CN101291002B

CN101291002B - 铅酸蓄电池胶体电解质

Info

Publication number: CN101291002B
Application number: CN2008100614949A
Authority: CN
Inventors: 刘孝伟; 周明明; 周龙瑞
Original assignee: ZHEJIANG CHAOWEI POWER CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG CHAOWEI POWER CO Ltd
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-05-06
Also published as: CN101291002A

Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池胶体电解质，包括如下组分且各组分的质量百分比为：硫酸：30％～45％；纳米级二氧化硅：4％～12％；高分子稳定剂：0.05％～0.5％；超细玻璃纤维：0.1％～0.5％；硼酸：0.1％～0.5％；磷酸：0.1％～1％；硫酸钠：0.3％～2.5％；水：50％～57％。本发明添加高分子稳定剂和亲水性超细玻璃纤维，与硫酸、水分子建立较强的网络结构，高分子稳定剂有效防止各种组分分层，防止胶体电解质水化，超细玻璃纤维在胶体电解质中成为胶体电解质的“加强筋”，有效防止胶体电解质严重开裂，增强胶体抗拉强度和耐振动性能，其较强的吸液能力提高电解液扩散和传输速度。提高了充电接受能力，从而提高了蓄电池的循环寿命。

Description

铅酸蓄电池胶体电解质

【技术领域】

本发明涉及铅酸蓄电池，尤其涉及铅酸蓄电池中所使用的胶体电解质。

【背景技术】

传统铅酸蓄电池主要由电池槽、电池盖、极板、稀硫酸电解液、隔板及附件构成。铅酸蓄电池的制造工艺流程包括铅粉制造、板栅铸造、极板制造、极板化成和电池装配。其中，铅粉制造是将1#电解铅加工成符合蓄电池生产工艺要求的铅粉。铅粉的主要成份是氧化铅和金属铅，铅粉的质量与所制造的质量有非常密切的关系。在我国多用岛津法生产铅粉，而在欧美多用巴顿法生产铅粉。板栅铸造是将将铅锑合金、铅钙合金或其他合金铅通常用重力铸造的方式铸造成符合要求的不同类型各种板板栅。板栅是活性物质的载体，也是导电的集流体。普通开口蓄电池板栅一般用铅锑合金铸造，免维护蓄电池板栅一般用低锑合金或铅钙合金铸造，而密封阀控铅酸蓄电池板栅一般用铅钙合金铸造。极板制造是用铅粉和稀硫酸及添加剂混合后填涂于板栅表面再进行干燥固化即是生极板。极板是蓄电池的核心部分，其质量直接影响着蓄电池各种性能指标。极板化成是正、负极板在直流电的作用下与稀硫酸的通过氧化还原反应生产氧化铅，再通过清洗、干燥等工艺过程成为可用于电池装配所用极板。极板化成和蓄电池化成是蓄电池制造的两种不同方法，可根据具体情况选择。极板外化成一般相对较容易控制成本较高且环境污染需专门治理。蓄电池内化成质量控制难度较大，一般对所生产的生极板质量要求较高，但成本相对低一些。

密封铅酸蓄电池具有价格便宜，材料来源广泛，回收利用率极高，安全可靠，工艺成熟，电压高，可以重复使用等优点，因此，其应用领域越来越广，包括邮电通讯、UPS电源，日用照明电源，应急电源，小型设备以及电动玩具，电动工具和电动助力车等很多应用领域。

现在铅酸蓄电池毫无疑问地向密封免维护蓄电池方向发展，对阀控密封铅酸蓄电池内部电解质的储存有两种不同的技术途径。一种是采用AGM吸附式超细玻璃纤维棉隔板；另一种是GEL技术，即电解液采用胶体电解质。AGM吸附式铅酸蓄电池要求紧装配一般用AGM隔板，胶体蓄电池采用改进的添加二氧化硅的PVC板或其它硬质隔板。

