、方孔、菱形孔、长方形孔。
[0012] -种铅酸电池，包括透孔极板，电池灌注电解质，透孔内部被大量的电解质填充， 当活性物质膨胀、收缩时，透孔极板的透孔孔洞提供活性物质延展的空间，削弱活性物质膨 胀对板栅造成拉伸。
[0013] 进一步，铅酸电池在充放电过程中，极板的透孔内壁参与电化学反应的厚度超过 1mm，大大增加了活性物质的利用率。
[0014] 本实用新型的关键在于，保持正极铅膏的视比重，保持负极铅膏的视比重，让极板 活性物质足够结实。为了提高活性物质的利用率，在极板涂膏到快速干燥的过程中，让极板 的板栅小格中间留下空洞，这就大大增加了极板的表面积。本实用新型透孔极板可以让正 极的活性物质利用率提高8-25%，负极的活性物质利用率提高10-35%，电池寿命延长一倍 以上。
【附图说明】
[00?5]图1是现有极板示意图。
[0016] 图2是本实用新型极板示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0018] 实施例:请参阅图2,一种高比能量长寿命的铅酸电池透孔极板A，包括板栅2,板栅 2内包含若干栅格，栅格内填充活性物质且留下透孔，即栅格内形成透孔，且透孔的面积为 单格活性物质面积的10% - 30%。上述透孔极板A由板栅2和其上的活性物质3构成，板栅2 上设有若干栅格，在板栅涂膏到快速干燥的过程中，将板栅各栅格中间留下透孔孔洞。每一 栅格对应设有一透孔100,透孔100中心位于栅格中心。透孔100可以是椭圆孔、圆孔、方孔、 菱形孔或长方形孔。
[0019] -种铅酸电池，包括透孔极板A，电池灌注电解质，透孔内部被大量的电解质填充， 当活性物质放电膨胀或充电收缩时，透孔极板的透孔孔洞提供活性物质延展的空间，削弱 活性物质膨胀对板栅造成的内应力。铅酸电池在充放电过程中，透孔内壁参与电化学反应 的厚度超过1mm，大大增加了活性物质的利用率。
[0020] 铅酸电池由极板、隔板、外壳、稀硫酸电解质、端子等构成。极板是铅酸蓄电池的电 化学反应和能量储存场所。极板有板栅和活性物质构成，板栅的主要功能是支撑活性物质 和导电的作用，充电态的正极活性物质是二氧化铅，放电态的正板活性物质是硫酸铅;充电 态的负板活性物质是海绵状铅，放电态的负板活性物质是硫酸铅。
[0021] 正极活性物质由充电态转化为放电态，活性物质由二氧化铅转化成硫酸铅的过 程，活物质的体积膨胀，极板表面的小孔缩小，导致稀硫酸中的硫酸根离子无法顺畅进入极 板内部进行转化，放电结束。因此，正极的活性物质利用率比较低，动力型电池的活性物质 利用率一般为30%，起动型电池的活性物质利用率一般不超过38%，固定性电池的活物利 用率更低。
[0022] 负极活性物质由充电态的海绵铅，在放电过程中转化成硫酸铅，体积膨胀，极板的 孔径缩小，电解液中的硫酸根很难顺利进入极板内部，放电过程终止。负板的活性物质利用 率比正板略高，但都不超过40 %。
[0023]本实用新型的关键在于，保持正极铅膏的视比重，保持负极铅膏的视比重，让极板 足够结实。为了提高活性物质的利用率，在极板涂膏到快速干燥的过程中，让极板的板栅小 格中间留下空洞，这就大大增加了极板的表面积。
[0024]图1是普通极板结构示意图，极耳Γ、板栅边框2'、活性物质3'，图2是本实用新型 透孔极板示意图，极耳1，活性物质3,透孔100,板栅2,板栅2周边形成边框，图2的透孔极板 和图1的普通极板对比，透孔极板增加了极板的表面积。电池灌注电解质，尤其是灌注胶体 电解质后，透孔内部将被大量的胶体电解质填充，在充放电过程中，透孔内壁参与电化学反 应的厚度超过1_，这就大大增加了活性物质的利用率。
[0025]实践证明，透孔极板可以让正极的活性物质利用率提高8-25%，负极的活性物质 利用率提高10-35%，电池寿命延长一倍以上。
[0026]以电动车电池6-DZM- 12为例进行说明。极板高度72.5mm，宽度45mm，正极厚度 2.5mm，负极厚度1.8mm，隔板厚度1. 1mm，化成后电解液比重1.38Kg/dm2。依照常规工艺电池 的初始容量以6A放电，终止电压10.5V/12V，放电时间130min。正极活性物质利用率为29%， 负极活性物质利用率为35%。当其他条件相同，把极板做成透孔极板后，活性物质的利用率 得到提高，且电池的循环寿命得到延长。
[0028] 通过八个实施案例的比较，6-DZM-12电动车电池，透孔为2mmX 3mm的椭圆，活性 物质利用率最高，且循环寿命最长。透孔尺寸为1mm的圆形，在100次100 %D0D后，小孔闭合， 和普通电池没有两样。实施案例八，透孔尺寸太大，虽然活性物质利用率提高，寿命却明显 缩短。
[0029] 根据实施案例，得到以下结论：
[0030] 1、椭圆形的透孔可以达到最佳的容量和寿命效果，圆形透孔其次，方形透空不利 于循环寿命；
[0031] 2、透孔的面积为单格活性物质面积的10% - 30%为合适，超过这个比例，活性物 质利用率得到提高，但使用寿命缩短。
[0032]以上为6-DZM - 12的实施案例，本实用新型的原理适用于其他任何型号，任何用途 的铅酸电池，透空的尺寸包含但不限制于上述的形状、尺寸和比例。
[0033]以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创 作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
【主权项】
1. 一种高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板，其特征在于：极板内分布许多透孔，透 孔分布在板栅的每个小栅格中间，且透孔的面积为单格活性物质面积的10% - 30%。2. 根据权利要求1所述的高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板，其特征在于:所述极 板由板栅和其上的活性物质构成，板栅上设有若干栅格，保持膏状活性物质足够视比重的 前提下，在板栅从涂膏到快速干燥的过程中，将板栅各栅格中间留下透孔孔洞。3. 根据权利要求2所述的高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板，其特征在于:所述每 一栅格对应设有一透孔，透孔中心位于栅格中心。4. 根据权利要求1所述的高比能量、长寿命的铅酸电池透孔极板，其特征在于:所述透 孔为椭圆孔、圆孔、方孔、菱形孔、长方形孔。5. -种铅酸电池，其特征在于:包括权利要求1至4之一所述的高比能量、长寿命的铅酸 电池透孔极板，电池灌注电解质，透孔内部被大量的电解质填充。6. 根据权利要求5所述的铅酸电池，其特征在于:所述极板的透孔内壁参与电化学反应 的厚度超过Imm从而增加了活性物质的利用率。
【文档编号】H01M4/14GK205543050SQ201620012289
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月7日
【发明人】陈振富
【申请人】厦门马特高科新能源有限公司