一種鉛蓄電池板柵及其制備方法與流程

本發明涉及鉛蓄電池生產
技術領域：
，特別是涉及一種鉛蓄電池板柵及其制備方法。
背景技術：
：鉛蓄電池至今已有150余年的歷史，且應用領域非常廣泛。近些年，電動車憑其較好的代步性能、較低的存放場地要求和出色的價格優勢在我國迅猛發展，得益于此，蓄電池產業也得到了迅速的發展。鉛蓄電池屬于可逆直流電源，可將化學能轉變為電能，同時也可將電能轉變為化學能。鉛蓄電池主要由電解液、槽蓋以及極群組成，鉛蓄電池的電解液為硫酸溶液，其中極群主要由正極板、負極板和隔板組成，隔板主要起到儲存電解液，作為氧氣復合的氣體通道，起到防止活性物質脫落以及正、負極之間短路的作用。在蓄電池生產加工過程中，板柵作為鉛膏的載體和導體，鉛膏只有填涂在板柵上經過固化干燥后才能成為極板，而極板卻是鉛蓄電池的核心，板柵猶如骨架，對整個極板的強度和使用壽命都有直接的影響。鉛蓄電池板柵對極板具有分流作用，使得電流均勻分布到活性物質中，而且對電流的傳導體起著集流、匯流和輸流的作用，因此鉛蓄電池板柵是決定電池性能的關鍵性因素。鉛蓄電池板柵的生產方式有很多種，目前主要是采用鉛鈣合金和鉛鈣錫鋁銀稀土合金制備，但是鉛鈣合金強度差，鑄造困難，尤其是陽極氧化過程中生長的高阻抗鈍化膜極大地影響著電池的深充放電循環能力，使板柵的應用帶來了困難。而鉛鈣錫鋁銀稀土合金在凝固時易熱裂，合金的流動性差。因此板柵設計要綜合考慮鉛蓄電池的用途、鑄造水平、模具制造能力、筋條結構及筋條間距的要求及影響。由于鉛具有密度大的劣勢，則鉛蓄電池在功率密度和比能量方面相對較低，而采用鉛材料制備的非活性部件的板柵，使得鉛蓄電池的比能量進一步降低。技術實現要素：本發明針對現有技術中鉛鈣合金和鉛鈣錫鋁銀稀土合金制成的板柵存在的不足，提供了一種強度大、模量高、密度低、比能量高和耐腐蝕性好的鉛蓄電池板柵。一種鉛蓄電池板柵，包括邊框和邊框內由筋條交織形成的呈網狀結構的主體部分，所述筋條由碳纖維絲和鉛絲復合形成，所述邊框由鉛合金鑄造形成。所述筋條以碳纖維絲作為芯線，鉛絲作為外包線，鉛絲螺旋纏繞在碳纖維絲上。將鉛絲作為外包線，鉛絲將碳纖維包覆在里面，因此鉛絲覆蓋在板柵的外表面，在制作鉛蓄電池的極板時板柵外表面的鉛絲和鉛膏有很好的結合力。所述筋條由鉛絲和碳纖維絲雙向纏繞形成。所述筋條的直徑為0.92-1.25mm。所述邊框的厚度為1.35～2.30mm。所述筋條的分布密度為：橫向筋條20～30根/10cm，縱向筋條18～23根/10cm。所述鉛蓄電池板柵的制備方法，包括以下步驟：(1)將碳纖維絲和鉛絲復合，制成紗線；(2)利用紗線織成網狀結構，裁剪獲得板柵的主體部分；(3)利用鑄造制得邊框，鑄造過程中將所述主體部分置于上模和下模之間，并且邊緣伸入模腔內，使主體部分與邊框固定連接。步驟(2)中紗線以平紋、斜紋或緞紋方式組織。本發明鉛蓄電池板柵利用碳纖維絲和鉛絲復合制成紗線然后織成網狀結構后與邊框同時鑄造固定連接，充分利用了碳纖維的軸向強度大、模量高、密度低、比能量高和耐腐蝕性好，而且具有良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等優點。本發明鉛蓄電池板柵具有耐腐蝕、重量輕、生產工藝過程簡單，可以做的更薄，厚度更均勻，制成的鉛蓄電池相較于現有技術其容量和循環壽命均沒有降低，甚至還有所提高，符合當前鉛蓄電池向著高功率、節能環保方向發展的趨勢。附圖說明圖1為本發明碳纖維/鉛絲包纏紗的結構示意圖。圖2為實施例1中平紋結構板柵的結構示意圖。圖3為實施例2中斜紋結構板柵的結構示意圖。圖4為實施例3中緞紋結構板柵的結構示意圖。具體實施方式實施例1一種直徑為0.6mm的碳纖維絲(購自日本東麗公司)和一種直徑為0.5mm的鉛絲(購自大唐鉛絲)，其碳纖維絲作為芯紗，鉛絲作為外包紗，在yh08a花色捻線機上制作碳纖維/鉛絲包纏紗，這種紗線的結構如圖1所示，其細度直徑為0.92mm。利用上述紗線(碳纖維/鉛絲包纏紗)織成網狀結構，并裁剪成板柵的主體部分，即邊框內筋條部分，方法如下：選用平紋組織結構設計，首先根據平紋的經紗和緯紗的層數確定平紋結構經紗和緯紗的交織規律，畫出碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵平紋結構預制件織物組織的結構示意圖，然后根據平紋織物組織的結構示意圖畫出平紋機織物的組織圖和上機圖。