专利名称：潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，可以提高潜艇用超大型密封铅酸蓄电池的性能。
背景技术：
铅酸蓄电池以其稳定的性能，超大的容量，低廉的价格一直是常规潜艇的水下动力电源。
几十年来在潜艇上应用的铅酸蓄电池为普通型铅酸蓄电池，该电池存在着容量低、比能量低、使用运输过程中产生大量酸雾、污染环境、易于暴露目标的缺陷。由于潜艇用电池的容量上万安时，电池体积大，极板的面积也大，尤其是极板高度近1米，造成极板的使用效率大幅度下降，为此改变超大型铅酸蓄电池极板的结构，是提高极板使用效率，提高电池容量和比能量的重要方法之一。本发明提出了优质的负极板栅合金材料，负极活性物质和新型极板结构，使潜艇用超大型铅酸蓄电池实现了密封免维护和高能量。
发明内容
常规潜艇的水下动力是铅酸蓄电池，核潜艇的备用水下电源也是铅酸蓄电池。目前潜艇使用的铅酸蓄电池的体积达到0.25m3～0.3m3，电池高度达到1米以上，电池重量达到650kg～700kg，而普通铅酸蓄电池的10h率重量比能量仅为30Wh/kg，体积比能量也仅为77Wh/dm3，电池比能量低的原因之一是单片极板的尺寸超大。一般情况下，极板的高度达到800mm～900mm。由于铅酸蓄电池的电极反应是由电子传质过程所控制，超大的极板面积，超大的极板高度，严重影响了极板的集流过程，使极板的有效利用率下降，本发明提出一种新型的潜艇用密封铅酸蓄电池的负极板和负极板结构设计方案。新型极板有效地提高了极板效率，使组装的密封铅酸蓄电池实现了高能量，本发明的目的是这样实现的。
负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na， x＝0.01～0.2％；B＝As、S， y＝0.001～0.1％；C＝Sn、Zn， z＝0.001～2.0％；D＝Mg、Al， u＝0.01～0.1％；E＝Bi、Ag， v＝0.001～0.2％；F＝Cu、Ce， w＝0.001～0.2％。
将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。
负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式，极板的板栅如图1所示。
负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为75-78％的铅粉加入密度为1.08-1.25g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg～0.3kg，加入BaSO40.2kg～0.4kg，加入异性石墨0.25kg～0.3kg，加入晴纶短纤维0.2kg～0.3kg，加入CdSO40.1kg～0.3kg，加入ZrO20.1kg～0.3kg，加入腐植酸0.2kg～0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。涂膏后的极板如图2所示。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型密封铅酸蓄电池容量大为提高。
附图1将超大型板栅沿高度H，分成若干部分，H1、H2、H3……。H1、H2、H3……的高度在200mm～300mm之间。H1与H2、H3……的连接采用板栅极耳的型式，极耳宽度为15mm～20mm，连接部分的高度为σ＝8mm～10mm，板栅宽度为B。整体板栅设两个极耳宽度为D＝20mm～30mm，高度为30mm～40mm。
附图2将超大型板栅沿高度H，分成若干部分，H1、H2、H3……。H1、H2、H3……的高度在200mm～300mm之间。H1与H2、H3……的连接采用板栅极耳的型式，极耳宽度为15mm～20mm，连接部分的高度为σ＝8mm～10mm，板栅宽度为B。整体板栅设两个极耳宽度为D＝20mm～30mm，高度为30mm～40mm。在板栅上填涂负极活性物质，H1、H2、H3……的连接部分σ处不填涂负极活性物质。
附图3将超大型板栅高度为880mm，分成4段，H1＝H2＝H3＝H4＝217mm，H1与H2、H3、H4连接处高度为σ＝8mm，板栅极耳型式的连接部分的极耳宽20mm，板栅宽度为622mm。整体板栅设计两个极耳，极耳高为30mm，宽为30mm。
附图4将超大型板栅高度为880mm，分成4段，H1＝H2＝H3＝H4＝217mm，H1与H2、H3、H4连接处高度为σ＝8mm，板栅极耳型式的连接部分的极耳宽20mm，板栅宽度为622mm。整体板栅设计两个极耳，极耳高为30mm，宽为30mm。H1、H2、H3、H4部分填涂负极活性物质，在连接部分σ处不填涂负极活性物质。
具体实施例方式实施例QT60S铅酸蓄电池是常规动力潜艇使用的铅酸蓄电池，电池外型尺寸为658mm×368mm×1098mm。设计成密封铅酸蓄电池的极板尺寸为880mm×622mm×2.6mm。880mm高的极板其集流效果很差，为此将H＝880mm分成4段，H1＝H2＝H3＝H4＝217mm，σ＝8mm，如图3、图4所示。
负极板栅合金的成份为100kg纯Pb(Pb含量＞99.994％)+0.09kgCa+0.01kgS+1.1kgSn+0.02kgAl+0.12kgBi+0.02kgCu，将上述成份的合金在480～520℃的高温条件下熔化，铸成负极板栅。
