阅读说明：本技术 电池中的格栅板 (Grid plate in battery ) 是由 S·库奇博特拉 N·P·饶 S·J·迪纳加尔 于 2021-04-23 设计创作，主要内容包括：公开了一种电池中的格栅板(200、300、400、500、600、700),该格栅板(200、300、400、500、600、700)包括：具有边缘(204)的矩形衬垫构件(201)以及散布在矩形衬垫构件(201)的整个表面(201a)上的多个二维形状腔室(202、203、301、302、303、401、402、501、502、503、601、602、701、702、703)的组合。膏体设置在多个二维形状腔室(202、203、301、302、303、401、402、501、502、503、601、602、701、702、703)的组合中的每个二维形状腔室中,并且连接凸耳(205)从矩形衬垫构件(201)的边缘(204)中的一个延伸以形成电池的电端子。这种具有改进的机械强度的格栅板(200、300、400、500、600、700)具有增加的参与电池中的反应的活性材料的表面面积。(Disclosed is a grid plate (200, 300, 400, 500, 600, 700) in a battery, the grid plate (200, 300, 400, 500, 600, 700) comprising: a combination of a rectangular cushion member (201) having an edge (204) and a plurality of two-dimensionally shaped chambers (202, 203, 301, 302, 303, 401, 402, 501, 502, 503, 601, 602, 701, 702, 703) dispersed over the entire surface (201a) of the rectangular cushion member (201). A paste is disposed in each two-dimensional shaped chamber of a combination of a plurality of two-dimensional shaped chambers (202, 203, 301, 302, 303, 401, 402, 501, 502, 503, 601, 602, 701, 702, 703), and a connecting lug (205) extends from one of the edges (204) of the rectangular gasket member (201) to form an electrical terminal for the battery. Such grid plates (200, 300, 400, 500, 600, 700) with improved mechanical strength have an increased surface area of active material participating in the reactions in the cell.)

具体实施方式

铅酸电池中的传统的格栅板(诸如100)是通过如图1A和图1B所示例性地示出的以直角连接的铅杆(诸如101)而开发的。图1A和图1B(现有技术)示例性地示出了现有格栅板100的立体图和局部放大正视图。膏体被涂覆在铅杆101之间的矩形狭槽102中。在这种格栅板100中，可用于电化学反应的电极活性材料更多。然而，格栅板100的机械强度受到威胁。这种堆叠在一起的格栅板100使用外部压缩力并定位在外壳中，从而形成电池。具有低机械强度的格栅板(诸如100)在承受这种压缩力时可能会失效，并且导致电池故障。

在格栅板的其他设计中，使用在其中具有气孔的骨架结构以容纳膏体。为了改进使用这种格栅板的电池的性能，需要更高的格栅板的活性材料的利用率。为了更高的活性材料的利用率，需要更高的活性材料的可用性。为了更高的活性材料的可用性，需要增加格栅板上的活性材料的表面面积。为了增加活性材料的表面面积，在传统的设计中，增大气孔的密度、气孔的尺寸以及活性材料的孔隙率。活性材料的利用率增加了，但是骨架结构的强度降低了。

需要一种改进的铅酸电池的格栅板设计，该格栅板设计产生更大的可用活性材料的表面面积而不损害格栅板的机械强度，从而使得实现铅酸电池的性能改进且高效，克服上文所公开的所有问题以及已知技术的其他问题。

在本发明中，提出了改进的格栅设计，该格栅设计具有比传统设计大的活性材料的表面面积。在一实施例中，公开了一种电池中的格栅板。格栅板包括：矩形衬垫构件(backing member)；散布在矩形衬垫构件的整个表面的多个二维形状腔室的组合；设置在至少两个二维形状腔室的组合中的每个二维形状腔室中的膏体；以及从矩形衬垫构件的边缘中的一个延伸以形成电池的电端子的连接凸耳。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合中的每个二维形状腔室包括支撑构件以保持膏体。每个二维形状腔室的形状是矩形、正方形、菱形、平行四边形、梯形、倒梯形、三角形、圆形、方格形、椭圆形、六边形、八边形或不规则多边形。在一实施例中，矩形衬垫构件的表面上的多个二维形状腔室等距间隔开并且关于矩形衬垫构件的中心轴线对称地设置。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个正方形腔室和多个不规则多边形腔室的组合。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个六边形腔室、多个菱形腔室和多个三角形腔室的组合。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个圆形腔室和多个椭圆形腔室的组合。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个平行四边形腔室、多个矩形腔室和多个三角形腔室的组合。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个梯形腔室和多个倒梯形腔室的组合。

