铅酸电池3D集流体及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种铅酸电池3D集流体及其制作方法，包括铅箔，铅箔上设有多个通孔，所述铅箔为冷轧铅箔，铅箔呈波纹状，所述通孔的横截面面积为1mm2-16mm2，相邻的通孔之间的间隔距离为0.4-1.2mm。本发明专利技术制得的铅酸电池3D集流体相比于现有铅酸电池3D集流体的体积比表面积大，其内阻小，且应用于铅酸电池时，铅酸电池的化成效率高、充电效率高、循环寿命长以及极板上的活性物质利用率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铅酸电池领域，具体涉及一种铅酸电池3D集流体及其制作方法。
技术介绍
铅酸电池是一种电化学产品，主要原理是化学能转变成电能。铅酸电池主要由正 极、负极、隔膜、硫酸电解液、电池外壳构成。正、负极是电池最主要的结构部分，单体铅酸电 池电压为2V。铅酸电池正极通常由集流体和正极活性物质膏状Pb02构成，负极通常由集流 体和负极活性物质海绵状Pb构成。 铅酸电池放电时为原电池，其电极反应为：负极：Pb+S042-_2e-= = =PbSO4I正极：Pb02+4H++S0广+2e-= = =PbSO4 丨 +2H20 总反应式为：Pb+Pb02+2H2S04= = = = = = 2PbS0 4 丨 +2H20 铅酸电池充电时为电解池，其电极反应为：阳极：PbS04+2H20-2e-= = =PbO2+4H++S042-阴极：PbS04+2e-= = =Pb+SO广总反应式为：2PbS04+2H20 = = = = = =Pb+Pb02+2H2S04 集流体是电池的主要部件之一，现有铅酸电池集流体通常是将纯铅或含铅量达 95%以上的铅合金经铸造、冷拉冲孔的方式，做成厚度为0. 8-3_的多孔网格板栅片状，其 主要作用有：固定活性物质；输入或输出活性物质电化学反应的电流。然而，目前通过铸 造、冷拉冲孔制造出来的集流体通孔横截面面积最小也有50mm2,而相邻的孔之间的间隔距 离最小也有1. 3_，其体积比表面积最大也有1. 2m2/120cm3,体积比表面积较小。 将集流体应用于铅酸电池时，活性物质利用挤压的方式填充于网格板栅空隙内以 及涂布于网格板栅的表面，而集流体的体积比表面积小会导致以下不足： 1)孔的尺寸大，电流需要绕行较长的距离，电流传输的路径长，因此，电流传输内 阻大；另外，相同质量的活性物质填充于网格板栅空隙内以及涂布于网格板栅的表面时，体 积比表面积越小，集流体单位面积承载的活性物质的量越大，因此，活性物质的厚度越大， 即活性物质离集流体的距离越长，所以，活性物质电化学反应产生的电流传输至集流体上 的路径越长，即电流传输内阻大；并且活性物质参与电化学反应时，靠近集流体表面的活性 物质率先参与电化学反应生成导电性不良的PbS04,PbS04增大了离集流体较远处的活性物 质电化学反应产生的电流的传输内阻，而活性物质离集流体越远，该内阻越大。 2)电流传输内阻大，则集流体和活性物质发热量高，能耗损失大，化学能转换成有 效电能的量少，活性物质利用率低。 3)电流传输内阻大，化学能和电能之间的转换效率低，因此化成和充放电的效率 低。 4)集流体发热量高，化成和充放电的效率低、时间长，使得集流体被腐蚀的时间 长，集流体循环寿命短。 综上所述，现有铅酸电池集流体比表面积小，导致将其应用于铅酸电池时，铅酸电 池的内阻大、活性物质利用率低、化成和充放电效率低、循环寿命短。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种比表面积大的铅酸电池3D集流体。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：铅酸电池3D集流体，包括铅 箔，铅箔上设有多个通孔，所述铅箔为冷轧铅箔，铅箔呈波纹状，所述通孔的横截面面积为 lmm2-16mm2,相邻的通孔之间的间隔距离为0. 4-1. 2mm。 采用本专利技术技术方案的铅酸电池3D集流体，包括铅箔，铅箔为冷轧铅箔，冷轧铅 箔的强度大、硬度高；铅箔呈波纹状，从而使得铅箔呈三维立体结构，进而使得铅箔的比表 面积大。 