一种水平铅酸电池的制作方法

本发明涉及一种蓄电池，尤其涉及一种密封性能良好的水平铅酸电池。

背景技术：

铅酸电池始于1859年gastonplante关于pb电极在10wt％的硫酸溶液中充放电的研究。1881年，camillefaure将红铅、硫酸和水混合而成的铅膏涂布于铅板作为电极，ernestvolckmar将铅板变更为铅板栅。这两项技术缓解了铅酸电池正负极铅膏软化脱落，有效地提高了铅酸电池的容量。铅酸电池结构由此基本成型并走向成熟。经过150余年的研究和改进，铅酸电池在极板、添加剂、隔板材料以及制造工艺等方向都得到了革新。目前，铅酸电池产量和储电量仍然雄踞化学电源之首，正在为人类社会的发展和进步做出巨大的贡献。因其具有稳定可靠、无记忆效应、价格低廉、可做成单体大容量电池等优点，铅酸电池已被广泛用作汽车启动电源、不间断电源、从电动自行车到柴油潜艇的动力电源和储能电源等等。

传统铅酸电池的基本结构是由涂有铅膏的板栅形成正负极板，正负极板之间用隔膜分隔，正负极板焊接到相应的汇流排后通过极柱将电池电流与外部连接，电池盖将电池密封，防止电解液流出。传统铅酸电池的极板采用垂直的方式放置，使用过程中会出现电解液层化现象，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。

为了解决以上问题，人们开发出了一种水平铅酸电池：极板为准双极结构，即在板栅的一边涂覆正极活性物为正极板，另一边涂覆负极活性物为负极板；双极板间用隔膜隔开，按照一定的位置水平交错叠放(如图1所示)，然后安装压力框架固定，形成电池模块装入电池槽中，经铸焊后进行密封，然后经过灌酸、化成，最终制成水平电池，如美国electrosource公司1993年申请的专利us5409787与1998年申请的专利us6074774所记载的内容。

然而，这种水平铅酸电池虽然解决了电解质层化现象，且内阻小、轻量化，单元格之间的串联由连接双极板的铅丝直接实现，无需焊接(传统单元格串联，先将上一单元的焊接成一体的正极引出端与下一单元的焊接成一体的负极引出端再通过焊接的方式成为一体，实现相邻单元格的串联)，但是却存在另一个与生俱来的致命缺陷：不同单元格之间极易发生窜液或窜气(窜液指不同单格电池间电解液连通，造成单格间短路；窜气指某一单格的气体，尤指正极氧气，本应在负极与海绵铅化合成氧化铅，然后氧化铅与硫酸反应生成硫酸铅，硫酸铅再充电还原成铅，从而避免了该单格水的丧失，但如果单格间没有完全密封，则该单格产生的氧气则会窜到相邻单格，从而造成该单格的失水，同时，也引起相邻单格负极放电；这两种情况都伴随发热，而温度每升高10度，板栅腐蚀会增加一倍)，导致电池自放电增大、铅丝腐蚀加剧、成组一致性差，严重影响电池使用寿命，极大地影响电池的使用寿命，这也是限制水平铅酸电池应用的首要因素。

要想抑制水平铅酸电池单元格之间的窜液或窜气，就必须解决单元格之间的密封问题，而在单元格之间设置隔离件(或者叫密封件、分隔件、隔绝物)是可行性较高的方案。cn104160526a在实施例中公开了一种矩形电化学存储设备，通过衬垫+垫片+灌封化合物形成离子绝缘的隔离屏障；cn103208633a公开了一种水平电池，设有阻隔电池极群间电解液流通的分隔件，所述分隔件为设置在层叠的正极板和负极板之间的连接塑料框，连接塑料框与塑料板栅边框通过超声波焊接融化在一起；cn107305966a公开了一种模块化多单元格电池，各单元格之间通过一隔绝物质进行隔绝，压力框架的侧面和底面的各单元分界处设置有开孔或者凹槽，用于注入所述隔绝物质形成密封；cn107026287a公开了一种铅酸水平电池的制作方法，通过隔壁、密封件、填充剂的配合进行密封，其多个密封件的填充空上下依次连通形成填充通道。

