CN101060179A - 直接由化成液化成转变为电解液制的蓄电池及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及直接由化成液化成转变为电解液制作蓄电池的方法，包括首先配制电解原液，按电解原液1体积份加入30～60体积份水进行稀释，稀释后的液体中加入无机酸，以稀释后液体∶无机酸为4∶1体积比混合均匀；所得混合液放到具有600V以上高压的电场中进行极化得到的化成液，再放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌，搅拌时间为3～10分钟，用直流泵打出，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，密封好蓄电池进行化成，得到直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池。该方法工艺简单，整个生产过程中对人和环境均无污染，是一种完全环保的清洁生产方法。本方法生产的蓄电池内阻特别小，其充电接受能力是铅酸电池的2.6倍，是一般胶体电池的三倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作蓄电池的方法，特别是涉及一种直接由化成液化成转变为电解液制的蓄电池及其制法。
背景技术
电解质是蓄电池制造中的重要组成部分，当壳体、极板、隔板固定后，蓄电池的性能好坏取决于电解质。一般制造铅酸蓄电池的过程中，以硫酸溶液为电解液，一方面由于硫酸与水混合时产出大量的具有腐蚀性的白烟；另外，在蓄电池进行硫酸化成时也要产生大量的具有腐蚀性的白烟，这种腐蚀性的白烟对人和环境造成严重危害。另一方面，制造铅酸蓄电池的过程工艺复杂，劳动强度大。人们一直在努力寻求一种环保的电解液，以克服在生产蓄电池过程中所产生大量的酸雾，避免对人和环境造成严重的危害。
因此，近年来人们努力寻找和发展环保型的化成液和清洁生产蓄电池的方法，采用硅溶胶调制的电解质制作蓄电池，例如：发明名称：“采用磁化工艺制备的蓄电池用液态低钠硅酸盐电介质及其用途”，发明专利申请号：01129341.1，该申请涉及一种采用5～15重量份含40～60wt％SiO2的硅溶胶与15～25重量份水，边搅拌边将水加入到硅溶胶中进行混合，再经磁化制备的蓄电池用液态低钠硅酸盐电介质。所制备的电介质为一种液态电解质，流动性好，克服了已有硅酸盐电介质的粘度高，给灌装蓄电池带来困难，甚至有时还需采用多次灌装，造成制作蓄电池工艺较为烦琐；电介质的粘度高还带来蓄电池在使用过程中，造成电介质板结的致命缺点。还包括采用发明专利名称：“蓄电池使用的液态低钠硅盐化成液及内化成方法”，发明专利申请号：01129343.8，所制备的化成液，流动性好，克服了已有化成液的粘度高的缺陷。但是，这种方法仍然存在制作工序长的缺陷，以及所制作的蓄电池在长期使用中容易失水而产生龟裂，引起起动蓄电池产生鼓胀以致电池就报废了的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于：克服已有铅酸蓄电池生产过程中产生大量酸雾，严重地危害人的健康和严重地污染环境的缺陷；以及克服上述已有液态低钠硅盐化成液及内化成方法中，制作工序烦琐和时间长的缺陷；而且利用该液态低钠硅盐化成液制作的蓄电池在使用中容易失水而产生龟裂，引起起动蓄电池产生鼓胀，进而造成电池报废的缺陷；从而提供一种用于制造蓄电池电解质的含有超微细SiO2颗粒的化成液，以及为了降低蓄电池的成本和减小劳动强度，使得生产蓄电池的工厂成为环保型的生产厂，提供一种直接将化成液灌装于电池壳内，密封安装好后，对电池进行内化成，将化成液直接转变为电解液的制备的蓄电池和制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的直接由化成液化成转变为电解液制作蓄电池的方法，包括以下步骤：
1).配制电解原液：其组分及含量为：
A.含有30～39.9％wt的SiO2的Na2OSiO2 14～18％；
B.Na2SO4 12～18％；
C.Na2CO3 9.95～11％
D.聚3-氯丁烯
0.015～0.03％；
E.聚氨基硅氧烷
0.4～1.2％；
F.余量为水；以上为体积百分数；
2).取步骤1)制备好的电解原液1体积份，并加入30～60体积份水进行稀释，同时搅拌10分钟，该稀释后的液体比重为0.89～1.09(用比重计测量)，pH值为8～10；