最后選用sl8900evergreen全自動小樣織機，其織機的鋼筘筘號選擇20，采用上述碳纖維/鉛絲包纏紗作為經紗和緯紗以1入穿法進行穿經、穿筘工序，隨后在sl8900evergreen全自動小樣織機設置平紋組織結構的上機圖，進行碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵平紋預制件織造，其最后制得的板柵主體部分預制件經向密度為20根/10cm，緯向密度為18根/10cm。將織造成的板柵主體部分預制件裁剪成136mm×64mm(經向裁剪作為板柵的橫向筋條，緯向裁剪作為板柵的縱向筋條)，然后利用鑄造制得邊框，邊框采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金，鑄造過程中將主體部分置于上模和下模之間，并且邊緣伸入模腔內，使主體部分與邊框固定連接，制成板柵，板柵結構如圖2所示，板柵主體部分的橫向筋條和縱向筋條由碳纖維/鉛絲包纏紗編織成平紋結構。正極板柵尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是2.3mm，主體部分的筋條厚度為0.92mm，板柵重量為21.25g。負極板柵的尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是1.35mm，主體部分的筋條厚度為0.92mm，板柵重量為18.36g。實施例2一種直徑為0.8mm的碳纖維絲(購自日本東麗公司)和一種直徑為0.6mm的鉛絲(購自大唐鉛絲)，其碳纖維絲作為芯紗，鉛絲作為外包紗，在yh08a花色捻線機上制作碳纖維/鉛絲包纏紗，這種紗線的結構如圖1所示，其細度直徑為1.1mm。利用上述紗線(碳纖維/鉛絲包纏紗)織成網狀結構，并裁剪成板柵的主體部分，即邊框內筋條部分，方法如下：選用斜紋組織結構設計，首先根據斜紋的經紗和緯紗的層數確定斜紋結構經紗和緯紗的交織規律，畫出碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵斜紋結構預制件織物組織的結構示意圖，然后根據斜紋織物組織的結構示意圖畫出斜紋機織物的組織圖和上機圖。最后選用sl8900evergreen全自動小樣織機，其織機的鋼筘筘號選擇25，采用上述碳纖維/鉛絲包纏紗作為經紗和緯紗以1入穿法進行穿經、穿筘工序，隨后在sl8900evergreen全自動小樣織機設置斜紋組織結構的上機圖，進行碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵斜紋預制件織造，其最后制得的板柵主體部分預制件經向密度為25根/10cm，緯向密度為20根/10cm。將織造成的板柵主體部分預制件裁剪成136mm×64mm(經向裁剪作為板柵的橫向筋條，緯向裁剪作為板柵的縱向筋條)，然后利用鑄造制得邊框，邊框采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金，鑄造過程中將主體部分置于上模和下模之間，并且邊緣伸入模腔內，使主體部分與邊框固定連接，制成板柵，板柵結構如圖3所示，板柵主體部分的橫向筋條和縱向筋條由碳纖維/鉛絲包纏紗編織成斜紋結構。正極板柵尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是2.3mm，其中中間筋條厚度為1.1mm，板柵重量為23.42g。負極板柵的尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是1.35mm，其中中間筋條厚度為1.1mm，板柵重量為19.85g。實施例3一種直徑為0.9mm的碳纖維絲(購自日本東麗公司)和一種直徑為0.7mm的鉛絲(購自大唐鉛絲)，其碳纖維絲作為芯紗，鉛絲作為外包紗，在yh08a花色捻線機上制作碳纖維/鉛絲包纏紗，這種紗線的結構如圖1所示，其細度直徑為1.25mm。利用上述紗線(碳纖維/鉛絲包纏紗)織成網狀結構，并裁剪成板柵的主體部分，即邊框內筋條部分，方法如下：選用緞紋紋組織結構設計，首先根據緞紋的經紗和緯紗的層數確定緞紋結構經紗和緯紗的交織規律，畫出碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵緞紋結構預制件織物組織的結構示意圖，然后根據緞紋織物組織的結構示意圖畫出緞紋機織物的組織圖和上機圖。最后選用sl8900evergreen全自動小樣織機，其織機的鋼筘筘號選擇30，采用上述碳纖維/鉛絲包纏紗作為經紗和緯紗以1入穿法進行穿經、穿筘工序，隨后在sl8900evergreen全自動小樣織機設置緞紋組織結構的上機圖，進行碳纖維/鉛絲鉛蓄電池新型結構板柵緞紋預制件織造，其最后制得的板柵主體部分預制件經向密度為30根/10cm，緯向密度為23根/10cm。