虽然上述几个专利都提出了在单元格(相当于电池极群)之间设置隔离件的技术方案，但是，由于双极板之间的铅丝细而密集，其密封非常困难，而通过开孔或者缺口设计再灌装填充剂的方案非常难控制，填充剂会通过孔洞或缺口向各个方向流动，无法控制其仅在竖直方向形成理想的隔绝屏障，即使过量填充也无法实现。同时，如何将隔离件与电池的其他结构很好地装配在一起，且达到密封要求，仍然是水平铅酸电池实现工业化生产和应用的关键因素之一。

技术实现要素：

本发明提供一种水平铅酸电池，能够实现水平铅酸电池单元格之间的密封，解决水平铅酸电池单元格之间的窜液或窜气问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种水平铅酸电池，包括电池壳体以及设置于电池壳体内的一个或多个电池极群，所述电池极群包括正端子极板、层叠放置的若干准双极性极板、负端子极板以及设置于正负极板之间的隔膜，所述准双极性极板一端涂有正极活性物质、另一端涂有负极活性物质、中间留有一段用于正负极板电连接的裸露铅丝，其特征在于，所述相邻电池极群之间设置有供铅丝垂直通过且隔绝不同电池极群间的液体和/或气体流动的隔离屏障，所述隔离屏障与所述铅丝相交的间隙填充有密封介质；所述电池壳体与所述隔离屏障相交的位置设置有围绕所述隔离屏障四周的环型容胶槽，所述容胶槽填充有用于密封所述电池壳体和所述隔离屏障的间隙的密封介质。要解决水平铅酸电池不同单元格之间的窜液窜气现象，就要对单元格空间实现完全的密封，隔绝液体和气体流动，本技术方案使铅丝穿过隔离屏障，并在交叉的地方以密封介质填充，并在隔离屏障的四周也设置特殊结构部容置密封介质，将隔离屏障与壳体之间的空隙填充密封，这样，单元格就实现了完全的密封。密封介质以熔点低、凝固后与壳体和铅丝间不产生裂纹或间隙的绝缘材料为宜，如环氧胶，或者热熔塑料，或者石蜡，等等。

13、进一步的，上述电池壳体为由分离的底板、侧板、顶盖组装而成。隔离屏障与壳体之间的密封要求电池壳体设置环形容胶槽，但是，现有的整体式电池壳体在模具注塑时，脱模时必须将模具拔出，拔模斜度的存在使得整体电池壳体无法制造满足精度要求的容胶槽，而设置成分离的电池壳体，则消除了制造凹槽的拔模斜度的影响，且可以设置满足精度要求的其他结构，也加大了电池壳体的设计空间，如能够承受加大的组装压力而无需电池额外装配压力框架，也有利于电池轻量化设计。

进一步的，每个所述电池极群的两侧均设置有至少一个隔离屏障及其周围的密封介质。解决不同单元格之间的窜液窜气，只需在单元格之间设置一个隔离屏障即可；而每个单元的两侧均设置隔离屏障，可以将首尾两端的单元格密封，这样可以使与外部连接的焊点与容酸空间分离，能进一步降低腐蚀，降低电池部件密封要求，如端盖与电池槽和上盖只需保证熔接或粘接强度，对密封性则无要求；另外，也可以保证首尾两端的单元格与中间单元格容酸体积完全相同，从而提高单体电池之间的一致性。

进一步的，还包括设置于所述隔离屏障之外、与电池电解质存在空间相隔离的汇流排。汇流排与容酸空间之间设置隔离屏障，可以减少汇流排的腐蚀，有利于提高电池寿命和性能。

进一步的，上述侧板在每块负极板的延伸方向上设置有负极活性物质容置槽，该负极活性物质容置槽与任意正极板相分离。该容置槽可以为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间，在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向两侧方向延伸，而不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，从而提高电池的综合性能和使用寿命。

