CN210245618U - 铅酸电池的板栅以及铅酸电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铅酸电池的板栅以及铅酸电池。该板栅包括：格栅状集流体，所述格栅状集流体包括多条沿预定方向延伸的第一筋条以及极耳，所述极耳与所述第一筋条连接；以及框架，所述框架包括连接在一起的多个支撑条和边框，所述第一筋条与所述支撑条交叉，多条第一筋条的同一端分别与框架底边扣紧，所述第一筋条至少局部嵌入所述支撑条内，所述格栅状集流体与所述框架形成连接，以在所述板栅的中部形成网格结构，所述框架的密度小于所述格栅状集流体的密度。

Description

铅酸电池的板栅以及铅酸电池

技术领域

本实用新型涉及储能装置技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种铅酸电池的板栅以及铅酸电池。

背景技术

铅酸电池具有安全性高，可循环利用等优点。铅酸电池的极板通常分为管式极板和板式极板。板式极板因厚度较薄、电阻率更低，故广泛应用在铅酸电池中。板式极板的主要缺点是板栅铅耗量更多。

铅及铅合金是普通铅酸电池中极板主要材质。铅属于重金属元素，其密度高达11.34g/cm³。申请号CN201210107216.9的发明专利申请公开了一种用铜网做铅酸电池板栅集流体主材的技术方案，为了避免铜被铅酸电池中的硫酸电解质腐蚀，仍需要在铜网板栅的表面包覆一层铅才能作为铅酸电池用板栅。

铅在铅酸电池中有两大类用途，一类是铅通过一系列工艺，最后通过电化学反应生成正、负极活性物的铅材料，正极活性物质主要成分是二氧化铅，负极活性物质的主要成分是海绵状铅；另一类铅及铅合金是作为板栅、汇流排、端子等集流体的材料。这部分铅的主要功能是收集活性物质的充放电电荷，并作为导体将电荷从电池中输入或输出，协助铅酸电池活性物质完成充电和放电过程，这部分铅及铅合金的用量多少对电池的能量输出能力没有实质性改变。因此提高铅酸电池比能量的方式一般包括用低密度的材质替代金属铅做活性物质的集流体或改变铅膏的配方，以提高活性物质利用率的方式提高比能量。

申请号CN201510208608.8的发明专利申请公开了一种用复合集流体做基材替代传统的铅板栅实现提升铅酸电池比能量，为避免集流体在酸性环境中的腐蚀，该发明内容中需要在基材表面涂覆导电粘结剂过渡层和导电防腐层；申请号CN201610017413.X的发明专利申请公开了一种易化成高比能量铅酸蓄电池，正极铅膏的视密度为4.0-4.15g/cm³，负极铅膏的密度降低为4.1-4.15g/cm3，正负极铅膏的视密度比普通铅酸电池的正负极铅膏视密度低5％-15％，低视密度的铅膏孔隙率更高，因而提升了正负极的活性物质利用率和提高了电池的比能量。

申请号CN201510630972.3的发明专利申请公开了一种高比能量铅酸电池的制作方法，通过降低板栅质量，提高铅粉氧化度，通过向铅膏中添加导电碳纤维和石墨烯等方式，来提高活性物质利用率。通过降低非活性物质质量的方式，来提高铅酸电池的比能量。

申请号CN201510940669.3的发明专利申请公开了一种横第一筋条和竖第一筋条呈垂直方向，并将竖第一筋条延伸成极耳的结构；申请号CN200680017715.1的发明专利申请公开了一种电池竖第一筋条与横第一筋条不垂直，竖第一筋条偏向极耳位置的板栅结构；申请号CN201310289855.6的发明专利申请公开了一种扩展网结构的板栅，这种结构的板栅没有区分横第一筋条和竖第一筋条，纵横交叉的第一筋条分别与极耳中的电流方向呈一定角度，且这种结构的板栅没有竖边框。

现有板栅通常包括同一种金属材料成型的纵横交叉的第一筋条，例如，横第一筋条和竖第一筋条。铅酸电池在充放电过程中同一根横第一筋条上的电势相近，横第一筋条中通过的电流密度相对于竖第一筋条中的电流密度小很多，横第一筋条存在的作用是保持板栅的结构稳定，横第一筋条与竖第一筋条交织成网状栅格，栅格中分别填涂正、负铅膏形成铅酸电池的正、负极板。这种板栅的质量大，储能质量比小，不利于电子产品的轻量化。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种铅酸电池的板栅的新技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种铅酸电池的板栅。该板栅包括：格栅状集流体，所述格栅状集流体包括多条沿预定方向延伸的第一筋条以及极耳，所述极耳与所述第一筋条连接；以及框架，所述框架包括连接在一起的多个支撑条和边框，所述第一筋条与所述支撑条交叉，多条第一筋条的同一端分别与框架底边扣紧，所述第一筋条至少局部嵌入所述支撑条内，所述格栅状集流体与所述框架形成连接，以在所述板栅的中部形成网格结构，所述框架的密度小于所述格栅状集流体的密度。

