CN119812599A - 一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池及其装配方法，具体提出了一种新的电池结构，去掉常规电池内部单隔之间的汇流排，单隔之间的连接由双极性极板连接方式取代，极板和隔板按特定的排列顺序一层一层水平方向叠入电池槽，极耳加宽，并且在双极性极板的极耳中间打一排孔，叠片完成后用金属棒插入孔中使极群极耳并联，用压板把极群锁紧，通过注胶把各单体密封，再通过胶封或热封把两个半部粘接成一个整体并使电池转成直立状态，然后焊转弯处的汇流排、焊端子、封侧盖，完成电池组装；这种结构可以大幅度提升电池的大电流高倍率放电性能，并且有效解决铅酸电池高倍率放电与装配难题，为铅酸电池技术革新、性能跨越与市场拓展提供关键支撑。

Description

一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池及其装配方法

技术领域

本发明涉及铅酸电池领域，具体是一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池及其装配方法。

背景技术

常规铅酸蓄电池单体内部的极群极耳需要通过汇流排连接，单体之间再经过垮桥或穿壁焊连接，连接距离较长，连接面积较小，电池大电流高倍率放电时连接部位电压损失较大，而且发热量大。随着蓄电池使用场景的发展，用户对电池超高倍率放电的要求越来越高，由原来的1C放电、3C放电提高到5C放电使用，电池超高倍率放电性能急需加强。

专利文献CN117219930A公开了一种水平双极性铅酸蓄电池，采用密封件和横向挡板将电池极群分隔开来，形成隔绝密封的空间，防止单元格间窜酸液和窜气，从而避免了电池内部一直处于窜格状态而造成的存放或充放电时内部反应不一，但是极板都是固定在槽中，并不能根据实际的需要来对电池的长度和高度进行调节，以满足不同应用场景的需求，同时此结构的电池在装配的过程中，在进行注胶固定极组时，胶液容易进入到极组的极板中影响电池性能。

专利文献CN113611919A公开了一种水平铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种起动用双极性水平铅酸蓄电池，用双极性水平铅酸蓄电池结构采用双极性极板，该极板正负极板栅筋条相连，该相连的栅筋条取代现有单格间的穿壁焊连接方式，内阻降低，利于大电流放电，但是该电池装配起来复杂，同时也无法进行拓展，不能满足不同的场景的应用需求。

因此，开发一种能够适配不同大电流和不同场景的铅酸对电池，同时装配简单的铅酸电池是目前行业的难点。

发明内容

发明的目的在于提供一种铅酸电池和装配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一方面提供了一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸半电池，所述铅酸电池包括电池槽和密封设置于所述的电池槽体内的一个或多个水平放置的电池极群组，所述的电池槽为一矩形结构，所述的电池槽通过多个横向隔墙分割成多个单隔，包括侧壁和底面，所述隔墙之间设置有供所述的电池极群通过的缺口，所述缺口可以排列在隔墙同一侧或相邻两格之间错位排列，所述缺口处直立面和底部均设有用于所述密封件密封定位的凹槽，所述极群组具有正极端、负极端和串联部，所述串联部为正负极板极耳直接相连的双极性极板，串联部的双极性极板以正极板叠加负极板的方式交替叠加，并沿纵向方向；所述正极端具有若干独立的单极性正极板，正极板纵向叠放，且相邻的两个单极性正极板之间叠加双极性极板的负极板；所述负极端具有若干独立的单极性负极板，负极板纵向叠放，且相邻的两个单极性负极板之间叠加双极性极板的正极板；相邻的正极板和负极板之间设置有片状AGM隔板。

进一步的，正极端中所有单极性正极板的具有向外延伸的正极极耳，负极端中所有单极性负极板的具有向外延伸的负极极耳，所述极耳加宽处理，所述双极性极板的极耳中间设置有一排孔结构。

进一步的，所述半电池还包括多个压板，所述电池槽的侧壁上端设置有卡槽，所述压板带卡扣凸块，压板压紧极群组并通过凸块与所述卡槽锁紧极群组，所述压板和所述的单隔一一对应设置。

进一步的，电池槽缺口处侧边设计有一排细小的凸筋，极板边框与所述凸筋的距离略小于隔板厚度。

进一步的，所述电池槽两端具有使极群组正极端，负极端极耳穿过的开口，所述开口外侧设置有外胶槽，用以与侧盖完成电池的密封；所述电池槽侧壁包括至少一个加酸嘴，所述加酸嘴的与所述的单隔一一对应设置。