3).配制化成液：将步骤2)稀释后的液体中加入无机酸：先把无机酸的比重调成为1.355～1.555，稀释后液体∶无机酸为4∶1体积比混合，并进行搅拌均匀，其混合后的混合液比重达到1.26～1.29为宜；
4).上述步骤3)所得混合液放到具有600V以上高压的电场中进行极化，使分子重新排列，达到离子运动通畅而实现蓄电池内阻极小；
5).将步骤4)经极化得到的化成液，再放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌，搅拌时间为3～10分钟，用直流泵打出，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，密封好蓄电池，一般装入量为一格9～14mml/Ah；在搅拌机内搅拌的目的是使化成液变成电解液的过程中，保持分子排列有序化和离子运动通道畅通，同时保持均匀状态；
6).最后对步骤5)密封好的蓄电池进行化成，即采用通常硫酸蓄电池化成方法进行化成，得到本发明的硅能电池。化成完后的本发明蓄电池内的液体成为让生鸡蛋(没完全煮熟)的结构，就是电池壳内的电池极板周边是形成胶膜状态，中间是液体态的电解液。
在上述的技术方案中，所述的Na2OSiO2中含有的SiO2的粒径为35～50nm。
在上述的技术方案中，所述的电场是一交直流高压电场。
在上述的技术方案中，所述的无机酸为硫酸或盐酸。
在上述的技术方案中，所述的水为纯净水、蒸馏水或去离子水。
本发明提供的蓄电池包括：包括：箱式蓄电池壳体，隔板、汇流板、连接柱、上盖和带极耳的正、负极板；其特征在于：所述的化成液由1体积份的电解原液中，加入30～60体积份水进行稀释，取稀释后电解原液∶无机酸为4∶1体积比混合均匀得到；
所述的电解原液的组分及体积含量为：
A.含有30～39.9％wt的SiO2的Na2OSiO2 14～18％；
B.Na2SO4 12～18％；
C.Na2CO3 9.95～11％
D.聚3-氯丁烯
0.015～0.03％；
E.聚氨基硅氧烷
0.4～1.2％；
F.余量为水；以上为体积百分数。
在上述的技术方案中，还包括在蓄电池壳内用隔棉纸作隔板。
在上述的技术方案中，所述的Na2OSiO2中含有的SiO2的粒径为35～50nm。
在上述的技术方案中，所述的无机酸为硫酸或盐酸。
在上述的技术方案中，所述的箱式蓄电池壳体下底座内设置隔墙，分为2伏一格，格内底面上有凸起筋状的鞍子，正、负板安放在鞍子上；所述的正、负是用铅或铅合金制成正六角形蜂窝网状的，并且正、负板栅上涂有硫酸蓄电池极板上用的铅膏；其中负、正极板与隔板相间安装在每一格内，相邻极板之间不留空隙，同一格内的正、负极板用汇流板各自通过板耳并联起来，格与格之间的正、负极板分别通过连接柱串联连接，再连接到正、负极柱上；盖好上盖用环氧树脂密封固定；每一格内除板耳外其余部分全部浸泡在化成液中。
本发明具有以下效果：
本发明制作的电池所使用的超微细化的电解原液，由于该电解原液配方相对本申请人已有的配方作了调整，采用SiO2的粒径为35～50nm的Na2OSiO2作为原料，又加入Na2SO4，以及聚合物，例如聚3-氯丁烯和聚氨基硅氧烷，这样蓄电池电解液可使用超微细颗粒的离子状态硅，它和其他聚合物的协同作用，而解决了能使蓄电池内阻变小的问题。该电解原液经高温，和在600V以上的高压电场进行极化工艺，使分子重新排列，再用水稀释后与无机酸复配，得到澄清的化成液，经化成转变为酸性硅盐电解液。因此，用此电解液制成的电池有硅能电池的良好性能，同时避免了硅盐电池分子颗粒大所引起的缺陷，且具有铅酸电池的优点。采用本发明的电解液制作的电池经充放电后，在电解液与蓄电池壳接触的各个表面均形成一层非常致密的柔韧胶状薄膜(类似又有一内壳体)，为此，电池壳体不用再采用特别的密封处理，而完全不会逸出气体和溶液，所有的电化学反应全部在薄膜内进行，不需要作密封处理就达到免维护的性能。而且，此膜也在极板上形成，因而，当电池用完后，极板完好无缺，可以回收再利用，电解液在电池寿命尽时，呈现中性，弃置也不会造成环境污染。所有这些电池在物料的回收再用和环境保护方面，有着难以估量的将来。基于本发明超微细颗粒化硅盐酸性电解液是澄清的溶液，再加上蓄电池壳内隔板用隔棉纸，故蓄电池内阻特别小，具有30倍的放电能力，充电能力则可达3C～4C，30分钟内可充电至空量的90％以上，电池可作电容来使用，完全可以满足特殊的要求。超微细化颗粒的电解液，分子温升也很微小，本发明制作的电池特性，如图1和2所示。