吸附式密封蓄电池在某些用途中暴露了一些不可克服的问题，如蓄电池内电解液容易分层，使用过程中容量衰减快，循环寿命不佳；适应温度较窄，高温条件下容易发生“热失控”导致蓄电池发热变形；抗震动性不好等。而胶体电池深循环放电状态下有良好的使用可靠性；循环寿命长；充电接受能力强；耐过充电能力强；抗热失控；工作温度范围宽自放电率低；可以任意方位放置；抗震性好；使用安全等，是铅酸电池行业的发展方向。

中国从上世纪50～60年代就断断续续地开始了胶体蓄电池的研究开发，在80年代末、90年代初达到高潮，以致国家科委、某些地方科委相当重视。但是，一个又一个胶体蓄电池“典型”纷纷落马，经不起时间的检验与市场的考验。其主要原因之一是，胶体技术没有过关，仍然采用传统的硅溶胶配制胶体电解质，始终解决不了胶体的水化、分层、电阻大、寿命短等缺点。

胶体技术通常分为中和法、离子交换法和气相二氧化硅法。中和法是50～60年代采用的简单传统方法，由中和法制备的胶体蓄电池容量低、寿命短，早已经被停用。近几年最流行的胶体均采用离子交换法；关键在于控制铁离子、氯离子及氧化钠含量。离子交换法以工业水玻璃为原料，经过稀释后通过阴阳离子交换柱，再加热浓缩，即得到密度为1.105～1.108g/cm³的硅溶胶。由于大多数厂家普遍采用该工艺，使得几乎所有胶体技术水平都停留在同一水平上。其中技术水平的高低仅仅表现为杂质铁、镁等金属离子、氯离子和Na₂O含量的高低方面，极少数厂家因采用超滤技术可以较大幅度地提高其纯度以及控制胶粒粒径，相比较而言，其胶体电解质比其他厂的性能好一些。气相二氧化硅非常纯净，不会因为杂质而影响蓄电池性能，并且凝胶力强、表面活性高，所制得的胶体蓄电池性能优良。目前，欧洲、日本等公司都在研究、完善气相二氧化硅法，但是，目前的气相二氧化硅法中二氧化硅的含量不合理，易造成极板上的浮粉和铅离子(Pb⁴⁺)扩散，导致短路现象的发生。各种组分分层现象严重，胶体电解质的抗拉强度较差，易造成胶体电解质开裂现象，影响充电接受能力，蓄电池的循环寿命短。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种铅酸蓄电池胶体电解质，能够防止电解液分层，提高充电接受能力，提高电解液扩散和传输速度，从而提高蓄电池的循环寿命。

为实现上述目的，本发明提出了一种铅酸蓄电池胶体电解质，包括如下组分且各组分的质量百分比为：

硫酸：30％～45％

纳米级二氧化硅：4％～12％

高分子稳定剂：0.05％～0.5％

超细玻璃纤维：0.1％～0.5％

硼酸：0.1％～0.5％

磷酸：0.1％～1％

硫酸钠：0.3％～2.5％

水：50％～57％。

作为优选，各组分的质量百分比为：

硫酸：35.2％

纳米级二氧化硅：6％

高分子稳定剂：0.2％

超细玻璃纤维：0.2％

硼酸：0.2％

磷酸：0.2％

硫酸钠：1％

水：57％。

作为优选，各组分的质量百分比为：

硫酸：30％

纳米级二氧化硅：12％

高分子稳定剂：0.5％

超细玻璃纤维：0.5％

硼酸：0.5％

磷酸：0.5％

硫酸钠：2.0％

水：54％。

作为优选，各组分的质量百分比为：

硫酸：45％

纳米级二氧化硅：4％

高分子稳定剂：0.05％

超细玻璃纤维：0.1％

硼酸：0.1％

磷酸：0.1％

硫酸钠：0.65％

水：50％。

作为优选，所述高分子稳定剂采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。

本发明的有益效果：本发明胶体电解质中SiO₂含量高，并且添加有高分子稳定剂和亲水性超细玻璃纤维，与硫酸、水分子建立较强的网络结构，高分子稳定剂有效防止各种组分分层，防止胶体电解质水化，超细玻璃纤维在胶体电解质中成为胶体电解质的“加强筋”，有效防止胶体电解质严重开裂，增强胶体抗拉强度和耐振动性能，其较强的吸液能力提高电解液扩散和传输速度。这种网络结构在循环充电过程中处于稳定状态，孔径较小能阻止极板中游离的粉尘及铅离子大量扩散，提高了充电接受能力，从而提高了蓄电池的循环寿命。

