制造用于鉛酸電池的電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制備鉛酸電池(30)的電極(14)的方法。所制備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開所述上和/或下框架元件(9、10)延伸并具有多個開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)，上和/或下框架元件(9、10)的厚度(D)大于網(wǎng)狀區(qū)域(12)的厚度，所述方法包括步驟：(a)使用鑄造方法制備異型帶坯(2)，其中僅通過所述鑄造方法使帶坯(2)在一側(cè)形成比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域(12)的區(qū)域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上或下框架元件(9、10)的至少一個區(qū)域(3、5、7)；和(b)在隨后的金屬拉伸工藝中制備具有開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)。本發(fā)明還涉及用于制備鉛酸電池電極、電極以及鉛酸電池的設(shè)備。
【專利說明】制造用于鉛酸電池的電極
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造鉛酸電池電極的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求11的用于制造鉛酸電池電極的系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求12的電極以及根據(jù)權(quán)利要求13的鉛酸電池。
[0002]本發(fā)明總體涉及鉛酸電池電極尤其是負電極的制造領(lǐng)域。例如，EP I 366 532 BI或DE I 02 09 I 38 B4中已經(jīng)提出了使用擠壓機來連續(xù)制造鉛合金帶。但是，這種類型的擠壓機相當復(fù)雜并且尤其需要擠壓器。
[0003]本發(fā)明基于這樣的目的:給出用于制造鉛酸電池電極的簡化可行方案，其能夠更加經(jīng)濟地實現(xiàn)。
[0004]上述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造鉛酸電池電極的方法來實現(xiàn)，其中所制備的電極具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件延伸并包括多個開口的網(wǎng)狀區(qū)域，其中上和/或下框架元件的厚度大于網(wǎng)狀區(qū)域的厚度，所述方法包括步驟:
[0005](a)在鑄造工藝中制備異型帶還,其中僅通過鑄造工藝使帶還在一側(cè)形成比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域的區(qū)域具有更大厚度的最終將形成上或下框架元件的至少一個區(qū)域；
[0006](b)在隨后的金屬拉伸工藝中制備具有開口的網(wǎng)狀區(qū)域。
[0007]本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點:能夠以特別低的制造成本制備耐用的鉛酸電池的電極。將上和/或下框架元件設(shè)計成具有更大厚度來制備電極比通過傳統(tǒng)制造方法制備的電極在機械堅固性方面更強。上述又使得通過已知的鑄造方法能夠制備異型帶坯成為可能。尤其是，電極質(zhì)量和制造成本之間的關(guān)系變得更加有利。即使給定較高的原材料成本(例如對于鉛而言)，根據(jù)本發(fā)明的方法也是特別有利的，因為在金屬拉伸工藝中沒有像在沖壓工藝中產(chǎn)生的沖壓廢料。因此，也沒有用于沖壓廢料的后續(xù)收集及循環(huán)方面的費用，因為其自始就沒有產(chǎn)生過。金屬拉伸工藝和鑄造工藝的結(jié)合，尤其是沒有擠出步驟，使得特別快地制造電極，其具有能夠特別有效地使用現(xiàn)有機器的優(yōu)點。
[0008]電極可構(gòu)造成或者僅具有上框架元件,僅具有下框架元件或具有上下框架元件。當電極具有上框架元件以及下框架元件時，提供了一個網(wǎng)狀區(qū)域從上框架元件延伸至下框架元件的有利實施例。制造工藝根據(jù)需要允許電極初始制備成具有上下框架元件和隨后最終，尤其是在實施金屬拉伸工藝之后，切除一個框架元件。這在制造過程中給予電極增強的堅固性，其對所述制造方法來說是有益的。另外，由于切除了框架元件，最后節(jié)省了材料。
[0009]在鑄造工藝中所形成的帶坯在一側(cè)形成比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域的區(qū)域具有更大厚度的最終將形成上或下框架元件的區(qū)域。在一個有利構(gòu)造中，當其從鑄造工藝離開時坯的上側(cè)因而是基本平坦的；即光滑的，而其下側(cè)展現(xiàn)為包括較小厚度的區(qū)域和更大厚度的區(qū)域的異型。這樣，不需要擠壓器便能夠制備異型帶坯。
