一种模块化多单元格电池的制作方法

本申请涉及蓄电池领域，尤其涉及一种模块化多单元格电池。

背景技术：

传统的密闭式铅蓄电池，其缺点之一是：由于其内的电池极板采用的垂直放置方式而导致的电解液层化现象；电解液层化现象，即电解液浓度差的极化现象，这是电池容量下降及寿命缩短的主要原因之一。缺点之二是传统铅酸电池内部各单元格间通过铅条极耳焊接进行电连接，这使得电池内阻大大提高，造成电池无法大功率放电和快速充电。缺点之三是传统铅酸电池在极板装配完后，电池的装配压力靠电池壳挤压来承受，因此传统铅酸电池在承受强冲击时，电池结构容易变形而失效，抗震动能力差。缺点之四是传统电池生产对环境污染严重：板栅铅合金熔炼及板栅铸造成型工艺、采用外化成工艺产生极板洗涤所含酸、重金属的废水。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请提供一种模块化多单元格电池。

具体地，本申请的模块化多单元格电池，包括

电池芯，其包括若干双极性极板、正端子极板、负端子极板和隔膜；其中，所述双极性极板一半涂有正活性物质以作为正极板，另一半涂有负活性物质以作为负极板，中间留有一段未涂正、负活性物质的间隔区，用于各单元格之间的电连接；正端子极板涂有正活性物质以作为正极板，其一边留有一段未涂正活性物质的区域，作为电池芯的正极输出端；负端子极板涂有负活性物质以作为负极板，其一边留有一段未涂负活性物质的区域，作为电池芯的负极输出端；隔膜用于吸酸，以使双极性极板、正端子极板和负端子极板发生电化学反应而产生电；

压力框架，其具有底面和多侧面，用于放置所述电池芯；

压力盖板，其与所述压力框架配合将电池芯压装固定，并形成所述电池的各单元格，各单元格之间通过一隔绝物质进行隔绝；

电池盒及电池盖，用于封装被所述压力框架和压力盖板压装固定后的电池芯；

其中，所述正端子极板、双极性极板和负端子极板水平交替放置，各上下 极板之间都放置有所述隔膜。

在一较优实施例中，所述压力框架的外侧面的各单元格分界处，都开有孔，用于注入所述隔绝物质。

在一较优实施例中，压力框架还具有凸起边，压力盖板6还具有与所述凸起边配合卡接使用的凹槽。

在一较优实施例中，所述压力框架的底面和侧面的各单元格分界处都具有向内的凹槽，以当注入所述隔绝物质时，使各单元格间达到更好的密封效果。

在一较优实施例中，所述压力盖板上具有与单元格数量一致的安全阀孔，用于独立向各单元格内进行注酸和排气。

在一较优实施例中，所述各安全阀孔都配备有安全阀。

在一较优实施例中，所述压力盖板与压力框架卡接，相接处刷有环氧树脂胶，用于粘接并将各单元格与外界隔绝。

在一较优实施例中，所述正端子极板都放置于第一个单元格或最后一个单元格，相应地，所述负端子极板都放置于最后一个单元格或第一个单元格；所述模块化多单元格电池还包括两个铸件端子，用于分别与所述正、负端子极板未涂活性物质的区域电连接，以分别作为所述模块化多单元格电池的正、负输出端。

在一较优实施例中，所述电池盒及电池盖相接处，都加有环氧树脂胶，所述电池盒上还具有一安全阀孔，所述安全阀孔配备有安全阀。

在一较优实施例中，所述双极性极板为准双极性结构，其采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅的一半涂正活性物质作为正极板，在此铅网板栅的另一半涂负活性物质作为负极板，双极性极板的正、负活性物质间留十毫米左右的空隙，用于单元格间的线连接；所述正端子极板，其采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅上涂正活性物质，其中极板的一边留有一段未涂正活性物质的区域，作为正端子极板的端线；所述负端子极板，其采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅上涂负活性物质，其中极板的一边留有一段未涂负活性物质的区域，作为负端子极板的端线。