进一步的，上述侧板与所述顶盖通过螺钉或者热熔或者燕尾自锁紧固。该结构既能形成密封容器，也能够承受一定的组装压力，不需要额外的压力框架而允许电池内部存在较大的组装压力，有利于简化组装、减轻电池总重。

进一步的，上述隔离屏障为由若干弹性条形结构排列组合而成，所述铅丝夹在上下相邻的条形结构之间通过胶粘或热熔或超声的方式连接成一体。条形结构指的是长度明显大于宽度的形状，并不限定为规则长方体，例如侧面具有一定弧度也属于上述条形结构。

进一步的，上述条形结构的高度与水平铅酸电池上下层铅丝之间的间距相当，所述条形结构沿高度方向的至少有一端设置有用于容置封装胶的纵向凹槽；尺寸相当是指尺寸基本一致，即在误差允许范围内相同。因为条形结构具有一定的弹性，所以对铅丝没有损伤，在一定的组装压力下，由多个弹性组成的隔离屏障就成为了水平铅酸电池单元格之间的密封的第一道防线，同时可以预留通道填充密封介质进行完全的密封；沿高度方向的两端即为条形结构的上端和下端，在条形结构的上端和下端设置凹槽，在组装过程中注入液态密封介质，利用其流动性和粘接性填充预留的和潜在的空隙，固化后可以同时实现密封和粘接。

进一步的，上述纵向凹槽贯通至电池壳体对应位置的容胶槽。也就是说，该凹槽设置为通槽，这样在灌装液态封装胶的时候，可以适量过量保证完全充满通道，多余的液态封装胶可以通过侧面的开口流出到与电池壳的空隙中，也可以使结构中的气泡通过侧面开口排出，提高密封隔离效果。

进一步的，上述物理屏障为具有夹心空腔的双层或多层墙壁，所述墙壁在铅丝通过的位置设置有开孔或者开槽。物理屏障的设置可以有多种，只要能供铅丝无损通过、间隙能够密封即可。

进一步的，上述侧板对应每一单元格底部均设有注酸孔，所述顶盖顶部对应每一单元格均设有泄气阀安装孔，这样的设置不仅安全性更高，也减少了气压的影响，更适于操作。

进一步的，上述侧板与所述顶盖自锁后在两侧接触面形成贯通各个单元格的密封胶槽。在形成的密封胶槽中填满密封胶，能够进一步提升密封效果。

本发明的有益效果如下：

1)本发明利用隔离屏障和密封介质，能使水平铅酸电池极板之间密集的铅丝无损通过，且铅丝周围的小缝隙也被很好地密封，能实现水平铅酸电池单元格之间的密封，理想地解决了水平铅酸电池单元格之间的窜液或窜气问题，减小了水平铅酸电池的自放电，降低了铅丝的腐蚀，提高了电池芯成组一致性，极大地影响电池的使用性能和循环寿命；

2)本发明利用分离式壳体，解决了整体式壳体由于制作工艺的局限无法制造满足精度要求的容胶槽的问题，能够与隔离屏障良好地配合密封，且制造工艺简单，设计空间大，可以加定位结构和注胶通道，顶盖和侧板的紧固方法又能够承受电池组件一定的组装压力，可以节约现有结构中压力框架构件，有利于电池轻量化，且电池的装配方式也更灵活；

3)本发明采用了独立的侧板，侧板的设计自由度变大，可以在侧板内壁与负极板对应的位置设置负极活性物质容置槽，为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间，在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向两侧方向延伸，而不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，从而提高电池的综合性能和使用寿命；

4)本发明不同单元格的完全密封，使得汇流排可以与电解质存在的容酸空间相分离，可以大大降低汇流排的腐蚀，延长电池使用寿命；

5)本发明的隔离屏障设计巧妙，既允许铅丝通过又不会对铅丝造成损伤，且空隙不太大，可以利用密封介质完全填充密封，且通过隔离屏障的不同结构的设计，甚至相当于多层隔离效果，密封效果十分可靠。