铅箔上设有多个通孔，通孔的横截面面积以及相邻通孔之间的距离相比于现 有技术都有较大的减小，从而使得其比表面积增大，本专利技术的铅酸电池3D集流体铅箔 的体积比表面积可达2. 3-2. 5m2/120cm3,较现有铅酸电池集流体的体积比表面积增大了 91. 67% -108. 33%。 实施中，将该集流体用于铅酸电池时，由于其体积比表面积大，孔的尺寸小，电流 需要绕行的距离短，电流传输的路径短，因此，电流传输内阻小；另外，对于相同质量的活性 物质，体积比表面积越大，集流体单位面积承载的活性物质的量越小，因此，活性物质的厚 度越小，即活性物质离集流体的距离越短，所以，活性物质电化学反应产生的电流传输至集 流体上的路径越短，即电流传输内阻小；并且活性物质离集流体的距离越短，电化学反应产 生的PbS04对电流传输的内阻便越小。 将本专利技术的集流体应用于铅酸电池时，由于电流传输的内阻小，则集流体和活性 物质的发热量低，能耗损失小，化学能转换成有效电能的量多，活性物质利用率高；其次，化 学能和电能之间的转换效率高，因此化成和充放电的效率高；另外，集流体发热量低，化成 和充放电的效率高、时间短，使得集流体被腐蚀的时间短，集流体循环寿命长。 优选地，所述通孔的形状为均匀分布的正方形、长方形或菱形。正方形、长方形或 菱形均匀分布，在尺寸一定的情况下，可增大铅箔单位表面积内的通孔数量，从而使得铅箔 的比表面积进一步增大；另外，均匀分布的正方形、长方形或菱形的通孔可使得电流路径分 布均匀。 优选地，所述铅箔的表面还设有中晶态层。中晶态层指内部原子排列不规律的晶 体层，通常为电镀层，中晶态层可使铅箔的硬度增大，耐腐蚀性提高，且由于中晶态层原子 排列不规律，使得微观导电面积增大。 优选地，所述中晶态层为铅锡合金中晶态层。铅锡合金导电性能好，耐腐蚀性好。 本专利技术的另一目的在于提供一种铅酸电池3D集流体的制作方法，包括以下步骤： (1)印膜：取冷轧铅箔，在其表面印刷感光油墨膜； (2)煎膜：将印刷有感光油墨膜的铅箔烘干； (3)曝光：用胶片挡住步骤⑵中铅箔需制孔的部位，并对其紫外线曝光； (4)显影：用弱碱性溶液对步骤⑶中的铅箔清洗显影； (5)刻蚀：将步骤⑷中的铅箔穿透刻蚀，得到通孔铅箔； (6)波纹造型：将上述通孔铅箔冷压拉伸成波纹状，得到成品。 采用本专利技术的铅酸电池3D集流体的制作方法，步骤（1)可根据需要裁剪相应尺 寸的铅箔，感光油墨膜可以感光，以便于后续步骤的曝光，感光油墨可采用市场上售卖的感 光胶或感光膜；步骤（2)可去除感光油墨膜上的水分，使感光油墨与铅箔贴合更紧密；步骤 (3)中的胶片上设有与铅箔待制孔一致的图案，且胶片图案处是黑色的，胶片图案处以外的 部位是透明的，以便使得图案以外的透明部位感光、曝光，黑色的图案处不感光、不曝光；步 骤（4)取下胶片，将铅箔用弱碱性溶液进行清洗显影，去除未曝光部位的感光油墨膜，使得 铅箔上显示出通孔图案，即需刻蚀的图案；步骤（5)将显影铅箔放入电解槽中，并将该铅箔 作为阳极，普通铅箔作为阴极，接通直流电源，阳极铅箔未曝光的部分在电解液中发生阳极 电化学腐蚀反应，随着反应的进行，阳极铅箔未曝光的部分逐渐被穿透刻蚀，从而得到带有 通孔的铅箔；步骤（6)将带孔铅箔置于波纹模具中冷压拉伸成波纹状，使得铅箔形成多孔 三维立体结构，增大铅箔的体积比表面积。 优选地，步骤（5)和步骤（6)之间还包括步骤（A)，电镀：于步骤（5)中的成品外 电镀一层中晶态层。电镀可以使得分子无规律地附着在铅箔表面，形成中晶态层。 优选地，步骤（5)中的刻蚀溶液为氟硼酸铅溶液或甲基磺酸铅溶液。 优选地，步骤（A)中的中晶态层为铅锡合金中晶态层。铅锡合金导电导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
铅酸电池3D集流体，包括铅箔，铅箔上设有多个通孔，其特征在于，所述铅箔为冷轧铅箔，铅箔呈波纹状，所述通孔的横截面面积为1mm2‑16mm2，相邻的通孔之间的间隔距离为0.4‑1.2mm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李毛丁，
申请(专利权)人：李毛丁，
类型：发明
国别省市：重庆;85