一种长寿命铅蓄电池用的正极板及铅蓄电池

技术领域

本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体涉及一种长寿命铅蓄电池用的正极板及铅蓄电池。

背景技术

AGM系列阀控密封蓄电池广泛应用于起动、动力等领域，以起动循环或动力循环使用，电池在应用中要求较大的使用电流(起动最大约为10CA，动力约为0.5CA～1CA)，为保证电池有较大的放电电流，板栅厚度相对浮充运行电池溥。为实现电池的免维护性能，所使用的合金为铅钙合金，铅钙合金的蠕变性及AGM电池紧装配结构，使得正极板板栅在使用过程中逐步向上方长大。电池的失效又增加新的失效模式，即为：长大后的正板栅上梁接触负汇流排造成电池短路失效。为防止这种现象，授权号为CN106025159B的发明专利通过设计正负汇流排浸胶方式，即在电池中盖内设有汇流排槽，汇流排直接完全密封于电池中盖的汇流排槽内，防止正板蠕变长大的上梁和负汇流排接触，但因不能抑制正板长大，正板上梁和浸胶负汇流排接触后，会向两侧变形，与负板板耳接触，造成电池短路失效。另外在整个正板向上长大过程中，因铅合金的伸缩率和活物质的伸缩率不一致，造成板栅与活物质的结合力变弱，影响电池放电性能。

正极板板栅在整个蠕变长大过程中以至电池失效后，只有极耳部位没有长大(因此处正极板通过极耳与正汇流排成为一体，抑制长大)，其它部分均有不同程度向上长大，在远离极耳端中部长大最多，且此部位上方对应为负汇流排。

因此，现有技术中可以从以下几个方面进行解决问题。

1、抑制正极板板栅在远离板耳端中部长大。

2、杜绝正板板上梁与负板耳接触造成的短路。

3、减缓正极板活性物质(PAM)与板栅结合力变弱及PAM之间联接变弱，提高电池寿命。

授权号为CN103840173B的发明中公开了一种双极耳板栅，它包括上边框，与上边框相对应的下边框、左边框，与左边框相对的右边框以及横竖交叉设置的若干个竖筋和若干个横筋，其中，所述板栅还包括两个极耳，所述两个极耳分别位于板栅的上边框和下边框上，并且呈对角设置，该种双极耳板栅存在制造过程中工艺复杂的问题，同时密封要求比较高。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种长寿命铅蓄电池用的正极板及铅蓄电池，能够使副极耳与负汇流排保持适宜的距离，完全能够杜绝正板板上梁与负汇流排或负板耳接触造成的短路。

一种长寿命铅蓄电池用的正极板，包括正极板栅，所述正极板栅包括边框筋条及位于边框筋条内纵横交错的横向筋条和竖向筋条，所述边框筋条上连接有正极耳，设有正极耳的边框筋条为上边框筋条，装配成电池时，所述正极板与负极板交替叠放，所述正极板通过正极耳与正极汇流排焊接，所述正极板栅的正极耳分为主极耳和副极耳，所述主极耳和所述副极耳间隔设于上边框筋条上，装配时主极耳连接正极汇流排。

其中，H6＝H10-H4-H2，

式中，H6为所述副极耳的高度，H10为所述主极耳的高度，H4为所述主极耳、负极板栅中极耳浸入汇流排的距离，H2为所述副极耳与汇流排底部距离，单位为mm。

具体的，正极板上所述主极耳和副极耳分别位于上边框筋条的两端，且装配成电池时，副极耳的位置正对负极板上负极耳的位置，各负极板的负极耳通过负极汇流排焊接，并且，正极板上所述副极耳的高度低于负极汇流排的底面高度。

本发明通过正极板增加副极耳，并让副极耳与负极汇流排能够不导电的连接成一体，抑制原正极板远离极耳端中部蠕变长大，杜绝正板板上梁与负板耳接触造成的短路，同时延缓正板PAM与板栅结合力变弱及PAM之间连接变弱。

进一步限定，所述副极耳的中线与所述主极耳的中线到所述正极板中线的距离相同。所述负极板上负极耳的中线到负极板中线的距离与所述副极耳的中线到所述正极板中线的距离相同。

同时，上边框筋条从远离所述主极耳或所述副极耳到靠近主极耳或副极耳处逐渐加粗。

优选的，所述主极耳和所述副极耳的中线对应的竖向筋条均为横截面增大的加强筋条。在副极耳下面增加粗筋，延缓板栅竖筋因腐蚀断裂，起到抑制正板长大。

其中，H2为2～4mm，此距离过小则会使得负汇流排与正板副耳间胶液流淌不顺畅，形成气孔，不能在副极耳处施加足够向下的力抑制正板蠕变，形成短路，如距离过大，则造成成本的增加。

