一种蓄电池及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及二次电池(蓄电池)及其制造，尤其涉及蓄电池组成的新概念以及电池的整体制造方法，各单格之间的连接方法，还包括采用该方法形成特有结构的蓄电池.
背景技术
现有技术涉及蓄电池各单格之间的连接以及蓄电池的制造方法，一般是采用如下工艺流程之一：
第一种：板栅制造----涂膏-----固化、干燥-----极板化成-----干燥-----将隔板和正负极板配组------焊接极群、连接极柱及引出极柱(各种极柱另行制造)-----极群装入电池槽(电池槽、盖另行制造)------各单格之间穿壁焊连接或跨桥焊连接------热封或胶封电池盖------焊接端子-----胶封端子(有些结构可省略此步骤)------(使用前)注电解液初充电(干荷电电池可以不用初充电)......。
第二种：板栅制造----涂膏-----固化、干燥-----将隔板和正负生极板配组------焊接生极板极群、连接极柱及引出极柱(各种极柱另行制造)-----极群装入电池槽(电池槽、盖另行制造)------各单格之间穿壁焊连接或跨桥焊连接------热封或胶封电池盖------焊接端子-----胶封端子(有些结构可省略此步骤)------注电解液进行电池化成充电......。
通常采用的以上两种蓄电池制造方法，都是把电池外壳分为电池槽和电池盖两个部分，并且需要解决电池各单格之间的密封和电连接问题以及端子与极板连接和盖子与端子的密封问题。因此需要事先注塑好电池槽、盖；事先做好极柱、端子等金属零件，在组装时，需要进行焊接和密封，这些过程会造成以下不利因素：
1、焊接工序会增加焊接金属的用量，并且增加制造金属零件和焊接工时。
2、加长导电通路，增加电池内阻。
3、为实现密封和焊接而增加电池体积。
4、特别是一些小容量电池，为实现焊接和密封，工时成本比例很高。
如何针对以上问题采用新的制造方法，一直以来没有得到很好解决。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而提出一种蓄电池组成新概念以及用这种新概念制造蓄电池的新方法和蓄电池新产品。
本发明提供一种蓄电池，由单元电池串联构成、其中单元电池的正、负极板由板栅及在其中填充的正负活性物质构成，每个单元电池为由正极板、隔板、负极板顺序叠放、再由高分子材料填充封装成的长方体结构，每个单元电池与其周边的单元电池之间无间隙连接为一个整体；单元电池在与电极板平行的平面上按顺序紧密码放，构成单元电池层，同时在与电极板垂直的方向上--定义为Z轴，构成多层结构，层数≥1；每个单元电池与其相邻的单元电池的极板方向恰好相反；第一个单元电池的正极或负极接端子，第一个单元电池的负极板板栅或正极板板栅与相邻的第二个单元电池的正极板板栅或负极板板栅连接成一个整体，第二个单元电池的负极板板栅或正极板板栅与相邻的第三个单元电池的正极板板栅或负极板板栅连接成一个整体，依次类推，倒数第二个单元电池的负极板板栅或正极板板栅与最末单元电池的正极板板栅或负极板板栅连接成一个整体，最末单元电池的负极或正极接端子；板栅的连接方式为横向、纵向或背向连接，相邻单元电池层中，用来实现层与层间电联结的单元电池之间采用背向连接板栅相连。
本发明提供的蓄电池，端子直接与相应的极板板栅连接成一个整体。
本发明提供一种蓄电池的制备方法，具体步骤分为模块设计，板栅制备，模块制备，电池组装，电池化成--
模块设计：以每层单元电池的正负极板中间为界，按照平行于电池极板的方向将蓄电池分为L+1层模块--L代表单元电池层层数，以最下层模块作为第1层，最上层模块为第L+1层，则第1层模块与第L+1层为单层结构，其余各层模块为双层结构，按单元电池串联原理设计各个模块的板栅连接方向和活性物质极性，其中：第1层模块与第2层模块的下层构成第1层单元电池，第2层模块的上层与第3层模块的下层构成第2层单元电池，依次类推，第L层模块的上层与第L+1层模块构成第L层单元电池；
板栅制备：按照设计的模块，制造预先连接的板栅组及正、负端子板栅，每个板栅组包括2片板栅，这2片板栅按横向连接、纵向连接、背向连接三种方式之一连接，正、负端子板栅由端子及单片板栅连接构成；
模块制备：按照设计的模块制备注塑模具，将板栅组及正、负端子板栅作为预埋件放入模具中注塑成型，此时形成嵌入了按照设计方式排列板栅的若干半个单元电池的壳体，然后在板栅内按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，从而形成带电池生极板的各层模块；也可以先将板栅组及正、负端子板栅按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，形成电池生极板，再将电池生极板作为预埋件放入模具中注塑成型，从而形成带电池生极板的各层模块；
