一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱的制作方法

1.本发明属于储能蓄电池的技术领域，具体涉及一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱。


背景技术：

2.储能蓄电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。由于储能蓄电池的使用工况差异较大，故有很多储能蓄电池会暴露于阳光或深埋在地下，在这种极端工况下会使储能蓄电池的接线端腐蚀严重，同时储能蓄电池在使用时还会有较频繁的大电流放电的情况，大电流会使电池内部尤其是极柱端发生微熔甚至断裂的问题，又由于储能蓄电池的寿命通常需要延续5年甚至7年才算合格，因此极柱端的稳定性是衡量储能蓄电池使用寿命的其中一个重要参数。目前储能蓄电池采用铜芯加铅包层的结构作为极柱的组成方式，其夹层处会镀银，由于铜铅的连接不太牢固，且储能蓄电池不会频繁更换，因此，极柱为紧装配产品，又由于螺丝在安装时会对极柱造成较大的扭力，故铜层与铅层之间极易因滑动而导致接触不佳使得电阻增高，从而影响到储能蓄电池的导电性及使用寿命；此外，纯铜芯不具有较好的耐腐蚀性，镀层的厚度也较薄，通常在两年内耐腐蚀层便会消磨殆尽。
3.现有技术有针对储能蓄电池极柱使用寿命的研究，如专利申请cn112072060a一种高扭力耐腐蚀极柱成型工艺等，其通过在铜芯的内外表面电镀铅锡合金形成的第一层镀层来提高铜芯的耐腐蚀性能，解决了铜芯与铅体结合力不强而导致接触不佳使得电阻增高的问题。但现有的铜芯极柱只适用于动力电池，由于动力电池的使用寿命通常为1-2年，故动力电池对于铜芯极柱的扭力要求不高，又由于储能电池的使用寿命需达到5-7年，故储能蓄电池对于铜芯极柱的扭力要求要远高于动力电池，由此可知，现有的铜芯极柱很难满足储能蓄电对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，以解决上述背景技术中提出的现阶段铜芯极柱只适用于动力电池，很难满足储能蓄电池对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求，从而影响到储能蓄电池使用寿命的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，包括铜芯和铅底座，所述铜芯包括如下含量百分比的组分：锌10%-13%，银0.008%-0.01%，其余为铜，所述铅底座包括如下含量百分比的组分：银0.005%-0.008%，钙0.5%-0.65%，锡1%-1.3%，锌3%-4%，其余为铅。
6.进一步的，所述铜芯中的铜为纯度≥99.95%的片铜，所述铜芯中的银为纯度≥99.0%的工业银，所述铜芯中的锌为三级锌粉；其铜芯采用如下制备方法：先将合金炉预热并在其底部铺设一层木炭，再加入配方量的铜，与此同时，配方量的锌和银置于炉台上进行预热，待铜完全熔化后捞渣，而后依次加入预热后的锌和银进行搅拌得到铜芯合金液，而后
加入磷铜脱氧生成五氧化二磷气体从铜芯合金液中逸出，磷酸铜浮于液面扒渣去除，在脱氧的过程进行搅拌，待搅拌结束后扒渣出炉形成脱氧的铜芯合金液，最后将脱氧的铜芯合金液注入至铜芯模具中，冷却制备成铜芯。
7.进一步的，所述铅底座中的铅为纯度≥99.994%的电解铅，所述铅底座中的银为纯度≥99.0%工业银，所述铅底座中的钙为纯度≥99.0%的电解钙，所述铅底座中的锡为纯度≥99.0%的精锡，所述铅底座中的锌为三级锌粉，其铅底座采用如下制备方法：向合金炉中加入配方量的铅，并控制合金炉温度，同时加入木炭进行搅拌，搅拌结束后捞取铅渣，待铅液温度稳定时，再向合金炉内依次投入配方量的锌和银在搅拌频率为20hz下进行搅拌，而后将搅拌频率降至15～18hz后向合金炉内依次加入配方量钙和锡进行搅拌，待搅拌结束后铸锭得到铅锭，最后将铅锭送往铅底座的模具工段再次熔化得到铅液，铅液在铅底座的模具中冷却制备成铅底座。