每百公斤氧化度为76％的铅粉加入密度为1.25g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.25kg，加入BaSO40.24kg，加入异性石墨0.3kg，加入晴纶短纤维0.3kg，加入ZrO20.15kg，加入CdSO40.25kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置1小时后涂于负极板栅，生产出负极极板。
该极板结构克服了由于极板高度超大造成极板集流效果差，极板效率低的缺陷，新型极板的容量比普通极板的容量提高了65％以上，应用653mm×363mm×1053mm外壳生产的密封铅酸蓄电池10h率容量达到24000Ah，比标准要求的10h率容量10300Ah提高133％。
权利要求
1.本发明提出一种潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na， x＝0.01～0.2％；B＝As、S， y＝0.001～0.1％；C＝Sn、Zn， z＝0.001～2.0％；D＝Mg、Al， u＝0.01～0.1％；E＝Bi、Ag， v＝0.001～0.2％；F＝Cu、Ce， w＝0.001～0.2％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为75-78％的铅粉加入密度为1.08-1.25g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg～0.3kg，加入BaSO40.2kg～0.4kg，加入异性石墨0.25kg～0.3kg，加入晴纶短纤维0.2kg～0.3kg，加入CdSO40.1kg～0.3kg，加入ZrO20.1kg～0.3kg，加入腐植酸0.2kg～0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
2.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为其中A＝Ca、K、Na，x＝0.01～0.1％；B＝As、S，y＝0.001～0.05％；C＝Sn、Zn， z＝0.001～1.0％；D＝Mg、Al， u＝0.01～0.05％；E＝Bi、Ag， v＝0.001～0.1％；F＝Cu、Ce， w＝0.001～0.1％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为75-78％的铅粉加入密度为1.18g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg～0.3kg，加入BaSO40.2kg～0.4kg，加入异性石墨0.25kg～0.3kg，加入晴纶短纤维0.2kg～0.3kg，加入CdSO40.1kg～0.3kg，加入ZrO20.1kg～0.3kg，加入腐植酸0.2kg～0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
3.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na， x＝0.1～0.2％；B＝As、S， y＝0.05～0.1％；C＝Sn、Zn， z＝1.0～2.0％；D＝Mg、Al， u＝0.05～0.1％；E＝Bi、Ag， v＝0.1～0.2％；F＝Cu、Ce， w＝0.1～0.2％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为78％的铅粉加入密度为1.2g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg～0.3kg，加入BaSO40.2kg～0.4kg，加入异性石墨0.25kg～0.3kg，加入晴纶短纤维0.2kg～0.3kg，加入CdSO40.1kg～0.2kg，加入ZrO20.1kg～0.3kg，加入腐植酸0.2kg～0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
4.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na，x＝0.08～0.1％；B＝As、S，y＝0.01～0.05％；C＝Sn、Zn， z＝0.01～0.1％；D＝Mg、Al， u＝0.06～0.07％；E＝Bi、Ag， v＝0.008～0.01％；F＝Cu、Ce， w＝0.01～0.1％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为76％的铅粉加入密度为1.18g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg，加入BaSO40.3kg，加入异性石墨0.3kg，加入晴纶短纤维0.3kg，加入CdSO40.2kg，加入ZrO20.1kg，加入腐植酸0.25kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
5.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na，x＝0.1～0.12％；B＝As、S，y＝0.05～0.08％；C＝Sn、Zn， z＝0.1～0.5％；D＝Mg、Al， u＝0.07～0.08％；E＝Bi、Ag， v＝0.01～0.05％；F＝Cu、Ce， w＝0.1～0.12％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为78％的铅粉加入密度为1.18g/m3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.25kg，加入BaSO40.3kg，加入异性石墨0.25kg，加入晴纶短纤维0.25kg，加入CdSO40.3kg，加入ZrO20.2kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