【附图说明】

图1为传统的水平铅酸电池的电池芯示意图；

图2为实施例一的水平铅酸电池的分解示意图(密封介质未画出)；

图3为实施例一的条形结构的俯视图、侧视图、仰视图和剖面图(最左侧为a-a向剖视图，最右侧为右侧视图，中间三个图从上到下依次为俯视图、前视图或后视图、仰视图，下同)；

图4为实施例一的电池芯组装示意图；

图5为局部m的放大图；

图6为实施例一的侧板内壁的示意图；

图7为实施例一的侧板的俯视图；

图8为实施例一的侧板的a-a向剖视图；

图9为实施例一的底板内壁的示意图；

图10为实施例一的顶盖的示意图；

图11为实施例一的顶盖的侧剖图；

图12为实施例一的顶盖与侧板的组合示意图；

图13为实施例二的条形结构的示意图；

图14为实施例三的条形结构的示意图；

图15为实施例四的橡胶条的示意图；

图16为实施例五的侧板的示意图；

图17为实施例六的侧板与顶盖的示意图；

图18为实施例七的隔离屏障的示意图。

【具体实施方式】

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。本发明中的方向描述是以极板所在平面为水平面，以电池底壳所在平面为基准面，所述的纵向、横向、竖向分别对应于某一立体结构的长、宽、高方向；本文所述的铅丝也可以为合金铅丝或者复合铅丝等效果等同于铅丝的导线。条形结构指的是长度明显大于宽度的形状，并不限定为规则长方体，例如侧面具有一定弧度也属于上述条形结构。最终密封介质的形状是由容置密封介质的空间所决定的，因此在示意图中未显示密封介质。尺寸相当是指尺寸基本一致，即在误差允许范围内相同。上、下、左、右、顶端、侧端、两侧是指以附图为参照的相对方位描述，并非限定绝对位置。

现有技术中的传统水平铅酸电池的电池芯示意图如图1所示，即在板栅的一边涂覆正极活性物为正极板1，另一边涂覆负极活性物为负极板2；正极板1和负极板2用隔膜3隔开，按照一定的位置水平交错叠放；板栅裸露的导线即为铅丝5，起到传输电流的作用；图1为三组电池极群，相当于三个电池单元格4；电池芯首末两端为正端子极板和负端子极板，正端子极板仅有一边涂有正极活性物质，另一边作为电池芯的正极输出端，而负端子极板仅有一边涂有负极活性物质，另一边作为电池芯的负极输出端。

本发明的水平铅酸电池因为单元格的良好密封，因此非常适用于多组电池极群的电池，也可以以任何方向放置，不限定于必须水平放置；如果采用直线结构占用空间过大，可将电池极群组合设计左右“u”型结构和上下“u”型结构，通过与侧板或者底板类似的结构作为隔板进行分隔，调整其空间体积。对于上下“u”型结构，上述隔板为水平向设置，所述侧板设置有与所述水平放置的隔板固定配合的定位部，隔板的上表面与底板的内表面相同，隔板的下表面与顶盖的内表面相同。对于左右“u”型结构，所述隔板为垂直向设置，所述底板和顶盖设置有与所述垂直放置的隔板固定配合的定位部，隔板的左侧面与右侧板的内表面相同，右侧面与左侧板的内表面相同。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

实施例一

一种水平铅酸电池，其主要结构的分解示意图如图2所示，包括电池壳体以及设置于电池壳体内的多个电池极群，所述电池极群包括正端子极板、层叠放置的若干准双极性极板、负端子极板，在本实施例中，统称为极板6不予区分；正负极板之间设置有用于吸酸以及隔绝正负极板的隔膜，所述准双极性极板一端涂有正极活性物质、另一端涂有负极活性物质、中间留有一段用于正负极板电连接的裸露铅丝5，相邻的两列铅丝5之间的结构我们称之为一个单元格，图1和图2的电池均以三个单元格为例进行示意。