本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。

【具体实施方式】

实施例一：

硫酸：35.2％；纳米级二氧化硅：6％；高分子稳定剂：0.2％；超细玻璃纤维：0.2％；硼酸：0.2％；磷酸：0.2％；硫酸钠：1％；水：57％。

通过在胶体电解液中加入纳米级二氧化硅(SiO₂)，成为凝胶的主要成分，具有吸附硫酸的作用，改善放电产物使其再生成硫酸铅(PbSO₄)，其含量的多少直接影响电解质里的孔率，含量增加以减小孔径，防止极板上的浮粉和铅离子(Pb⁴⁺)扩散而造成短路；加入硫酸钠(Na₂SO₄)，溶解形成(SO₄ ^2-)离子，具有“同离子效应”起到阻止硫酸铅(PbSO₄)溶出，防止产生短路现象；在胶体电解液中加入高分子稳定剂具有防止纳米级二氧化硅(SiO₂)及其它物质沉淀的作用，同时还具有保持水分的作用，减少失水，并参与凝胶，起到紧固极板、保护极板的作用；添加硼酸和磷酸能有效防止胶体电解质变质，保持其化学稳定性；添加超细玻璃短纤维，均匀地分布在电解质中，由于其对各种物质有有较好的吸附能力，并且有较好的强度，起到“加强筋”的作用，能增强胶体电解质的抗拉强度，能有效防止胶体电解质严重开裂现象，并有利于电解液中离子扩散；另外配方中的主要成分还有硫酸(H₂SO₄)和水，是作为充放电的反应物。高分子稳定剂可以采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。

实施例二：

硫酸：30％；纳米级二氧化硅：12％；高分子稳定剂：0.5％；超细玻璃纤维：0.5％；硼酸：0.5％；磷酸：0.5％；硫酸钠：2.0％；水：54％。

实施例三：

硫酸：45％；纳米级二氧化硅：4％；高分子稳定剂：0.05％；超细玻璃纤维：0.1％；硼酸：0.1％；磷酸：0.1％；硫酸钠：0.65％；水：50％。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.铅酸蓄电池胶体电解质，其特征在于：包括如下组分且各组分的质量百分比为：

硫酸： 30％～45％

纳米级二氧化硅： 4％～12％

高分子稳定剂： 0.05％～0.5％

超细玻璃纤维： 0.1％～0.5％

硼酸： 0.1％～0.5％

磷酸： 0.1％～1％

硫酸钠： 0.3％～2.5％

水： 50％～57％

所述高分子稳定剂采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。

2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池胶体电解质，其特征在于：各组分的质量百分比为：

硫酸： 35.2％

纳米级二氧化硅： 6％

高分子稳定剂： 0.2％

超细玻璃纤维： 0.2％

硼酸： 0.2％

磷酸： 0.2％

硫酸钠： 1％

水： 57％

所述高分子稳定剂采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。

3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池胶体电解质，其特征在于：各组分的质量百分比为：

硫酸： 30％

纳米级二氧化硅： 12％

高分子稳定剂： 0.5％

超细玻璃纤维： 0.5％

硼酸： 0.5％

磷酸： 0.5％

硫酸钠： 2.0％

水： 54％

所述高分子稳定剂采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。

4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池胶体电解质，其特征在于：各组分的质量百分比为：

硫酸： 45％

纳米级二氧化硅： 4％

高分子稳定剂： 0.05％

超细玻璃纤维： 0.1％

硼酸： 0.1％

磷酸： 0.1％

硫酸钠： 0.65％

水： 50％

所述高分子稳定剂采用聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺。