摘要：经济进步带动了铅蓄电池板栅设计与制造技术进展加速，当下其应用的范围逐渐增加。为了保证铅蓄电池板栅设计与制造效果与时俱进，需要加强技术创新，充分提高实践水平，从而实现最为理想的应用目的。论文概述了相关内容，分析了与铸造式板栅相比较拉网式板栅的优势，并研究了连续铸造式与扩展式板栅。
关键词：铅蓄电池板栅；设计；制造；结构
1前言
铅蓄电池作为常见基础设备设施，对当代社会各行业的稳定发展具有极大影响，是推动经济进步的保障。因此我们应该十分重视铅蓄电池板栅设计与制造结构的发展与建设，通过大量的实践和经验的累计，促进实践达到领先水平。
2概述
铅价居高不下，迫使生产厂家在减轻板栅重量方面想办法，板栅的质量约占整个铅酸蓄电池质量的1/4，如果采用拉网式板栅则可以明显减轻电池重量，和减少用铅量。目前更倾向于小型化，更轻量级的发展趋势对于蓄电池的发展提出了新要求。满足这些要求必须大大减轻蓄电池重量。减轻板栅重量，采用轻型板栅，可以明显提高铅酸蓄电池的重量比能量。近年来，有关减轻板栅质量来提高电池的比能量的研究较多，这一方面较新的研究成果有：拉网板栅、冲压式板栅、导电塑料板栅、镀铅铜板栅、不溶性阳极板栅、铅布（在玻璃纤维丝表面挤压包覆铅或铅合金，成为铅丝，再编织而成）板栅、铅合金与陶瓷复合板栅等。有的研究成果已在实际电池中得到应用。汽车蓄电池一般采用拉网板栅和连续铸造式板栅，除重力浇铸板栅生产技术外，连续板栅生产技术还有：锻制带材扩展方法；铸造式扩展方法；ConrollTM技术和冲压与冲孔滚轧。重力浇铸技术在汽车型铅酸蓄电池仍然常见。
3与铸造式板栅相比较拉网式板栅的优势
铸造式板栅特点是：生产效率低，自动化水平低，但是其技术公差范围广，机械强度高尺寸稳定，生产成本高。从成品电池方面来看：铸造式板栅电池功率大，比能量高，腐蚀性低，循环寿命长，但电池价格高。扩展式板栅的生产特点是：生产效率高，自动化水平很高，生产成本低。采用连续板栅生产工艺大大降低了电池的生产成本，改善了极板的均匀性。但是连续性生产工艺的技术公差范围小，机械强度很低，给机器加工造成困难。另外，拉网式生产工艺通常所使用的铅钙板栅在正极板栅常常出现活性物质脱落，膨胀和充电接受能力差等现象，减少了电池的循环寿命。电池性能比较：一般认为采用扩展式板栅生产的电池特点是：SLI电池功率非常高，比能量非常高，价格低，但是电池腐蚀性高，循环寿命短。据菲亚特汽车供应商MagnetiMarelli的资料，起动电池的正、负板栅均采用Pb-Ca-Sn和金，为菲亚特车配套电池启动范围从34Ah到200Ah/1000A，在-18度启动时达到20Ah，超过了200W/kg，水消耗低于1.5g/Ah。他们为菲亚特、依维克、雷诺、标致等车辆所配套电池，生产商认为这些电池重量轻，可靠性好。电池产品成本比铸造式电池低20%以上。
采用扩展式技术或其他的连续生产技术，生产薄型极板是使铅酸蓄电池在化学电源领域占领一席之地的基本方法。与重力浇鋳生产方法相比较，采用拉网等连续板栅生产工艺大大降低了生产成本，改善了极板的均匀性，也可以满足于小型，更轻量级的要求。拉网板栅生产系统对电池生产产生了影响，可以从事更清洁的板栅生产，更清洁的极板涂板，更清洁的电池装配。消除了铸造式板栅生产所产生的烟尘和尘渣。
4连续铸造式与扩展式板栅
目前蓄电池技术已经将通过减轻板栅重量，提高活性物质利用率来提高电池比能量发挥到了极限。然而，现有的板栅制造技术均在优化板栅设计，性能和微观结构方面有局限性，新式连续铸造式技术在很大程度上克服了这些局限，在技术和经济上都具有优势。采用辊压加工连铸方法可将铅钙合金的强度增加到可与铅锑合金相比的水平。