本申请的有益效果是：

依上述实施的模块化多单元格电池，由于所述正端子极板、双极性极板和负端子极板水平交替放置，各上下极板之间都放置有所述隔膜，避免了传统电解液层化的现象；

依上述实施的模块化多单元格电池，由于采用了双极性极板，其中间留有一段未涂正、负活性物质的间隔区，用于各单元格之间的电连接，实现了内部各单元之间的单体电池的可靠电连接，不再有传统极耳焊接带来的大内阻等问题，实现了大功率放电和快速充电；

依上述实施的模块化多单元格电池，由于引入压力框架和压力盖板，两者配合将电池芯压装固定，解决了极板膨胀变形和活性物质易脱落的难题，同时大大提高了电池的抗震动和耐冲击能力；

依上述实施的模块化多单元格电池，由于所述压力框架的外侧面的各单元格分界处，都开有孔，用于注入沥青和/或环氧树脂胶等隔绝物质，从而将电池中的各单元格隔绝，防止各单元格间串酸液和酸气，避免了电池内部一直处于串格状态而造成的存放或充放电时内部反应不一，避免了电池单元格间及电池间自放电不一致，保证了电池各单元格间的电池一致性和电池寿命。

依上述实施的模块化多单元格电池，由于各极板都是采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，因而大大提高了极板的耐腐蚀性能；

依上述实施的模块化多单元格电池，可根据需求调整多单元格的数量，从而可模块化地制成不同电压的电池，方便、有效和简洁。

附图说明

图1为本申请一实施例的模块化多单元格电池的剖视图，其中压力框架、压力盖板和电池盒被剖去一部分，以更好地说明模块化多单元格电池的结构。

图2(a)和(b)为本申请一实施例的双极性极板的主视图和俯视图；

图3(a)和(b)为本申请一实施例的正端子极板的主视图和俯视图；

图4(a)和(b)为本申请一实施例的负端子极板的主视图和俯视图；

图5为本申请一实施例的压力框架的结构示意图；

图6为本申请一实施例的压力盖板的结构示意图；

图7为本申请一实施例的被压力框架和压力盖板压装固定后的、并电连接有铸件端子的电池芯的示意图；

图8为申请一实施例的模块化多单元格电池组装第一层结构示意图；

图9为本申请一实施例的模块化多单元格电池压装前结构示意图；

图10为本申请一实施例的24v模块化多单元格电池的成品示意图；

图11为本申请一实施例的36v模块化多单元格电池压装前结构示意图；

图12为本申请一实施例的36v模块化多单元格电池的成品示意图；

图13为本申请一实施例的48v模块化多单元格电池压装前结构示意图；

图14为本申请一实施例的48v模块化多单元格电池的成品示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

请参照图1～图4，本申请提出了一种模块化多单元格电池，其包括电池芯、压力框架5、压力盖板6、电池盒10和电池盖11，下面具体说明。

电池芯包括若干双极性极板1、正端子极板2、负端子极板3和隔膜4。

请参照图2，双极性极板1的一半涂有正活性物质以作为正极板，另一半涂有负活性物质以作为负极板，中间留有一段未涂正、负活性物质的间隔区，用于各单元格之间的电连接。在一较优的实施例中，双极性极板1为准双极性结构，其采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅的一半涂正活性物质作为正极板，在此铅网板栅的另一半涂负活性物质作为负极板，双极性极板的正、负活性物质间留十毫米左右的空隙，用于单元格间的线连接。

请参照图3，正端子极板2涂有正活性物质以作为正极板，其一边留有一段未涂正活性物质的区域，作为电池芯的正极输出端。在一较优的实施例中，正端子极板2采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅上涂正活性物质，其中极板的一边留有一段未涂正活性物质的区域，作为正端子极板的端线。

请参照图4，负端子极板3涂有负活性物质以作为负极板，其一边留有一段未涂负活性物质的区域，作为电池芯的负极输出端。在一较优的实施例中，负端子极板3采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，在铅网板栅上涂负活性物质，其中极板的一边留有一段未涂负活性物质的区域，作为负端子极板的端线。上述各极板都是采用固态挤压工艺把铅包覆玻璃纤维制成铅丝后，再织网制成铅网板栅，因而大大提高了极板的耐腐蚀性能，同时生产过程中不会产生像传统电池生产一样的严重环境污染问题。