可选地，多条所述第一筋条在同一端延伸并连接在一起，以形成集合部，所述集合部的末端形成所述极耳，所述集合部的极耳以外的部分形成所述第二筋条。

可选地，多条所述第一筋条的长度相等，所述集合部沿所述第一筋条的延伸方向向外凸出于所述框架；或者

所述极耳沿所述第一筋条的延伸方向向外凸出于所述框架，所述第二筋条位于所述框架包围的区域内。

可选地，多条所述第一筋条在同一端延伸出所述框架，延伸出所述框架的部分形成所述极耳。

可选地，多条所述第一筋条沿延伸方向分为第一部分和第二部分以及位于所述第一部分和所述第二部分之间的导通部，在所述第一部分附着有第一电极活性物质，在所述第二部分附着有第二电极活性物质，所述导通部形成所述极耳，所述第一部分和所述第二部分共用所述极耳。

可选地，所述第一筋条和所述支撑条均为多个，每个所述第一筋条与所有的所述支撑条形成连接，每个所述支撑条与所有的所述第一筋条形成连接。

可选地，在所述多条第一筋条与极耳相对的一端设置有凸出于所述第一筋条的帽头或者用于连接相邻的两个所述第一筋条的底筋，所述帽头或者所述底筋嵌入所述框架底边。

可选地，所述框架的材质为塑料、橡胶、树脂、纤维、陶瓷或者玻璃。

可选地，所述格栅状集流体的材质为铅或铅合金；或为铅内包覆铜丝或铝丝。

根据本公开的另一个方面，提供了一种铅酸电池。该电池包括上述的铅酸电池的板栅。

本实用新型的一个技术效果在于，板栅的第一筋条具有集流的作用。支撑条与第一筋条交叉并相连，以形成网格结构。支撑条起到结构支撑的作用。网格结构用于附着电极活性物质。例如，电极活性物质为铅膏。在制作时，将铅膏涂覆或压合在网格结构上。所述框架的密度小于所述格栅状集流体的密度，该板栅具有质量轻的特点。

此外，由于多条所述第一筋条在每支撑条内均匀分布，故第一筋条在任一支撑条附近位置的电流密度分布均匀，甚至每根第一筋条都有相连的一个极耳，能有效地防止板栅由于局部电流过大造成局部温度过高。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本公开的一个实施例的栅板的结构示意图。

图2是图1中沿A-A线的剖面放大图。

图3是图1中沿E-E线的剖面放大图。

图4是图1中集流体单独结构4视图。

图5是图1的立体结构示意图。

图6是根据本公开的一个实施例的第二筋条位于框架外的板栅剖面结构示意图。

图7是根据本公开的一个实施例的每个第一筋条延伸出框架形成多个极耳板栅的剖面结构示意图。

图8是根据本公开的一个实施例的第一筋条中分为第一部分和第二部分形成双极性板栅剖面结构示意图。

图9是根据图8双极性板栅制成的双极性极板结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的一个实施例，提供了一种铅酸电池的板栅。如图1-4所示，该板栅包括：格栅状集流体和框架。例如，板栅的整体厚度为0.5mm-12mm。其中，厚度为垂直于板栅的主表面的尺寸。

格栅状集流体用于集流。所述格栅状集流体包括第二筋条103a、多条沿预定方向延伸的第一筋条101以及极耳102。例如，多条第一筋条101的延伸方向平行于预定方向或者与预定方向基本平行。第一筋条101的横截面为圆形、半圆形、椭圆形、梯形、三角形、矩形等。例如，多条所述第一筋条101在同一端延伸并连接在一起，以形成集合部103。所述集合部103的末端形成所述极耳102，所述集合部103的极耳以外的部分形成所述第二筋条103a。

多条所述第一筋条101的同一端分别与第二筋条103a的不同部位连接在一起。例如，第二筋条103a平行于水平方向，第一筋条101平行于竖直方向。例如，格栅状集流体的整体呈矩形。不同部位连接是指，多条第一筋条101沿第二筋条103a的延伸方向依次设置，第一筋条101之间的间距相同。

所述极耳102与所述第二筋条103a连接。例如，如图1-5所示，极耳102与第二筋条103a连接，通过第二筋条103a与极耳102连接。例如，极耳102的厚度为0.2mm-8mm。该厚度范围保证极耳具有足够的结构强度和导电能力。