沃茨CON-ROLL工艺生产的板栅具有低压延率和辊压晶粒结构，显示出很高的机械性能。板栅耐穿透腐蚀，在高温加速寿命试验中保持了其锻造结构。据沃茨公司的计算资料表明，采用连铸系统一年生产100万只电池的情况下比三种传统板栅铸系统可节省成本总计170万美元。从其公司的专利（蓄电池板栅美国专利20020182487A1Wirtz，JohnO.）来看，正极板的厚度减少，生产出的正极板每平方英寸的铅重为0.5至2.1克，提高了极板所在蓄电池的寿命。负极板0.3至0.9克/平方英寸。
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现在主要的蓄电池公司都采用连续铸造和拉网式板栅，和连续铸板与极板生产技术的自动化生产线。现简述沃茨公司的连铸及连铸并辊轧技术如下：
*一池熔铅和一个转动的液体冷却鼓
*在鼓表面刻出板栅形状
*铸造后用滚子调整厚度
*板栅带材在水中冷却，然后取下并成卷存放
*生产速度：每班250，000双片板栅（又有资料显示为每班200，000片板栅，每分钟416片）
连续铸造技术有如下的优点：
连续铸造生产可以设计任何厚度的板栅，可以利用现有的板栅带涂填设备，并能改变板栅材料成份和微观结构，以利于提高耐腐蚀性和铅膏附着力。可以按照具体的要求优化板栅性能。因此可以通过减少重量提高电池的功率和能量密度，和通过提高板栅的耐腐蚀性延长电池寿命。连铸方法中板栅的设计结构没有任何限制，原理上可以实现任何设计。
连铸式板栅可以随意选择板栅厚度和设计结构，灵活性大大优于目前所有的板栅制造工艺。板栅厚度可以减少到载流、腐蚀和加工所需要的最小厚度，可以进行降低电阻损耗方面的优化，据模拟试验资料一个重30克，厚度为0.4mm，最小筋条宽度0.7mm的板栅，总电损耗可下降22%。并具有机械性能好，板栅因氧化所造成的增长最小，连铸工艺提供了两种增进活性物质附着力的先决条件。其内在的细柱状晶粒微观结构和复合层结构为增强板栅抗腐蚀性和铅膏附着性提供了可能。
连续铸造式技术的经济优势是：
如果没有经济优势，任何新技术研究都是不可行的。据德国德雷斯顿材料创新公司的成本计算，这种工艺的成本不比扩孔式板栅和冲孔式板栅高。根据商业生产设备细节设计，对于达到100片板栅/分钟生产量的设备，采用这种技术是经济的。通过减少厚度和电阻优化设计，使连铸技术产生了巨大的降低成本潜力，可使成本降低40%。另外由于该技术可采用废品铅直接作为原材料，而不是原铅可使原材料成本节约25%。
连铸板栅与扩展式板栅比较有如下区别：
扩展式板栅：从电池生产方面，扩展式板栅生产效率高，自动化水平高，生产成本低，技术公差范围小，机械强度低。采用扩展式板栅生产的电池功率大，比能量高，价格低，但是高腐蚀性，循环寿命短。
连续铸造式板栅：生产方面，生产效率高，自动化水平高，技术公差范围小，机械强度提高了。采用这种板栅制作的电池特性是：功率高，比能量高，低腐蚀性，循环寿命长。
铅合金板栅对于电池的最终寿命起着重要作用，电池板栅必需具有足够的机械性能，板栅尺寸必须稳定，以承受充、放电反应产生的应力而不弯曲、延长或翘曲。汽车的发展趋势向铅蓄电池提出了新的要求，满足这些要求必须大大减少电池重量，而且还要输出非常大的电流。薄型极板是未来重要的发展方向，这种方法的应用使铅酸蓄电池在电化学系统中保持主导地位。各种板栅制造技术都有自己的优势和缺点，我们只能在其中折衷，但是大量资料表明连续铸造式板栅是蓄电池板栅发展的未来。
5结束语
总之，随着世界经济格局的不断变化和我国经济水平的持续提高，铅蓄电池板栅设计与制造工作将不断升级、革新，只有不断适应时代的发展和科技的飞速进步，与时俱进，才能将其设计与制造工作提升至一个新的高度，造福子孙后代。
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论文作者:梁东发
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/19
标签：电池论文; 蓄电池论文; 极板论文; 技术论文; 结构论文; 厚度论文; 连铸论文; 《基层建设》2018年第17期论文;