НЕСУЩИЙ КАРКАС ДЛЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК H01M4/74 H01M10/12 

Изобретение относится к несущему каркасу для отрицательных электродов свинцовых аккумуляторов, состоящему из прямоугольной решетчатой пластины, выполненной из освинцованной тянутой меди, с прилитым к решетчатой пластине токоотводом (полюсным выступом) из свинца.

Такого вида решетчатые пластины в качестве носителя активной массы уже известны, например, из патента ФРГ N 2241368 или N 3312550. Они позволяют использовать существенно более высокую по сравнению с решетчатой конструкцией из свинца проводимость меди, причем медь катодно защищена свинцовой массой.

Тянутый металл в этих известных решетчатых пластинах вытянут в направлении, параллельном к той стороне пластины, на которой находится токоотвод. Полученная форма и ориентация ячейки решетки обеспечивает несущую каркасу большее проводящее поперечное сечение в вертикальном направлении решетчатой пластины, что рационально для электродов с большей конструктивной высотой, потому что внутреннее сопротивление свинцовых аккумуляторов решающим образом растет с электронным сопротивлением в продольном направлении решетки. (I. Euler und W. Nonnenmacher, Electrochimica Acta, 1960, т. 2, с. 268 286).

Токоотвод в известных решетчатых пластинах образуется использующей всю верхнюю кромку медной решетки свинцовой полосой и сформованным на ней выступами. Свинцовая полоса предназначена для того, чтобы собрать ток на верхней кромке пластины и направить его к токоотводу, а также закрыть сверху пластину, то есть избежать выпадения массы и воспринять механические усилия, вызываемые весом пластины и ее силами инерции при процессах ускорения.

При этом с учетом вышеупомянутой механической нагрузки непосредственно переходная зона от массивной свинцовой полосы к вытянутому (просечному) металлу представляет критическое место, потому что оно, с одной стороны, должно гарантировать хорошую передачу тока, а, с другой стороны, не должно быть предрасположено к излому и коррозии.

Согласно патенту ФРГ N 3312550 эту проблему наилучшим образом решают путем того, что подлежащий соединению со свинцовой полосой верхний край решетчатой пластины в плоскости решетчатой пластины подпрессовывается и после этого заливается свинцом, так что вытянутый (просечной) металл в виде плоской кромки перекрещивающихся и в желательном случае соответственно отрезанных в местах пересечения ребер крепится в свинцовой полосе.

Однако у такого несущего каркаса сохраняется, по меньшей мере, следующие недостатки:
при образовании путем заливки свинцовой полосы неизбежно заливается свинцом также и те клинья ячеек решетки, которые уже выступают за нижнюю кромку полосы свинца. При пастировании эти ячейки, а также соседние элементы не поглотят никакой массы. Тем самым краевая полоса освинцованной решетки из просечного (тянутого) металла не защищается массой; она находится в опасности из-за сильной разрядкой нагрузки и может при известных условиях раствориться.

Далее, полосы свинца лишь из-за своего веса, потому что она проходит по всей ширине отрицательной электродной пластины, представляет нагрузку для аккумулятора.

Поэтому в основу изобретения положена задача получить несущий каркас для отрицательного электрода свинцовых аккумуляторов, который обеспечивает оптимальное использование массы за счет хорошего распределения тока без непропорционально высоких весовых затрат на токопроводящий неактивный материал и удовлетворяет, дополнительно к этому, высокие требования к прочности как при воздействии при изготовлении, электродов, так и в процессе эксплуатации батареи.

В соответствии с изобретением задача решается с помощью несущего каркаса, в котором металлическая решетка в зоне выступа плотно подпрессована и покрыта пластмассой.

В новой отрицательной решетке для подвода и отвода тока предусмотрен только один свинцовый выступ, который изготавливается путем непосредственной заливки на решетчатой пластине и при сохранении решетки из просечного (тянутого) металла в ее исходном состоянии в месте соединения. Плоско подпрессованная зона просечной решетки охватывает место заливки снизу и по сторонам и закрывается покрытием из пластмассы.