所述第一筋条101与极耳102相对的一端设置有凸出于所述第一筋条的帽头104b，所述帽头104b的截面积是所述第一筋条的101截面积的1.5-5倍为宜。

可选地，所述格栅状集流体的材质为铅或铅合金；或者，铅内包覆铜丝或铝丝。上述材料的导电性能，耐硫酸腐蚀性良好。

所述框架包括连接在一起的多个支撑条201。例如，如图1和图5所示，框架还包括围合在一起的边框。边框包括位于上部的顶边框202、位于下部的底边框204，以及位于顶边框202和底边框204之间的两个侧边框203。框架的整体呈矩形。支撑条201的两端分别与两个侧边框203连接。支撑条201与顶边框202和底边框204平行。

如图1、5所示，所述第一筋条101与所述支撑条201交叉。所述第一筋条101的至少局部嵌入所述支撑条201内。所述格栅状集流体与所述框架形成连接，所述帽头104b嵌入框架底边框204，与所述第二筋条103共同作用以保障每一根第一筋条101在框架内处于拉直状态，以在所述板栅的中部形成网格结构。所述框架的密度小于所述格栅状集流体的密度。

在一个例子中，在所述多条第一筋条101的与所述极耳102相对的一端设置有连接相邻的两个所述第一筋条101的底筋104a。底筋104a嵌入所述框架包括与所述两个侧边框203连接的底边框204。

例如，帽头104b垂直于第一筋条101。帽头104b与第一筋条101形成T字形结构。例如，所述帽头104b的横截面积为所述第一筋条101的横截面积的1.5-5倍，帽头104b的截面为圆形、椭圆形或菱形等规则结构，帽头104b的高度为1.5-6mm。

在一个例子中，如图1、3、5所示，所述极耳102沿所述第一筋条101的延伸方向向外凸出于所述框架。所述集流体的所述极耳102以外的部分位于所述框架包围的区域内。例如，该部分位于顶边框202以内，仅极耳102凸出于顶边框202。这种设置降低了相邻的极板的第二筋条103a之间出现短路风险。

还可以是，如图6所示，多条所述第一筋条101的长度相等。例如，第一筋条101平行于矩形的侧边。所述集合部103沿所述第一筋条101的延伸方向向外凸出于所述框架。例如，集合部103凸出于顶边框202。在该例子中，第一筋条101的长度相等，在涂覆电极活性物质后形成的多个极板的反应面积相等。

在一个例子中，所述框架的密度小于或等于5g/cm³。该密度远小于铅和铅合金的密度，从而使得板栅的质量有效地降低。例如，所述框架的材质为塑料、橡胶、树脂、纤维、陶瓷或者玻璃。上述的材料具有密度小耐酸性腐蚀的特点。例如，框架通过注塑工程塑料ABS的方式形成。

例如，框架的厚度为0.5mm-12mm。该厚度范围使得框架的结构强度高。

在该例子中，板栅的第一筋条101具有集流的作用。支撑条201与第一筋条101交叉并相连，以形成网格结构。支撑条201起到结构支撑的作用。网格结构用于附着电极活性材料活性物质。例如，电极活性物质为铅膏。在制作时，将铅膏涂覆或压合在网格结构上。所述极耳102位于所述多条第一筋条101的延伸方向的同一端。

此外，由于多条所述第一筋条101的同一端分别与第二筋条103a的不同部位连接在一起，故板栅各处的电流分布均匀，能有效地防止板栅由于局部电流过大造成局部温度过高。

本实用新型的发明人发现，现有的板栅均为同种金属材料，例如铅、铅合金等，纵横交错形成的网格结构。然而，由于极耳102位于板栅的一端，例如纵向筋条的一端，其中纵向为竖直方向。在工作时，纵向的筋条和横向的筋条中的电流不是均匀地。纵向筋条的电流密度远大于横向筋条的电流密度，其中横向为水平方向。而横向筋条主要起到结构支撑的作用。在本实用新型实施例中，将横向筋条换成密度小的材料(例如支撑条201)，一方面对于板栅仍然能够保证良好的集流作用，另一方面能有效地降低板栅的整体质量，提高铅酸电池的质量比能量。

在一个例子中，所述第一筋条101的厚度为所述支撑条201的厚度的20％～80％。在该范围内，支撑条201的结构强度高，形成的板栅的结构强度高。

在一个例子中，所述第一筋条101的厚度为所述第二筋条103a的厚度的25％～100％。在该例子中，第一筋条101起到结构支撑的作用，需要较强的结构强度。第二筋条103a的截面积向极耳处逐渐递增，厚度比第一筋条101的厚度大，能够保证格栅状集流体的电流密度不会降低。

在一个例子中，如图7所示，多条所述第一筋条101的长度相等。例如，第一筋条101平行于矩形框架的侧边，每根第一筋条101相对独立，每根第一筋条101只为其周边的活性物质服务，每根第一筋条101延伸出框架的部分为极耳102，每片板栅具有多个极耳102，电池组装后，多个极耳102与串联连接的另一极性的多个极耳一一对应进行连接，实现电流的传输，也可将同一单体的多片极板上的所有极耳共同汇流到端极柱上实现汇流的目的，所述第一筋条101在相对极耳的一端设有底筋104a，底筋104a嵌入边框底框204内，以固定第一筋条101与框架之间的相对位置。