8.根据以上的制备工艺制成的铜芯极柱的结构如下：所述铅底座的一端上部设置有圆柱结构的支撑座，所述支撑座的中间内侧开设有方形凹槽并通过方形凹槽与铜芯嵌入式固定连接，所述铅底座的另一端连接于储能铅酸蓄电池的汇流排上；所述铜芯的下部设置有与方形凹槽相锲合的方形座，所述方形座的下部开设有咬合槽并通过咬合槽嵌设固定于方形凹槽内；所述铜芯的上部设置有圆形固定座并通过圆形固定座固定于支撑座的顶部；所述铜芯的中心位置设置有螺孔，所述铜芯顶部的轴向上设置有色胶槽。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明采用铜+锌+银的元素体系制备铜芯，使铜芯的导电能力得到了有效地提升，同时也有效地提升了铜芯的耐腐蚀性能，再采用铅+钙+锡+锌+银的元素体系制备铅底座，使铅底座与储能铅酸蓄电池的汇流排之间更加兼容，有效地提升了铅底座的导电性能，同时也有效地提升了铅底座的硬度及耐腐蚀性能，从而使具有该铜芯及铅底座的铜芯极柱能够满足储能铅酸蓄电池对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求，保证了储能铅酸蓄电池使用寿命；2.本发明采用铜合金作为铜芯的原料，使铜芯能够达到最佳的强硬度，通过在铜合金中加入锌，使铜芯的耐腐蚀性能得到提升，更易与铅底座中的相融合，同时也有效地降低了生产成本，再通过在铜合金中加入银，使铜芯的导电性能得到了有效地提升，有效地避免了铜芯镀银的工序，从而使铜芯能够满足储能铅酸蓄电池对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求，保证了储能铅酸蓄电池使用寿命；3.本发明采用铅锡系列合金作为铅底座的原料，使铅底座更易与储能铅酸蓄电池的汇流排相兼容，通过在铅锡系列合金中加入钙，使铅底座的硬度和强度均得到了有效地提升，再通过在铅锡系列合金中加入银，使铅底座的导电性能得到了有效地提升，通过在铅锡系列合金中加入锌，使铅底座的的耐腐蚀性能得到了有效地提升，从而使铅底座能够满足储能铅酸蓄电池对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求，保证了储能铅酸蓄电池使用寿命；4.本发明通过咬合槽嵌设于方形凹槽将铜芯固定于铅底座的一端上部，使铜芯与铅底座之间无论在水平向还是在纵向都能保持牢固性，保证了该铜芯极柱的扭力，有效地避免了因扭力过大而导致铜芯与铅底座之间出现滑动的问题，解决了导致接触不佳而使电阻增高的问题，从而保证了储能铅酸蓄电池导电性能及使用寿命。
附图说明
10.图1为本发明的铜芯极柱的整体结构示意图；图2为本发明的铜芯的结构示意图；图3为本发明的铅底座的结构示意图。
11.其中：1、铜芯；2、铅底座；3、支撑座；4、方形凹槽；5、方形座；6、咬合槽；7、圆形固定座；8、螺孔；9、色胶槽。
具体实施方式
12.以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。
实施例1：
13.先选取含量为0.0082%的银，含量为10.073%的锌，余量为铜作为铜芯1的原料组分，其中，铜为纯度≥99.95%的片铜，银为纯度≥99.0%的工业银，锌为三级锌粉；再选取含量为0.0053%的银，含量为0.517%的钙，含量为1.051%的锡，含量为3.025%的锌，余量为铅作为铅底座2的原料组分，其中，铅为纯度≥99.994%的电解铅，银为纯度≥99.0%工业银，钙为纯度≥99.0%的电解钙，锡为纯度≥99.0%的精锡，锌为三级锌粉；再根据以上选取的铜芯组分制备出铜芯1。具体的铜芯1制备方法如下：先将合金炉预热至暗红色，并在其底部铺设一层厚度为30-50cm的干燥木炭，再加入纯度≥99.95%的片铜，并将合金炉升温至1200-1220℃，使片铜能够全部被熔化，与此同时，含量为10.073%的三级锌粉和含量为0.0082%且纯度≥99.0%的工业银置于合金炉的炉台上进行预热，并保证三级锌粉和工业银能够以热料进入合金炉内，片铜在熔化过程中还需对片铜进行搅拌，以防搭桥，待片铜完全熔化后其搅拌的转速为5hz下捞渣，而后依次加入预热后的三级锌粉和工业银至合金炉内并在转速为15-18hz下进行搅拌30分钟，得到铜芯合金液，而后加入占铜芯合金液重量的0.3-0.4%磷铜脱氧，生成五氧化二磷气体从铜芯合金液中逸出，磷酸铜浮于液面扒渣去除，达到脱氧的目的，在脱氧的过程还需进行搅拌30分钟以上，待搅拌降至5hz后扒渣出炉形成脱氧的铜芯合金液，此时，脱氧的铜芯合金液的浇铸温度为1100-1200℃，最后将脱氧的铜芯合金液注入至铜芯模具中，冷却制备成铜芯1。