电池组装：在构成单元电池的正、负电池极板间加隔板，再将构成单元电池的相应模块合并，此时便形成了由相互串联、整体密封的单元电池构成的蓄电池；
电池化成：将电解液注入到各个单元电池中，进行电池化成，加排气密封装置完成电池制造。
本发明提供的蓄电池，板栅的结构为网状结构、带有衬底的格状结构或平板结构，板栅材质为纯铅、铅锡合金、铅钙系列合金、钛系列合金以及镀铅纯铜。
本发明提供的蓄电池，所述的高分子材料为ABS树脂、PP树脂、PE树脂、聚碳酸酯之一或两种及两种以上。
本发明提供的蓄电池，隔板的四周比极板四周大出0.5mm-5mm。
本发明提供的蓄电池的制备方法，板栅采用重力浇铸、压力铸造、板材冲压、切口拉网等方法制备。
本发明提供的蓄电池地制备方法，所述的构成单元电池的相应模块采用超声波焊接、热封机封合、胶粘中的一种工艺进行合并。
本发明提供的蓄电池的制备方法，采用真空灌注、压力注射、重力滴入等方式之一注入电解液。
同现有的技术相比较，采用本发明把蓄电池分为模块化制造，省去了金属焊接和端子密封工序，缩短了电流流经途径，消除了电流通道瓶颈。本发明至少在如下几个方面有明显的优越性：
1、节约了金属材料，降低材料成本；减轻重量，提高电池重量比能量。
2、省去了金属零件(极柱、端子等)制造工序和金属焊接工序，减少了制造工时成本。
3、同时制造出正负连通的两块板栅；同时制造出带端子的板栅，提高生产率，减小电池内阻，提高电池大电流放电性能。
4、把复杂的电池组装工序分解为电池模块的制造，采用嵌入板栅的壳体注塑方式，同时解决了连接和密封两个问题，大大简化了电池的制造过程，提高生产效率。
5、减小为焊接和密封所占用的空间，提高电池体积比能量。
6、模块单元格可以灵活设计，从单格电池到任意单元格n格电池都可以制造，灵活确定电池电压。
7、蓄电池的内部压力可以加大，提高氧复合效率和延长电池使用寿命。
8、蓄电池的外壳、板栅、活性物质都是紧密地结合在一起，成为无间隙整体结构，内部没有悬臂梁结构，特别耐震动。
【附图说明】
图1 3×5×5蓄电池整体主视图
图2 3×5×5蓄电池整体俯视图
图3 3×5×5蓄电池整体左视图
图4 3×5×5蓄电池整体A-A剖视图
图5 3×5×5蓄电池M6主视图
图6 3×5×5蓄电池M6俯视图
图7 3×5×5蓄电池M6仰视图
图8 3×5×5蓄电池M5的B-B剖视图
图9 3×5×5蓄电池M5俯视图
图10 3×5×5蓄电池M5仰视图
图11 1×2蓄电池整体主视图
图12 1×2蓄电池整体左视图
图13 1×2蓄电池N1模块示意图
图14 1×2蓄电池N2模块示意图
图15 1×2蓄电池C-C剖视图
图16 回字形蓄电池P1模块主视示意图
图17 回字形蓄电池P1模块俯视示意图
图18 回字形蓄电池P1模块仰视示意图
图19 回字形蓄电池P2模块主视示意图
图20 回字形蓄电池P2模块俯视示意图
图21 回字形蓄电池P2模块仰视示意图
图22 回字形蓄电池P3模块主视示意图
图23 回字形蓄电池P3模块俯视示意图
图24 回字形蓄电池P3模块仰视示意图
图25 带有衬底的格状板栅俯视图
图26 带有衬底的格状板栅的D-D剖视图
图27 网状板栅俯视图
图28 网状板栅的E-E剖视图
图29 平板式板栅俯视图
图30 平板式板栅F-F剖视图
【具体实施方式】
实施例1
一种3×5×5个单元电池构成的蓄电池，每个单元电池为由正极板、隔板、负极板顺序叠放、再由高分子材料填充封装成的长方体结构，每个单元电池与其周边的单元电池之间无间隙连接为一个整体；单元电池在与电极板平行的平面上按顺序紧密码放，构成单元电池层，同时在与电极板垂直的方向上--定义为Z轴，构成5层结构；每个单元电池与其相邻的单元电池的极板方向恰好相反；第一个单元电池的正极板板栅带端子7，第一个单元电池的负极板板栅与相邻的第二个单元电池的正极板板栅连接成一个整体，第二个单元电池的负极板板栅与相邻的第三个单元电池的正极板板栅连接成一个整体，依次类推，倒数第二个单元电池的负极板板栅与最末单元电池的正极板板栅连接成一个整体，最末单元电池的负极板板栅带端子7；板栅有横向连接板栅1、纵向连接板栅2、背向连接板栅3，整个蓄电池有4个背向连接板栅，用来实现相邻单元电池层之间的电联结。
制备过程分为模块设计，板栅制备，模块制备，电池组装，电池化成--
