利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法技术

一种利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，本发明专利技术利用3D打印的优势，突破了铅酸蓄电池加工传统工序限制，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采取3D打印快速成型技术与零部件组装相结合的新工艺制造铅酸蓄电池，可以使蓄电池极板集群超薄一体化，单位体积的电池内极板面积成倍增加，板栅面积也大幅增加，不仅能有效改善电池充放电性能，提高电池能量密度，而且可以提升铅酸蓄电池加工的自动化智能化水平，同时还可实现机器换人，最大限度地降低重金属铅对人的危害。

A Method of Manufacturing High Energy Storage and Maintenance-Free Lead-acid Batteries Using 3D Printing Technology

【技术实现步骤摘要】
利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法
本专利技术涉及铅酸电池
，具体为利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法。
技术介绍
铅蓄电池是一个电池系统，于1859年由普兰特专利技术，至今已有一百多年的历史，为全球上使用最广泛的化学电源。尽管近年来镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等新型电池相继问世并得以应用，但铅酸蓄电池仍然凭借大电流放电性能强、电压特性平稳、温度适用范围广、单体电池容量大、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉等一系列优势，在绝大多数传统领域和一些新兴的应用领域，占据着牢固的地位。但铅蓄电池存在着能量密度低、充放电慢的缺点。从铅酸蓄电池、锂离子电池的结构构成中不难发现，他们的结构与电容结构极其相似，都由正负极板和两极间的绝缘层构成，其储电容量主要与正负极板的面积大小和两极板间距有关，极板面积越大、间距越小其储电容量越高，与极板厚度关联度相对较小。由于现行铅酸蓄电池为保证极板强度避免断裂和附着的铅膏脱落，被迫对正负极板进行加厚和活性物质的固化，而极板的加厚相应也要增加介质硫酸注入量，这又导致玻璃纤维隔板隔板也要加厚，隔板的加厚会导致相对极板间距增大，这些都是造成铅酸蓄电池能量密度低、充放电慢的原因。现行的铅酸蓄电池加工工艺是先加工极板，干燥固化后再组装成电池，在这种工艺下，为防止极板断裂，避免铅膏脱落，就势必要求极板有足够的厚度，才能保证必要其强度和硬度。这是现行的铅酸蓄电池极板和隔板都不能有效的降低厚度，导致电池能量密度低和充放电速度慢的根本原因。3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的一种快速成型技术。3D打印技术不断进步和逐步成熟，使铅酸蓄电池传统加工工序可以被打破，原来难以实现的超薄极板生产，在3D打印新技术下可以轻而易举完成，这为铅酸蓄电池提高性能创造了条件、带来了机遇。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，以解决现有技术中存在的不足。本专利技术利用铅酸蓄电池的ABS塑料电池盒体、铅合金板栅、正极铅膏、负极铅膏、汇流条、桥连体、安全阀、极柱组件材质均适宜于3D打印的优势，突破了铅酸蓄电池加工传统工序限制，以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料，采取3D打印快速成型技术与零部件组装相结合的新工序制造铅酸蓄电池。考虑到铅酸蓄电池是由电池盒体、玻璃纤维隔板、极板、汇流条、桥连体、安全阀、极柱及接线端子等部件组成，其中极板分为正极板和负极板，分别由板栅与正极铅膏、负极铅膏复合而成。本专利技术在充分研究电池各组件特性基础上，提出了一种利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，其特征是：利用铅酸蓄电池的ABS塑料电池盒体、铅合金板栅、正极铅膏、负极铅膏、汇流条、桥连体、安全阀、极柱组件材质(为塑料或低熔点铅合金)均适宜于3D打印的优势，又考虑到玻璃纤维隔板、接线端子极易加工直接用于组装不必采用3D打印，以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料，创新采用3D打印与配件组装相结合的工艺可使蓄电池极板集群超薄一体化，从而有效改善电池充放电性能，提高电池能量密度。