[发明专利]一种电池端子组件及其组装工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到蓄电池的零部件，具体涉及到一种铅蓄电池端子的设计与加工，特别是一种具有防止电池端子爬酸和具有抗热冲击功能的电池端子组件及其组装工艺。 

背景技术

铅蓄电池的端子是连接铅蓄电池内部与外部的关键零部件。铅蓄电池的端子分为正、负两个独立端子：端子的一端(底部)在电池内部与电池的一个电极(单格电池)，或电池(内部串联的一端电极)连接；端子的另一端(端子头部)用于电池与外部的连接。 

目前汽车启动电池中的正、负端子通常是把铅或铅合金材料加工成型的具有一定锥度的中空圆柱体，俗称“铅套”。铅套的加工可以采用相应的专用端子模具通过常规的浇铸成型、或者是压铸成型、或者是冷挤压成型、或者是2种成型工艺的结合。把正、负铅套作为预置嵌件，经过电池盖注塑成型镶嵌在电池壳盖的给定位置上。在电池装配/封盖过程中，电池壳内的正、负极汇流排上的极柱会置入相应的铅套之中，通过加热极柱的头部，将极柱与铅套顶部熔接为一体。至此，铅套即成为完整的电池端子：在铅套内部与电极组在电池内部连接，铅套外部连接外部设备。 

目前市场上的铅蓄电池，尤其是汽车起动型电池，在储存期或在使用中，经常出现的一个问题是电池端子表面变色发黑，以及端子表面腐蚀。原因是由于端子与电池盖之间出现“爬酸”所致。电池端子表面的腐蚀层会影响到电池与外部的连接性能，腐蚀严重时会产生接触不良，并影响到电池的使用和电池的寿命。 

出现端子“爬酸”的一个主要原因是有关材料的特性所导致：因为铅金属端子与塑料电池壳盖是两种不同的材料，其导热系数和热膨胀系数的差别很大。铅的线膨胀系数：28(10-6m/m K),电池壳体塑料：100～200(10-6m/m K),两者相差(3.5～7)倍。因此在注塑镶嵌的过程、在 极柱与铅套的加热熔接过程，以及电池在温度交变条件下的循环使用过程：如电池处在低温(冬季)和高温(夏季，电池靠近发动机位置)的环境下频繁循环使用，因为两种材料的体积膨胀-收缩差别很大，很容易造成电池端子(铅套)与电池壳盖接触表面的分离，在接触面出现毛细孔或细微裂纹，即密闭性出现问题。同时铅蓄电池中使用的电解液-硫酸溶液的表面张力非常低，常压下即易挥发，如果镶嵌的电池端子与电池壳盖之间一旦出现毛细孔或微小的裂纹，电池内电解液的酸雾气即可从电池内部，沿着铅套表面的毛细孔或微小裂纹从端子底部扩散到端子外部，即出现所谓端子“爬酸”现象，进而产生端子表面的腐蚀，甚至对与电池连接的部件也造成腐蚀，因此如何保证电池端子与电池壳盖之间的良好密闭性是非常重要的。 

以往有很多技术用于改善电池端子与电池壳盖之间的密封性，比较常见的方法有：1)在铅套表面(与壳盖接触面)加工出多道环形沟槽(参见图1A、图1B、图1C)，增加电池壳盖之间接触面积和密封性、延长“爬酸”的路径，降低出现“爬酸”的可能(美国专利：5709967)；2)在注塑之前对镶嵌铅套的表面进行预处理，涂敷一层热固化树脂(美国专利4758482)，或者用热塑性橡胶涂层(美国专利4522899)，或者采用聚氨酯弹性体涂层(美国专利5182178)；3)将铅套的内表面设计加工为2个截段面，将铅套内圆的底部设计加工为：注塑时铅套的外部和内部的底部同时都被电池壳盖材料包覆，以延长“爬酸”的路径(美国专利2011/0014513)。 

以往的技术虽然有助于改善铅酸电池端子的“爬酸”，但这些技术的并不足以完全避免“爬酸”现象的发生。同时所采用对铅套表面的处理方法过于繁琐、表面涂层需要固化耗时长，实际效果也非常有限；另一个主要原因：即使采用铅套底端内外包覆(如美国专利2011/0014513)的密封方式，也不能避免受热冲击后的影响，完全抵抗铅端子与电池壳盖材料两者在体积受热膨胀和收缩上的相差造成的影响：即使注塑(铅套镶嵌)后铅套与壳盖之间的接触面结合的完好，但是后续的热冲击，如：极柱与铅套的热熔接过程需要将铅极柱与铅套熔接为一体，保保持温度在铅合金的熔 点(330度)之上，而电池壳盖通常是聚丙烯，或聚丙烯共混材料，或ABS材料：其熔点都低于160度)。熔接时如果铅套冷却温度控制不好(整体过热时)，会对铅套与壳盖的结合面造成冲击。进一步分析：如果再次受热后两者在体积膨胀-收缩上的差别如果没有得到有效的抑制，必定会影响到两种不同材质的表面结合力，即影响到端子的密封性能。这种结合力的下降，在热交变的环境下：包括在频繁循环使用(如启-停电池功能)，会造成电池壳体与电池端子之间密封性的不断减弱，这些因素都会导致最终出现端子的“爬酸”。