本实施例中，相邻单元格之间设置有供铅丝5垂直通过且隔绝不同电池极群间的液体和/或气体流动的隔离屏障，该隔离屏障由若干橡胶材质的弹性条形结构7排列组合而成，每个条形结构7的高度与水平铅酸电池上下层铅丝之间的间距相当；条形结构7的上端设置有一个贯通至两侧的纵向凹槽701，底端为平面，如图3所示；纵向凹槽701内可以容置环氧胶等密封介质，铅丝5夹在上下相邻的条形结构之间通过纵向凹槽701填充的环氧胶粘接连接成一体，如图4和图5。因为条形结构701具有一定的弹性，所以对铅丝5没有损伤；在一定的组装压力下，由多个弹性条形结构7可以紧密接触，基本没有孔隙存在，就成为了水平铅酸电池单元格之间的密封的第一道防线，同时可以纵向凹槽701填充密封介质，可以保证不存在任何孔隙，使得密封完全可靠；纵向凹槽701贯通至两侧形成开孔，既可以在注胶时排出气体，也可以将注胶工序后移，在组装完成后统一注胶。

14、为了将隔离屏障装于电池壳中，并被与电池壳体相交的位置形成密封，本实施例的电池壳体设置为分离式的，由单独的侧板110、底板120和顶盖130组装而成。图6～8为侧板的示意图，图9为底板的示意图，图10～11为顶盖的示意图，图11为侧板与顶盖组合的示意图。两侧板110、底板120和顶盖130的内侧面均设置有注胶槽，组合之后形成围绕隔离件四周的用于容置密封胶的环形容胶槽。侧板110设置定位面111，所述底板设置有定位槽121，定位面111和定位槽121配合使侧板110与底板120粘接在一起。侧板110与底板120的结合优选面与槽的定位配合，可以将定位面设置于底板，定位槽设置于侧板。顶盖130的边缘设置有燕尾台131，两侧板110与燕尾台131对应的位置设置有燕尾槽113，二者相互配合可以使侧板110与顶盖130自锁固定，自锁后在两侧接触面形成贯通各个单元格的密封胶槽。该结构既能形成密封容器，也能够承受一定的组装压力，不需要额外的压力框架而允许电池内部存在较大的组装压力，有利于简化组装、减轻电池总重。

电池的泄气阀133设置于顶盖130上，用于将多余的气体排出电池，为了安全，每个密封的单元格(对应于每组电池极群)都应设置有一个泄气阀。顶盖与侧板之间的配合间隙134通过环氧胶密封；同样的，侧板与底板之间的配合间隙也通过环氧胶密封。注胶槽112的形状无法进行限定，能够实现容置密封介质的功能即可；但是为了进一步的定位，形成注胶槽112的两个棱边115最好略高于平板平面，以方便同时实现定位和注胶功能。

在每个单元格的两侧均设置隔离屏障，可以将首尾两端的单元格密封，这样可以使汇流排9与容酸空间分离，能进一步降低腐蚀，甚至端盖11在此都不是必需的。汇流排9与容酸空间之间设置隔离屏障，可以减少汇流排的腐蚀，有利于提高电池寿命和性能。

本实施例水平铅酸电池的组装可以先组装电池芯：在底板120上，组装一层条形结构7，组装一层隔膜3和极板6，在条形结构7上端的纵向凹槽701内注胶，再组装一层隔离件7，再组装一层隔膜3和极板6，循环放置设定层数，组装两侧板110，在注胶槽内注入环氧胶，粘接密封，在一定的装配压力下装入电池外壳，将顶盖130与侧板110装配紧固，再补胶，固化密封介质，接着组装汇流排、端子、端盖和上盖，完成组装(这是简化的组装过程，细节配件的组装没有包含在内)。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于，本所述条形结构7在上端设置有一个用于容置封装胶的凹槽，但并未贯通至左右两侧；在下端设置有两个平行的、窄的溶于容置封装胶的凹槽并贯通至左右两侧，形成开口，如图12所示。在一定的组装压力下，该结构形成凹槽的壁相当于可形成多层隔离壁，密封隔离效果更好。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，所述条形结构7在上端和下端均设置有三个用于容置封装胶的对称的凹槽，该凹槽贯通至左右两侧，形成开口，如图13所示。并列的三个凹槽中间凹槽的宽度较大，两侧的凹槽宽度较窄；这样的按照一定比例设置的宽度不同的凹槽，可在中间凹槽加入过量的封装胶，保证中间凹槽的密封胶固化后形成无空隙、无裂纹的隔离效果，多余的胶会被挤压流至两侧的窄凹槽，留有一定的容置多余胶的空间，同时也相当于形成多层隔离效果，实现单元格之间理想的密封隔离效果。