[0010]產(chǎn)生的電極也是非對稱的；即其在一側(cè)在上和/或下框架元件的區(qū)域展現(xiàn)比網(wǎng)狀區(qū)域更大厚度。這導(dǎo)致在網(wǎng)狀區(qū)域節(jié)省了材料，其導(dǎo)致更加有利的制造成本和較低的重量。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，鑄造工藝為連續(xù)制備帶坯的連續(xù)鑄造工藝。連續(xù)鑄造工藝允許帶型坯基本上任何長度的經(jīng)濟省時的制造，以及因此以高的生產(chǎn)速度大量經(jīng)濟地制造電池電極。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，不通過擠出步驟來制造電極，即沒有使用擠壓器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，在鑄造工藝中制備的帶坯的寬度小于在金屬拉伸工藝之后產(chǎn)生的電極的寬度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，最終形成網(wǎng)狀區(qū)域的帶坯的區(qū)域最初在步驟a)中不具有開口。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，提供了用切割片首先在帶坯的待在金屬拉伸工藝中制成網(wǎng)狀區(qū)域的區(qū)中提供縱向槽，即在坯的縱向方向延伸的槽，此后通過沿橫切上和/或下框架元件的縱向延伸的方向拉制所述有槽坯來制備網(wǎng)狀區(qū)域。如果有槽坯此時具有下框架元件以及上框架元件，通過在相反方向拉開上下框架元件來拉制有槽坯則可以制備網(wǎng)狀區(qū)域。這在橫切縱向的方向上對有槽坯施加了拉應(yīng)力，其最終導(dǎo)致形成具有菱形開口的網(wǎng)狀區(qū)域。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，帶坯制備有至少一個第一、一個第二和一個第三區(qū)域，每個區(qū)域沿帶坯的縱向延伸，這些區(qū)域中的至少一個具有更大的厚度，具有更小厚度的無開口封閉材料區(qū)分別制備在第一和第二以及第二和第三區(qū)域之間。尤其是增大厚度的區(qū)域因而是不對稱地形成在一側(cè)上的，這在鑄造工藝中產(chǎn)生異型帶坯的過程中已經(jīng)形成。這里也不需要擠壓器。有利地，為了節(jié)省材料，僅例如第二(中間)區(qū)域可以是增大的厚度。所有三個區(qū)域，即第一、第二和第三區(qū)域也可以例如形成為具有增大的厚度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，例如通過沖切第二區(qū)域的特定多余面積來沖切增大厚度的第二區(qū)域來制備電極接觸頭。這具有以下優(yōu)點:電極能夠作為準雙頻帶電極被連續(xù)制備且鑄造工藝因而已同時集成了用于接觸頭的材料。根據(jù)一個有利的進一步改進，增大厚度的第二區(qū)域位于增大厚度的第一和第二區(qū)域之間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，在連續(xù)金屬拉伸工藝中從帶坯制備繞成卷的帶型電極組件。卷應(yīng)理解為螺旋纏繞物。這具有以下優(yōu)點:電極已能夠很大程度地制備成用于后期使用在電池中，包括實現(xiàn)金屬拉伸工藝。在實現(xiàn)金屬拉伸工藝之后電極組件對于機械影響更加敏感。因此，對于已拉制出的帶型電極組件繞成卷是有利的。以這種卷形式的帶型電極組件對于機械影響較不敏感，且另外可方便地用于下一步的電池制造生產(chǎn)步驟。
[0019]當卷繞時電極的非異型平面?zhèn)瓤梢栽谕鈧?cè)。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，在卷繞期間電極的非異型平面?zhèn)仍趦?nèi)側(cè)。這樣，卷繞的電極組件能夠儲存成對機械影響尤其不敏感。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，帶型電極組件首先用糊狀活性材料涂覆，然后卷繞成卷。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，在金屬拉伸工藝之后，并且如果適用，在從帶型電極組件分離之前，用糊狀活性材料涂覆電極。其后電極可設(shè)置有隔離材料并被插入鉛酸電池的殼體內(nèi)，以便于最終產(chǎn)生鉛酸電池。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，在用糊狀活性材料涂覆之前先初始儲存電極，并且在儲存過程之后執(zhí)行涂覆工藝。這具有優(yōu)點:能夠?qū)ⅰ霸牧想姌O的制備”和“最終化電化學(xué)電極”的子工藝分割成尤其是在不同時間彼此可以獨立實現(xiàn)的分開步驟。由于兩個方法步驟可以以不同的速度實現(xiàn)，因而子工藝之間可以進行合適的分離，其允許總的制造工藝適配子工藝的速度。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的進一步改進，電極以卷狀形式儲存。