模块设计：以每层单元电池的正负极板中间为界，按照平行于电池极板的方向将蓄电池分为6层模块，以M1、M2、M3、M4、M5、M6表示(见图1、图2、图3、图4)--以最下层模块M1作为第1层，最上层模块M6为第6层，则M1与M6为单层结构，其余各层模块为双层结构，按单元电池串联原理设计各个模块的板栅连接方向和活性物质极性，其中：M1与M2的下层构成第1层单元电池，M2的上层与M3的下层构成第2层单元电池，依次类推，M4的上层与M5(见图8)的下层(见图10)构成第4层单元电池，M5的上层(见图9)与M6(见图5、图6、图7)构成第5层单元电池，双层结构的上下层通过背向连接板栅3相连；
板栅制备：按照设计的模块，采用重力浇铸制造预先连接的板栅组及正、负端子板栅，每个板栅组包括2片板栅，每个单片板栅为带衬底的格状结构(见图25、图26)，这2片板栅按横向连接、纵向连接、背向连接三种方式之一连接，正、负端子板栅由端子及单片板栅连接构成，板栅材质为铅锡合金；
模块制备：按照设计的模块制备注塑模具，注塑所用材质为ABS树脂，将板栅组及正、负端子板栅作为预埋件放入模具中注塑成型，此时形成嵌入了按照设计方式排列板栅的若干半个单元电池的壳体，然后在板栅内按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，从而形成带电池生极板的各层模块；也可以先将板栅组及正、负端子板栅按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，形成电池生极板，再将电池生极板作为预埋件放入模具中注塑成型，从而形成带电池生极板的各层模块，所述的正极、负极活性物质是采用铅膏制备得来--其中正极铅膏是将100kg的铅粉与0.1kg的纤维混合，再加入9L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入8L密度为1.4g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；负极铅膏是将100kg的铅粉与0.1kg的纤维、1kg的硫酸钡、0.6kg的腐殖酸混合，再加入8L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入7.5L密度为1.4g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；
电池组装：在构成单元电池的正、负电池极板间加隔板，再将构成单元电池的相应模块合并，此时便形成了由相互串联、整体密封的单元电池构成的蓄电池，其中隔板四周比电池极板大出2mm，合并采用胶粘工艺；
电池化成：将电解液真空灌注到单元电池中，进行电池化成即用电池容量(单位Ah)的二十分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电80h，加排气密封装置完成电池制造。
实施例2
一种1×2个单元电池构成的蓄电池，见图11、图12，每个单元电池为由正极板、隔板、负极板顺序叠放、再由高分子材料填充封装成的长方体结构，2个单元电池之间无间隙连接为一个整体；单元电池在与电极板平行的平面上按顺序紧密码放，构成单元电池层，第一个单元电池的正极板板栅带端子7，第一个单元电池的负极板与相邻的第二个单元电池的正极板采用横向连接板栅1连接成一个整体，第二个单元电池的负极板板栅带端子。
制备过程分为模块设计，板栅制备，模块制备，电池组装、电池化成模块设计：以单元电池的正负极板中间为界，按照平行于电池极板的方向将蓄电池分为2层模块，以N1、N2标识，这两层模块为单层结构，设计各个模块的板栅连接方向和活性物质极性，使之在模块合并之后符合单元电池串联原理，见图13、14；
板栅制备：按照设计要求，采用压力铸造制备预先连接的板栅组及正、负端子板栅，每个板栅组包括2片板栅，其中每个单片板栅为带有衬底的格状结构(见图25、26)，也可以为网状结构(见图27、28)，这2片板栅按横向连接、纵向连接、背向连接三种方式之一连接，正、负端子板栅由端子及单片板栅连接构成，板栅材质为纯铅；
模块制备：按照设计的模块制备注塑模具，注塑所用材质为PP树脂，将板栅组及正、负端子板栅作为预埋件放入模具中注塑成型，此时形成嵌入了按照设计方式排列板栅的若干半个单元电池的壳体，然后在板栅内按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，从而形成带电池生极板的各层模块，也可以先将板栅组及正、负端子板栅按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，形成电池生极板，再将电池生极板作为预埋件放入模具中注塑成型，从而形成带电池生极板的各层模块；所述的正极、负极活性物质是采用铅膏制备得来--其中正极铅膏是将100kg的铅粉与0.06kg的纤维混合，再加入8L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入10L密度为1.3g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；负极铅膏是将100kg的铅粉与0.04kg的纤维、0.8kg的硫酸钡、0.4kg的木素混合，再加入8L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入7.5L密度为1.4g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；