在一实施例中，多个二维形状腔室的组合是多个平行四边形腔室、多个三角形腔室和多个不规则多边形腔室的组合。

在一实施例中，在格栅板中形成膏体时产生的活性材料的表面面积在约800mm²至约12000mm²的范围内。在另一实施例中，由格栅板形成的电池板的容量在约3.5安培小时(Ah)至约5Ah的范围内。在一实施例中，具有格栅板的电池的容量增加的百分比在3％至约35％的范围内。

矩形衬垫构件的材料是铅合金。在一实施例中，膏体包括粘合剂，该粘合剂用于粘合在格栅板中形成膏体时所产生的活性材料的颗粒。在一实施例中，由格栅板形成的电池负极板中的活性材料是海绵状铅，并且由格栅板形成的电池正极板中的活性材料是二氧化铅。在一实施例中，具有多个二维形状腔室的组合的矩形衬垫构件被浇铸在模具中并修整以将膏体涂覆在每个二维形状腔室中。

图2A和图2B示例性地示出了根据本发明的第一实施例的格栅板200的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板200包括矩形衬垫构件201、多个腔室202和203的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201由铅合金制成。在一实施例中，矩形衬垫构件201由铅锑合金制成。连接凸耳205从衬垫构件201的边缘204延伸。连接凸耳205延伸以形成采用格栅板200的电池的端子。连接凸耳205从衬垫构件201的上角部延伸并将电流带承载到电池的浇铸汇流排(未示出)。浇铸汇流排设置有与电池的单元间连接器和端子连接器附接的立柱。

矩形衬垫构件201具有平坦表面201a，在整个表面201a上散布有二维形状腔室202和203。如图2A和图2B所示例性地示出的，二维形状腔室202和203是不规则多边形腔室202和正方形腔室203。不规则多边形(即，I形)腔室202和正方形腔室203的组合创建在矩形衬垫构件201的平坦表面201a上。腔室202和203的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。I形腔室202均匀地创建在矩形衬垫构件201的整个表面201a上，并且正方形腔室203散布在I形腔室202之间的间隙中。腔室202和203是具有与衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室202和203可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。I形腔室202和正方形腔室203之间的空间也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。膏体设置在I形腔室202和正方形腔室203中。I形腔室202的尺寸和正方形腔室203的尺寸也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的I形腔室202和正方形腔室203确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

图3A和图3B示例性地示出了根据本发明的第二实施例的格栅板300的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板300还包括矩形衬垫构件201、多个腔室301、302和303的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201和连接凸耳的构造如在图2A和图2B的详细描述中所公开的。二维形状腔室301、302和303是六边形腔室301、菱形腔室302和三角形腔室303。六边形腔室301、菱形腔室302和三角形腔室303的组合创建在衬垫构件201的平坦表面201a上。三角形腔室303创建在靠近衬垫构件201的边缘(诸如204)的区域处。腔室301、302和303的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。六边形腔室301均匀地创建在衬垫构件201的整个表面201a上，并且菱形腔室302散布在六边形腔室301之间的间隙中。六边形腔室301和菱形腔室302之间的间隙也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。六边形腔室301和三角形腔室303之间的间隙以及菱形腔室302和三角形腔室303之间的间隙(它们设置在靠近衬垫构件201的诸如204这样的边缘处)均匀且相等地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。六边形腔室202、菱形腔室302和三角形腔室303的尺寸也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。膏体设置在腔室301、302和303中。腔室301、302和303是具有与用于保持膏体的衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室301、302和303可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的六边形腔室202、菱形腔室302和三角形腔室303确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

图4A和图4B示例性地示出了根据本发明的第三实施例的格栅板400的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板400还包括矩形衬垫构件201、多个腔室401和402的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201和连接凸耳205的构造如在图2A和图2B的详细描述中所公开的。二维形状腔室401和402是圆形腔室401和椭圆形腔室402。圆形腔室401和椭圆形腔室402的组合创建在衬垫构件201的平坦表面201a上。腔室401和402的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。椭圆形腔室402散布在圆形腔室401之间的间隙中。椭圆形腔室402和圆形腔室401之间的间隙也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。圆形腔室401和椭圆形腔室402的尺寸(诸如腔室的半径和周长)均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。膏体设置在腔室401和402中。腔室401和402是具有与用于保持膏体的衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室401和402可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的圆形腔室401和椭圆形腔室402确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

图5A和图5B示例性地示出了根据本发明的第四实施例的格栅板500的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板500还包括矩形衬垫构件201、多个腔室501、502和503的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201和连接凸耳205的构造如在图2A和图2B的详细描述中所公开的。二维形状腔室501、502和503是平行四边形腔室501、三角形腔室502和矩形腔室503。这些腔室501、502和503的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。三角形腔室502靠近衬垫构件201的诸如204这样的边缘的位置形成。矩形腔室503沿衬垫构件201的长度平行于轴线X-X’居中定位。矩形腔室503之间的间隙是相等的，平行四边形腔室501之间的间隙是相等的，并且三角形腔室502和平行四边形腔室501之间的间隙是相等的。腔室501、502和503的尺寸(诸如腔室的侧边的长度)均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。腔室501、502和503是具有与用于保持膏体的衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室501、502和503可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。平行四边形腔室501的取向和位置关于轴线X-X’对称。在一实施例中，平行四边形腔室501的取向和位置也关于轴线A-A’对称。轴线X-X’和轴线A-A’将格栅板500划分为四个部分。在其他三个部分中复制了腔室501、502和503的组合以及它们相对于格栅板500的诸如204这样的边缘的位置。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的矩形腔室503、平行四边形腔室501和三角形腔室502确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