使用本发明提供的直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池的方法是一种工艺简单的、将配置好的电解液直接加入电池壳内，一切安装好后再化成，整个生产过程中对人和环境均无污染的、完全环保的生产方法。该方法还具有以下优点：
1.本发明的制备方法具有内化成时温度低，温升只有15～20℃；
2.利用本发明的方法内化成时绝对没有酸雾，是一种完全的环保生产方法，社会效益重大；
3.该方法还解决了通常的槽化成工序中，部分工序排出大量含有硫酸铅的废水，以至于污染水环境；
4.采用本发明的内化成工艺，在经过内化成后的每件极板上都生成一层薄膜，蓄电池槽周边表面生成一层致密的柔韧胶体状薄膜，所有化学反应全部在薄膜内进行，所以不会逸出酸性气体，酸性液体更不会溢出；
5.用本发明的方法经内化成生产的蓄电池内阻特别小，其充电接受能力是铅酸电池的2.6倍，是一般胶体电池的三倍以上；
6.本发明生产的蓄电池因其内阻极小而放电能力特大，可超过30C不发热；同时可以深放电至0V而电池不会损伤，并有特别强的恢复能力；
7.本发明的方法生产的蓄电池，用0.01C恒流过充电48小时没有任何气体产生。
附图说明
图1为用本发明实施例1的方法制作的电池大电流充电特性曲线图；
图2为用本发明实施例1的方法制作的电池30C放电曲线图；
图3为用本发明的方法制作的电池充电特性曲线图；
图4为用本发明的方法制作的动力电池放电图；
图5为用本发明的方法制作的硅能环保蓄电池放电特性曲线图；
图6为用本发明的方法制作的硅能环保蓄电池各小时率的放电曲线；
图7为用本发明的方法制作的硅能环保蓄电池冲击放电特性曲线；
图8为用本发明的方法制作的蓄电池储存时间和温度对容量的影响图。
具体实施方式
下面结合直接由化成液化成转变为电解液制作蓄电池的方法，对本发明蓄电池结构进行详细地说明：
实施例1
本实施例提供的直接由化成液化成转变为电解液制的蓄电池，具体包括如下步骤：
1).配制含有超细颗粒的SiO2的电解原液：
a.称量占总体积14％的含有34.95％SiO2的Na2OSiO2，其中SiO2颗粒的粒径为32nm；
称取占总体积12％的Na2SO4；
称取占总体积9.95％的Na2CO3；
称取占总体积0.4％的聚氨基硅氧烷；
称取占总体积的0.015％聚3-氯丁烯；
余量为蒸馏水；以上原料均为采用市场上购买的化学纯原料。
具体配制过程：
首先将上述称好的Na2OSiO2放入高压容器内，依次加入Na2SO4、Na2CO3、聚3-氯丁烯、聚氨基硅氧烷和蒸馏水，混合均匀备用；
b.封好高压容器，向高压容器内通入蒸汽进行加热，加热至105～145℃温度范围内均可以，当高压容器内压力为30Kg/cm时，保持20～25小时，然后断电自然冷却至室温，即得到用于制造蓄电池电解质的具有超微细颗粒化的电解原液。
2).取步骤1)制备的超细颗粒的电解原液15体积份，并加入45体积份纯水，进行搅拌10分钟，用比重计测量该稀释液的比重为0.89～1.09；
3).在经步骤2)稀释后电解原液中加入硫酸，先把硫酸比重调成为1.355，再以硫酸∶稀释后电解原液为4∶1(体积比)混合，并进行搅拌成混合液，使其比重达到1.26；
4).将步骤3)得到的混合液放到一个钕铁硼磁性材料制作的圆桶中，施加600V以上高压电场进行极化，使其分子重新排列，令液体含有正负离子，离子在运动通道通畅内阻极小；
5).将经分子重新排列后的步骤4)所得的混合液，再放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌，搅拌时间为7分钟，用直流泵打出，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，密封好蓄电池，一般装入量为一格9mmL～14mml/Ah；
6).用常规化成方法对电池通电化成，化成温度为室温，化成时间为40小时，即可生产出本发明的蓄电池。
其中所用的电池壳为箱式蓄电池壳，蓄电池壳内隔板用隔棉纸，用普通的17Ah生极板5正6负在一格内(5块正极板和6块负极板相间安放在一格内)，其余结构同胶体电解质制作的箱式蓄电池结构一样，做成一只2V100Ah蓄电池，然后采用5～10万高频充放电机，经过4充电3次放电后进行化成(化成方法采用通常铅酸蓄电池的工艺也可)，将化成液直接转变为电解液。
