專利名稱：一種蓄電池板柵及其澆鑄方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池的組成部件及其制備方法，特別是涉及一種閥控鉛酸蓄電池的板柵及其澆鑄方法。
背景技術：
隨著近年來閥控鉛酸(Valve Regulated Lead Acid Battery，VRLA)電池在各個領域中的廣泛應用，閥控鉛酸電池的市場前景呈現(xiàn)一片大好形勢。但在此同時，客戶在使用電池的過程中也提出了更高的要求。特別是閥控電池在UPS電源中的應用，用戶對電池的大電流放電性能、比能量方面提出了更高的要求。這也就促使需要著手改進電池產(chǎn)品結(jié)構，而板柵的結(jié)構設計尤為重要。
板柵是蓄電池的重要組成部分，其在蓄電池中的作用，主要是支撐活性物質(zhì)，使電流均勻分布在活性物質(zhì)上，以提高活性物質(zhì)的利用率。傳統(tǒng)的板柵主要由帶極耳的板柵邊框和固定在板柵邊框內(nèi)的豎筋、橫筋構成。其中，豎筋設置在板柵邊框的上、下邊框之間，橫筋設置在兩個豎邊框之間。
板柵在電池中雖不參加成流反應，但對電池的主要性能如容量、壽命、大電池流放電及充電接受等均有很大影響。板柵邊框的主要作用是防止板柵在涂板過程中變形，撕裂。橫筋主要功能是與豎筋連接以支撐活性物質(zhì)；豎筋主要是用以傳遞電流。因此提高閥控鉛酸電池的比能量一個重要途徑是合理設計板柵結(jié)構，使板柵的電勢，電流分布更合理，更重要的是這個結(jié)構必須在工業(yè)生產(chǎn)中得到實現(xiàn)。
早期的一些學者對鉛蓄電池電極表面電勢分布進行研究，他們測量了極板表面不同部位間的電勢差，發(fā)現(xiàn)極板底部活性物質(zhì)利用率低于上部。在研究起動型鉛酸電池的電壓損耗時，測量了極耳的板柵上各部位的電勢差，發(fā)現(xiàn)接線柱、接頭和板柵上的電壓損耗占總電壓損耗的16％。電勢分布的計算原則是把板柵等效為一個電阻網(wǎng)絡，把橫豎筋條交接處作為該網(wǎng)絡的節(jié)點，上每一節(jié)點上的電流都符合節(jié)點電流定律，即進入和流出每一節(jié)點的電流之和等于零。在不考慮活性物質(zhì)的電導的情況下計算舉例如下，計算單元如下圖所示 圖中“0”點(φ1-φ0)H1κa+(φ2-φ1)V2κb+(φ3-φ0)H3κa+(φ4-φ0)V4κB+iab=0]]>式中i----跨越板柵的電流密度(A/cm2)a、b----矩形計算單元的尺寸(cm)Hi----水平方向柵筋條橫截面積(在1、2、3、4各點)(cm2)Vi----豎直方向柵筋條橫截面積(在1、2、3、4各點)(cm2)κ----板柵材料的電導率(S/m)φi---在1、2、3、4各點的電勢(V)φ0是周圍各點電的函數(shù)，柵內(nèi)任意一點的電勢如下φ0=[(abi/κ+(Φ3H3+Φ1H1)/a)]+[(Φ2V2+Φ4V4)/b][(H3+H1)/a]+[(V2+V4)/b]]]>
一個具有M根橫筋條、N根豎筋條的板柵，會有M*N個方程。
通過計算表明，當保持電極的面積不變，對于橫豎筋截面積不變，橫豎筋的比例越大時，電壓降就越大，電流分布越趨于不均勻。按此理論分析，板柵的合理結(jié)構應是橫豎筋比例進一步減少。
但是，傳統(tǒng)的板柵結(jié)構一般均是采用橫筋多，豎筋少的結(jié)構。按傳統(tǒng)板柵模的澆鑄方式，板柵成型時是橫向的，即橫筋處于豎直方向。
目前鑄造蓄電池板柵一般采用鑄板機，主要包括鉛鍋、鉛勺、模具等，其工作原理是液態(tài)合金鉛由泵沿保溫管道提升到鉛勺，鉛勺把鉛液澆入模具。鉛液在模具里冷卻成板柵毛坯。傳送帶把板柵毛坯送進整平裝置整平，再由傳送輥送入切模切除余邊，最后由翻板機構把板柵送到貯存架上，完成一個由液態(tài)合金鉛到固態(tài)合金鉛板柵的工藝過程。在澆鑄板柵的傳統(tǒng)操作中，一般將鉛鍋溫度設為460-480℃、鉛勺溫度為480-510℃、動模下部溫度170-210℃、動模上部溫度155-220℃、噴模溫度150℃，噴模次數(shù)為2～3次，澆鑄速度為每分鐘6-7片，在板柵模具中沿橫筋方向橫向澆鑄。