进一步的，电池槽内壁向外掏空一定深度的凹陷部，容纳比极板更宽的隔板尺寸。

本发明还提供了一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池，包含至少两组如上述述铅酸半电池，所述铅酸半侧电池沿着压板方向进行堆叠并连接在一起，所述铅酸半电池两端开口通过盖板密封，所述铅酸半电池的极耳与盖板中的正负极端子导电连接。

进一步的，所述半电池槽连接处，一半设计为内凹的内胶槽，另一半设计为凸起的胶封凸边，通过卡扣连接；和/或半电池槽连接处两边都为具有可以热封的凸起结构，通过热封连接。

进一步的，电池槽两端的缺口外侧设计有外胶槽，与所述盖板配合将电池密封。

本发明还提供了一种如上述前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，首先制备单极性正极板，单极性负极板和正负极板极耳直接相连的双极性极板；

S2，然后把单极性极板、双极性极板和片状AGM隔板按特殊的排列方式堆叠成极群组；

S3，将极群组堆叠完成后装入电池槽，然后使用压板压紧极组群并通过压板上凸块与电池槽侧壁上端的卡槽将极组群锁紧，使得极群组与电池槽固定，通过注胶把隔墙缺口密封，并将压板也一并密封，得到半电池；

S4，将至少两组半电池沿着压板方向堆叠并连接到一起，然后焊接导电端子，粘上侧盖，向侧盖内注胶电池密封，在正负极端子处点色胶，完成电池组装。

本发明具有以下有益效果：

(1)创新极群组设计：极群组融合单极性极板与正负极板极耳直连双极性极板。串联部双极性极板正负交替、纵向延伸，协同正负极独立单极性极板，优化电流传导路径，降内阻、减损耗、强倍率放电性能，宽极耳耳结构增导电接触、极耳加宽，并且在双极性极板的极耳中间打一排孔，叠片完成后可以用金属棒插入孔中使极群极耳并联，可以灵活的改变极群组中极片的串并联方式适配不同场景需求。

(2)可靠的极耳连接：电池内部单格通过双极性极板极耳直接连接，每一片的连接都可以在制造双极性极板时直观检查，可靠性高，而且极耳加宽，富余量大，局部焊接不良不影响整个连接的电流传导，这种连接可以避免常规电池极耳汇流排烧焊或铸焊容易出现的虚假焊，而且电池组装时极耳连接部位密封在胶水中，不会出现酸液腐蚀。

(3)优化电池壳构造：电池槽与隔墙组成多个具有容纳腔的单隔，两端开口配盖板密封，便于极板、隔板装配维护。电池槽隔墙缺口处侧边设计有一排细小的凸筋，极板边框与凸筋的距离略小于隔板厚度，叠片时凸筋把隔板向上弯折，刚好填补极板与隔板之间的缝隙，防止注胶水时胶水向两侧渗漏，保障结构稳定性与电性能可靠，延长使用寿命，同时也能使得电池的装配更高效。

(4)高效堆叠工艺：依特定序列堆叠单双极性极板与AGM隔板成极群组，确保极板间紧密接触、离子顺畅迁移、电解液均匀浸润，为电化学反应高效供离子通道，提电池性能一致性与可靠性，降生产工艺难度与成本，增生产效率与良品率。

(5)可扩展性的封装：通过将至少两个半电池进行组装，这种结构可以根据应用场景的需要，通过增加极板的数量和半电池的数量，以及半电池串并联等方式来适配不同的场景，并且可以大幅度提升电池的大电流高倍率放电性能，同时左右两半电池组装完成后直立粘接在一起形成立式结构，立式结构利用重力作用防酸液浓度分层致极板电压差异，保上下层极板均匀反应、提升电池性能稳定性，延长循环寿命，保障供电质量与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单极性宽极耳极板。