Преимущество изобретенной заливки токоотвода на не подпресованном, а на оставшемся в исходном состоянии крае решетчатой пластины состоит в том, что ребра просечной медной полосы сохраняются в свинцовом токоотводе в своем наклонном положении и из-за зажатия улучшают механическую прочность.

Чтобы получить такой выступ-прилив, соответствующая литьевая форма должна запираться со всех сторон снаружи прилива, однако вокруг предусматриваемой для этого выступа зоны поэтому подпрессовывается соответствующая зона решетчатой пластины, которая затем укладывается в плоскость уплотнения половин литьевой формы. Благодаря резиноупругому профилю в литьевой форме предотвращается то, что заполняется свинцом ячейки решетки, лежащие ниже выступа.

Решетка с лишь заливаемым выступом имеет недостаточную механическую прочность, в особенности при (ручной) обработке пластин после пастирования. Ребра просечной медной тянутой решетки ниже свинцового выступа легко разрываются и, тем самым нарушается электрическая стабильность медной решетки. Изобретенное нанесение защитного покрытия путем экструзии на подпрессованную зону решетки обеспечивает несущему каркасу высокую степень защиты в части механической стабильности. Тем самым во время эксплуатации батареи защищена от коррозии особо критическая зона перехода свинец/медь.

На фиг. 1 показан несущий каркас в предпочтительном варианте исполнения по изобретению; фиг. 2 несущий каркас по фиг. 1 в зоне выступа-прилива в поперечном сечении; фиг. 3 -вырыв в модифицированном несущем каркасе по изобретению.

На фиг. 1 решетчатая пластина 1 из освинцованной просечной медной полосы 2 имеет защитное обрамление из пластмассы, состоящее из нанесенных методом экструзии покрытий 3, 4 верхнего и нижнего краев решетки, а также из полимерных профилей 5, которые натягиваются на боковые кромки. Охваченные полимерным обрамлением края просечной тянутой решетки рациональным образом (плоско) подпрессованы. Обрамление со всех сторон может также создаваться за единый процесс впрыска (под давлением).

Для дальнейшей защиты от механической нагрузки освинцованного слоя в зоне выступа на верхнем покрытии 3 предусмотрен шип-выступ 6 для манипулирования, в то время как нижнее покрытие 4 имеет опоры 7 из той же самой, в частности из изолирующей пластмассы. Пригодной пластмассовой является, например полипропилен, или, если решетки должны быть стойкими при более высоких температурах, поликарбонат.

Особенно важен охватывающий основание свинцового выступа 8 участок покрытия 3, который закрывает непоказанную здесь зону решетки из плоско подпрессованного просечного (тянутого) металла. Эта зона, по которой запираются при литье выступа-прилива обе половины 9, 10 литейной формы. На Фиг. 2 решетка 2 после укладки в литейной форме с заполняемым свинцовым выступом-приливом 8 в литейном зазоре в поперечном сечении. Поз. 11 обозначены вложенные в форму резиновые профили, предотвращающие то, что свинец сам течет в плоско подпрессованные клинья решетки. Выступающий в литьевой зазор верхний край 12 просечной тянутой решетки 2 не подпрессован, так что это приводит к более надежному закреплению путем заливки косостоящих ребер в затвердевшем свинце.

Пластмассовое обрамление новой решетчатой пластины также достигается, пастированием. При пастировании решетки скользят по ленточному транспортеру под воронкой для постирования, причем воронка для постирования обычно прилегает к решетке. Благодаря этому устанавливается толщина пластины. В противоположность этому при решетчатых пластинах согласно изобретению происходит наложение воронки для пастирования на пластмассовую рамку, благодаря чему могут быть достигнуты толщины электродных пластин, которые выходят за толщину решетку. При этом благодаря наложению на пластмассовую рамку обеспечивается одинаковая толщина пластины.

