專(zhuān)利名稱(chēng)：一種蓄電池板柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，特別涉及一種蓄電池板柵。
背景技術(shù)：
目前在鉛酸蓄電池領(lǐng)域，所使用的鉛鈣合金蓄電池板柵與金屬匯流排中含有大量的鉛，在澆鑄、化成、焊接階段造成了重金屬鉛污染。另外，鉛基活性物質(zhì)的理論比能量為170w.h/kg，實(shí)際僅為理論比能量的1/5。比能量低的主要原因，一個(gè)是活性物質(zhì)反應(yīng)效率低于50 %且質(zhì)量?jī)H40 %，另一個(gè)是HS04_離子受極板厚度、材質(zhì)制約，蓄電池板柵和其它非成流物質(zhì)占近40 %，活性物質(zhì)、蓄電池板柵質(zhì)量、電解質(zhì)密度之間的關(guān)系極不合理，如不從新材料、新工藝和新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的源頭解決比質(zhì)量、比體積、α、Y系數(shù)比，鉛酸蓄電池的比能量是很難有所突破的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)污染，提高電池比能量，提高活性反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)效率的蓄電池板柵。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種蓄電池板柵，其包括極耳或至少一個(gè)用于安裝極耳的極眼，整體為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，蓄電池板柵是用石墨金屬共晶陶瓷加工而成，其中，石墨金屬共晶陶瓷包括導(dǎo)電劑、陶瓷復(fù)合材料和介質(zhì)材料，石墨金屬共晶陶瓷按重量份計(jì)含有導(dǎo)電劑5 20份，陶瓷復(fù)合材料55 70份，介質(zhì)材料5 15份。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，導(dǎo)電劑是一種碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于 0. 3%。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷按重量份計(jì)含有Ti 8 15份，C 35 55 份，Si 25 40 份。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷是以Ti、Si、C粉為初始原料，按 2.8 1.2 1的摩爾比球磨混合，以Al粉、Ni粉為反應(yīng)助劑，在1250 1280攝氏度溫度下燒制而成的。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，陶瓷復(fù)合材料為介孔復(fù)合陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于 0. 3%。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，陶瓷復(fù)合材料按重量份計(jì)含有二氧化硅46 62份，三氧化二鋁9 18份，氧化鎂3 9份，氧化鈣12 18份。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述陶瓷復(fù)合材料是通過(guò)將具有酸性位的石質(zhì)材料按重量份計(jì)30 45份、高定向熱解石墨按重量份計(jì)45 50份、超細(xì)碳化硅粉按重量份計(jì)10 20份球磨混合，得到混合物，然后將混合物在1300攝氏度溫度下燒制而成的。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，介質(zhì)材料為羧甲基纖維素鈉與聚乙烯醇(C2H4O)n的水溶液。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，介質(zhì)材料是將重量份比為50 1 2.5 400 500的聚乙烯醇(C2H4O) n、羧甲基纖維素鈉CMC、水混合攪拌加熱至50 80攝氏度后冷卻得到的。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，蓄電池板柵形成蜂窩結(jié)構(gòu)的孔包括六邊形孔、五邊形孔和/或四邊形孔。用本發(fā)明的蓄電池板柵替代鉛酸蓄電池中的鉛鈣合金蓄電池板柵，同時(shí)取代了鉛金屬匯流排，大大減少了鉛酸蓄電池中的重金屬鉛的用量，大大減少了重金屬污染。另外， 本發(fā)明的蓄電池板柵是鉛鈣合金蓄電池板柵質(zhì)量的約20%，大大提高了極板反應(yīng)物質(zhì)(鉛膏)和起承載導(dǎo)電作用蓄電池板柵的質(zhì)量比。本發(fā)明的蓄電池板柵為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，電化學(xué)反應(yīng)為三維的，反應(yīng)面積成倍提高。本發(fā)明的蓄電池板柵為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，反應(yīng)物嵌入蓄電池板柵之中，與蓄電池板柵形成一個(gè)牢固的整體，大大提高了反應(yīng)物質(zhì)和蓄電池板柵的牢固性，解決了鉛酸蓄電池因震動(dòng)而鉛膏脫落問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明的蓄電池板柵的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明極眼1，孔2。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加詳細(xì)清楚，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。一種蓄電池板柵，其包括極耳或至少一個(gè)用于安裝極耳的極眼，整體為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，蓄電池板柵是用石墨金屬共晶陶瓷加工而成，其中，石墨金屬共晶陶瓷包括導(dǎo)電劑、陶瓷復(fù)合材料、介質(zhì)材料，石墨金屬共晶陶瓷按重量份計(jì)含有導(dǎo)電劑5 20份，陶瓷復(fù)合材料55 70份，介質(zhì)材料5 15份。導(dǎo)電劑是一種碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于0. 3% ；碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷按重量份計(jì)含有Ti 8 15份，C ；35 55份，Si 25 40份。碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷是以11、51、(粉為初始原料，按2.8 1. 2 1的摩爾比球磨混合，加入少量Al粉和/或Ni粉為反應(yīng)助劑，反應(yīng)助劑不超過(guò)總重量的百分之五，在1250 1280攝氏度溫度下燒制成單相碳碳硅鈦(Ti3SiC2)晶體。Ti3SiC2屬六方晶系，空間群為P63/mm ；C晶格參數(shù)a = 0. 3068mm ；密度為4. 19g/ cm3，泊松比為0.2，導(dǎo)電率為4. 5X106S/m，導(dǎo)電率比純金屬鈦高一倍，比石墨高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并像金屬一樣有很好的導(dǎo)熱性能，與酸性電解質(zhì)幾乎不發(fā)生任何反應(yīng)。陶瓷復(fù)合材料為介孔復(fù)合陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于0. 3% ；陶瓷復(fù)合材料按重量份計(jì)含有二氧化硅46 62份，三氧化二鋁9 18份，氧化鎂3 9份，氧化鈣12 18份。陶瓷復(fù)合材料是通過(guò)將具酸性位的堇青石質(zhì)材料(坯式為0.31&CK0.6R0、 0. 75-1. 5Α1203· 8-17Si02)按重量份計(jì)30 45份，高定向熱解石墨按重量份計(jì)45 50份， 超細(xì)碳碳化硅粉按重量份計(jì)10 20份球磨混合，得混合物，然后將混合物在1300攝氏度溫度下燒制而成的。此材料的三維開(kāi)孔率達(dá)80-90%，真比重為1.8g/cm3，視密度僅為 0. 6g/cm3。在生長(zhǎng)過(guò)程中，高定向熱解石墨不參與燒結(jié)反應(yīng)，與堇青石質(zhì)陶瓷料僅形成固熔體，SiC微孔可形成開(kāi)口液晶膜壁，作為HS04_嵌入的宿主和通道，形成CnHSO4. 2. 5H2S04嵌入化合物，極大地?cái)U(kuò)張了電極晶格，其液膜使電極內(nèi)可駐留超比體積高密度電解液，從而優(yōu)化了大電流充放電過(guò)程。同時(shí)，介孔除從隔膜吸液外，也為氣體復(fù)合提供充裕的空間和催化條件，特別是對(duì)防止氧化、干涸、氣脹、脫落起到了極大的作用。此外，此材料具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，耐強(qiáng)酸腐蝕，陶瓷生產(chǎn)工藝成熟，配方合理。在生產(chǎn)用于制造本發(fā)明的蓄電池板柵的陶瓷復(fù)合材料的過(guò)程中，石質(zhì)材料的重量份越高，所生產(chǎn)的蓄電池板柵的耐腐蝕性越好，強(qiáng)度越高，壽命越長(zhǎng)；高定向熱解石墨的重量份越高，所生產(chǎn)的蓄電池板柵的導(dǎo)電性能好，碳鍵結(jié)合緊密；超細(xì)碳化硅的重量份越高， 所生產(chǎn)的蓄電池板柵的孔隙體積越大，吸液性能越好。經(jīng)測(cè)試，按重量份計(jì)，具酸性位的堇青石質(zhì)材料30份，高定向熱解石墨50份，超細(xì)碳化硅粉20份，生產(chǎn)得到的陶瓷復(fù)合材料后，再進(jìn)一步制成的本發(fā)明的蓄電池板柵的抗壓強(qiáng)度為30 50噸/平方厘米，導(dǎo)電率為 4. 5 X 106S/m ；具酸性位的堇青石質(zhì)材料40份，高定向熱解石墨50份，超細(xì)碳化硅粉10份， 生產(chǎn)得到的陶瓷復(fù)合材料后，再進(jìn)一步制成的本發(fā)明的蓄電池板柵的抗壓強(qiáng)度為陽(yáng) 70 噸/平方厘米，導(dǎo)電率為4. 5 X 106S/m ；具酸性位的堇青石質(zhì)材料40份，高定向熱解石墨50 份，超細(xì)碳化硅粉10份，生產(chǎn)得到的陶瓷復(fù)合材料后，再進(jìn)一步制成的本發(fā)明的蓄電池板柵的抗壓強(qiáng)度為55 70噸/平方厘米，導(dǎo)電率為4. 5X 106S/m。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例一，按重量份計(jì)，本發(fā)明的蓄電池板柵含有15份導(dǎo)電劑，70份陶瓷復(fù)合材料和15份介質(zhì)材料，然后用于蓄電池，經(jīng)過(guò)測(cè)試，蓄電池的內(nèi)阻為 150-200 (m Ω )/m，常溫使用循環(huán)數(shù)為800-1200次，快速充電時(shí)間為1_2小時(shí)。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例二，按重量份計(jì)，本發(fā)明的蓄電池板柵含有20份導(dǎo)電劑，65份陶瓷復(fù)合材料和15份介質(zhì)材料，然后用于蓄電池，經(jīng)過(guò)測(cè)試，蓄電池的內(nèi)阻為 100-150 (m Ω )/m，常溫使用循環(huán)數(shù)為800-1000次，快速充電時(shí)間為1-1. 5小時(shí)。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例三，按重量份計(jì)，本發(fā)明的蓄電池板柵含有20份導(dǎo)電劑，70份陶瓷復(fù)合材料和10份介質(zhì)材料，然后用于蓄電池，經(jīng)過(guò)測(cè)試，蓄電池的內(nèi)阻為 100-150 (m Ω ) /m,常溫使用循環(huán)數(shù)為800-1200次，快速充電時(shí)間為1-1. 5小時(shí)。用本發(fā)明的三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所制造的蓄電池與其它種類(lèi)同容量蓄電池比較如下表所示
電池種類(lèi)鎘鎳鎳氫密封鉛酸鋰聚合物優(yōu)選實(shí)施例一優(yōu)選實(shí)施例二優(yōu)選實(shí)施例三內(nèi)阻(πιΩ )100-200200-300<100200-300,150-200100-150100-150常溫使用循環(huán)數(shù)，次 (降至初始容量80%)500-1200400-600300-500300-500S00-1200800-1000800-1200快速充電時(shí)間/h1-32-42-52-41-21-1. 51-1. 5由上表可以看出，與其它種類(lèi)同容量蓄電池相比，使用本發(fā)明板柵的蓄電池的內(nèi)阻、常溫使用循環(huán)次數(shù)、快速充電時(shí)間方面的性能都有所提高。