[0024]開篇所述的目的通過用于制造鉛酸電池的電極的系統(tǒng)來進一步實現(xiàn)，其中所述系統(tǒng)構(gòu)造成實現(xiàn)根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中用所述系統(tǒng)所制備的電極具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件延伸并包括多個開口的網(wǎng)狀區(qū)域，其中上和/或下框架元件的厚度大于網(wǎng)狀區(qū)域的厚度，所述系統(tǒng)具有以下系統(tǒng)組成部分:
[0025](a)鑄造系統(tǒng)，設(shè)計成制備異型帶坯，帶坯在一側(cè)具有比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域的區(qū)域具有更大厚度的最終將形成上和/或下框架元件的至少一個區(qū)域；
[0026](b)金屬拉伸壓機，設(shè)計成通過金屬拉伸工藝制備具有開口的網(wǎng)狀區(qū)域。
[0027]該系統(tǒng)可設(shè)計成不具有擠壓器。
[0028]開篇所述的目的另外由根據(jù)前述任一權(quán)利要求制造的電極所實現(xiàn)。電極能夠作為正極或負極用于鉛酸電池中。
[0029]開篇所述的目的進一步由具有一個或更多個上述電極的鉛酸電池所實現(xiàn)。
[0030]下面將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明的實施例。
[0031]所示為:
[0032]圖1:帶型坯的制備；
[0033]圖2:電極；
[0034]圖3:鉛酸電池；以及
[0035]圖4:用于制造鉛酸電池電極的系統(tǒng)。
[0036]對于相應(yīng)的元件，這些圖使用相同的標記。
[0037]圖1示出了鑄造系統(tǒng)1，其通過連續(xù)鑄造工藝制備用于鉛酸電池電極的帶型坯2。鑄造系統(tǒng)I通過輸入側(cè)(未示出)供鉛。鑄造系統(tǒng)I熔化鉛并如圖1所示作為擠出式連續(xù)異型模通過輸出側(cè)分配帶坯2。隨后可以如下所述進一步加工帶坯2。
[0038]根據(jù)圖1的鑄造系統(tǒng)I的特點是:帶坯2可以制備成在一側(cè)具有異型，以使坯2沿其寬度B展現(xiàn)不同的厚度D。從圖1可以看到，離開鑄造系統(tǒng)I的坯2具有基本平滑的上側(cè)8和異型下側(cè)。坯2包括具有更大厚度D的區(qū)域3、5、7，相比位于其間的區(qū)域4、6而言。下側(cè)上，具有更大厚度D的區(qū)域3、5、7突出于區(qū)域4、6。在右邊，圖1示出了圍繞其縱向軸線翻轉(zhuǎn)180°的一段帶坯2以更加明顯地示出異型下側(cè)，圖示了沿縱向L延伸的帶坯2的單側(cè)異型結(jié)構(gòu)。
[0039]取決于實施方式，還可以想到僅使中間區(qū)域5展現(xiàn)增大的厚度D。
[0040]鑄造機I因此構(gòu)造成完全沒有擠出單元；即其實現(xiàn)了純粹的鑄造工藝而沒有擠出步驟。
[0041]如下所述，具有更小厚度的區(qū)域4、6將會通過金屬拉伸工藝轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀區(qū)域，上下框架元件以及部分電極接觸頭將會產(chǎn)自于具有更大厚度的區(qū)域3、5、7。
[0042]圖2示出了圖2a中的金屬拉伸工藝之后的電極14的俯視圖。為了圖示與帶坯2的關(guān)系，電極14與另外的一些電極被一起描繪，另外的這些電極則以低對比度或虛線被僅部分地再現(xiàn)。
[0043]可以看到，電極14包括其上形成有接觸頭11的上框架元件10、下框架元件9以及在上下框架元件9、10之間延伸的網(wǎng)狀區(qū)域12。為了說明與根據(jù)圖1的帶坯2的關(guān)系，用于圖1的坯2的區(qū)域的相應(yīng)標記額外再現(xiàn)。
[0044]圖2a所示箭頭分別指離上框架元件10和下框架元件9，表示金屬拉伸工藝中作用在電極14上的拉力方向。
[0045]通過切割各個電極，如圖2a中的三角13所表示，各個電極14分離于金屬拉伸工藝之后離開的電極帶。相應(yīng)地，接觸頭11也分離于相應(yīng)反向定位的電極的上框架元件10。接觸頭11之間的空隙15通過沖切形成。
[0046]圖2右邊在圖2b中示出了所制備的電極14的側(cè)視圖，通過其可以看到異型結(jié)構(gòu)。
[0047]圖3示出的鉛酸電池30包括多個上述類型的電極14。鉛酸電池30包括具有外端子31、32的蓋部件33。外端子31、32分別通過相應(yīng)的電極連接器35、36連接于正/負電極。例如，可以看到負電極連接器35連接于在此用作負電極的電極14的接觸頭11。負電極連接器35連接于更遠的負電極并連接于端子31。類似地，正電極連接器36連接于正電極39并連接于其它端子32。
[0048]鉛酸電池30包括其中設(shè)置有電極14、39的下殼體部件34。電極14、39設(shè)置有糊狀活性材料37。電極14、39與糊狀活性材料37 —起被隔離材料38分別地另外封裝。
[0049]圖4示出了用于制造上述類型鉛酸電池電極的實施例?？梢栽俅慰吹阶鳛榈谝幌到y(tǒng)組成部分的鑄造系統(tǒng)I。帶坯2被送給金屬拉伸壓機40，其代表第二系統(tǒng)組成部分。金屬拉伸壓機40首先包括切割單元，其例如具有連接于轉(zhuǎn)動輥的切割片。切割片在帶型坯的區(qū)域4、6中切出短的縱向槽，例如僅僅幾微米的長度。在帶坯已經(jīng)通過切割單元之后，其被送給金屬拉伸壓機40的拉制裝置。在拉制裝置中實現(xiàn)拉制工藝，框架元件9、10如圖1的圖2a的箭頭所示被反向拉開。