图2为双极性宽极耳极板。

图3为片状AGM隔板。

图4为前端子立式宽极耳直连双极性电池极板排列示意图。

图5为前端子立式宽极耳直连双极性电池右侧电池槽上视图。

图6为前端子立式宽极耳直连双极性电池右侧电池槽3D视图。

图7为前端子立式宽极耳直连双极性电池左侧电池槽3D视图。

图8为前端子立式宽极耳直连双极性电池极群压板。

图9为前端子立式宽极耳直连双极性电池拐弯处侧盖。

图10为前端子立式宽极耳直连双极性电池端子侧盖。

图11为前端子立式宽极耳直连双极性电池右侧封装图。

图12为前端子立式宽极耳直连双极性电池左侧封装图。

图13为前端子立式宽极耳直连双极性电池左右合并封装图。

图14为前端子立式宽极耳直连双极性电池爆炸视图。

图15为前端子立式宽极耳直连双极性电池外形图。

图中：1、凹槽；2、缺口；3、凸筋；4、卡槽；5、凹陷部；6、内胶槽；7、外胶槽；8、凸边；9、压板；10、极群组；11、密封件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本发明的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

参见图1-2，本发明实施例中，把电池极板设计为两种，第一种是单极性极板(图1)，第二种是正负极板极耳直接相连的双极性极板(图2)，各种极板主体形状和尺寸相同，只是极耳连接方式不同，为了增强高倍率放电性能，极耳都设计成宽极耳结构。为了实现极群极耳并联，极耳加宽，并且在双极性极板的极耳中间打一排孔，叠片完成后用金属棒插入孔中使极群极耳并联。

双极性极板的制作方式可以采用把常规正负极板的极耳通过烧焊或激光焊连接的方式，也可以采用双极性涂板机同时涂正负极。板栅可以采用重力浇铸板栅，也可以采用铅带冲孔板栅；单极性极板是将活性材料涂覆在板栅上制备得到；板栅可以采用常规铸造板栅，也可以采用铅带冲孔或拉网板栅，还可以采用铅丝织网板栅。

板栅的材质可以为纯铅，铅-钙合金，铅-锑合金，铅-锡合金，板栅的厚度根据电池的类型和用途有所不同。一般来说，汽车启动用铅酸电池的板栅厚度相对较薄，通常在1.5-3.0mm之间。这是因为汽车启动电池主要需要在短时间内提供大电流，对板栅的重量和成本有一定要求。而对于储能用铅酸电池，其板栅厚度可能会达到3.0-5.0mm甚至更厚。储能电池需要长时间充放电循环，较厚的板栅可以提供更好的机械支撑和导电性，保证电池在长时间使用过程中的性能稳定。板栅的尺寸取决于电池的容量和设计。一般而言，板栅的长度和宽度范围较大，从几厘米到几十厘米不等。例如，小型的密封铅酸电池(如常见的UPS备用电源电池)板栅尺寸可能较小，长度在5-15cm，宽度在3-10cm；而大型的工业储能铅酸电池板栅尺寸则较大，长度可达50-100cm，宽度在20-50cm。板栅的尺寸设计需要综合考虑电池的内部空间布局、活性物质的填充量以及电池的电性能要求等因素。

图3是AGM隔板的示意图，为片状结构，AGM隔板主要由超细玻璃纤维组成，玻璃纤维具有高化学稳定性，能在铅酸电池的酸性电解液环境中保持稳定，不会与硫酸发生化学反应。同时，玻璃纤维具有高机械强度，能够在电池充放电过程中为极板提供良好的支撑，防止极板变形和活性物质脱落。其微观结构呈三维网状，这种结构使得玻璃纤维能够很好地吸附和保持电解液，确保电池内部的离子传导路径畅通。

为了进一步优化AGM隔板的性能，有时会添加少量的粘结剂。粘结剂可以使玻璃纤维更好地结合在一起，提高隔板的整体性和机械强度，同时又不影响其孔隙结构和电解液吸附能力。此外，还可能添加一些疏水剂。疏水剂可以调节隔板对电解液的吸收和保持特性，防止电解液过度流失或在某些情况下出现电解液聚集导致的局部短路现象。

AGM隔板的厚度一般在0.5-3mm之间。对于一些小型铅酸电池，如摩托车启动电池，可能会选用较薄的AGM隔板，厚度在0.5-1mm左右，以减小电池体积，同时满足其对电池性能的基本要求。

