一种电池嵌入式结构及其制备工艺与应用的制作方法

1.本发明涉及电池领域，尤其涉及ipc h01m2领域，更具体地，涉及一种电池嵌入式结构及其制备工艺与应用。


背景技术：

2.随着科技的发展，人们对于蓄电池的需求越来越高，而现有的蓄电池自放电现象严重，且放电倍率低，导致其使用寿命低，极大地限制了其应用。
3.现有技术中，申请公布号为cn 112086646a的专利申请文件，公开了一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法，通过改进正极板，从而降低铅酸蓄电池在高温状态下下水分的损失和泥化脱落现象，从而提高了铅酸蓄电池在高温状态下的循环寿命，但是其放电倍率低且容量不高。
4.申请公布号为cn 104993178a的专利申请文件，公开了铅酸蓄电池增容激发剂、增容系统及其增容方法，通过新发明的增容激发剂配合增容循环方法，能够使得激发剂快速均匀的分布在蓄电池内部，从而能够降低界面电阻，改善蓄电池的性能。
5.现有技术中大多通过改进正负极以及电解液的方法来改进蓄电池的性能，但是其改进程度有限，无法在缓解蓄电池自放电现象的同时，还具有高的放电倍率和使用寿命。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种电池嵌入式结构，包括：正极板、负极板、隔板、电解液、导电材料、极耳、极柱、电池外壳、铅条。
7.优选的，所述正极板材料为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、二氧化铅中的一种或多种。
8.优选的，所述负极板材料为石墨、海绵铅、软碳、硬碳中的一种或多种。
9.优选的，所述隔板的主要材料为聚氯乙烯(pvc)塑料隔板、微孔硬橡胶隔板、玻璃纤维隔板中的一种或多种。
10.优选的，所述玻璃纤维隔板为agm玻璃微纤维隔板和玻璃纤维复合隔板中的一种或多种。
11.优选的，所述隔板厚度为0.1-1mm；进一步优选的，为0.5mm。
12.优选的，所述电解液为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、硫酸中的一种或多种的水溶液；进一步优选的，为硫酸的水溶液。
13.优选的，所述电解液还包括硫酸盐。
14.优选的，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸锌、硫酸铜中的一种或多种；进一步优选的，为硫酸钠。
15.优选的，所述硫酸盐的重量为电解液总量的0.1-5％；进一步优选的，为1％。
16.优选的，所述电解液的配制步骤为：将硫酸顺着玻璃棒慢慢倒入去离子水中，调节溶液的密度，加入硫酸盐混合均匀即得。
17.优选的，所述电解液配制过程中调节溶液的密度为1.2-1.4g/cm3；进一步优选的，
为1.28-1.30g/cm3。
18.优选的，所述导电材料为铅、导电石墨、铜、铝、锌、镍、锡、银中的一种或多种。
19.申请人发现，通过在各极板之间嵌入导电材料，能实现蓄电池大倍率放电，延长电池使用寿命。这可能是由于在极板和隔板之间有空隙，从而会影响其放电倍率。申请人发现在各级板之间嵌入导电材料，不仅能使得电池两级大面积接触，极大的增加了电子的导通截面积，放电效果好，而且对于不同的电池，可以嵌入不同的导电材料，例如铅酸电池嵌入铅，锂电池嵌入石墨，锌锰电池嵌入锌等，使得电池还具有一定的抗腐蚀性，从而能够延长电池的使用寿命。而且导电材料无需处理可以直接使用，操作成本低。
20.优选的，所述极耳的主要材料为铝合金、镍、铜镀镍中的一种或多种。
21.优选的，所述极柱为铝极柱、铜极柱、铅极柱中的一种或多种。
22.优选的，所述电池外壳为硬橡胶壳、聚丙烯塑料壳、abs塑料壳中的一种或多种。
23.本发明第二方面提供了一种电池嵌入式结构的制备工艺，包括如下步骤：
24.s1、用隔板将正负极极板交错堆叠形成群组，其中正极板比负极板多一片；
25.s2、在各极板之间嵌入导电材料；
26.s3、将相应的群组通过焊接极耳连接；
27.s4、将正负极板之间通过铅条连接；
28.s5、将极柱焊接在相应的正负极极板上；
29.s6、将步骤s5所得的样品装入电池外壳中；
30.s7、往外壳中注入电解液，封盖，即得。
31.优选的，步骤s1中所述堆叠方式为水平堆叠。
32.在一些优选的方案中，正负极板交错堆叠采用采取水平叠放的方式，能够延缓活性物质脱落，避免电解液分层，从而降低了浓差极化，减少了电池内阻，使得制备出的电池具有交优异的充放电能力，但是其自放电较大，会影响电池的使用寿命。申请人意外发现，正负极板之间通过搭桥连接方式，可以有效的减少电池的自放电，这可能是由于传统电池的单电池群组之间没有隔壁，电解液和正负极板之间会产生自放电，通过搭桥方式连接正负极板，不仅能够有效减少电池的自放电现象，而且连接可靠性高，电池两级能够与电解液大面积接触，从而大大提升了电池的性能。