隔膜4用于吸酸，以使双极性极板1、正端子极板2和负端子极板3发生电化学反应而产生电。

请参照图5，为压力框架5的一种结构示意图，其可以形成12个单元格。在一实施例中，压力框架5具有底面和多侧面，用于放置电池芯。在一实施例中，压力框架5的外侧面的各单元格分界处，都开有孔52，用于注入沥青和/或环氧树脂胶等隔绝物质。在一实施例中，压力框架5的底面和侧面的各单元格 分界处都具有向内的凹槽51，以当注入隔绝物质时，使各单元格间达到更好的密封效果。

请参照图6，为压力盖板6的一种结果示意图。在一实施例中，压力盖板6与压力框架5配合将电池芯压装固定，并形成电池的各单元格，各单元格之间通过隔绝物质进行隔绝。在一实施例中，压力盖板6上具有与单元格数量一致的安全阀孔61，用于独立向各单元格内进行注酸和排气。在一实施例中，各安全阀孔61都配备有安全阀9，安全阀9可配置胶帽。在一实施例中，压力盖板6向内的一面，即与电池芯接触的那一面，具有凹槽63，其作为内部排气或注酸的通道。在一实施例中，压力盖板6向内的一面，各单元格分界处还具有凹槽64，用于注胶或沥青时作为胶或沥青与压力盖板6的密封接触面，以使各单元格间达到更好的密封效果。

电池盒10和电池盖11，两者配合用于封装被压力框架5和压力盖板6压装固定后的电池芯。

在一实施例中，压力框架5与压力盖板6是通过压力框架5上的凸起边53与压力盖板6上配合使用的凹槽62进行卡接。

请参照图7，正端子极板2都放置于第一个单元格或最后一个单元格，相应地，负端子极板3都放置于最后一个单元格或第一个单元格；模块化多单元格电池还包括两个铸件端子8，用于分别与正、负端子极板2、3未涂活性物质的区域电连接，以分别作为模块化多单元格电池的正、负输出端。

在上述各实施例中，压力框架5上的凸起边53与压力盖板6的凹槽62相接处，都刷有环氧树脂胶，用于粘接并将各单元格与外界隔绝。类似地，电池盒10和电池盖11各相接处，也可以都刷环氧树脂胶，用于粘接及密封等。

在上述各实施例中，正端子极板2、双极性极板1和负端子极板3水平交替放置，各上下极板之间都放置有隔膜4。下面通过一个实际例子来进一步说明。

请参照图8，在组装设备上固定压力框架5，压力框架5有前后横向两个组装位，每个组装位可组装6个单元格，共12个单元格进行串联。具体地，组装有前后左右四个方位，不妨令第一单元格为前右方位，则第六单元为前左方位，第七单元格为后左方位，第十二单元格为后右方位。用机械手在压力框架5的第一到第十二单元格对应的各单元格的位置上依次放置一片隔膜4。

接着在隔膜4上水平放置双极性极板1，具体地，从第一单元格到第十二单元格放置六片双极性极板1，第一片双极性极板1的负极板(指双极性极板1上涂有负活性物质的极板地带)放在第一单元格区域，正极板(指双极性极板1上涂有正活性物质的极板地带)放在第二单元格区域，第二片双极性极板1的 负极放在第三单元格区域，正极放在第四单元格区域，第三片双极性极板1的负极放在第五单元格区域，正极放在第六单元格区域，第四片双极性极板1的负极放在第七单元格区域，正极放在第八单元格区域，第五片双极性极板1的负极放在第九单元格区域，正极放在第十单元格区域，第六片双极性极板1的负极放在第十一单元格区域，正极放在第十二单元格区域，这样，自然而然地，双极性极板1正、负活性物质间留有约10mm的间隔区定位在压力框架5单元格间分界处。

接着再在每单元格上放一片隔膜4，十二个单元共十二片隔膜，每一片双极性极板1的正极和负极上分别放置有一片隔膜4

接着再在第一单元格放置一片正端子极板2，第十二单元格放置一片负端子极板3，第二单元格和第三单元格放置一片双极性极板1，其正极位于第三单元格区域，负极位于第二单元格区域，第四单元格和第五单元格放置一片双极性极板1，其正极位于第五单元格区域，负极位于第四单元格区域，第六单元格和第七单元格放置一片双极性极板1，其正极位于第七单元格区域，负极位于第六单元格区域，第六、第七单元格位于电池拐角处，因此该片双极板放置位置相对其它极板为前后垂直位置。第八单元格和第九单元格放置一片双极性极板1，其正极位于第九单元格区域，负极位于第八单元格区域，第十单元格和第十一单元格放置一片双极性极板1，其正极位于第十一单元格区域，负极位于第十单元格区域，另外第一单元格的正端子极板2和第十二单元格的负端子极板3的端线分别向外朝向电池的右边方位。

这样就完成正负一层电池的组装，可以根据组装的电池层数依次一直向上叠加隔膜4和各极板。

请参照图9，如此，各极板的排列是按照从前位右到左，从后位左到右，从下到上，正、负极板(正极板指正端子极板2和双极性极板1上的正极板；负极板指负端子极板3和双极性极板1上的负极板)交错放置的顺序放置，并每片极板的上下均是被隔膜4包覆，双极性极板1正负活性物质间留有约10mm的间隔区定位在压力框架5单元格间分界处位置，如此，完成整个电池芯的组装。

接着，将压力盖板6放置于压力框架5上，在两者的粘贴位置刷胶，用压装机设备把压力盖板6与压力框架5粘接固定，压装设计压力可达100kpa。

之后，对第一及第十二单元格的电池芯的端线，即正端子极板2和负端子极板3露出的端线分别铸焊上铸件端子8，以分别作为模块化多单元格电池的正极和负极。

再通过从压力框架5的外侧面单元格分界处的孔52内注入沥青或胶，使沥青或胶完全填充并密封住压力框架5及压力盖板6的单元格分界处，以便将各单元格隔绝，通过上述过程，实现了十二个单元格间的完全单独密封与隔离。

之后，从压力盖板6上的安全阀孔61通过抽真空后分别独立地向各单元格内注酸，电池再进行化成。

电池化成完后，安上安全阀9的胶帽，再安装电池盒10及电池盖11，在电池盖11与电池盒10密封面的凹槽，电池盖11与电池盒10的相接密封处，都加有胶，用于粘接密封，作为电池保护外壳，并在电池外壳10上安装外安全阀7，成为成品电池，如图10所示。

上述制成的模块化多单元格电池，其各单元格可视为2v的单体电池，因此，上述的模块化多单元格电池由于具有12个单元格，故其为24v的电池，其可通过调整单元格的数量，制成不同电压规格的模块电池，例如制成2～48v的模块电池等。例如，图10为本申请一实施例的24v电池示意图；图11和图12为本申请一实施例的36v电池示意图；图13和图14为本申请一实施例的48v电池示意图。

本申请为解决传统铅酸电池中电池液分层、无法高倍率充放电、抗震动能力差及生产过程环境污染严重等问题，发明人考虑将2v模块化多单元格电池生产技术更改为铅包覆挤压板栅技术、双极板技术、压力框架技术、新密封技术、单元格模块化生产。

本申请通过以2v单体电池为基础，可通过双极板组装串接，形成2～48v的模块电池。通过采用基于铅包覆玻璃纤维制成铅丝后织网制成板栅技术，这大大提高各极板栅耐腐蚀性能，从而大大提高电池循环寿命。通过采用准双极板技术，单体电池单元间的串联由铅网直接连通实现，实现了内部单体电池的可靠连接，不再有极耳焊接的问题，解决了传统电池的浓差极化现象，同时使电池可大功率放电和快速充电。采用压力框架结构技术，解决了极板膨胀变形和活性物质易脱落的难题，同时大大提高了电池的抗震动和耐冲击能力。同时在单元格间注胶或沥青来实现电池芯单元格间的密封，解决了电池单元格间内部串液串气而造成的电池单元格间及各单体电池间自放电不一致，大大提高了电池的荷电保持能力及电池的一致性。

通过以上技术有效结合，使2v模块化多单元格电池具有高比能量、大功率充放电、抗震动能力强、循环寿命长等新特点，这些优点都是现传统电池技术所无法比拟的。同时该技术保证保持传统铅酸电池的其它优异性能不受影响，部分性能达到锂电池水平。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。