而对于大型的储能铅酸电池或汽车启动电池等，为了保证更好的电解液吸附和离子传导性能，以及更强的极板支撑能力，会选择较厚的AGM隔板，厚度通常在1.5-3mm。

图4是本实施例中的极群组堆叠方式，极群组具有正极端、负极端和正负极板极耳直接相连的双极性极板，双极性极板以正极板叠加负极板的方式交替叠加，并沿纵向方向延伸；正极端由三个独立的单极性正极板，正极板纵向叠放，且相邻的两个正极板之间叠加双极性极板的负极板；负极端具有三个独立的单极性负极板，负极板纵向叠放，且相邻的两个单极性负极板之间叠加双极性极板的正极板；在相邻的正极板和负极板之间设置片状AGM隔板；作为优选实施例，可以极群组堆叠方式根据实验的需要在纵向和/或横向延伸；

图5-7是本实施例电池槽的结构图，可见电池槽为一矩形结构，电池槽侧壁设计有卡槽4，电池槽通过多个横向隔墙分割成多个单隔，包括侧壁和底面，隔墙之间设置有供电池极群通过的缺口，所述缺口可以排列在隔墙同一侧，也可以在相邻两格之间错位排列以增强电池槽缺口的强度以及避开极板长大的作用力方向，为了增强电池槽缺口2处的密封效果，缺口处直立面和底部均设计有凹槽1，增加密封界面距离，电池槽缺口处侧边设计有一排细小的凸筋3，极板边框与凸筋的距离略小于隔板厚度，叠片时凸筋把隔板向上弯折，刚好填补极板与隔板之间的缝隙，防止注胶水时胶水向两侧渗漏。电池槽内壁向外掏空一定深度的凹陷部5，容纳比极板更宽的隔板尺寸，减少短路的风险，也增加了极板长大的空间，延长电池使用寿命，左右两半电池槽连接处，一半设计为内凹的内胶槽6，另一半设计为凸起的胶封凸边8，这样可以方便两个半电池进行安装，同时电池槽两端的缺口外侧设计有外胶槽7，与盖板进行配合对电池进行密封，电池槽侧壁包括至少一个加酸嘴，所述加酸嘴的与所述的单隔一一对应设置。

图8为前端子立式宽极耳直连双极性电池极群压板，压板9对应卡槽位设计一种带卡扣凸块，用于锁住极群压力，叠板完成后用压板压紧极群并通过凸块9锁紧。

图9-15是电池组的封装盖板和封装结构图，通过图11-12可以看出，极群组10安装在电池槽中，单个极板通过电池槽中的单隔分开，并通过密封件11固定，密封件11通过注塑一体成型需要说明的，电池组装时，在凹槽1内注入定量的环氧密封胶，形成密封件11，进而完成合极群组的部分密封，每个单隔形成一个独立的密封腔室。两个半电池可以根据实验的需要并联或串联设置，可以看到，图13中两半电池是串联设置的，两半电池的极耳端在同侧，分别为两半电池的正极端和负极端，电池槽两端的缺口外侧设计有胶槽7，在两半电池的末端的正负极耳通过汇流排串联到一起，两半电池的前端分别焊接上正负极端子，并对应设计一块末端汇流排侧盖(图9)和前端端子侧盖(图10)，本实施例中两个汇流排和端子与极耳焊接完成后，粘上侧盖，最后用胶水填满侧盖内部的空间，把汇流排密封在胶水内。本实施例中电池的端子在电池组前端端子侧盖上，通过图10可以看到，前端端子侧盖具有容纳端子的开口。图15是最终装配好的电池组图，可见，电池呈现直立状态，立式结构的好处是可以避免因上下酸液浓度分层导致上下层极板电压出现差异。

本实施例中具体还提供了一种上述电池的装配方法，具体步骤是：

步骤1，首先制备单极性正极板，单极性负极板和正负极板极耳直接相连的双极性极板；

步骤2，然后把单极性极板、双极性极板和片状AGM隔板按特殊的排列方式堆叠成极群组；极板装配顺序是，最底层是隔板，第一层和第二层极板按图4方式排列，两层极板正负相对，两层极板之间是隔板层，两层隔板和两层极板组成一个基本双极性单元，多个单元一层一层叠片直至所需层数，完成最后极群组的装配；

S3，将极群组堆叠完成后装入电池槽，然后使用压板压紧极组群并通过压板上凸块与电池槽侧壁上端的卡槽将极组群锁紧，使得极群组与电池槽固定，然后将胶液注入到隔墙的凹槽中将缺口密封，并将压板也一并密封，得到半电池；