H5-H4＝1～2，其中，H5为汇流排的厚度，单位为mm。根据所设计极板耳厚度及汇流排顶部是否设计标识可适当调整。

正板栅采用双极耳，副极耳比主极耳矮，副极耳的高度H6＝H10-H4-H2，副极耳的高度在保证功能的前提下尽可能矮，以降低成本。

本发明还提供了一种铅蓄电池，包括极群和浸胶槽，极群包括极板和汇流排，所述极板包括正极板和负极板，所述汇流排包括正极汇流排和负极汇流排，所述正极板为所述长寿命铅蓄电池用的正极板。

其中，H10-H6>H3，

式中，H10为所述主极耳的高度，H6为所述副极耳的高度，H3为所述副极耳浸入铅蓄电池的浸胶槽中胶液内的高度，单位为mm，

H3为1～4mm，优选地，H3为2～4mm。浸入太多，造成成本增加，如太少或不浸入，则不能起到抑制正板蠕变的作用，甚至会加剧电池失效。

所述汇流排与浸胶槽底部距离H1为2mm。此距离太大增加电池胶液用量，增加成本，如或小，则因汇流排上面的不平整，使汇流排顶到封胶槽面，在电池壳、盖封合时出现缝隙，影响外观。

其中，H0＝H1+H2+H3+H5，

其中，H0为所述浸胶槽的深度，H5为汇流排的厚度(根据所设计电池极板耳厚度及使用电流进行调整)，单位为mm。

本发明的有益效果：

本发明通过在正极板增加副极耳且合理设计副极耳高度，保证浸入胶液内的距离为2～4mm，同时使副极耳与负汇流排保持适宜的距离，完全能够杜绝正板板上梁与负汇流排或负板耳接触造成的短路。

附图说明

图1为电池盖图。

图2为图1沿A-A方向的切面图，其中，30：浸胶槽；H0：浸胶槽深度。

图3为双极耳正板栅图，其中：

50：主极耳，H10：主极耳的高度；L2：主极耳中线到正极板中线距离；40-40：主极耳下粗竖向筋条；

60：副极耳，H6：副极耳的高度；L1：副极耳中线到正极板中线距离；20-20：副极耳下粗竖向筋条。

图4为图3沿B-B方向的切面图，其中，W1：竖向筋条横截面的宽度，W2：竖向筋条横截面的上棱长或下棱长。

图5为负板栅图，其中：L3：极耳中线到负极板中线距离；40：负极耳。

图6为极群图。

图7为极群与电池盖配合图，其中：

H1：负极汇流排与浸胶槽底距离；H2：副极耳与负极汇流排底部的距离；H3：副极耳浸入铅蓄电池的浸胶槽中胶液内的高度；H4：主极耳和负极板中负极耳浸入汇流排的距离；H5：汇流排的厚度；51：正极汇流排；41：负极汇流排。

具体实施方式

实施例1

如图1～7所示，一种长寿命铅蓄电池用的正极板，包括正极板栅，所述正极板栅包括边框筋条及位于边框筋条内纵横交错的横向筋条和竖向筋条，所述边框筋条上连接有正极耳，设有正极耳的边框筋条为上边框筋条，装配成电池时，所述正极板与负极板交替叠放，所述正极板通过正极耳与正极汇流排51焊接，所述正极板栅的正极耳分为主极耳50和副极耳60，主极耳50和副极耳60间隔设于上边框筋条上，装配时主极耳50连接正极汇流排51。

具体的，正极板上主极耳50和副极耳60分别位于上边框筋条的两端，且装配成电池时，副极耳60的位置正对负极板上负极耳40的位置，各负极板的负极耳40通过负极汇流排41焊接，并且，正极板上副极耳60的高度低于负极汇流排41的底面高度。这样设计能够使副极耳60与负极汇流排41能够不导电的连接成一体，抑制原正极板远离极耳端中部蠕变长大，杜绝正板板上梁与负板耳40接触造成的短路，同时延缓正极板PAM与板栅结合力变弱及PAM之间连接变弱。

在一种优选的情况下，副极耳60的中线与主极耳50的中线到正极板中线的距离(L1和L2)是相同的。负极板上负极耳40的中线到负极板中线的距离L3与副极耳60的中线到正极板中线的距离L1也是相同的。

具体的，在上边框筋条从远离主极耳50或副极耳60到靠近主极耳50或副极耳60处逐渐加粗(图2)。逐渐加粗的设计比较有利于电流汇聚到极耳处。在主极耳50和副极耳60的中线对应的竖向筋条(40-40和20-20)均设计为横截面增大的加强筋条，这样就可以延缓板栅竖向筋条因腐蚀断裂，起到抑制正极板长大。