14.再根据以上选取的铅底座2组分制备出铅底座2。具体的铅底座2制备方法如下：向合金炉中加入纯度≥99.994%的电解铅，并控制合金炉温度为800℃，在炉内温度升至550℃时，将温度设定为600℃，同时加入木炭在搅拌频率为25hz下进行搅拌10分钟后捞取铅渣，待铅液稳定在600℃时，再向合金炉内投入含量为3.025%的三级锌粉并在搅拌频率为20hz下进行搅拌20分钟，而后再向合金炉内投入含量为0.0053%且纯度≥99.0%的工业银并在搅拌频率为20hz下进行搅拌10分钟，再而后将搅拌频率降至15～18hz后向合金炉内加入含量为0.517%且纯度≥99.0%的电解钙搅拌15分钟后，再向合金炉内加入含量为1.051%且纯度≥99.0%的精锡在保持搅拌频率不变的情况下搅拌25分钟后铸锭得到铅锭，最后将铅锭送往铅底座的模具工段再次熔化得到铅液，铅液在铅底座的模具中冷却制备成铅底座2。
15.再将制备完成的铜芯1与铅底座2组合形成储能铅酸蓄电池的铜芯极柱。具体的铜芯极柱参阅图1-3，铅底座2的一端上部设置有圆柱结构的支撑座3，支撑座3的中间内侧开设有方形凹槽4并通过方形凹槽4与铜芯1嵌入式固定连接，铅底座2的另一端连接于储能铅
酸蓄电池的汇流排（汇流排等常规设备的功能和结构均为本领域所公知，连接设定也为公知常识，所以在此不多做说明，在附图中也未示出）上；铜芯1的下部设置有与方形凹槽4相锲合的方形座5，方形座5的下部开设有咬合槽6并通过咬合槽6嵌设固定于方形凹槽4内；铜芯1的上部设置有圆形固定座7并通过圆形固定座7固定于支撑座3的顶部；铜芯1的中心位置设置有螺孔8，铜芯1顶部的轴向上设置有色胶槽9，其中，铜芯1为上圆下方结构，与铅底座2的支撑座3上的方形凹槽4嵌入设置，有效地避免因扭力过大而导致铜芯与铅底座之间滑动的问题，解决了导致接触不佳而使电阻增高的问题，咬合槽6在浇铸时先浇铸铜芯1，再将铜芯1置于铅底座2的模具内流入铅液，使铅液自动流进咬合槽6中，确保铜芯1与铅底座2之间不会上下滑动，而螺孔可根据需求更改其大小，用于储能铅酸蓄电池的接线，色胶槽9则在其内倒入色胶可用于区分正负极。
实施例2：
16.本实施例配制铜芯1和铅底座2的原料组分及其制备方法均与实施例1一致，仅配方量不一致，即：先选取含量为0.0097%的银，含量为12.973%的锌，余量为铜作为铜芯1的原料组分，其中，铜为纯度≥99.95%的片铜，银为纯度≥99.0%的工业银，锌为三级锌粉；再选取含量为0.0078%的银，含量为0.645%的钙，含量为1.288%的锡，含量为3.975%的锌，余量为铅作为铅底座2的原料组分，其中，铅为纯度≥99.994%的电解铅，银为纯度≥99.0%工业银，钙为纯度≥99.0%的电解钙，锡为纯度≥99.0%的精锡，锌为三级锌粉。
17.同样的，本实施例中的铜芯1和铅底座2组合成储能铅酸蓄电池的铜芯极柱的具体结构也与实施例1相同。
实施例3：
18.本实施例配制铜芯1和铅底座2的原料组分及其制备方法均与实施例1一致，仅配方量不一致，即：先选取含量为0.0093%的银，含量为11.779%的锌，余量为铜作为铜芯1的原料组分，其中，铜为纯度≥99.95%的片铜，银为纯度≥99.0%的工业银，锌为三级锌粉；再选取含量为0.0069%的银，含量为0.583%的钙，含量为1.174%的锡，含量为3.590%的锌，余量为铅作为铅底座2的原料组分，其中，铅为纯度≥99.994%的电解铅，银为纯度≥99.0%工业银，钙为纯度≥99.0%的电解钙，锡为纯度≥99.0%的精锡，锌为三级锌粉。
19.同样的，本实施例中的铜芯1和铅底座2组合成储能铅酸蓄电池的铜芯极柱的具体结构也与实施例1相同。
20.为了使铜芯极柱符合储能铅酸蓄电池的性能要求，现对实施例1-3制备的铜芯极柱进行了实验室检测，检测结果显示实施例1-3制备的铜芯极柱均符合储能铅酸蓄电池的性能要求，其检测方法如下：步骤一、将铜芯极柱置于1.25g/ml的稀硫酸中，液面略微漫过铅底座2的最上方，使用10a电流通电4小时，铜芯极柱重量变化≤5%；步骤二、将铜芯极柱置于细沙上，使用80a大电流通电5分钟，铜芯极柱无变形；步骤三、将铜芯极柱置于扭力检测台上，用标准螺丝检测，以35n/m的扭矩检测，铜芯极柱不变形，不滑动。

