[发明专利]叠片式蓄电池

说明书

技术领域

本发明是能源领域中广泛使用的叠板式酸性、叠片式碱性蓄电池的改进技术，它涉及到酸性和碱性二次电池的极板(片)形状、叠板(片)方式，单体电池正负极柱位置及匹配的外壳(塑料)。下面统称叠片式蓄电池。

背景技术

当前酸性和碱性两大类二次电池几乎在所有领域都在使用，它们又以叠片式和卷绕式在市场上出现。本发明只对叠片式蓄电池有效。人类在长期的蓄电池使用中发现许多大容量的蓄电池特别像叉车、UPS、潜艇、通信-----所用电池在寿命终止时经解剖发现阳极板上部已坏，而下部往往还完好，相当多的活物质没有充分利用，而且是一个普遍现象，长期以来没有解决，这是地球资源的一大浪费。这种现象在美国、加拿大、欧洲等都没有解决，变成一个世界难题。而碱性电池目前因容量小，同时其活物质载体是导电强的金属，所以还不明显，但酸性电池就不一样了，极板略高一点就明显出现以上现象。图1是我国电动自行车20AH报废电池解剖所得，上部已完全损坏，下部还有相当部分还处在可使用阶段。这些电池被千家万户使用，影响面也大，所以必须要解决。如天能、超威等大企业，组织专门研究，甚至有博士后工作站，但至今并没有找到真正原因，所以仍然未解决。这些社会真实情况就是产生本发明的动力。

叠片式蓄电池是有负极板、隔板、正极板、隔板、负极板----叠加而成，单体电池一般正板有n片，负板n+1片，n是有容量C决定，C＝nC₀，C₀是单片的容量，叠片方式是同端对称而叠，同极性极板通过金属将极耳连接(汇流排)，再设置正负极柱，一般蓄电池有若干单体电池串联而成，构成一定伏数一定容量的产品。目前酸性和碱性蓄电池，其状况是正负极输入输出点定位如图2所示，基本上有三种形式：a)“平面对角”位置定位输入输出；b)“平面对边”中点定位输入输出；c)“平面对边”同侧定位输入输出。任何“单体”电池为一个电池“单元”，它应具备蓄电池所有特点，外部有外壳，有输入输出的正负极，内部为正负极板分别并联，保证一定的容量，再根据不同用途，单体电池串联成需要的“伏数”。以上正负极定位方法已存在一百多年，从结构、工艺上看比较方便，但从电池性能来分析，则是不科学的，根据二端网路分析其理由为：1)距正负极近的地方，流过的电流很大，而远离正负极的地方流过的电流很小；2)离正负极近的地方，在充放电时，电化学反应剧烈，相反远离正负极的地方，充放电时活性物质易产生“硫酸盐化”或“闲死”。由此，蓄电池寿命提前终止。经多次解剖，目前大部分电池终止是提前的，根据极板高度与宽度之比不同，一般有(20～30)％的活性物质未被充分利用，严重浪费了地球资源。

发明内容

根据分析，在充放电时，通过各点活性物质之电流有大有小，是因为正负极柱与各点构成的导电通路的电阻有大有小，即电阻不均是造成如图1所示的蓄电池早衰的根本原因。

本发明的目的就是要解决(20～30)％的蓄电池活性物质能得到充分利用，不浪费。经理论分析和实验，只要改变单体电池正负极定位点就可以改变单体电池内阻分布，本发明提出单体电池采用“立体对角”正负极定位法就能使得内阻基本均匀，原因是极板上各点的活性物质流过的电流基本相同，电化学反应烈度基本上一致，在充放电过程中不出现太强或太弱的现象，从而提高了整体电池的寿命，活性物质得到充分的利用。下面用实验证明本发明的正确性。

图3为电动自行车17AH的电池，重量完全一样。设计方法不同的电池的测试情况：

图中，a为原设计的电池，b为新设计的电池。a₁、b₁循环600次时的放电特性。a₂、b₂循环626次的放电特性。新设计的比原设计的放电时间长38min。试验结果是：

1.a电池630次时电压为9.6V。b电池是670次循环时电压为9.6V，b电池比a电池循环寿命长40次。

2.a电池重量为5.55Kg，试验后失重0.24Kg。

b电池重量为5.6Kg，试验后失重0.19Kg。b电池失水少于a电池。

3.a电池正板边筋及底部25％的筋保存基本完好，其它地方已腐蚀。

b电池除边筋外，内筋已基本腐蚀，整个极板基本一致，活性物质软化。而负极板栅基本完好，活性物质软化。

4.本次设计因为采用17Ah极板，高度为120mm。极板高度愈高，寿命终止后，保存完好的部分愈多。而新方法基本上使极板上下一致，即活性物质都被利用，寿命延长，容量下降减缓。