其中，副极耳60与负极汇流排41底部的距离为2～4mm，

正极汇流排51的厚度H5与主极耳50和负极板中负极耳40浸入汇流排的距离H4相差1～2mm。根据所设计极板耳厚度及汇流排顶部是否设计标识可适当调整。

正板栅采用双极耳，副极耳比主极耳矮，具体为：H6＝H10-H4-H2，

式中，H6为所述副极耳的高度，H10为所述主极耳的高度，H4为所述主极耳、负极板栅中极耳浸入汇流排的距离，H2为所述副极耳与汇流排底部距离，单位为mm。

当制备成一种铅蓄电池时，包括极群和浸胶槽，极群包括极板和汇流排，所述极板包括正极板和负极板，所述汇流排包括正极汇流排51和负极汇流排41，正极板使用上述的一种长寿命铅蓄电池用的正极板。

首先，电池盖浸胶槽采用适宜高度，H0＝H1+H2+H3+H5，通过调整H2和H3的尺寸进行设计，其中，H0为所述浸胶槽的深度，H5为汇流排的厚度，单位为mm。负极汇流排41与浸胶槽30底部距离H1为2mm，

同时也要满足H10-H6>H3的条件，H10为所述主极耳的高度，H6为所述副极耳的高度，H3为所述副极耳浸入铅蓄电池的浸胶槽中胶液内的高度，单位为mm，H3为1～4mm，优选地，H3为2～4mm。浸入太多会增加相应的成本，浸入太少或者不浸入，就不能抑制正极板蠕变，甚至会加剧电池的失效。

实施例2

以3-EVF-210蓄电池为例，设置以下参数：

电池盖浸胶槽深度H0＝14mm。

汇流排与浸胶槽底距离H1＝2mm。

负板栅：高×宽×厚＝221×160×2.2mm

正板栅：高×宽×厚＝220×160×3.1mm

加强筋为20-20和40-40尺寸：(W1+W2)×厚＝(2+0.2)×2.8mm

副极耳中线到板栅中线距离L1＝27mm；

主极耳中线到板栅中线距离L2＝27mm；

正板栅主极耳高度H10为18mm；正板主极耳、负板极耳浸入汇流排高度H4为4mm，汇流排厚度H5为6mm，正板栅副极耳高度H6＝H10-H4-H2，调整正板栅副极耳与汇流排底距离H2＝0～7mm。

根据计算，可以得出正板栅副极耳进入胶液高度H3＝6～-1mm。

根据H2和H3的尺寸变化，制作不同高度副极耳的正极板栅，其中正极板栅采用铅钙合金，将合金投放到铸板机铅锅内，将所对应的模具安装好，用常规方法使用普通铸板机进行板栅生产，在涂板机上对极板进行涂板，采用相同的正板极板湿膏量，采用铸焊的方法对电池进行极群焊接。采用直连加胶封的方式进行电池装配，组装成不同方案蓄电池，加入1.233g/ml电解液进行电池化成，充电方法如表1所示。共制作8种方案电池，分别为方案1～8。具体的方案如表2所示。

表1

表2电池设计制作方案

对比例1

采用实施例2中相同板面正负板栅，只是正板栅没有副极耳，其它设计与制作工艺全部与实施例相同。具体的方案如表2所示。

测试例1

随机抽取实施例2中方案1～8及对比例1中每个编号电池各两只上线进行检测。

按国家标准GB/T 32620-2016《电动道路车辆用铅酸蓄电池》对电池进行检测。

检测方法：

1、容量检测；

2、80％DoD循环寿命检测：

蓄电池在完全充电后，在25±5℃环境下进行如下试验：

2.1、以105(A)电流放电1.6h，然后以每单体2.45V±0.01V限流105A充电4小时。

2.2、连续进行49个循环后，第50次进行3小时率容量检测。

2.3、容量合格后，继续循环2.1～2.2步，直到放电容量低于额定容量的80％(168Ah)时，再进行一次完全充电，然后再做3小时率容量检测，如仍低于额定容量的80％(168Ah)，检测终止。

2.4、此处为更明晰的表现实验数据，将不满整数单元的循环次数也进行了统计，具体检测数据见表3。

失效后电池解剖分析：

对所有电池在寿命终止后均进行解剖分析，以确定失效模式，具体结果见表3。

表3：3-EVF-210蓄电池容量、80％DoD检测及解剖分析表

通过表3的检测数据可以看出，所有方案电池的容量基本相同，都达到了标准要求，基本没有差异。

对于80％DoD寿命检测结果：

方案1、2、7、8不但不能减缓正板大梁因蠕变长大而和负汇流排(或负板极耳)接触短路，还加速此种现象发生，方案不可行。

方案6正板副极耳有一定抑制作用，但因浸入胶液内太少，作用不明显，最后还是造成正板副耳与负板耳短路，虽寿命略有提高，但效果不明显，方案不建议使用。

方案3、4、5明显高于对比例1，高出约50％，完全解决了正板栅上梁因蠕变而与负汇流排或与负板栅极耳接触造成的电池短路。故正板增加副极耳且合理设计副极耳高度，保证浸入胶液内的距离为2～4mm，同时使副极耳与负汇流排保持适宜的距离，完全能够杜绝正板板上梁与负汇流排或负板耳接触造成的短路。此种方案具有推广价值。