沈旭培，高根芳，朱 健，劉 峰（天能集團(tuán)，浙江 長興 313100）

鉛酸蓄電池板柵正中極耳產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)工藝的探討

沈旭培，高根芳，朱 健，劉 峰
（天能集團(tuán)，浙江 長興 313100）

摘要：目前蓄電池廠家所用的板柵均為偏極耳結(jié)構(gòu)或中極耳結(jié)構(gòu)，怎樣在板柵結(jié)構(gòu)的改變中提高大電流放電和活性物質(zhì)利用率一直倍受關(guān)注。本文重點(diǎn)介紹了一種正中極耳板柵的設(shè)計(jì)，以及其組裝工藝的探討，在原有蓄電池的材料和成本變化輻度最小化的情況下，改變蓄電池整體結(jié)構(gòu)并改善其性能。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；活性物質(zhì)利用率；大電流放電；電池外殼；板柵；組裝模具

0　前言

長期以來，在不斷追求創(chuàng)新的同時(shí)，人們一直嘗試著在原材料的種類和用量不變的情況下，通過改變蓄電池的部件結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)來提高其綜合性能，但總體效果均不太理想。本文將主要分析板柵結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)、電流傳輸方向和電池槽結(jié)構(gòu)等方面的改進(jìn)，以便和業(yè)內(nèi)人士共同交流、共同探討。

1　研制與開發(fā)

1.1 板柵的設(shè)計(jì)

一般的蓄電池板柵根據(jù)極耳位置可分為偏極耳板柵（圖 1）和中極耳板柵（圖 2），但眾所周知，目前的所謂中極耳板柵的極耳不處于正中間位置，原因是如果極耳處于正中間位置則無法進(jìn)行蓄電池的裝配。

數(shù)學(xué)公式 a2+b2≥2ab 是描述算術(shù)平均數(shù)與幾何平均數(shù)的關(guān)系，只有當(dāng) a=b 時(shí)，兩邊的值才能相等，否則算術(shù)平均數(shù)的值總是大于幾何平均數(shù)的值。同理，極板的結(jié)構(gòu)是幾何形狀，極耳中心到兩側(cè)邊框的距離可視為公式中的 a 和 b，而電流值是一個(gè)代數(shù)值，從理論上來講只有 a=b 時(shí)，大電流放電與極耳的位置才能達(dá)到最佳配合比例。新設(shè)計(jì)的板柵如圖 3 所示，使極耳位于正中間位置，改善蓄電池工作時(shí)板柵對(duì)電流的均勻分布，提高大電流放電性能[1]。不同結(jié)構(gòu)板柵對(duì)放電的影響如表 1 所示。

圖1　偏極耳板柵

　圖 2　中極耳板柵

　圖 3　正中極耳板柵

表1　三種不同結(jié)構(gòu)板柵對(duì)放電的影響

1.2極群組的設(shè)計(jì)

目前的生產(chǎn)工藝是將正極板、隔板、負(fù)極板交替排列在一起組成極群組，如圖 4 所示。極板的極耳均向上。此種裝配結(jié)構(gòu)在蓄電池長期使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下缺陷：①極板上部活性物質(zhì)利用率均高于下部；②長期使用后導(dǎo)致電解液分層；③按電流的傳輸方向和電流分布可知，極板下部的電阻均高于極板上部。

蓄電池在充電時(shí)，電子從正極流向負(fù)極，離子垂直于極板面?zhèn)鬏?；放電時(shí)電子從負(fù)極流向正極，離子垂直于極板面?zhèn)鬏?。因電流總是?yōu)先選擇電阻較小的電路傳輸，離極耳較遠(yuǎn)的極板底部電阻遠(yuǎn)高于極板上部，故極板上部的電流值大于極板下部的電流值，上部活性物質(zhì)利用率遠(yuǎn)高于下部。從圖 4可以看出，極板上部的離子傳輸數(shù)量遠(yuǎn)大于極板下部，導(dǎo)致極板上部的活性物質(zhì)比極板下部的活性物質(zhì)提前軟化，極板下部活性物質(zhì)利用率較低也影響整體活性物質(zhì)利用率[2]。

新設(shè)計(jì)的極群組如圖 5 所示。將極耳反向裝配，改變電流的傳輸路徑，以均勻分配電流，均勻激活極板各部位的活性物質(zhì)利用率。圖 5 的排列方式從原理上說極板不存在上部與下部之分，從圖中可以看出極板各部位離子傳輸數(shù)量相當(dāng)，這樣便更充分更均勻地提高了活性物質(zhì)利用率[3]。