隨著導(dǎo)電劑含量的增加，蓄電池的內(nèi)阻相應(yīng)減小，快速充電時(shí)間也相應(yīng)減小，但是對(duì)常溫使用循環(huán)次數(shù)影響不大；隨著陶瓷復(fù)合材料的份數(shù)減少，對(duì)內(nèi)阻影響不大，但是對(duì)常溫使用循環(huán)次數(shù)相應(yīng)減少，快速充電時(shí)間也影響不大；隨著介質(zhì)材料的份數(shù)減少，蓄電池板柵的強(qiáng)度增強(qiáng)，對(duì)性能影響不大。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將生成的單相碳碳硅鈦經(jīng)超細(xì)雷蒙物化粉碎過(guò)250 目篩，加粘接劑混合涂覆于復(fù)合陶瓷，再經(jīng)1350°C高溫?zé)Y(jié)，形成大比表面積金屬/石墨共晶導(dǎo)電界面層1000m2/g)，所生成的本發(fā)明的蓄電池板柵與活性物質(zhì)的結(jié)合度和反應(yīng)面積都得到了極大的增加，其中蓄電池板柵與蓄電池中反應(yīng)物質(zhì)的接觸表面積大于600平方厘米。如圖1所示，所得到的本發(fā)明的蓄電池板柵，整體為四邊形，其上有6個(gè)極眼1，以便根據(jù)需要設(shè)置極耳，整體為四邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，由孔陶瓷制備而成，還具有6 μ m-8 μ m厚的碳硅鈦復(fù)合層，形成蜂窩的孔2是六邊形、五邊形或四邊形。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，介質(zhì)材料為羧甲基纖維素鈉(CMC)與聚乙烯醇 (C2H4O)nW水溶液；介質(zhì)材料是將重量份比為50 1 2.5 400 500的聚乙烯醇(C2H4O) n、羧甲基纖維素鈉(CMC)、水混合攪拌加熱至50 80攝氏度后冷卻得到的。按重量份計(jì)將 5 20份導(dǎo)電劑，55 70份陶瓷復(fù)合材料，5 15份介質(zhì)材料在高速攪拌下使各原料組分充分混合，然后造粒，置于磨具中冷壓成型經(jīng)1250 1350攝氏度高溫?zé)Y(jié)，得本發(fā)明的蓄電池板柵。作為一種優(yōu)選，蓄電池板柵的質(zhì)量小于35克，尺寸為193. 9mmX155. 3mmX4mm和 193. 9mmX 155. 3mmX 5mm。此外，用本發(fā)明的蓄電池板柵制作的二次電池采用了模塊化設(shè)計(jì)，可按電池的外觀大小進(jìn)行組合或裁剪。同時(shí)又可按容量或電壓大小進(jìn)行組合或連接。綜上所述，利用本發(fā)明的蓄電池板柵替代鉛酸蓄電池中的鉛鈣合金蓄電池板柵， 同時(shí)取代了鉛金屬匯流排，減少了鉛酸蓄電池中的重金屬鉛的用量(節(jié)約50-70%)。徹底消除了鉛酸蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的重金屬鉛污染。本發(fā)明的蓄電池板柵是鉛鈣合金蓄電池板柵質(zhì)量的約20 %，大大減輕了極板反應(yīng)物質(zhì)(鉛膏)和起承載、導(dǎo)電作用蓄電池板柵的質(zhì)量比。鉛酸電池中鉛鈣合金蓄電池板柵質(zhì)量和反應(yīng)物質(zhì)鉛膏的比為1 1.1 1.4，非金屬蓄電池板柵則為1 8 12，這樣鉛酸蓄電池的質(zhì)量比能量由35w. h/kg上升到60w. h/kg以上。質(zhì)量比能量大大提高。鉛酸蓄電池鉛鈣蓄電池板柵單片較薄(一毫米左右)，反應(yīng)物質(zhì)鉛膏粘貼在其兩面，電化學(xué)反應(yīng)為二維的，在其兩面反應(yīng)，反應(yīng)面積較小，反應(yīng)效率約為30%左右。而本發(fā)明的蓄電池板柵為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，最佳為六邊形，電化學(xué)反應(yīng)為三維的，反應(yīng)面積成倍提高，反應(yīng)效率提高到70%以上。鉛酸蓄電池鉛鈣蓄電池板柵單片較薄(一毫米左右)，反應(yīng)物質(zhì)鉛膏粘貼在其兩面，為懸掛式結(jié)構(gòu)。而本發(fā)明的蓄電池板柵為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，最佳為六邊形，反應(yīng)物嵌入蓄電池板柵之中，與蓄電池板柵形成一個(gè)牢固的整體，大大提高了反應(yīng)物質(zhì)和蓄電池板柵的牢固性，解決了鉛酸蓄電池因震動(dòng)而鉛膏脫落問(wèn)題。