不采用豎向澆鑄的原因是，按傳統(tǒng)澆鑄工藝，豎向澆鑄得到的板柵不易成型，易斷筋。而在橫向澆鑄時，橫筋多、豎筋少的方式利于板柵的澆鑄，橫筋多時，相對鉛液下流的通道就多，利于向四周分流而澆鑄良好。這種橫筋多、豎筋少的結(jié)構是基于板柵鑄造工藝的適性而設計的，而用這種結(jié)構的板柵制造出的電池性能卻不夠良好，電壓降大，電流分布趨于不均勻。如果用k值來表示橫筋總截面積/豎筋總截面積，那么現(xiàn)在的板柵成型方式的k值均大于1.8，這樣同時又造成鉛耗量(kg/kVAH)的增加，導致資源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決以上問題，提供一種能使由板柵引起的電壓降減少、電流分布趨于合理并且使電池性能得到改善的蓄電池板柵以及該蓄電池板柵的澆鑄方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案本發(fā)明公開了一種蓄電池板柵，包括板柵邊框，以及固定在板柵邊框內(nèi)的橫筋和豎筋，所述橫筋與豎筋的總截面積之比為k值，并且k值介于1.2至1.8之間。
在本發(fā)明優(yōu)選的具體實施方式
中，所述k值為1.37。
所述蓄電池為閥控鉛酸蓄電池。
本發(fā)明還公開了上述蓄電池板柵的澆鑄方法，所述方法包括步驟在制作板柵的鑄板機中保持鉛鍋溫度為480-500℃、鉛勺溫度為500-530℃、動模下部溫度190-230℃、動模上部溫度175-240℃、噴模溫度165-175℃的情況下，在板柵模具中沿豎筋方向豎向澆鑄。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述方法進一步包括步驟，豎向澆鑄之前在165-175℃的噴模溫度下噴模4-5次。
澆鑄速度為每分鐘澆鑄4-5片板柵。
由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具有的有益效果在于利用本發(fā)明的澆鑄方法在特定條件下沿豎筋方向豎向澆鑄板柵，解決了本領域內(nèi)一直渴望解決、但始終未能成功的“豎向澆鑄時板柵不易成型、易斷筋”的技術問題，制備出的板柵成型良好，無斷筋現(xiàn)象，且能夠減少所需要的合金量，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時卻能增加板柵上能附著的活性物質(zhì)重量，從而提高電池容量；并且，采用本發(fā)明的板柵制作的電池，能改善充放電的接受能力、降低電池內(nèi)阻、降低板柵腐蝕速度、提高電池的循環(huán)壽命，且有助于克服閥控鉛酸蓄電池的早期容量衰減(PCL)現(xiàn)象。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
一種閥控鉛酸蓄電池用的板柵，該板柵包括板柵邊框，以及固定在板柵邊框內(nèi)的橫筋和豎筋，橫筋有5根、豎筋有3根，每根橫筋截面積為1.5mm2，豎筋截面積為1.83mm2，橫筋總截面積/豎筋總截面積(k值)為1.37。
該板柵的制作過程是將鑄板機中的鉛鍋溫度設為490℃、鉛勺溫度設為520℃、動模下部溫度設為220℃、動模上部溫度設為230℃、噴模溫度設為170℃，噴模4-5次，澆鑄速度保持在每分鐘澆鑄4-5片板柵，在板柵模具中沿豎筋方向豎向澆鑄。
制備出的板柵成型良好，無斷筋現(xiàn)象。
將上述板柵進行下述分析1.板柵相關參數(shù)比較新舊板柵相關設計數(shù)據(jù)對比見表一，新板柵為上述的本發(fā)明的板柵，k值為1.37，舊板柵為按照傳統(tǒng)方法(沿橫筋方向的橫向澆鑄)制備的板柵，每根橫筋截面積為1.0mm2，豎筋截面積為2.5mm2，k值為2.0。
表一新舊的板柵相關性參數(shù)