所述每个超薄一体化极板集群均包括一个起始AGM隔板、一个收尾AGM隔板和若干由负极板栅、第一AGM隔板、正极板栅、第二AGM隔板、正极流体铅膏以及负极流体铅膏复合叠加而成的超薄极板集群单元。进一步的，要将拟打印的铅酸蓄电池进行侧立摆放，使极板呈水平状态便于逐层打印。对拟打印的铅酸蓄电池按侧立摆放空间顺序自下而上逐层打印组装铅酸蓄电池的各部分。进一步的，按ABS塑料电池盒体、铅合金板栅、正极铅膏、负极铅膏、汇流条、桥连体、安全阀、极柱的材质特性分别采用不同喷头进行打印，其中板栅、汇流条、桥连体、极柱均是铅及铅合金制品可以采用粉末状金属热熔打印，ABS塑料电池盒体、安全阀采用熔融沉积式挤压打印，正极铅膏、负极铅膏为常温流膏喷涂打印。进一步的，每个超薄极板集群的打印工序为：首先在底层摆放一个ABS分隔板(盒体的组成部分，提前预加工，减少打印工作量)，其上铺装起始AGM隔板，再在起始AGM隔板表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将第一AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，然后在第一AGM隔板上表面喷涂打印正极流体铅膏，接着在正极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状正极板栅，接续在正极板栅上表面喷涂打印正极流体铅膏，趁湿再将第二AGM隔板下表面叠压复合在正极流体铅膏上，完成一个极板单元打印组装，以下类推，重复循环上述工序完成若干个极板单元，最后在每个超薄极板集群末尾单元的第二AGM隔板上表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在该负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将收尾AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，这些极板单元组成一组就是一个极板集群，此时极板流膏将正(负)极板与相邻的隔板粘结复合成一体，由于板栅和铅膏喷涂厚度都比较薄，最终形成的每个极板都达到了超薄要求，通过流体铅膏的粘结作用，使极板集群内部各极板与相邻的隔板之间彼此粘结成一体，实现了极板集群一体化复合。然后根据电池极板设计的集群数，重复上述极板集群工序，逐层打印这些极板集群。进一步的，不适宜打印的零部件按电池分层打印顺序一体化同步组装：按电池分层顺序在打印组装每个超薄极板集群时，按照以下操作步骤完成每个层次对应零部件的同步安装：A.同步逐层打印ABS塑料电池盒体，ABS塑料电池盒体不再分为槽体、安全阀、盒盖部分，而是一体化打印；B.按照分层打印进度在打印极板集群、汇流条、桥连体、极柱的同时，将接线端子等不宜打印的部件提前预制同步组装在相应位置上,并将各组件按照设计要求相应焊接一体；C.极板集群之间的ABS分隔板包括电池两头侧面板，可以提前注塑预制，以便用其加压下面的极板集群，还可减少打印工作量。在ABS分隔板与周边盒体熔接前，要用加压装置压紧下面的极板集群，使极板集群喷涂的铅膏中富余的稀硫酸溶液压滤出来，进一步强化超薄极板集群一体性，倒出压滤出的酸液，完成蓄电池一体化打印与组装；D.在整个电池打印组装结束前，预留密封口。进一步的，所述正极板栅是用耐腐蚀铅合金磨成的粉末热熔打印成均匀布孔的薄板，正极板栅厚度不大于1mm，正极板栅上每个小孔孔径不大于3mm，所述正极板栅的开孔面积总和与正极板总面积比小于1:3；所述负极板栅为采用纯铅磨成的粉末热熔打印成均匀布孔的薄板，负极板栅厚度小于0.8mm，负极板栅小孔孔径不大于4mm，所述负极板栅的开孔面积总和与负极板总面积比小于1:2。进一步的，所述正极流体铅膏和负极流体铅膏是在传统铅膏配方基础上同比例增加水、硫酸和胶体用量来稀释制成便于喷涂打印的正极板流体铅膏和负极板流体铅膏。进一步的，所述AGM隔板不宜直接打印可以提前预制或采取3D打印的涤纶无纺布隔板取代。