[发明专利]一种用于铅蓄电池的单极向极板及其积木式电池和电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种铅蓄电池的单极向极板及积木式电池组结构，特别涉及一种內 阻低、比功率高、比能量大、可大电流快速充放电、易组合成高电动势电池组的极 板及其组装的结构。

背景技术

铅蓄电池是目前市场用量最大的一类电池，不仅材料来源广、价格低廉，具有 安全可靠、大容量、放电强度大等电气性能优势，而且在众多的电池中，唯有铅蓄 电池回收效率高达96～99%，材料资源几乎可完全重复性循环利用，因此，在面对 材料资源不断消耗的的大背景中，铅蓄电池在近年获得了越来越广泛的市场。

经过100多年来的技术工业进步，铅蓄电池制造业在20世纪80年代已打下良 好的材料工业基础，很多先进的配套材料获得制造业广泛应用。例用电池壳体采用 ABS材料，免维护型电池普遍应用AGM隔膜，自控单向排气压力阀的广泛使用， 板栅由热铸式向冷轧方向发展，硫酸液胶体化等等一系列技术进步，给铅蓄电池制 造业注入了技术不断创新的活力。

铅蓄电池除了材料技术不断进步外，结构方法的技术进步同样不断创新。铅蓄 电池最常见的一种极板制造方法，是采用带极耳13的网格状板栅作为集电体1/3， 如图1所示，板栅的两侧面对称，横竖向筋条交叉形成的栅格14通常是空心，以便 涂布更多的铅膏量。然后，在板栅1/3上涂布铅膏2/4，使板栅的栅格内及两侧面粘 结铅膏，经一定温度时间控制的烘干工序，将铅膏硬化固定在带网格的板栅上，称 之为极板固化，用类同的方法分别制成两面带极性的正板2，如图2A和2B所示， 及负板3，如图3A和3B所示。正极板制造通常还有一种制造方法，将条形集电体 置在空心的管状微孔网中，管网与条形集电体之间填充铅粉，称之为管式极板。

当需求更大容量的电池时，通常是将若干块正板与若干块负板的正/负极交叉（之 间加隔离板）堆叠组合成极群，堆叠极群的同极极板之间通过极耳13并联集合电流， 分别引导出极群的正极和负极端。当需要4V或更高的电动势时，通过格与格之间的 金属跨桥15的连接形式，将不处于同一格内的极群与极群串联成电池组，称之为电 池组的内串联，如图4所示。这种集电方式的优点是容量组合简单，工艺成熟，是 近年铅蓄电池产品结构的主流。这种常规结构由于跨桥15引起的电压降，以及极群 中各极板汇流不均匀引起的容量差异，带来了行业内公知的大电流充放电效率低、 比能量低特别是比功率低，难适应快速充放电等缺点。

近年出现了多种不同于传统的铅蓄电池结构方法，例如水平连接极群的电池， 其核心技术是在玻璃纤维丝上覆铅层，用编网的方式织成类似常规板栅的形式，网 格为空心，在覆铅玻璃纤维丝网上涂布铅膏。又如卷绕式电池，其核心技术是将正 负极板制成薄长条形，中间加软性隔板后卷绕成圆柱型的电池。这些新结构方法， 其设计的共同特点是尽量提升集电体的集电能力，缩短同一极群集中电流的通道， 力图提高大电流充放电效率。但在常规工艺制造中，铅网式水平连接电池容易出现 串格，卷绕电池在极板卷绕中容易出现脱膏，工艺相对复杂，成品率及生产效率相 对较低。同时，当需要更高的电动势时，其电池组的内部串联，仍然需依靠金属跨 桥连通处于不同格之间的极群（或极对），内串联电池组的大电流快速充放电能力仍 然受到格与格之间的跨桥制约。

双极性电池结构近年在电池行业的出现，是基于极对之间连接无需连桥的巧妙 设计，内串联电池组时不再需要金属跨桥。例如在2006年9月6日公开的一份中国 发明专利中（公开号CN1828981A），提及一种“蓄电池双极电极”的主要技术特征 是“以导电电极为中间层，阳极及阴极分别贴片在其两侧”。又例如2008年6月4 日公开的中国发明专利中（公开号CN101192684A），日产自动车株式会社提及一种 “双极性电池及其制造方法”的主要技术特征是“在该双极性电极中，在集电极的 一侧形成阴极而在集电极的另一侧形成阳极，通过相互堆叠电解质层形成层叠体”。

铅蓄电池制造主流是采用涂膏式极板，如果双极电极原理应用于涂膏式极板， 会存在一些不容忽视的材料组合及工艺实现问题，例如：

（1）电池正负极的工作电位不同，通常正极集电体采用适应正电位的铅合金制 造，负极集电体采用适应负电位的铅合金制造。如果采用同一铅合金作为正负极共 用的集电体，需要求集电体材料在正极电位和负极电位下都很稳定。