技术特征：
1.一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，包括铜芯和铅底座，其特征在于，所述铜芯包括如下含量百分比的组分：锌10%-13%，银0.008%-0.01%，其余为铜，所述铅底座包括如下含量百分比的组分：银0.005%-0.008%，钙0.5%-0.65%，锡1%-1.3%，锌3%-4%，其余为铅。2.根据权利要求1所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铜芯中的铜为纯度≥99.95%的片铜，所述铜芯中的银为纯度≥99.0%的工业银，所述铜芯中的锌为三级锌粉。3.根据权利要求1所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铅底座中的铅为纯度≥99.994%的电解铅，所述铅底座中的银为纯度≥99.0%工业银，所述铅底座中的钙为纯度≥99.0%的电解钙，所述铅底座中的锡为纯度≥99.0%的精锡，所述铅底座中的锌为三级锌粉。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铜芯采用如下制备方法：先将合金炉预热并在其底部铺设一层木炭，再加入配方量的铜，与此同时，配方量的锌和银置于炉台上进行预热，待铜完全熔化后捞渣，而后依次加入预热后的锌和银进行搅拌得到铜芯合金液，而后加入磷铜脱氧生成五氧化二磷气体从铜芯合金液中逸出，磷酸铜浮于液面扒渣去除，在脱氧的过程进行搅拌，待搅拌结束后扒渣出炉形成脱氧的铜芯合金液，最后将脱氧的铜芯合金液注入至铜芯模具中，冷却制备成铜芯。5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铅底座采用如下制备方法：向合金炉中加入配方量的铅，并控制合金炉温度，同时加入木炭进行搅拌，搅拌结束后捞取铅渣，待铅液温度稳定时，再向合金炉内依次投入配方量的锌和银在搅拌频率为20hz下进行搅拌，而后将搅拌频率降至15～18hz后向合金炉内依次加入配方量钙和锡进行搅拌，待搅拌结束后铸锭得到铅锭，最后将铅锭送往铅底座的模具工段再次熔化得到铅液，铅液在铅底座的模具中冷却制备成铅底座。6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铅底座的一端上部设置有圆柱结构的支撑座，所述支撑座的中间内侧开设有方形凹槽并通过方形凹槽与铜芯嵌入式固定连接，所述铅底座的另一端连接于储能铅酸蓄电池的汇流排上。7.根据权利要求6所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铜芯的下部设置有与方形凹槽相锲合的方形座，所述方形座的下部开设有咬合槽并通过咬合槽嵌设固定于方形凹槽内。8.根据权利要求6所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铜芯的上部设置有圆形固定座并通过圆形固定座固定于支撑座的顶部。9.根据权利要求6所述的一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，其特征在于，所述铜芯的中心位置设置有螺孔，所述铜芯顶部的轴向上设置有色胶槽。

技术总结
本发明属于储能蓄电池的技术领域，具体涉及一种储能铅酸蓄电池的铜芯极柱，包括铜芯和铅底座，所述铜芯包括如下含量百分比的组分：锌10%-13%，银0.008%-0.01%，其余为铜，所述铅底座包括如下含量百分比的组分：银0.005%-0.008%，钙0.5%-0.65%，锡1%-1.3%，锌3%-4%，其余为铅。本发明使具有该铜芯及铅底座的铜芯极柱能够满足储能铅酸蓄电池对其扭力、导电性、硬度及耐腐蚀性的要求，保证了储能铅酸蓄电池使用寿命。使用寿命。使用寿命。


技术研发人员：顾旭尧 沈煜婷 李博洋
受保护的技术使用者：江苏海宝新能源有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15