33.本工艺制备的每个电池群组中，正极板比负极板多一片。在传统的电池中，正极板的活性物质的机械强度比负极板的差，因此发生充放电反应时，正极板体积增大较多，会形成拱曲使得活性物质大量脱落，影响电池的循环稳定性和容量。而本技术通过在各级板之间嵌入导电材料，且在各极群组之间用极耳配合搭桥结构，能够缓解正极板在充放电时的体积膨胀，尽可能的提高群组之间的基板数量，从而提高电池的放电能力，进一步提高了电池的容量和使用寿命。
34.优选的，步骤s2中所述嵌入方式为人工焊接、铸焊、熔焊、矩阵压入、铆接、超声焊、电阻焊中的一种或多种。
35.在一些优选的方案中，步骤s2中嵌入导电材料的方式不限于并不限于铸焊等机械方式，可采用多种嵌入方式，如熔焊、矩阵压入、铆接、超声焊、电阻焊，甚至人工也可以完成。筑焊工艺复杂，且设备昂贵，具有较高的生产成本，而熔焊、矩阵压入、铆接、超声焊、电阻焊操作简单，不限于设备机械手去焊接，人工也可以完成，操作方式更灵活，嵌入方式简
单实用，可以降低生产成本，实现产业化，具有高的经济效益。
36.本发明第三方面提供了一种电池嵌入式结构的应用，一种电池嵌入式结构可应用于铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池等电池结构。
37.有益效果：
38.1、通过采取水平叠放的方式，能够延缓活性物质脱落，避免电解液分层，从而降低了浓差极化，减少了电池内阻，使得制备出的电池具有交优异的充放电能力。
39.2、通过搭桥方式连接正负极板，不仅能够有效减少电池的自放电现象，而且连接可靠性高，电池两级能够与电解液大面积接触，从而大大提升了电池的性能。
40.3、通过在各极板之间嵌入导电材料，不仅能实现蓄电池大倍率放电，还能延长电池使用寿命，而且导电材料无需处理可以直接使用，操作成本低。
41.4、嵌入导电材料的方式不限于并不限于铸焊等机械方式，可采用多种嵌入方式，如熔焊、矩阵压入、铆接、超声焊、电阻焊，甚至人工也可以完成，操作方式更灵活，嵌入方式简单实用，可以降低生产成本，实现产业化，具有高的经济效益。
42.5、通过在各级板之间嵌入导电材料，且在各极群组之间用极耳配合搭桥结构，能够缓解正极板在充放电时的体积膨胀，尽可能的提高群组之间的基板数量，从而提高电池的放电能力，进一步提高了电池的容量和使用寿命。
43.6、本发明所述的一种电池嵌入式结构可应用于铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池等电池结构。
具体实施方式
44.实施例
45.实施例1
46.实施例1提供了一种电池嵌入式结构，包括：正极板、负极板、隔板、电解液、导电材料、极耳、极柱、电池外壳、铅条。
47.所述正极板材料为二氧化铅。
48.所述正极板的尺寸为：长59mm x宽43mm x厚1.8mm。
49.所述负极板的主要材料为海绵铅。
50.所述负极板的尺寸为：长59mm x宽43mm x厚1.5mm。
51.所述隔板的主要材料为玻璃纤维隔板。
52.所述玻璃纤维隔板为agm玻璃微纤维隔板。
53.所述隔板厚度为0.5mm。
54.所述电解液为硫酸的水溶液。
55.所述电解液还包括硫酸盐。
56.所述硫酸盐为硫酸钠。
57.所述硫酸盐的重量为电解液总量的1％。
58.所述电解液的配制步骤为：将硫酸顺着玻璃棒慢慢倒入去离子水中，调节溶液的密度，加入硫酸盐混合均匀即得。
59.所述电解液配制过程中调节溶液的密度为1.28g/cm3。
60.所述导电材料为铅。
61.所述导电材料的尺寸为：长56mm x宽2.8mm x厚2mm。
62.所述极耳的主要材料为铝合金。
63.所述极耳的尺寸为：长50mmx宽56mmx厚1mm。
64.所述极柱为为铝极柱。
65.所述极柱的尺寸为：长50mmx宽56mmx厚4mm。
66.所述电池外壳为abs塑料壳。
67.本发明第二方面提供了一种电池嵌入式结构的制备工艺，包括如下步骤：
68.s1、用隔板将正负极极板交错堆叠形成群组，其中正极板7片，负极板6片；
69.s2、在各极板之间嵌入导电材料；
70.s3、将相应的群组通过焊接极耳连接；
71.s4、将正负极板之间通过铅条连接；
72.s5、将极柱焊接在相应的正负极极板上；
73.s6、将步骤s5所得的样品装入电池外壳中；
74.s7、往外壳中注入电解液，封盖，即得。
75.步骤s2中所述嵌入方式为熔焊。
76.步骤s1中所述堆叠方式为水平堆叠。
77.本发明第三方面提供了一种电池嵌入式结构制备得到的铅酸蓄电池。