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池板柵，其特征在于，其包括極耳或至少一個(gè)用于安裝極耳的極眼，整體為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蓄電池板柵是用石墨金屬共晶陶瓷加工而成，其中，所述石墨金屬共晶陶瓷包括導(dǎo)電劑、陶瓷復(fù)合材料和介質(zhì)材料，所述石墨金屬共晶陶瓷按重量份計(jì)含有導(dǎo)電劑5 20份，陶瓷復(fù)合材料55 70份，介質(zhì)材料5 15份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述導(dǎo)電劑是一種碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于0.3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷按重量份計(jì)含有Ti 8 15份，C ；35 55份，Si 25 40份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述碳硅鈦導(dǎo)電陶瓷是以Ti、Si、 C粉為初始原料，按2. 8 1.2 1的摩爾比球磨混合，以Al粉和/或Ni粉為反應(yīng)助劑，在 1250 1280攝氏度溫度下燒制而成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述陶瓷復(fù)合材料為介孔復(fù)合陶瓷，其萬(wàn)孔篩殘余小于0.3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述陶瓷復(fù)合材料按重量份計(jì)含有二氧化硅46 62份，三氧化二鋁9 18份，氧化鎂3 9份，氧化鈣12 18份。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述陶瓷復(fù)合材料是通過(guò)將具有酸性位的石質(zhì)材料按重量份計(jì)30 45份、高定向熱解石墨按重量份計(jì)45 50份、超細(xì)碳化硅粉按重量份計(jì)10 20份球磨混合，得到混合物，然后將混合物在1300攝氏度溫度下燒制而成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述介質(zhì)材料為羧甲基纖維素鈉與聚乙烯醇的水溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述介質(zhì)材料是將重量份比為 50 1 2.5 400 500的聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、水混合攪拌加熱至50 80攝氏度后冷卻得到的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的蓄電池板柵，其特征在于，所述蓄電池板柵形成蜂窩結(jié)構(gòu)的孔包括六邊形孔、五邊形孔和/或四邊形孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種蓄電池板柵，該蓄電池板柵包括極耳或至少一個(gè)用于安裝極耳的極眼，所述蓄電池板柵整體為多邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，蓄電池板柵用石墨金屬共晶陶瓷加工而成，其中，所述石墨金屬共晶陶瓷包括導(dǎo)電劑、陶瓷復(fù)合材料和介質(zhì)材料，所述石墨金屬共晶陶瓷按重量份計(jì)含有導(dǎo)電劑5～20份，陶瓷復(fù)合材料55～70份，介質(zhì)材料5～15份。用本發(fā)明的蓄電池板柵替代鉛酸蓄電池中的鉛鈣合金蓄電池板柵，同時(shí)取代鉛金屬匯流排，減少了鉛酸蓄電池中的重金屬鉛的用量(節(jié)約50～70％)，消除了鉛酸蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的鉛污染。本蓄電池板柵的質(zhì)量是鉛鈣合金蓄電池板柵的20％，大大提高了極板反應(yīng)物質(zhì)和起承載導(dǎo)電作用蓄電池板柵的質(zhì)量比。
文檔編號(hào)H01M4/73GK102522566SQ20111042530
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者楊宇光 申請(qǐng)人:北京鴻源能信科技有限責(zé)任公司