6.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca、K、Na， x＝0.15～0.2％；B＝As、S， y＝0.08～0.1％；C＝Sn、Zn， z＝0.5～1.0％；D＝Mg、Al， u＝0.08～0.1％；E＝Bi、Ag， v＝0.05～0.1％；F＝Cu、Ce， w＝0.15～0.2％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为78％的铅粉加入密度为1.22g/m3硫酸溶液11升，加入α、β萘酸0.2kg，加入BaSO40.3kg，加入异性石墨0.3kg，加入晴纶短纤维0.25kg，加入CdSO40.25kg，加入ZrO20.1kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
7.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca， x＝0.12％；B＝S，y＝0.03％；C＝Sn， z＝1.2％；D＝Al， u＝0.02％；E＝Bi， v＝0.12％；F＝Cu， w＝0.02％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为78％的铅粉加入密度为1.25g/cm3硫酸溶液11升，加入α、β萘酸0.2kg，加入BaSO40.3kg，加入异性石墨0.3kg，加入晴纶短纤维0.3kg，加入CdSO40.2kg，加入ZrO20.15kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
8.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Na， x＝0.06％；B＝As， y＝0.02％；C＝Sn， z＝1.0％；D＝Al， u＝0.03％；E＝Ag， v＝0.03％；F＝Cu， w＝0.05％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为76％的铅粉加入密度为1.10g/cm3硫酸溶液12.5升，加入α、β萘酸0.3kg，加入BaSO40.3kg，加入异性石墨0.3kg，加入晴纶短纤维0.3kg，加入CdSO40.3kg，加入ZrO20.2kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
9.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca， x＝0.12％；B＝S， y＝0.03％；C＝Sn， z＝1.2％；D＝Al， u＝0.04％；E＝Bi， v＝0.15％；F＝Cu， w＝0.05％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为76％的铅粉加入密度为1.15g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.25kg，加入BaSO40.25kg，加入异性石墨0.25kg，加入晴纶短纤维0.25kg，加入CdSO40.25kg，加入ZrO20.1kg，加入腐植酸0.25kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
10.按照权利要求书1所述的一种新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构，其特征在于负极板的板栅合金材料组成为Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw其中A＝Ca， x＝0.1％；B＝S， y＝0.02％；C＝Sn， z＝0.8％；D＝Al， u＝0.04％；E＝Bi， v＝0.1％；F＝Ce， w＝0.02％。将上述组成的合金在熔铅炉中加热至500～520℃，铸于板栅模具之中即可。负极板栅的结构为将高度为H的极板分成H1，H2，H3……段，H1，H2，H3……的尺寸一般为200mm～300mm。H1，H2，H3……连接处采用极板极耳型式的连接方式。负极活性物质组合物为每百公斤氧化度为76％的铅粉加入密度为1.15g/cm3硫酸溶液12升，加入α、β萘酸0.2kg，加入BaSO40.2kg，加入异性石墨0.25kg，加入晴纶短纤维0.25kg，加入CdSO40.3kg，加入ZrO20.2kg，加入腐植酸0.3kg，用纯水调至铅膏视比重为4.1g/cm3～4.2g/cm3，静置后涂在负极板栅上。该极板结构克服了超大型极板集流效果差，极板效率低的缺陷，使组装的超大型高能量密封铅酸蓄电池容量大为提高。
全文摘要
本发明提出一种潜艇用高能量密封铅酸蓄电池负极板和负极板结构。新型负极板具备高的活性、高的氧吸附性和高的析氢过电位。新型负极板结构是根据极板电动势和电流分布的特点，将极板高H分为若干段H
文档编号H01M4/14GK1677727SQ20051005120
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月2日 优先权日2005年3月2日
发明者陈有孝 申请人:北京天睿力迈科技有限公司, 陈有孝