进一步的，对所述超薄一体化极板集群进行干燥固化和熟化：以蓄电池盒体为载体将湿软的一体化超薄极板集群单元送入干燥固化室，敞开密封口状态下在高温饱和蒸汽中进行干燥固化，得到生极板集群铅酸电池；再通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，其特征在于包括：一个起始AGM隔板、一个收尾AGM隔板和若干由负极板栅、第一AGM隔板、正极板栅、第二AGM隔板、正极流体铅膏以及负极流体铅膏复合叠加而成的超薄极板集群单元；每个超薄极板集群的打印工序为：首先在底层摆放一个ABS分隔板，其上铺装起始AGM隔板，再在起始AGM隔板表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将第一AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，然后在第一AGM隔板上表面喷涂打印正极流体铅膏，接着在正极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状正极板栅，接续在正极板栅上表面喷涂打印正极流体铅膏，趁湿再将第二AGM隔板下表面叠压复合在正极流体铅膏上，完成一个极板单元打印组装，以下类推，重复循环上述工序完成若干个极板单元，最后在每个超薄极板集群末尾单元的第二AGM隔板上表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在该负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将收尾AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，这些极板单元组成一组就是一个极板集群，此时极板流膏将正、负极板与相邻的隔板粘结复合成一体，由于板栅和铅膏喷涂厚度都比较薄，最终形成的每个极板都达到了超薄要求，通过流体铅膏的粘结作用，使极板集群内部各极板与相邻的隔板之间彼此粘结成一体，实现了极板集群一体化复合，然后根据电池极板设计的集群数，重复上述极板集群工序，逐层打印这些极板集群。...

【技术特征摘要】
1.一种利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，其特征在于包括：一个起始AGM隔板、一个收尾AGM隔板和若干由负极板栅、第一AGM隔板、正极板栅、第二AGM隔板、正极流体铅膏以及负极流体铅膏复合叠加而成的超薄极板集群单元；每个超薄极板集群的打印工序为：首先在底层摆放一个ABS分隔板，其上铺装起始AGM隔板，再在起始AGM隔板表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将第一AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，然后在第一AGM隔板上表面喷涂打印正极流体铅膏，接着在正极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状正极板栅，接续在正极板栅上表面喷涂打印正极流体铅膏，趁湿再将第二AGM隔板下表面叠压复合在正极流体铅膏上，完成一个极板单元打印组装，以下类推，重复循环上述工序完成若干个极板单元，最后在每个超薄极板集群末尾单元的第二AGM隔板上表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接续在该负极板栅上表面喷涂打印负极流体铅膏，趁湿再将收尾AGM隔板下表面叠压复合在负极流体铅膏上，这些极板单元组成一组就是一个极板集群，此时极板流膏将正、负极板与相邻的隔板粘结复合成一体，由于板栅和铅膏喷涂厚度都比较薄，最终形成的每个极板都达到了超薄要求，通过流体铅膏的粘结作用，使极板集群内部各极板与相邻的隔板之间彼此粘结成一体，实现了极板集群一体化复合，然后根据电池极板设计的集群数，重复上述极板集群工序，逐层打印这些极板集群。2.根据权利要求1所述的利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，其特征在于，要将拟打印的铅酸蓄电池进行侧立摆放，使极板呈水平状态便于逐层打印；对拟打印的铅酸蓄电池按侧立摆放空间顺序自下而上逐层打印组装铅酸蓄电池的各部分。3.根据权利要求1所述的利用3D打印技术制造高储能免维护铅酸蓄电池的方法，其特征在于，按ABS塑料电池盒体、铅合金板栅、正极铅膏、负极铅膏、汇流条、桥连体、安全阀、极柱的材质特性分别采用不同喷头进行打印，其中板栅、汇流条、桥连体、极柱均是铅及铅合金制品可以采用粉末金属热熔打印，ABS塑料电池盒体、安全阀采用熔融挤压打印，正极铅膏、负极铅膏为常温流膏喷涂打印。4.根据权利要求3所述的利用3D打印技术制...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚圣杰，
申请(专利权)人：界首市菁华科技信息咨询服务有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34