用本实施例配制的电解液和内化成方法制作的蓄电池特性性能(大电流充电特性如图1所示；电池30C放电曲线如图2所示)：
(1)10小时率放电达105Ah；
(2)1小时率放电78Ah；
(3)1％恒流过充电，没有任何气体产生；
(4)在化成时电池壳内周边表面上，由电解液生成一层致密的柔韧胶状薄膜，所有化学反应全部在薄膜内进行，同时每件极板表面也形成这样的薄膜，所以该蓄电池不会逸出酸性气体，和有害液体更不会溢出；这些电池物料均可以回收，是一种环保电池；
(5)由于极板表面生成薄膜，当电解液用完后，电池寿命终止时其呈现中性，极板完好无缺，既可回收重新使用，也不污染环境；
(6)基于采用了含有超微细SiO2的电解原液，再加上电池内用隔棉纸作隔板故内阻特小，具有30倍放电能力，而是2V 100Ah的电池可用3000A放电8秒(，如图2所示)，电池保持1.2V5分钟后电池电压恢复到2.06V，可重做3000A放电8秒钟，这样可重复3次以上，不损坏电池。充电可用大电流3～4C 30分钟内充到95％容量，可满足特殊要求(如将来在交通要道上设置的电动车加电站等)，本实施例制作的动力蓄电池放电特性如图4所示，该蓄电池储存时间和温度对容量的影响性能如图8所示，超微粒化电解液所制成的产品其温升极微小。
实施例2
本实施例提供的直接由化成液化成转变为电解液的制作的蓄电池，包括：
1.取实施例1制备好的超细颗粒的电解原液15体积份，并加入32体积份去离子水，进行搅拌10分钟，用比重计测量该稀释液的比重为0.89～1.09，其pH值为7.5；
2.取步骤1制备的稀释后电解原液中加入硫酸，先把硫酸的比重为调成1.40，再以硫酸∶稀释后电解原液为4∶1的体积比进行混合搅拌，使其比重达到1.28；
3.将步骤2制备的混合液放到具有用高压600V以上电场进行极化，分子重新排列使离子运动通道通畅内阻极小。所述是一交直流高压600V以上磁场。
4.将步骤5所得经分子重新排列后的混合液，再放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌，搅拌时间为4分钟，用直流泵打出，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，密封好蓄电池，一般装入量为一格12mmL/Ah；
5.用常规化成方法对电池通电化成，化成温度为室温，化成时间为30小时，，即可生产出本发明的蓄电池。
所使用的蓄电池为一由下底座和上盖作成的箱式电池壳体、带极耳的正极板、带极耳的负极板、电解液、用隔棉纸作隔板故内阻特小、汇流板、连接柱；所述的箱式电池壳体的下底座内设置隔墙分为格，一般格数为2伏一格，格内底面上有凸起筋状的鞍子，极板安放在鞍子上；所述的极板是用铅或铅合金制成正六角形蜂窝网状的，并且正、负板栅上涂有常规蓄电池板栅用的铅膏；其中负、正板栅与隔棉相间安装在电池壳体底座内的每一格内，相邻板栅之间不留空隙，同一格内的正、负板栅用汇流板各自通过板耳并联起来，格与格之间的正、负板栅分别通过连接柱串联连接，再连接到正、负极柱上；电池下底座上盖好上盖，再用环氧树脂密封固定；电池壳内每一格灌满上述本实施例配的电解原液，并除极板上的板耳外其余部分全部泡在化成液中。另外，在蓄电池壳内用隔棉纸作隔板。
实施例3
本实施例的步骤同实施例1，只是具体条件有区别，其区别如下：
1)超细颗粒的SiO2的电解原液的配制：采用市场上购买的化学纯的、含有34.95％SiO2的Na2OSiO2，其中SiO2颗粒的粒径为50nm，称量占总体积16％的Na2OSiO2料；在市场购Na2SO4占10.5％；、在市场上购买的化学纯Na2CO3；称取占总体积的11％的、市场上购买的化学纯聚氨基硅氧烷；称取占总体积的0.8％的市场上购买的化学纯聚3-氯丁烯0.02％；余量为蒸馏水；
2).取步骤1)超细颗粒的SiO2的电解原液15体积份，并加入59.5体积份蒸馏水，搅拌10分钟，用比重计测0.89～1.09，其pH值为9；
3).取步骤2)得到的电解原液中加入硫酸，先把硫酸的比重为调成1.355，再以硫酸:稀释后电解原液∶硫酸为4∶1的体积比进行混合，使其比重达到1.27；
4).将步骤3)制备的混合液放到一交、流高压600V以上容器中进行极化。
