RU2094913C1 - Lead storage battery manufacturing process and mechanical design - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of bipolar-electrode chemical power supplies. SUBSTANCE: separator plates are placed in rows on electrode plates with clearance of 0.1-0.4 mm between them, then assembly is stuck together over longitudinal edges of separator plates and adhesive fills clearances between them. Device has case, electrode blocks assembled in zigzag manner into stack, current collectors, electrolyte. Case is split into two halves each having partitions with holes along its center line; electrode blocks are arranged in case halves so that points of sticking of separator plates are aligned with respective holes in partitions. EFFECT: improved compactness and specific electrical characteristics. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к области производства химических источников тока преимущественно многоэлементных батарей из фольговых электродов. The invention relates to the electrical industry, in particular to the field of production of chemical current sources, mainly multi-cell batteries from foil electrodes.

Известен способ изготовления аккумуляторных пластин для свинцово-кислотных аккумуляторов [1] заключающийся в том, что пластины изготавливают, накладывая свинцовую рамку на стекловолоконную ткань, наносят на них активную массу, укладывают второй слой ткани и приклеивают ее по всей поверхности. A known method of manufacturing battery plates for lead-acid batteries [1] is that the plates are made by placing a lead frame on a fiberglass cloth, an active mass is applied to them, a second layer of fabric is laid and glued across the entire surface.

Недостаток данного способа заключается в том, что его невозможно использовать для изготовления биполярных электродных блоков. The disadvantage of this method is that it cannot be used for the manufacture of bipolar electrode blocks.

Известно техническое решение [2] в котором биполярные электроды с расположенными между ними сепараторами и двумя крайними монополярными электродами склеивают (или сваривают) по периметру полимерной основы. A technical solution is known [2] in which bipolar electrodes with separators located between them and two extreme monopolar electrodes are glued (or welded) around the perimeter of the polymer base.

Недостатком данного решения является недостаточно хорошая диффузия электролита между электродными пластинами. The disadvantage of this solution is the insufficiently good diffusion of the electrolyte between the electrode plates.

Наиболее близким по достигаемому техническому эффекту является способ, согласно которому биполярный электрод электрического аккумулятора, содержащий основу из неэлектропроводного материала с отверстием, положительные и отрицательные токоотводы, расположенные по разные стороны основы и и герметично соединенные между собой через отверстия основы, и разнополярные активные материалы склеивают по периметру полимерной основы [3]
Это решение имеет ряд недостатков: ограниченная диффузия электролита между электродами и невозможность использовать его в случае изготовления зигзагообразного электродного блока, так как в этом случае будет происходить осыпание активной массы в местах изгиба.The closest to the achieved technical effect is the method according to which a bipolar electrode of an electric battery containing a base of non-conductive material with an aperture, positive and negative down conductors located on opposite sides of the base and tightly interconnected through the holes of the base, and bipolar active materials are glued together the perimeter of the polymer base [3]
This solution has several disadvantages: the limited diffusion of the electrolyte between the electrodes and the inability to use it in the case of manufacturing a zigzag electrode block, since in this case the active mass will be shed in the places of bending.

Известна аккумуляторная батарея, состоящая из последовательно соединенных элементов, содержащих фольговые биполярные электроды, разделенные изоляционными рамками [4]
Недостатком данной батареи являются невысокие удельные электрические характеристики.Known battery consisting of series-connected elements containing foil bipolar electrodes separated by insulating frames [4]
The disadvantage of this battery is its low specific electrical characteristics.

Известна аккумуляторная батарея [5] содержащая одноименные электроды, выполненные в виде биполярных фольговых пластин и расположенные друг за другом вдоль батареи, рамки из электроизоляционного материала, снабженные окнами и перемычками, образующими между элементами герметичные перегородки, электролит. Known battery [5] containing the same electrode, made in the form of bipolar foil plates and arranged one after another along the battery, frames of electrical insulation material, equipped with windows and jumpers, forming between the elements sealed walls, electrolyte.

Недостатками вышеупомянутой батареи являются сложность конструкции и невысокие удельные электрические характеристики. Это объясняется тем, что величина зазора между соседними электродами ограничена снизу величиной деформации электродов в процессе формирования активной массы. The disadvantages of the aforementioned battery are the design complexity and low specific electrical characteristics. This is because the gap between adjacent electrodes is limited from below by the magnitude of the deformation of the electrodes during the formation of the active mass.

Известны многоэлементные свинцовые аккумуляторы [6] содержащие электродные блоки из положительных и отрицательных ленточных электродов, собранных зигзагообразно в один пакет между электродами проложен сепаратор. Недостатком вышеупомянутых технических решений является небольшая удельная мощность аккумулятора. Known multi-lead batteries [6] containing electrode blocks of positive and negative tape electrodes, assembled in a zigzag pattern in one package between the electrodes laid separator. The disadvantage of the above technical solutions is the small specific power of the battery.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату к предлагаемому техническому решению является батарейная система с биполярными электродами [7] содержащая корпус батареи прямоугольной формы, несколько гибких электропроводных полос, собранных в виде штабеля зигзагообразной формы вместе с пористыми сепараторными полосами. The closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed technical solution is a battery system with bipolar electrodes [7] containing a rectangular battery housing, several flexible conductive strips assembled in the form of a zigzag stack together with porous separator strips.