將織造成的板柵主體部分預制件裁剪成136mm×64mm(經向裁剪作為板柵的橫向筋條，緯向裁剪作為板柵的縱向筋條)，然后利用鑄造制得邊框，邊框采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金，鑄造過程中將主體部分置于上模和下模之間，并且邊緣伸入模腔內，使主體部分與邊框固定連接，制成板柵，板柵結構如圖4所示，板柵主體部分的橫向筋條和縱向筋條由碳纖維/鉛絲包纏紗編織成緞紋結構。正極板柵尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是2.3mm，其中中間筋條厚度為1.25mm，板柵重量為24.58g，負極板柵的尺寸為138mm×66mm，外部邊框厚度是1.35mm，其中中間筋條厚度為1.25mm，板柵重量為20.28g。對比例1板柵采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金重力鑄造的方式澆筑而成，其熔鉛鍋的溫度高達550℃，鑄造成的正極板板柵尺寸是138mm×66mm，邊框板柵厚度是2.8mm，內部筋條厚度為1.3mm，板柵的重量為30g；負極板板柵尺寸是138mm×66mm，邊框板柵厚度是1.35mm，內部筋條厚度為1.3mm，板柵的重量為23g。這種重力澆鑄式鉛鈣錫鋁銀稀土板柵生產效率低，自動化水平低，板柵重量和厚度大，但其機械強度高、尺寸穩定、生產成本高。實施例4將實施例1～3以及對比例1制備的板柵按相同方法制成極板，分別組裝成20ah單體電池，然后對他們的容量進行檢測，檢測方法如下：蓄電池在溫度為25℃±5℃的環境中，以端電壓2.5v±0.1v(限流6a)的恒定電壓連續充電20h，蓄電池經完全充電后，在溫度為25℃±2℃的環境中靜止1h～24h，當蓄電池的表面溫度為25℃±2℃時，進行容量放電實驗，以電流i(10a)連續放電至蓄電池端電壓達1.75v時終止，在放電過程中，放電電流的波動不得超過規定值的±1％。測量并記錄放電開始時蓄電池的表面初始溫度和端電壓值，放電期間每隔30min測量并記錄一次蓄電池的端電壓及蓄電池表面溫度，在放電末期要隨時測量端電壓并確定和記錄放電持續的時間t。按照計算蓄電池的實際容量ca：ca＝i×t/(1+f(t-25))，式中：i-放電電流，單位為安培(a)；t-放電持續時間的數值，單位為小時(h)；t-放電過程中蓄電池表面平均溫度的數值，單位為攝氏度(℃)；ca-基準溫度25℃時蓄電池實際容量的數值，單位為安時(ah)；f-溫度系數，單位為每攝氏度(1/℃)，數值為0.006。按照上述測試20ah電池容量三次，取其最大值作為單體電池20ah的容量。結果如表1所示，板柵采用碳纖維/鉛絲復合線制備的20ah單體電池比板柵采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金制備的20ah單體電池的容量相對較高一點，這主要是由于碳纖維/鉛絲復合線板柵穩定性較好，并且碳纖維/鉛絲板柵的筋條更細，筋條之間的間距更小，使得筋條之間的導電性能更好，從而活性物質的利用更充分，從而會提高單體電池的容量。表1實施例1實施例2實施例3對比例1容量/ah21.621.721.520.8實施例5將實施例1～3以及對比例1制備的板柵按相同方法制成極板，分別組裝成20ah單體電池，然后對他們的循環壽命進行檢測，檢測方法如下：將蓄電池完全充電后，在25℃±5℃的環境中，以10a的電流放電1.6h，然后以恒定電壓2.67v(限流2.5a)充電6.4h，以此作為一個循環，當放電1.6h，蓄電池端電壓連續三次低于1.75v時，認為蓄電池循環壽命終止，此三次不計入循環次數內。總共的循環數記為此單體電池的循環壽命。結果如表2所示，通過充放電實驗發現板柵采用碳纖維/鉛絲復合線制備的20ah單體電池比板柵采用鉛鈣錫鋁銀稀土合金制備的20ah單體電池的循環壽命相對較高一點，這主要是由于碳纖維/鉛絲板柵的筋條更細更密，提高了導電性，使得電流均勻分布到活性物質中，而且對電流的傳導體起著很好的集流、匯流和輸流的作用。此外碳纖維導電性能較好，阻抗較小，使得碳纖維/鉛絲板柵電化學阻抗值比普通板柵低，使得制備的20ah單體電池循環壽命相對較長。表2實施例1實施例2實施例3對比例1循環壽命/次263255242224當前第1頁12