5).再将步骤4)的混合液放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌5分钟后，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，装入量以一格10mmL/Ah，密封好蓄电池；
6).用常规化成方法对电池通电化成，化成温度为室温，化成时间为40小时，即可生产出本发明的蓄电池。
本实施例制作的电池充电特性曲线如图3所示；放电特性曲线如图5所示；其各小时率的放电曲线如图6所示；蓄电池冲击放电特性曲线如图7所示；图8为蓄电池储存时间和温度对容量的影响图。
Claims (10)
1.一种直接由化成液化成转变为电解液制作蓄电池的方法，包括以下步骤：
1).配制电解原液：其组分及含量为：
A.含有30～39.9％wt的SiO2的Na2OSiO2 14～18％；
B.Na2SO4 12～18％；
C.Na2CO3 9.95～11％
D.聚3-氯丁烯
0.015～0.03％；
E.聚氨基硅氧烷
0.4～1.2％；
F.余量为水；以上为体积百分数；
2).取步骤1)制备好的电解原液1体积份，并加入30～60体积份水进行稀释，同时搅拌10分钟，该稀释后的液体比重为0.89～1.09，pH值为8～10；
3).配制化成液：将步骤2)稀释后的液体中加入无机酸：先把无机酸的比重调成为1.355～1.555，稀释后液体∶无机酸为4∶1体积比混合，并进行搅拌均匀；
4).上述步骤3)所得混合液放到具有600V以上高压的电场中进行极化；
5).将步骤4)经极化得到的化成液，再放到转速为100～300转/分的搅拌机内搅拌，搅拌时间为3～10分钟，用直流泵打出，直接灌进一装配好的蓄电池壳内，密封好蓄电池，一般装入量为一格9～14mml/Ah；
6).最后对步骤5)密封好的蓄电池进行化成，采用通常硫酸蓄电池化成方法进行化成，得到直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池。
2.按权利要求1所述的直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池的方法，其特征在于：所述的Na2OSiO2中含有的SiO2的粒径为35～50nm。
3.按权利要求1所述的直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池的方法，其特征在于：所述的无机酸为硫酸。
4.按权利要求1所述的直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池的方法，其特征在于：所述的水为蒸馏水或去离子水。
5.按权利要求1所述的直接由化成液化成转变为电解液的制作蓄电池的方法，其特征在于：所述的Na2OSiO2、NaHSO4、聚3-氯丁烯、聚氨基硅氧烷的纯度均为化学纯以上的。
6.一种应用权利要求1所述的方法制作的蓄电池，包括：箱式蓄电池壳体，隔板、汇流板、连接柱、上盖和带极耳的正、负极板；其特征在于：所述的化成液由1体积份的电解原液中，加入30～60体积份水进行稀释，取稀释后电解原液∶无机酸为4∶1体积比混合均匀得到；
所述的电解原液的组分及体积含量为：
A.含有30～39.9％wt的SiO2的Na2OSiO2 14～18％；
B.Na2SO4 12～18％；
C.Na2CO3 9.95～11％
D.聚3-氯丁烯
0.015～0.03％；
E.聚氨基硅氧烷
0.4～1.2％；
F.余量为水；以上为体积百分数。
7.按权利要求6所述的蓄电池，其特征在于：还包括蓄电池中隔板为隔棉纸。
8.按权利要求6所述的蓄电池，其特征在于：所述的Na2OSiO2中含有的SiO2的粒径为35～50nm。
9.按权利要求6所述的蓄电池，其特征在于：所述的无机酸为硫酸或盐酸。
10.按权利要求6所述的蓄电池，其特征在于：所述的箱式蓄电池壳体下底座内设置隔墙，分为2伏一格，格内底面上有凸起筋状的鞍子，正、负板安放在鞍子上；所述的正、负是用铅或铅合金制成正六角形蜂窝网状的，并且正、负板栅上涂有硫酸蓄电池极板上用的铅膏；其中负、正极板与隔板相间安装在每一格内，相邻极板之间不留空隙，同一格内的正、负极板用汇流板各自通过板耳并联起来，格与格之间的正、负极板分别通过连接柱串联连接，再连接到正、负极柱上；盖好上盖用环氧树脂密封固定；每一格内除板耳外其余部分全部浸泡在化成液中。
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