78.实施例2
79.实施例2提供了一种电池嵌入式结构，具体实施方式同实施例1，不同点在于：步骤s2中所述嵌入方式为人工焊接。
80.实施例3
81.实施例3提供了一种电池嵌入式结构，具体实施方式同实施例1，不同点在于：所述各极板之间未嵌入导电材料。
82.实施例4
83.实施例4提供了一种电池嵌入式结构，具体实施方式同实施例1，不同点在于：正负极板之间未通过铅条连接。
84.实施例5
85.实施例5提供了一种电池嵌入式结构，具体实施方式同实施例1，不同点在于：其中正极板6片，负极板7片；
86.实施例6
87.实施例6为购买的力伴电池。
88.性能测试方法
89.1、内阻
90.将实施例1-5制备的具有电池嵌入式结构的电池，用蓝格尔蓄电池检测仪micro-200测试其内阻，结果记入表1。
91.2、cca值(冷启动电流)
92.将实施例1-5制备的具有电池嵌入式结构的电池，用蓝格尔蓄电池检测仪micro-200测试其cca值，结果记入表1。
93.3、放电倍率
94.对实施例1-5制备的具有电池嵌入式结构的电池，在25℃下，将充满电的电池分别用电池1c容量的n倍电流(0.1c、0.2c、0.5c、1.0c、1.5c、2.0c、2.3c、2.5c等)进行不同电流下的放电测试，其放出容量在1c容量的85％以上时的最高电流值，记为n倍率(nc)，结果记入表1。
95.4、容量
96.对实施例1-5制备的具有电池嵌入式结构的电池，进行c
20
容量(电池20小时率容量)标定测试，将其完全充满电后在25℃下搁置5h，对其以i
20
(即0.05c)电流放电，当电池电压低于10.8v(额定电压的90％)时，放电结束，记录放电时间t，容量为i
10
*t，结果记入表1。
97.表1
98.
技术特征：
1.一种电池嵌入式结构，其特征在于，包括：正极板、负极板、隔板、电解液、导电材料、极耳、极柱、电池外壳、铅条。2.根据权利要求1所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，所述正极板的材料为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、二氧化铅中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，所述导电材料为铅、导电石墨、铜、铝、锌、镍、锡、银中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，所述负极板材料为石墨、海绵铅、软碳、硬碳中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，所述隔板的主要材料为聚氯乙烯塑料隔板、微孔硬橡胶隔板、玻璃纤维隔板中的一种或多种。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，所述隔板厚度为0.1-1mm。7.一种根据权利要求1-6任一项所述的电池嵌入式结构的制备工艺，包括以下步骤：s1、用隔板将正负极极板交错堆叠形成群组，其中正极板比负极板多一片；s2、在各极板之间嵌入导电材料；s3、将相应的群组通过焊接极耳连接；s4、将正负极板之间通过铅条连接；s5、将极柱焊接在相应的正负极极板上；s6、将步骤s5所得的样品装入电池外壳中；s7、往外壳中注入电解液，封盖，即得。8.根据权利要求7所述的一种电池嵌入式结构的制备工艺，其特征在于，步骤s2中所述嵌入方式为铸焊、熔焊、矩阵压入、铆接、超声焊、电阻焊中的一种或多种。9.根据权利要求7或8所述的一种电池嵌入式结构，其特征在于，步骤s1中所述堆叠方式为水平堆叠。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的电池嵌入式结构的应用，其特征在于，可应用于铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池中的一种或多种电池结构。

技术总结
本发明涉及电池领域，尤其涉及IPC H01M2领域，更具体地，涉及一种电池嵌入式结构及其制备工艺与应用。通过在在各极板之间嵌入导电材料，极大的增加了电子的导通截面积，同时各极群组之间用宽极耳配合搭桥结构，能实现蓄电池大倍率放电，延长电池使用寿命。且操作方式灵活，嵌入方式简单实用，可以降低生产成本，实现产业化，具有高的经济效益。具有高的经济效益。


技术研发人员：李政文 李思睿 王瀚民 黎少伟
受保护的技术使用者：广州倬粤新材料科技研究有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/25