Особенно рациональный вариант исполнения новой решетчатой пластины отличается, как это представлено в виде вырыва на фиг. 3, тем, что ширина ребер перемычек медной просечной тянутой решетки 2 в зоне, лежащей ниже токоотвода-выступа 8, усилена относительно нормальной ширины ребер. Такое мероприятие дополнительно улучшает по отношению к выбранному растяжению в решетке в направлении, параллельном к стороне пластины, снабженной токоотводом-выступом, из-за уплотнения материала проводящее поперечное сечение по вертикали и особенно оправдывает себя в электродах с большей конструктивной высотой.

Просечные тянутые металлические решетки могут изготавливаться на растяжном станке, который может изменять во время растяжения ширину ребер-перемычек.

Однако выбор большей ширины перемычек не будет любым, так как различные толщины растянутой решетки внутри пластины создают трудности при пастировании. Однако, в этом случае оказывает помощь обрамление из пластмассы, компенсирующее небольшее различные толщины.

Но возможно рациональное определение отношения двух величин ширины перегородки друг к другу и это должно происходить так, чтобы при изготовлении решетки с последующим каландрированием не возникали нежелательные деформации.

Растянутая металлическая решетка с единой шириной решетки и ее перегородок получается в результате этой обработки с определенной как, правило, максимальной толщиной решетки. Согласно опыту теперь влечет за собой обратный пропуск толщины решетки как увеличение, так и уменьшение исходной ширины перегородки. Это значит попарно имеются перегородки большей и меньшей ширины, которые должны быть найдены эмпирически, с которыми связаны решетки приблизительно одинаковой конечной толщины.

Например, решетка с толщиной 4 мм имеет следующие параметры:
толщина материала 0,4 0,6 мм, преимущественно 0,5 мм, ширина перегородки 2,8 3,2 мм; преимущественно 3,0 мм; длина ячейки 20 30 мм, преимущественно 26 мм; ширина ячейки 8 15 мм, преимущественно, 12,5 мм.

Для решетки согласно изобретению пригодна ширина перегородки около 2,4 мм в своей основной части, а для зоны выступа-прилива пригодна ширина перегородки около 3,8 мм. При этих значениях просечная тянутая металлическая решетка может изготавливаться без каких-либо трудностей.

Этот вариант исполнения особенно рационален при длинных (длина 0,5 мм) и, тем самым, тяжелых решетках. Тем самым не только улучшается проводимость, но также существенно увеличивается прочность при ударе и вибрации всего элемента аккумуляторов.

Использование: свинцовые аккумуляторы. Сущность изобретения: устройство содержит прямоугольную освинцованную медную просечнорастяжную решетку с токоотводящим выступом, вокруг которого решетка подпрессована и покрыта пластмассой. По периметру решетка также плоскоподпрессована и покрыта пластмассой, образующей рамку. На кромках решетки имеются фиксирующие выступы. Перемычки решетки под токоотводящим выступом имеют большую ширину, чем на остальной части решетки. Решетка обеспечивает хорошее распределение тока, имеет небольшой вес и высокую механическую прочность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Несущий каркас для отрицательных электродов свинцового аккумулятора, состоящий из прямоугольной освинцованной медной просечно-растяжной решетчатой пластины с залитым на ней токоотводящим свинцовым выступом-приливом, отличающийся тем, что решетка вокруг выступа-прилива подпрессована и покрыта пластмассой путем экструзии. 2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что решетчатая пластина по периметру, кроме участка выступа-прилива, дополнительно плоско подпрессована и покрыта пластмассой путем экструзии. 3. Каркас по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на кромках решетчатой пластины выполнены выступы для фиксации. 4. Каркас по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перемычки решетчатой пластины на участке под выступом-приливом имеют большую ширину, чем на остальной части решетчатой пластины.