铅酸蓄电池板栅正中极耳产品实现工艺的探讨

沈旭培，高根芳，朱 健，刘 峰（天能集团，浙江 长兴 313100）

铅酸蓄电池板栅正中极耳产品实现工艺的探讨

沈旭培，高根芳，朱 健，刘 峰
（天能集团，浙江 长兴 313100）

摘要：目前蓄电池厂家所用的板栅均为偏极耳结构或中极耳结构，怎样在板栅结构的改变中提高大电流放电和活性物质利用率一直倍受关注。本文重点介绍了一种正中极耳板栅的设计，以及其组装工艺的探讨，在原有蓄电池的材料和成本变化辐度最小化的情况下，改变蓄电池整体结构并改善其性能。

关键词：铅酸蓄电池；活性物质利用率；大电流放电；电池外壳；板栅；组装模具

0　前言

长期以来，在不断追求创新的同时，人们一直尝试着在原材料的种类和用量不变的情况下，通过改变蓄电池的部件结构和整体结构来提高其综合性能，但总体效果均不太理想。本文将主要分析板栅结构、装配结构、电流传输方向和电池槽结构等方面的改进，以便和业内人士共同交流、共同探讨。

1　研制与开发

1.1 板栅的设计

一般的蓄电池板栅根据极耳位置可分为偏极耳板栅（图 1）和中极耳板栅（图 2），但众所周知，目前的所谓中极耳板栅的极耳不处于正中间位置，原因是如果极耳处于正中间位置则无法进行蓄电池的装配。

数学公式 a2+b2≥2ab 是描述算术平均数与几何平均数的关系，只有当 a=b 时，两边的值才能相等，否则算术平均数的值总是大于几何平均数的值。同理，极板的结构是几何形状，极耳中心到两侧边框的距离可视为公式中的 a 和 b，而电流值是一个代数值，从理论上来讲只有 a=b 时，大电流放电与极耳的位置才能达到最佳配合比例。新设计的板栅如图 3 所示，使极耳位于正中间位置，改善蓄电池工作时板栅对电流的均匀分布，提高大电流放电性能[1]。不同结构板栅对放电的影响如表 1 所示。

图1　偏极耳板栅

　图 2　中极耳板栅

　图 3　正中极耳板栅

表1　三种不同结构板栅对放电的影响

1.2极群组的设计

目前的生产工艺是将正极板、隔板、负极板交替排列在一起组成极群组，如图 4 所示。极板的极耳均向上。此种装配结构在蓄电池长期使用时会产生以下缺陷：①极板上部活性物质利用率均高于下部；②长期使用后导致电解液分层；③按电流的传输方向和电流分布可知，极板下部的电阻均高于极板上部。

蓄电池在充电时，电子从正极流向负极，离子垂直于极板面传输；放电时电子从负极流向正极，离子垂直于极板面传输。因电流总是优先选择电阻较小的电路传输，离极耳较远的极板底部电阻远高于极板上部，故极板上部的电流值大于极板下部的电流值，上部活性物质利用率远高于下部。从图 4可以看出，极板上部的离子传输数量远大于极板下部，导致极板上部的活性物质比极板下部的活性物质提前软化，极板下部活性物质利用率较低也影响整体活性物质利用率[2]。

新设计的极群组如图 5 所示。将极耳反向装配，改变电流的传输路径，以均匀分配电流，均匀激活极板各部位的活性物质利用率。图 5 的排列方式从原理上说极板不存在上部与下部之分，从图中可以看出极板各部位离子传输数量相当，这样便更充分更均匀地提高了活性物质利用率[3]。

图4　极群组结构（图中箭头方向为电流传输方向）

图5　新设计极群组结构（图中箭头方向为电流传输方向）

1.3 电池外壳的设计

以 12 V 系列电池为例：①新设计极板的极耳完全处于居中位置，那么端子位置应位于电池顶盖相应单格的中间位置，如图 6 所示；②由于极群组的极耳反向装配，则应该有两个铅零件的焊接点（胶槽）位于电池槽顶部，如图 6 所示，3 个铅零件焊接点（胶槽）位于电池槽底部，那么就必须要有一个底盖，如图 7 所示；③电池槽顶部与底部均设计成开口形式，如图 8 所示，以供两个电池盖的装配。

图6　新设计电池顶盖

图7　新设计电池底盖

图8　新设计电池槽

图9　新设计电池的铸焊工艺图

1.4电池的装配

1.4.1汇流排与铅零件的材料

新设计的极群组有三组焊接点和汇流排在电池下方（图 9），这部分铅长期处于酸环境中，同时由于重力作用，电池下部的酸密度略高于上部的酸密度[4]。所以较之普通电池这部分铅必须更耐腐蚀。根据合金的电化学腐蚀原理，纯铅的耐腐蚀性能要优于铅合金，故该部分汇流排和铅零件均使用纯铅制造。

1.4.2 铸焊工艺

汇流排的焊接工艺选择铸焊工艺，新铸焊工艺的特点在于，先将底部汇流排焊接后，再将夹具沿竖直方向旋转 180☒ 焊接顶部汇流排，两步焊接完成后再将极群组入槽。图 9 分别详细给出了铸焊过程中极群组的不同状态。

1.4.3装配工艺

新设计的极群组为极耳反向结构，有两个电池盖与电池槽配合，装配时会有一定难度，新装配工艺与原装配工艺，不同之处为：入槽→底部铅零件焊接→封底盖→树脂固化→顶部铅零件焊接→封顶盖→树脂固化。图 10 示出了不同工序时电池的状态。

图10　新设计电池的装配

2　结论

根据以上理论分析，此种新结构蓄电池通过改变板栅的极耳位置、改变极群组结构从而改变电流传输方向。在实际验证时按检测数据分析可知，活性物质利用率约提高了 1 %～1.8 %，大电流放电性能约提高了 13 %～16 %。但在设计开发过程中，增加了电池槽结构的复杂程度，在制造时，增加了铸焊工装、夹具和模具的复杂程度，增加了蓄电池装配的难度。结合以上问题，如何将此新结构蓄电池科学地、合理地运用，减小各环节的复杂程度并将其大规模化生产，将是我们未来努力的方向。

参考文献：

[1] Gemp Papazov, 陈红雨, 王辉. 铅酸蓄电池制造工艺[R]. 2005年中国先进铅酸蓄电池技术研讨会,张家界, 2005.

[2] Reihim, Gruemer. 铅酸蓄电池的设计、原材料、生产工艺及质量控制[R]. 第四届国际铅酸蓄电池实用技术讲习会, 上海, 2007.

[3] 陈红雨, 熊正林, 李中奇. 先进铅酸蓄电池制造工艺[M]. 北京: 化学工业出版社.

[4] 陈红雨. 电池工业节能减排技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.

The discussion of implementation process on middle plate lugs production in lead-acid batteries

SHEN Xu-pei, GAO Gen-fang, ZHU Jian, LIU Feng
(
Tianneng Group, Changxing Zhejiang 313100,China)

Abstract:The grids currently used in battery manufacturers are of side lug or off-set lug structure. How to improve the performance at high rate discharge and the utilization of active material have been paid much attention in the grid structure change. This paper mainly introduces the design of a plate grid with a middle lug and to explore its assembly process for the battery structure change and good performanc based on the minimum change both in the original battery material and the cost.

Key words:lead-acid battery; utilization of active material; high rate discharge; battery container; grid; molds for assembly

中图分类号：TM912.1

文献标识码：B

文章编号：1006-0847(2015)03-138-04

收稿日期：2014-09-30