Недостатки батарейной системы: невысокие электрические характеристики; ограниченная активная площадь электродов и низкая надежность герметизации между элементами. Disadvantages of the battery system: low electrical characteristics; limited active electrode area and low sealing reliability between cells.

Техническая задача, которую необходимо решить в предлагаемом изобретении, создать компактную свинцовую аккумуляторную батарею с высокими удельными электрическими характеристиками. The technical problem that must be solved in the present invention is to create a compact lead-acid battery with high specific electrical characteristics.

Указанная задача решается таким образом, что в способе изготовления свинцовой аккумуляторной батареи, заключающимся в том, что биполярные электроды с расположенными между ними сепараторными пластинами из полимерной пленки и крайними монополярными электродами склеивают по сепараторной пластине, на электродные пластины рядами укладывают сепараторные пластины с зазором, равным 0,1 0,4 мм, затем осуществляют склеивание путем нанесения клея на продольные кромки сепараторных пластин и заполнения клеем зазора между сепараторными пластинами. This problem is solved in such a way that in the method of manufacturing a lead storage battery, namely, that the bipolar electrodes with separator plates made of polymer film located between them and extreme monopolar electrodes are glued along the separator plate, separator plates are laid in rows on the electrode plates with a gap equal to 0.1 0.4 mm, then gluing is carried out by applying glue to the longitudinal edges of the separator plates and filling the gap between the separator plates with adhesive.

Указанная задача решается также тем, что свинцовая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки разнополярных электродов, разделенных сепараторными пластинами, сложенные зигзагообразно в один пакет, токосъемы и электролит, согласно предлагаемому изобретению, имеет корпус, выполненный разъемным из двух полукорпусов, каждый из которых снабжен перегородками с отверстиями по оси симметрии, сепараторные пластины склеены между собой, места склеивания совпадают с соответствующими отверстиями в перегородках. This problem is also solved by the fact that a lead battery containing a housing, blocks of bipolar electrodes separated by separator plates, folded in a zigzag fashion in one package, current collectors and electrolyte, according to the invention, has a housing made of detachable from two half-shells, each of which is equipped with partitions with holes along the axis of symmetry, the separator plates are glued together, the bonding points coincide with the corresponding holes in the partitions.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить их соответствие критерию "новизна". A comparison of the claimed technical solutions with the prototype made it possible to establish their compliance with the criterion of "novelty."

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". In the study of other known technical solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена схема электродного блока; на фиг. 2 зазор, выполненный между сепараторными пластинами; на фиг. 3 вид в плане в разрезе устройства (фиг. 1). In FIG. 1 shows a diagram of an electrode unit; in FIG. 2 a gap made between the separator plates; in FIG. 3 is a view in plan in section of the device (Fig. 1).

Электроды 1 выполняют биполярными из электропроводного материала, например, из свинцовых фольговых пластин, которые укладывают слоями. Каждый слой содержит несколько внутренних пластин и одну наружную. При этом в каждом последующем слое внутренние пластины смещены по отношению к внутренним пластинам предыдущего слоя на половину своей ширины. Наружные пластины в каждом слое выполнены монополярными. К ним приваривают токосъемы, которые расположены поочередно: то справа, то слева электродного блока. Сепараторные пластины 2 выполнены из электроизоляционного материала, например, полимерной кислотостойкой ионообменной пленки. Вышеупомянутая пленка способна набухать в растворе электролита, поэтому сепараторные пластины 2 укладывают на электродные пластины 1 с зазором 3. Величину зазора выбирают от 0,1 до 0,4 мм. При величине зазора, меньшем 0,1 мм, появляется вероятность замыкания между рядами аккумуляторов по электролиту. При величине зазора, большем 0,4 мм, наблюдается уменьшение прочности клеевого соединения. The electrodes 1 are made bipolar from an electrically conductive material, for example, from lead foil plates, which are laid in layers. Each layer contains several inner plates and one outer. Moreover, in each subsequent layer, the inner plates are offset with respect to the inner plates of the previous layer by half its width. The outer plates in each layer are made monopolar. Current collectors are welded to them, which are located alternately: either to the right or to the left of the electrode block. The separator plates 2 are made of electrical insulating material, for example, a polymer acid-resistant ion-exchange film. The aforementioned film is capable of swelling in an electrolyte solution, therefore, the separator plates 2 are placed on the electrode plates 1 with a gap 3. The size of the gap is chosen from 0.1 to 0.4 mm When the gap value is less than 0.1 mm, there is a likelihood of a short circuit between the rows of batteries in the electrolyte. With a gap greater than 0.4 mm, a decrease in the strength of the adhesive joint is observed.