可以看出，新的板柵所用合金量有所降低，活性物質(zhì)重量增加，從而提高了電池的容量。
2.板柵耐腐蝕試驗將上述新舊兩種板柵進行耐腐蝕試驗，試驗條件如下將板柵樣品置于d＝1.290g/cm3的硫酸溶液中，以1.0A恒電流陽極極化480h，環(huán)境溫度25℃左右。然后在熱糖堿溶液中除去表層氧化物，根據(jù)腐蝕失重和樣品表面積計算出腐蝕速率，兩種板柵的兩次試驗結(jié)果見表二；表二 兩種設計板柵的腐蝕速率

由表二中數(shù)據(jù)可以看出，新的板柵腐蝕速率比舊設計要低很多，約下降25％左右，這樣設計的正板柵其壽命將得到很大改善。
3.電壓降比較新板柵電壓降與舊的設計相比下降的量見表三。
如表中所示的計算公式，根據(jù)板柵上電流流經(jīng)的截面積及電流流經(jīng)的長度可以計算出板柵筋條上的電壓降，從而估量其對電池內(nèi)阻的影響。
表三 新舊設計板柵電壓降對比

可以看出，由于豎筋增加了1/3，新板柵比舊板柵的電壓降下降了約33.3％。這對于改善電池的大電流放電性能有良好的效果。
本發(fā)明的板柵除對板柵電壓降有影響外，還會影響到電池充放電過程中的電流分布，從而會大幅提高電池的放電性能，充電接受能力及循環(huán)壽命等。以下為采用新舊板柵所組裝電池的相關測試結(jié)果比較。
4.電池容量測試用新舊板柵制作的極板組裝電池進行測試，相關結(jié)果如表四表四兩種板柵設計的電池三種放電條件容量測試

從表四可以看出，采用新板柵的電池無論從內(nèi)阻還是大電流放電性能方面均有明顯的改善。
5.電池充電按受能力比較見表五表五 不同板柵組裝電池的表充電接受能力比較


注充放電系數(shù)即該次充放電量和前次充放電電量的比值，可作為電池充電接受能力的標志由表五數(shù)據(jù)看出用新板柵極板制造的VRLA電池，與老的相比，無論在深放電還是在淺放電制度下，它的充電接受能力都更好。這是由于新結(jié)構板柵降低了極板內(nèi)阻，使充放電時電流在活性物質(zhì)上分布均勻，電流密度較小，減小了中間活性物質(zhì)電流傳導路徑，使極化速率減慢，改善了電池充電接受能力，使其有利于形成結(jié)構合理的活性物質(zhì)，有良好的導電網(wǎng)絡和充足的電化學活性二氧化鉛，所以充放電性能良好，電池充電接受能力好。
6.電池循環(huán)壽命兩種結(jié)構板柵制造的電池的循環(huán)壽命見表六表六 循環(huán)壽命對比

可以看出，在采用新結(jié)構板柵的基礎上，蓄電池的循環(huán)壽命在很大程度上得到明顯改善。
權利要求
1.一種蓄電池板柵，包括板柵邊框，以及固定在板柵邊框內(nèi)的橫筋和豎筋，其特征在于所述橫筋與豎筋的總截面積之比為k值，k值介于1.2至1.8之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種蓄電池板柵，其特征在于所述k值為1.37。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種蓄電池板柵，其特征在于所述蓄電池為閥控鉛酸蓄電池。
4.權利要求1所述的蓄電池板柵的澆鑄方法，所述方法包括步驟在制作板柵的鑄板機中保持鉛鍋溫度為480-500℃、鉛勺溫度為500-530℃、動模下部溫度190-230℃、動模上部溫度175-240℃、噴模溫度165-175℃的情況下，在板柵模具中沿豎筋方向豎向澆鑄。
5.根據(jù)權利要求4所述的蓄電池板柵的澆鑄方法，其特征在于所述方法進一步包括步驟，豎向澆鑄之前在165-175℃的噴模溫度下噴模4-5次。
6.根據(jù)權利要求5所述的蓄電池板柵的澆鑄方法，其特征在于澆鑄速度為每分鐘澆鑄4-5片板柵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種蓄電池板柵，包括板柵邊框以及固定在板柵邊框內(nèi)的橫筋和豎筋，所述橫筋與豎筋的總截面積之比為k值，k值介于1.2至1.8之間。本發(fā)明還公開了上述蓄電池板柵的澆鑄方法，包括步驟在制作板柵的鑄板機中保持鉛鍋溫度為480－500℃、鉛勺溫度為500－530℃、動模下部溫度190－230℃、動模上部溫度175－240℃、噴模溫度165－175℃，在板柵模具中沿豎筋方向豎向澆鑄。本發(fā)明制備出的板柵成型良好，無斷筋現(xiàn)象，能減少合金量，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時增加附著的活性物質(zhì)重量，提高電池容量；用本發(fā)明板柵制作的電池性能更優(yōu)良。
文檔編號H01M4/04GK1787260SQ20051002162
公開日2006年6月14日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權日2005年9月1日
發(fā)明者董李, 熊正林 申請人:深圳理士奧電源技術有限公司