圖4　極群組結(jié)構(gòu)（圖中箭頭方向?yàn)殡娏鱾鬏敺较颍?/p>

圖5　新設(shè)計(jì)極群組結(jié)構(gòu)（圖中箭頭方向?yàn)殡娏鱾鬏敺较颍?/p>

1.3 電池外殼的設(shè)計(jì)

以 12 V 系列電池為例：①新設(shè)計(jì)極板的極耳完全處于居中位置，那么端子位置應(yīng)位于電池頂蓋相應(yīng)單格的中間位置，如圖 6 所示；②由于極群組的極耳反向裝配，則應(yīng)該有兩個(gè)鉛零件的焊接點(diǎn)（膠槽）位于電池槽頂部，如圖 6 所示，3 個(gè)鉛零件焊接點(diǎn)（膠槽）位于電池槽底部，那么就必須要有一個(gè)底蓋，如圖 7 所示；③電池槽頂部與底部均設(shè)計(jì)成開口形式，如圖 8 所示，以供兩個(gè)電池蓋的裝配。

圖6　新設(shè)計(jì)電池頂蓋

圖7　新設(shè)計(jì)電池底蓋

圖8　新設(shè)計(jì)電池槽

圖9　新設(shè)計(jì)電池的鑄焊工藝圖

1.4電池的裝配

1.4.1匯流排與鉛零件的材料

新設(shè)計(jì)的極群組有三組焊接點(diǎn)和匯流排在電池下方（圖 9），這部分鉛長期處于酸環(huán)境中，同時(shí)由于重力作用，電池下部的酸密度略高于上部的酸密度[4]。所以較之普通電池這部分鉛必須更耐腐蝕。根據(jù)合金的電化學(xué)腐蝕原理，純鉛的耐腐蝕性能要優(yōu)于鉛合金，故該部分匯流排和鉛零件均使用純鉛制造。

1.4.2 鑄焊工藝

匯流排的焊接工藝選擇鑄焊工藝，新鑄焊工藝的特點(diǎn)在于，先將底部匯流排焊接后，再將夾具沿豎直方向旋轉(zhuǎn) 180? 焊接頂部匯流排，兩步焊接完成后再將極群組入槽。圖 9 分別詳細(xì)給出了鑄焊過程中極群組的不同狀態(tài)。

1.4.3裝配工藝

新設(shè)計(jì)的極群組為極耳反向結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)電池蓋與電池槽配合，裝配時(shí)會(huì)有一定難度，新裝配工藝與原裝配工藝，不同之處為：入槽→底部鉛零件焊接→封底蓋→樹脂固化→頂部鉛零件焊接→封頂蓋→樹脂固化。圖 10 示出了不同工序時(shí)電池的狀態(tài)。

圖10　新設(shè)計(jì)電池的裝配

2　結(jié)論

根據(jù)以上理論分析，此種新結(jié)構(gòu)蓄電池通過改變板柵的極耳位置、改變極群組結(jié)構(gòu)從而改變電流傳輸方向。在實(shí)際驗(yàn)證時(shí)按檢測數(shù)據(jù)分析可知，活性物質(zhì)利用率約提高了 1 %～1.8 %，大電流放電性能約提高了 13 %～16 %。但在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，增加了電池槽結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，在制造時(shí)，增加了鑄焊工裝、夾具和模具的復(fù)雜程度，增加了蓄電池裝配的難度。結(jié)合以上問題，如何將此新結(jié)構(gòu)蓄電池科學(xué)地、合理地運(yùn)用，減小各環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度并將其大規(guī)?；a(chǎn)，將是我們未來努力的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] Gemp Papazov, 陳紅雨, 王輝. 鉛酸蓄電池制造工藝[R]. 2005年中國先進(jìn)鉛酸蓄電池技術(shù)研討會(huì),張家界, 2005.

[2] Reihim, Gruemer. 鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)、原材料、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制[R]. 第四屆國際鉛酸蓄電池實(shí)用技術(shù)講習(xí)會(huì), 上海, 2007.

[3] 陳紅雨, 熊正林, 李中奇. 先進(jìn)鉛酸蓄電池制造工藝[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社.

[4] 陳紅雨. 電池工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)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

中圖分類號(hào)：TM912.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-0847(2015)03-138-04

收稿日期：2014-09-30