S4，将两组半电池沿着压板方向堆叠并连接到一起，两半电池进行串联连接，然后在电池组的一端的极耳与汇流排进行焊接，另一端的极耳和端子进行焊接，焊接完成后粘上侧盖，侧盖外沿具有凸起，侧盖上的凸起与电池槽开口外侧的外凹槽配合卡扣在一起，然后向侧盖内注胶进行电池密封，最后在正负极端子处点色胶，完成电池组装。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸半电池，其特征在于，所述铅酸电池包括电池槽和密封设置于所述的电池槽体内的一个或多个水平放置的电池极群组，所述的电池槽为一矩形结构，所述的电池槽通过多个横向隔墙分割成多个单隔，包括侧壁和底面，所述隔墙之间设置有供所述的电池极群通过的缺口，所述缺口可以排列在隔墙同一侧或相邻两格之间错位排列，所述缺口处直立面和底部均设有用于密封件密封定位的凹槽，所述极群组具有正极端、负极端和串联部，所述串联部为正负极板极耳直接相连的双极性极板，串联部的双极性极板以正极板叠加负极板的方式交替叠加，并沿纵向方向；所述正极端具有若干独立的单极性正极板，正极板纵向叠放，且相邻的两个单极性正极板之间叠加双极性极板的负极板；所述负极端具有若干独立的单极性负极板，负极板纵向叠放，且相邻的两个单极性负极板之间叠加双极性极板的正极板；相邻的正极板和负极板之间设置有片状AGM隔板。

2.根据权利要求1所述的铅酸半电池，其特征在于，正极端中所有单极性正极板的具有向外延伸的正极极耳，负极端中所有单极性负极板的具有向外延伸的负极极耳，所述极耳加宽处理，所述双极性极板的极耳中间设置有一排孔结构。

3.根据权利要求1或2所述的铅酸半电池，其特征在于，所述半电池还包括多个压板，所述电池槽的侧壁上端设置有卡槽，所述压板带卡扣凸块，压板压紧极群组并通过凸块与所述卡槽锁紧极群组。

4.根据权利要求1所述的铅酸半电池，其特征在于，电池槽缺口处侧边设计有一排细小的凸筋，极板边框与所述凸筋的距离略小于隔板厚度。

5.根据权利要求1所述的铅酸半电池，其特征在于，所述电池槽两端具有使极群组正极端，负极端极耳穿过的开口，所述开口外侧设置有外胶槽；所述电池槽侧壁包括至少一个加酸嘴，所述加酸嘴的与所述的单隔一一对应设置。

6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的铅酸半电池，其特征在于，电池槽内壁具有向外掏空一定深度的凹陷部，容纳比极板更宽的隔板尺寸。

7.一种前端子立式宽极耳直连双极性铅酸电池，包含至少两组如权利要求1-6任意一项权利要求所述铅酸半电池，所述铅酸半侧电池沿着压板方向进行堆叠并连接在一起，所述铅酸半电池两端开口通过盖板密封，所述铅酸半电池的极耳与盖板中的正负极端子导电连接。

8.根据权利要求7所述的铅酸电池，其特征在于，所述半电池槽连接处，一半设计为内凹的内胶槽，另一半设计为凸起的胶封凸边，通过卡扣连接；和/或半电池槽连接处两边都为具有可以热封的凸起结构，通过热封连接。

9.根据权利要求7或8所述的铅酸电池，其特征在于，电池槽两端的缺口外侧设计有外胶槽，与所述盖板配合将电池密封。

10.一种如权利要求7-9任一项权利要求所述的电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，首先制备单极性正极板，单极性负极板和正负极板极耳直接相连的双极性极板；

S2，然后把单极性极板、双极性极板和片状AGM隔板按特殊的排列方式堆叠成极群组；

S3，将极群组堆叠完成后装入电池槽，然后使用压板压紧极组群并通过压板上凸块与电池槽侧壁上端的卡槽将极组群锁紧，使得极群组与电池槽固定，通过注胶把隔墙缺口密封，并将压板也一并密封，得到半电池；

S4，将至少两组半电池沿着压板方向堆叠并连接到一起，然后焊接导电端子，粘上侧盖，向侧盖内注胶电池密封，在正负极端子处点色胶，完成电池组装。