电池组装：在构成单元电池的正、负电池极板间加隔板，再将构成单元电池的相应模块合并，此时便形成了由相互串联、整体密封的单元电池构成的蓄电池，其中隔板四周比电池极板大出3mm，合并采用热封机封合；
电池化成：将电解液压力注射到单元电池中，进行电池化成即用电池容量(单位Ah)的十分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电20h，再用用电池容量(单位Ah)的二十分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电40h，加排气密封装置9(见图12)完成电池制造，见图15。
实施例3
一种中空“回”字形蓄电池，每个单元电池为由正极板、隔板、负极板顺序叠放、再由高分子材料填充封装成的长方体结构，每个单元电池与其周边的单元电池之间无间隙连接为一个整体；单元电池在与电极板平行的平面上按顺序紧密码放，构成单元电池层，同时在与电极板垂直的方向上--定义为Z轴，构成2层结构；每个单元电池与其相邻的单元电池的极板方向恰好相反；第一个单元电池的正极板板栅带端子7，第一个单元电池的负极板板栅与相邻的第二个单元电池的正极板板栅连接成一个整体，第二个单元电池的负极板板栅与相邻的第三个单元电池的正极板板栅连接成一个整体，依次类推，倒数第二个单元电池的负极板板栅与最末单元电池的正极板板栅连接成一个整体，最末单元电池的负极板板栅带端子7；板栅有横向连接板栅、纵向连接板栅、背向连接板栅，整个蓄电池有2个背向连接板栅，各个单元电池连接关系见图18、图20、图21、图23。
制备过程分为模块设计，板栅制备，模块制备，电池组装、电池化成--
模块设计：以每层单元电池的正负极板中间为界，按照平行于电池极板的方向将蓄电池分为3层模块，以P1、P2、P3标识--P1与P3为单层结构，P2为双层结构，按单元电池串联原理设计各个模块的板栅连接方向和活性物质极性，其中：P1与P2的上层构成第1层单元电池，P2的下层与P3构成第2层单元电池，双层结构的上下层通过背向连接板栅3相连，见图16、图17、图19、图22、图24；
板栅制备：按照设计的模块，采用板材冲压制造预先连接的板栅组及正、负端子板栅，每个板栅组包括2片板栅，其中每个单片板栅为平板式结构(见图29、30)，这2片板栅按横向连接、纵向连接、背向连接三种方式之一连接，正、负端子板栅由端子及单片板栅连接构成，板栅材质为铅钙系列合金；
模块制备：按照设计的模块制备注塑模具，注塑所用材质为PE树脂，将板栅组及正、负端子板栅作为预埋件放入模具中注塑成型，此时形成嵌入了按照设计方式排列板栅的若干半个单元电池的壳体，然后在板栅内按照设计极性涂上正极或负极活性物质，并固化、干燥，从而形成带电池生极板的各层模块；所述的正极、负极活性物质是采用铅膏制备得来--其中正极铅膏是将100kg的铅粉与0.05kg的纤维混合，再加入8L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入10L密度为1.3g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；负极铅膏是将100kg的铅粉与0.05kg的纤维、0.9kg的硫酸钡、0.6kg的木素磺酸钠混合，再加入8L的纯水进行搅拌，搅拌均匀后再加入9L密度为1.3g/cm3的硫酸水溶液进行搅拌，直至均匀为止；
电池组装：在构成单元电池的正、负电池极板间加隔板，再将构成单元电池的相应模块合并，此时便形成了由相互串联、整体密封的单元电池构成的蓄电池，其中隔板四周比电池极板大出4mm，合并采用超声波焊接；
电池化成：将电解液重力滴入到单元电池中，进行电池化成即用电池容量(单位Ah)的十分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电10h，再用用电池容量(单位Ah)的五分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电10h，再用用电池容量(单位Ah)的二十分之一的数值作为化成电流(单位A)，连续充电20h，加排气密封装置完成电池制造。