在一个例子中，如图8-9所示，一个板栅分为两个区域。在该例子中，多条所述第一筋条101沿延伸方向分为第一部分S1和第二部分S2以及位于所述第一部分S1和所述第二部分S2之间的导通部。延伸方向即第一筋条101轴向延伸的方向。

在所述第一部分S1附着有第一电极活性物质，在所述第二部分S2附着有第二电极活性物质。即通过在不同的部分设置不同的电极活性物质，使得不同区域形成不同的电极。例如，第一电极活性物质为正极活性物质301；第二电极活性物质为负极活性物质302。导通部未附着电极活性物质。

所述导通部形成所述极耳102，所述第一部分S1和所述第二部分S2共用所述极耳102。第一部分S1所在的电极与第二部分S2所在的电极通过共用的极耳102导通。整体结构相当于两片图7所示的板栅的极耳102连接在一起，以成为共用的极耳。

图9揭示了图8所示的板栅涂覆正极活性物质301和负极活性物质302之后形成的双极性极板结构。

在组装到铅酸电池中时，第一部分S1和第二部分S2分别作为不同的电池单元的电极。例如，第二部分S2以及负极活性物质302作为一个电池单元的负极，第一部分S1以及正极活性物质301作为与上述电池单元相邻的另一电池单元的正极。通过这种设置方式，两个电池单元形成串联。由于共用的极耳102的存在，故两个电池单元之间不需要另外设置导通元件以进行导通。

此外，共用的极耳102的设置方式使得不同的电池单元之间的连接更牢固，铅酸电池的整体强度更高。

需要说明的是，每个电池单体可以包括一个或者多个电池单元。多个并排设置的电池单元可以通过该双极性极板，以负极-正极顺次连接的方式串联在一起。

在一个例子中，所述第一筋条101和所述支撑条201均为多个，每个所述第一筋条101与所有的所述支撑条201形成连接，每个所述支撑条201与所有的所述第一筋条101形成连接。这种设置方式，使得每个第一筋条101与每个支撑条201形成连接，板栅的结构强度更高。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种铅酸电池。该铅酸电池包括上述的板栅。该铅酸电池具有质量轻，储能质量比高的特点。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种铅酸电池的板栅，其特征在于：包括：

格栅状集流体，所述格栅状集流体包括多条沿预定方向延伸的第一筋条以及极耳，所述极耳与所述第一筋条连接；以及

框架，所述框架包括连接在一起的多个支撑条和边框，所述第一筋条与所述支撑条交叉，多条第一筋条的同一端分别与框架底边扣紧，所述第一筋条至少局部嵌入所述支撑条内，所述格栅状集流体与所述框架形成连接，以在所述板栅的中部形成网格结构，所述框架的密度小于所述格栅状集流体的密度。

2.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于：多条所述第一筋条在同一端延伸并连接在一起，以形成集合部，所述集合部的末端形成所述极耳，所述集合部的极耳以外的部分形成第二筋条。

3.根据权利要求2所述的板栅，其特征在于：多条所述第一筋条的长度相等，所述集合部沿所述第一筋条的延伸方向向外凸出于所述框架；或者

所述极耳沿所述第一筋条的延伸方向向外凸出于所述框架，所述第二筋条位于所述框架包围的区域内。

4.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于：多条所述第一筋条在同一端延伸出所述框架，延伸出所述框架的部分形成所述极耳。

5.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于：多条所述第一筋条沿延伸方向分为第一部分和第二部分以及位于所述第一部分和所述第二部分之间的导通部，在所述第一部分附着有第一电极活性物质，在所述第二部分附着有第二电极活性物质，所述导通部形成所述极耳，所述第一部分和所述第二部分共用所述极耳。

6.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于：所述第一筋条和所述支撑条均为多个，每个所述第一筋条与所有的所述支撑条形成连接，每个所述支撑条与所有的所述第一筋条形成连接。

7.根据权利要求1所述的板栅，其特征在于：在所述多条第一筋条与极耳相对的一端设置有凸出于所述第一筋条的帽头或者用于连接相邻的两个所述第一筋条的底筋，所述帽头或者所述底筋嵌入所述框架底边。

8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的板栅，其特征在于：所述框架的材质为塑料、橡胶、树脂、纤维、陶瓷或者玻璃。

9.根据权利要求1-7中的任意一项所述的板栅，其特征在于：所述格栅状集流体的材质为铅或铅合金；或为铅内包覆铜丝或铝丝。

10.一种铅酸电池，其特征在于：包括如权利要求1-9中的任意一项所述的铅酸电池的板栅。

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