[0050]最后，坯被送至金屬拉伸壓機40中的沖壓段，接觸頭11之間的空白區(qū)域15在沖壓段被沖出。電極帶41最終離開機器40，如圖4所描繪，與參照圖2所描述的電極帶相對應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.用于制造鉛酸電池(30)的電極(14)的方法，其中所制備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件(9、10)延伸并包括多個開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)，其中上和/或下框架元件(9、10)的厚度(D)大于網(wǎng)狀區(qū)域(12)的厚度，所述方法包括步驟: (a)在鑄造工藝中制備異型帶坯(2)，其中僅通過鑄造工藝使帶坯(2)在一側(cè)形成比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域(12)的區(qū)域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上或下框架元件(9、10)的至少一個區(qū)域(3、5、7)； (b)在隨后的金屬拉伸工藝中制備具有開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，切割片首先在帶坯(2)的待在金屬拉伸工藝中制成網(wǎng)狀區(qū)域(12)的區(qū)域(4、6)中提供縱向槽，此后通過沿橫切上和/或下框架元件(9、10)的縱向延伸(L)的方向拉制所述有槽坯來制備網(wǎng)狀區(qū)域(12)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，帶坯(2)制備有至少一個第一、一個第二和一個第三區(qū)域(3、5、7)，每個區(qū)域沿帶坯(2)的縱向延伸，這些區(qū)域中的至少一個具有更大的厚度(D)，具有更小厚度(D)的無開口封閉材料區(qū)(4、6)分別制備在第一(3)和第二(5)以及第二(5)和第三(7)區(qū)域之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，通過例如沖切從具有增大厚度(D)的第二區(qū)域(5)制備出電極(14)的接觸頭(11)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，鑄造方法為制備連續(xù)帶坯(2)的連續(xù)鑄造工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在連續(xù)金屬拉伸工藝中從帶坯(2)制備繞成卷的電極組件(41)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，當卷繞時電極組件(41)的非異型平面?zhèn)?8)在內(nèi)側(cè)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在金屬拉伸工藝之后，并且如果適用，在從帶型電極組件(41)分離之前，用糊狀活性材料(37)涂覆電極(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，在用糊狀活性材料(37)涂覆之前先初始儲存電極(14)，并且在儲存過程之后執(zhí)行涂覆工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，電極(14)以卷狀形式儲存。
11.用于制造鉛酸電池(30)的電極(14)的系統(tǒng)(1、40)，其中所述系統(tǒng)(1、40)設(shè)計成實現(xiàn)根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中用所述系統(tǒng)(1、40)所制備的電極(14)具有至少一個上和/或一個下框架元件以及離開上和/或下框架元件(9、10)延伸并包括多個開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)，其中上和/或下框架元件(9、10)的厚度⑶大于網(wǎng)狀區(qū)域(12)的厚度，所述系統(tǒng)具有以下系統(tǒng)組成部分: (a)鑄造系統(tǒng)(I)，設(shè)計成制備異型帶坯(2)，帶坯(2)在一側(cè)具有比最終將形成網(wǎng)狀區(qū)域(12)的區(qū)域(4、6)具有更大厚度(D)的最終將形成上和/或下框架元件(9、10)的至少一個區(qū)域(3、5、7)； (b)金屬拉伸壓機(40)，設(shè)計成通過金屬拉伸工藝制備具有開口的網(wǎng)狀區(qū)域(12)。
12.一種電極(14)，根據(jù)權(quán)利要求1-10之一所制造。
13.一種鉛酸電池(30)，具有根據(jù)權(quán)利要求12的一個或更多個電極(14)。
【文檔編號】H01M4/74GK104412428SQ201380014463
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】塔季揚娜·賴希 申請人:江森自控汽車電池有限責任公司