本实施例水平铅酸电池的组装可以先组装电池芯：组装一层条形结构7，组装一层隔膜3和极板6，在条形结构7上端的纵向凹槽701内注胶，固化，形成单层电池芯；然后将多层电池芯与底板120定位熔接，再组装两侧板110，在注胶槽内注入密封胶，粘接密封，在一定的装配压力下装入电池外壳，将顶盖130与侧板110装配紧固，再补胶，固化密封介质，接着组装汇流排、端子、端盖和上盖，完成组装。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于，该电池的隔离屏障由两层墙体组成，两层靠近的墙体之间形成空腔，空腔内充满了密封介质，如胶体或塑料，可通过加热使之固化，起到密封和粘接作用；每层墙体由若干个橡胶条402排列而成，如图15，铅丝从上下两个橡胶条之间穿过。

本实施例水平铅酸电池的组装可以先组装电池芯：在底板上，组装一层条形结构402，组装一层隔膜3和极板6，再组装一层隔离件7，再组装一层隔膜3和极板6，使铅丝5穿过上下两个条形结构402之间，循环放置设定层数，组装两侧板110，在注胶槽内注入环氧胶，使其流动填充满两层墙体之间的空腔，在一定的装配压力下装入电池外壳，将顶盖130与侧板110装配紧固，通过注胶孔注入密封介质，固化，接着组装汇流排、端子、端盖和上盖，完成组装(这是简化的组装过程，细节配件的组装没有包含在内)。

实施例五

实施例五与实施例一的不同之处在于，侧板510设置有用于与底板粘接或熔接的定位面513，所述底板设置有配合所述定位面的定位槽，侧板510与底板通过定位面513与定位槽的粘接或熔接形成密封固定连接。侧板510在每块负极板的延伸方向上设置有负极活性物质容置槽513，如图16，该负极活性物质容置槽513与任意正极板分离，也就是说，该容置槽513与任意正极板均不接触。该容置槽513可以为膨胀的负极活性物质在负极板的延伸方向提供一定的容置空间，在电池外壳的组装压力下，膨胀的负极活性物质会优选向两侧方向延伸，而不会沿着极板的边缘缝隙爬升进而与正极板接触短路，从而提高电池的综合性能和使用寿命。以图示方向为准，负极活性物质容置槽513的高度t一般比负极板的厚度大0.5～2mm，长度与负极板的长度相当，槽深d为0.5～5mm。

实施例六

与实施例一的不同之处在于，实施例三的侧板与顶盖的组合不是通过燕尾台，而是通过销钉或者螺丝，如图17所示。侧板310设置有钉孔316，顶盖330的边缘相应的位置也设置有孔洞，二者通过销钉或者螺丝360配合紧固。排气阀333设置于顶盖330上，顶盖330与侧板310的配合间隙334通过密封胶密封；同样的，侧板310与底板320之间的配合间隙也通过密封胶密封。

实施例七

实施例七与实施例一的不同之处在于，该电池的隔离屏障为一体成型结构，顶部和底部有若干连接条固定，使竖立的两个墙体形成固定的间距，如图18所示，隔离墙的内部设置有空腔，空腔内充满了可固化的流体，如胶体或塑料，可通过加热使之固化，起到密封和粘接作用。隔离屏障还设有供铅丝通过的对应的狭缝。

技术效果比较：

表1水平电池自放电和循环寿命