图6A和图6B示例性地示出了根据本发明的第五实施例的格栅板600的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板600还包括矩形衬垫构件201、多个腔室601和602的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201和连接凸耳205的构造如在图2A和图2B的详细描述中所公开的。二维形状腔室601和602是梯形腔室601和倒梯形腔室602。这些腔室601和602的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。竖直交替出现的梯形腔室601和倒梯形腔室602形成在衬垫构件201的整个表面201a上。腔室601和602之间的间隙均匀且相等地保持。腔室601和602的尺寸(诸如腔室601和602的侧边的长度)均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。腔室601和602是具有与用于保持膏体的衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室601和602可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的梯形腔室601和倒梯形腔室602确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

图7A和图7B示例性地示出了根据本发明的第六实施例的格栅板700的立体图和局部放大正视图。如示例性地示出的，格栅板700还包括矩形衬垫构件201、多个腔室701、702和703的组合以及连接凸耳205。矩形衬垫构件201和连接凸耳205的构造如在图2A和图2B的详细描述中所公开的。二维形状腔室701、702、703是平行四边形腔室701、三角形腔室702和不规则多边形腔室703。平行四边形腔室701、三角形腔室702和不规则多边形腔室703的组合创建在衬垫构件201的平坦表面201a上。三角形腔室702和不规则多边形腔室703创建在靠近衬垫构件201的诸如204这样的边缘的区域处。腔室701、702和703的组合等距间隔开并且关于衬垫构件201的中心轴线X-X’对称地设置。腔室701、702和703之间的间隙均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。平行四边形腔室701之间的间隙在衬垫构件201的整个表面201a上是相等的。平行四边形腔室701、三角形腔室702和不规则多边形腔室703的尺寸也均匀地保持在衬垫构件201的整个表面201a上。腔室701、702和703是具有与用于保持膏体的衬垫构件201的厚度相等的深度的穿通孔。在一实施例中，腔室701、702和703可以包括支撑构件以保持膏体不脱落。在矩形衬垫构件201的尺寸内，保持膏体的均匀分布的平行四边形腔室701、三角形腔室702和不规则多边形腔室703确保了衬垫构件201的机械强度，并且还增加了可用于参与电池的反应的活性材料的量。

在图2A至图7A所示例性地示出的格栅板200、300、400、500、600和700中的每一个中，腔室之间的均匀间隙具有衬垫构件201的材料。衬垫构件201的材料是铅合金。在腔室之间和在边缘周围的铅合金的均匀分布确保了格栅板200、300、…、700的机械强度。将衬垫构件201的材料浇铸在模具中获得具有组合腔室的格栅板200、300、…、700。获得了针对不同形状的腔室和不同组合的形状的腔室的模具，并将铅合金倒入其中。在冷却时，修整浇铸的具有二维形状腔室的组合的矩形衬垫构件201，并且将膏体涂覆在格栅板200、300、…、700的每个腔室中。膏体包括硫酸铅。形成涂有膏体的格栅板200、300、…、700以获得电池板，其中在每个腔室中具有活性材料。在一实施例中，膏体包括用于粘合活性材料的颗粒的粘合剂。在一实施例中，使用格栅板200、300、…、700的相同设计来形成电池正极板和电池负极板。电池负极板中使用的活性材料是海绵状铅，并且电池正极板中使用的活性材料是二氧化铅。

腔室中的正极活性材料和负极活性材料参与电池中的电化学反应并且在反应过程期间放电。衬垫构件201中的腔室的深度允许活性材料膨胀，并且衬垫构件201关于腔室的均匀分布由于活性材料的膨胀限制了腔室壁所承受的应力。由于格栅板201的腔室中的活性材料的膨胀，来自电池用酸的硫酸根离子很难进入腔室，从而降低了格栅板200、300、…、700的放电速率，并且进而降低了电池的放电速率。此外，在衬垫构件201的整个表面201a上的腔室的深度和腔室的分布密度确保了更多的活性材料可用于参与反应，从而提高了格栅板200、300、…、700中的活性材料的利用能力。在一实施例中，在各格栅板200、300、…、700的每个腔室中的支撑构件保持膏体不脱落。在一实施例中，支撑构件可以是腔室的凸起边缘、腔室的空间内的凸起等。