Затем наносят клей на продольные кромки сепараторных пластин, зазор между ними заполняют клеем и осуществляют процесс склеивания. Полученные склеенные электродные блоки изгибают зигзагообразно. Количество изгибов при зигзагообразовании определяется конструктивными параметрами аккумуляторов в батарее. Пакет электродного блока помещают в корпус батареи, заливают формировочным электролитом и проводят процесс формирования путем пропускания электрического тока. При этом часть материала например, до 75% толщины свинцовых пластин, переходит в положительно и отрицательно заряженную активную массу. Количество активной массы на электропроводной основе определяется временем формирования из расчета 150 170% от номинальной емкости батареи. После окончания процесса формирования сливают формировочный электролит и заполняют батарею свежеприготовленным электролитом, состоящим из раствора серной кислоты. Then, glue is applied to the longitudinal edges of the separator plates, the gap between them is filled with glue and the gluing process is carried out. The obtained glued electrode blocks are bent in a zigzag fashion. The number of bends during zigzag formation is determined by the design parameters of the batteries in the battery. The package of the electrode block is placed in the battery case, filled with a forming electrolyte and the formation process is carried out by passing an electric current. In this case, part of the material, for example, up to 75% of the thickness of lead plates, passes into a positively and negatively charged active mass. The amount of active mass on a conductive basis is determined by the formation time from the calculation of 150 170% of the nominal battery capacity. After the formation process is completed, the forming electrolyte is drained and the battery is filled with a freshly prepared electrolyte consisting of a solution of sulfuric acid.

В изобретении предлагается конструкция свинцовой аккумуляторной батареи, которая представлена на фиг. 3. The invention provides a lead battery design, which is shown in FIG. 3.

Свинцовая аккумуляторная батарея содержит корпус, выполненный разъемными и состоящим из двух одинаковых полукорпусов 4 и 5. Каждый из полукорпусов с снабжен перегородками 6, в которых выполнены отверстия 7, расположенные по оси симметрии, электродные блоки 8, токосъемы и электролит (не показаны). The lead battery contains a housing made detachable and consisting of two identical half-shells 4 and 5. Each of the half-shells is equipped with partitions 6 in which openings 7 are arranged along the symmetry axis, electrode blocks 8, current collectors and electrolyte (not shown).

Сборку батареи осуществляют следующим образом. The battery assembly is as follows.

Сначала в полукорпус 4 вставляют электродные блоки 8, размещая их так, что места склеивания (без активной массы) сепараторных пластин, являющиеся межэлементными соединениями а батарее) совпадают с соответствующими отверстиями 7 в перегородках 6. Затем наносят клей по всему периметру полукорпуса 4 на торцы перегородок 6, заполняя клеем отверстия 7. Берут полукорпус 5, совмещают с полукорпусом 4, как бы накрывая его, и склеивают их. При этом обеспечивается полная герметизация корпуса. First, electrode blocks 8 are inserted into the half-shell 4, placing them so that the bonding points (without active mass) of the separator plates, which are the interconnects on the battery) coincide with the corresponding holes 7 in the partitions 6. Then, glue is applied around the entire perimeter of the half-shell 4 on the ends of the partitions 6, filling holes with glue 7. Take the half-shell 5, combine with the half-shell 4, as if covering it, and glue them. This ensures complete sealing of the housing.

Готовую батарею заливают электролитом и при необходимости формируют ее. The finished battery is poured with electrolyte and, if necessary, formed.

Батарея обладает высокими удельными стабильными электрическими характеристиками. The battery has high specific stable electrical characteristics.

Claims (2)

1. Способ изготовления свинцовой аккумуляторной батареи, заключающийся в том, что биполярные электроды с расположенными между ними сепараторными пластинами из полимерной пленки и крайними монополярными электродами склеивают по сепараторной пластине, отличающийся тем, что на электродные пластины рядами укладывают сепараторные пластины с зазором 0,1 0,4 мм, затем осуществляют склеивание путем нанесения клея на продольные кромки сепараторных пластин и заполнения клеем зазора между сепараторными пластинами. 1. A method of manufacturing a lead storage battery, which consists in the fact that the bipolar electrodes with separator plates made of polymer film located between them and the extreme monopolar electrodes are glued along the separator plate, characterized in that the separator plates are stacked in rows with a gap of 0.1 0 , 4 mm, then gluing is carried out by applying glue to the longitudinal edges of the separator plates and filling the gap between the separator plates with adhesive. 2. Свинцовая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки разнополярных электродов, разделенных сепараторными пластинами, сложенные зигзагообразно в один пакет, токосъемы и электролит, отличающаяся тем, что корпус выполнен разъемным из двух полукорпусов, каждый из которых снабжен перегородками с отверстиями по оси симметрии, сепараторные пластины склеены между собой, места склеивания совпадают с соответствующими отверстиями в перегородках. 2. A lead battery containing a housing, blocks of bipolar electrodes separated by separator plates, folded in a zigzag pattern into one bag, current collectors and an electrolyte, characterized in that the housing is detachable from two half-shells, each of which is equipped with partitions with holes along the symmetry axis, separator the plates are glued together, the bonding points coincide with the corresponding holes in the partitions.

Images