在一实施例中，根据腔室的形状，保持格栅板200、300、…、700中的腔室202、203、301、302、303、401、402、501、502、503、601、602、701、702、703之间的5毫米(mm)至2mm的最小距离以便保持格栅板200、300、…、700的机械强度，从而获得腔室202、203、301、302、303、401、402、501、502、503、601、602、701、702、703中的活性材料增加的表面面积。各格栅板200、300、400、500、600和700中的矩形衬垫构件201的尺寸与传统的格栅板100的尺寸(即，长度和宽度)是相同的。在格栅板200、300、…、700中形成膏体时所产生的活性材料的表面面积在约8000mm²至12000mm²的范围内。假设传统的格栅板100的矩形狭槽102中的活性材料的表面面积是A mm²。相对于格栅板100中的活性材料的表面面积：格栅板200中的腔室202和203中的活性材料的表面面积是1.3A(A的1.3倍)mm²；格栅板300中的腔室301、302和303中的活性材料的表面面积是1.2A mm²；格栅板400中的腔室401和402中的活性材料的表面面积是1.08A mm²；格栅板500中的腔室501、502和503中的活性材料的表面面积是1.04Amm²；格栅板600中的腔室601和602中的活性材料的表面面积是1.04A mm²；并且格栅板700中的腔室701、702和703中的活性材料的表面面积是1.03A mm²。在一实施例中，由格栅板200、300、…、700形成的电池板的容量在约3.5安培小时(Ah)至约5Ah的范围内。在一实施例中，具有格栅板200、300、…、700的电池的容量增加的百分比在3％至约35％的范围内。增加表面面积(mm²)增加了电池板的活性材料的体积(mm³)，这反过来增加了活性材料的质量(克)，从而增加了电池板的容量(Ah)。这将增强电池中的电池板的利用能力(即，效率)。

图8A至图8C示例性地示出了图形表示，该图形表示描述了不同实施例的格栅板100、200、300、400、500、600和700的性能以及采用图1A和图1B(现有技术)至图7A和图7B示例性地示出的不同实施例的格栅板100、200、300、400、500、600和700的电池的性能。如图8A所示例性地示出的，具有I形腔室202和正方形腔室203的组合的格栅板200具有最大的活性材料的表面面积，并且具有平行四边形腔室701、不规则多边形腔室703和三角形腔室702的组合的格栅板700具有最小的活性材料的表面面积。格栅板700密集地填充有多孔的活性材料，然而，由于格栅板200中的腔室202和203的尺寸，格栅板200的I形腔室202和正方形腔室203中填充的活性材料的量较高。格栅板300、400、500、600的活性材料的表面面积在格栅板200和700的表面面积之间的范围内。进一步地，格栅板200、300、…、700中的活性材料的表面面积大于传统的格栅板100的活性材料的表面面积。

如图8B所示例性地示出的，归因于最大的活性材料的表面面积，由具有I形腔室202和正方形腔室203的组合的格栅板200形成的电池板具有最大的容量。归因于格栅板700中的活性材料的表面面积，由具有平行四边形腔室701、不规则多边形腔室703和三角形腔室702的组合的格栅板700形成的电池板具有最小的容量。由格栅板300、400、500、600形成的电池板具有由格栅板200和700形成的电池板的容量之间的范围内的容量。进一步地，由格栅板200、300、…、700形成的电池板的容量大于传统的格栅板100形成的电池板的容量。

图8C示例性地示出了采用格栅板200、300、…、700的电池的容量相对于采用传统的格栅板100的电池的容量增加的百分比。如示例性地示出的，相对于采用传统的格栅板100的电池，采用具有I形腔室和正方形腔室的组合的格栅板200的电池显示出了更高的容量增加的百分比。进一步地，相对于采用传统的格栅板100的电池，采用格栅板200、300、…、700的电池显示出了在电池容量方面的显著增加。

本文可以在不背离本发明的范围的情况下包括改进和修改。

附图标记列表

100 传统的格栅板

101 铅杆

102 矩形狭槽

200 本发明的第一实施例的格栅板

201 矩形衬垫构件

201a 矩形衬垫构件的表面

202 正方形腔室

203 I形腔室

204 矩形衬垫构件的边缘

205 连接凸耳

300 本发明的第二实施例的格栅板

301 六边形腔室

302 菱形腔室

303 三角形腔室

400 本发明的第三实施例的格栅板

401 圆形腔室

402 椭圆形腔室

500 本发明的第四实施例的格栅板

501 平行四边形腔室

502 三角形腔室

503 矩形腔室

600 本发明的第五实施例的格栅板

601 梯形腔室

602 倒梯形腔室

700 本发明的第六实施例的格栅板

701 平行四边形腔室

702 三角形腔室

703 不规则多边形腔室