CN103594740B - 一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体。所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯。该复合胶体，骨架稳定，增强胶体在极板表面附着力，能使胶体骨架结构稳定，提高了电池的充电接收能力。有机无机混用胶体灌注电池，提高活性物质利用率，降低电池的自放电，有效抑制电解液分层，保证极板上下层活性物质的稳定，提高电池的深循环放电能力，增强氧复合效率，减少电池内部水分的损耗，有效提高了电池的性能，延长电池的循环使用寿命。

Description

一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体
技术领域
本发明涉及一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体。
背景技术
内化成是先进的工艺技术，是绿色环保工艺。因此近年来在铅酸电池行业备受推崇，因此本工艺为行业的一个亮点。其此意义上说：铅酸电池在生产回收等过程都是有毒的，环境多少会受污染。目前作为不浅漏，无酸雾弥漫的贫液阀控电池，在某种意义上可称为绿色环保产品，生产这种产品有一个环保型的可靠工艺——内化成。这种工艺技术对于传统外化成过程而言，无大量酸雾弥漫，这一污染源头受到抑制，消除这一工序的污染，采用内化成是合适的可行的。
但是现有内化成技术中没有合适的胶体，并且通常充入总电量值为7—9倍充电电池的容量值，该值对电池内化成极为重要的工艺参数，超过其值，电池过充受损，达不到其值，电池则不成熟，初容量低，一次性差，落后电池会产生等系列后果。而且现有内化成工艺充电时间长，有耗时耗能，电池循环使用寿命不够长，容量不够大等缺点。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.2—3.2：0.1—0.5：0.01—0.06：0.01—0.08：0.1—0.6：0.1—0.6：0.01—0.05；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO2，再与密度为1.5—1.7g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35％—45％；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。
另外，复合胶体中有效硅含量为0.29—0.3％/wt。
优选地，所述复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.3—2.9：0.1—0.3：0.01—0.04：0.01—0.06：0.1—0.4：0.1—0.4：0.01—0.03；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—10g、NaOH12—14g及LiOH47—50g，然后加入20—60gSiO2，再与密度为1.5—1.6g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为40％—45％。
所述聚丙烯酰胺为M≥300万聚丙烯酰胺。
基于上述复合胶体的电池内化成方法包括如下步骤（步骤中未展开阐述的步骤均为本领域技术人员公知的操作手段）：
（1）准备正、负板栅，在正板栅上涂布正极铅膏形成正极板，在负板栅上涂布负极铅膏形成负极板；然后按常规方法将正极板送入正极固化室固化，将负极板送入负极固化室固化，干燥后即得生极板；所述正极铅膏的铅粉中含有5—10％的红丹，这一指标直接影响内化成充电总量值，添加红丹可以缩短化成时间，提高电池初容；所述负极铅膏的铅粉中含有0.5—1.5％的硫酸钡、0.2—0.6％的腐植酸、0.2—0.5％的石墨和0.2—0.3％的木素；所述百分比含量均为重量百分比含量；
（2）按常规方法将步骤（1）制备的生极板装配成电池；装配时控制电池装配压缩比为10—15％；优选地，AGM隔板（超细玻璃纤维隔板）要高出生极板上横筋2mm，低于汇流排（将数片极板极耳装入焊接架上，通过焊枪火焰把极耳与铅溶化在一起，冷却后成直线整体叫汇流排）2mm以下，防止枝晶短路；AGM隔板厚度比原用隔板薄0.05mm±0.01(单层)，预留负极在充电过程中膨胀；
（3）用灌胶机给经步骤（2）装配好的电池灌注前述的复合胶体，控制复合胶体的初始密度为1.245—1.270g/cm3，为提高充电效率，控制复合胶体温度为20—28℃，灌胶过程中添加由Na2S04、KS04、LiS04三者按任意重量比组成的混合物，混合物的添加量≤15g/L；
（4）将经步骤（3）灌胶后的电池静置3.5—4.5h后进行充电，静置时间不宜太短，亦不可太长，太短湿不透，太长有熔解发生，充电会发生枝晶短路，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：
第一次：
充电：第一阶段充电电流0.9—1.1A充电时间1.8—2.2h
第二阶段充电电流1.6—1.8A充电时间28—30h
第三阶段充电电流1.2—1.4A充电时间11—15h
放电：4.8—5.2A恒流放电放电终止电压为10.6—11V
第二次：
充电：第一阶段充电电流1.6—1.8A充电时间7—9h
第二阶段充电电流1.2—1.4A充电时间3.5—4.5h
放电:4.8—5.2A恒流放电放电终止电压10.3—10.7v
第三次：
充电：第一阶段充电电流1.6—1.8A充电时间6—8h
第二阶段充电电流1.2—1.4A充电时间3.5—4.5h
第三阶段充电电流0.16—0.2A充电时间3.5—4.5h；
充电过程中控制温度≤50℃；充电总时间控制为60—70h；总充入电量值为电池容量值的6.5—7.0倍；
（5）电池经步骤（4）充电后，将多余的复合胶体抽出，清洗电池，干燥电池后进行包装。
上述内化成方法的充电彻底度为82-88％。电池正极β-PbO2＞83％，Pb＞90％以上优选地，步骤（1）所述正极铅膏的铅粉中含有8％的红丹，所述百分比含量均为重量百分比含量。
优选地，步骤（3）中控制复合胶体的初始密度为1.265—1.270g/cm3，控制复合胶体温度为25℃。
优选地，所述步骤（4）是将经步骤（3）灌胶后的电池静置4h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：
第一次：
充电：第一阶段充电电流1A充电时间2h
第二阶段充电电流1.7A充电时间29h
第三阶段充电电流1.3A充电时间13h
放电：5A恒流放电放电终止电压为10.8V
第二次：
充电：第一阶段充电电流1.7A充电时间8h
第二阶段充电电流1.3A充电时间4h
放电:5A恒流放电放电终止电压10.5v
第三次：
充电：第一阶段充电电流1.7A充电时间7h
第二阶段充电电流1.3A充电时间4h
第三阶段充电电流0.18A充电时间4h。
下面结合原理及优点对本发明作进一步说明：
本发明中的锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO2，再与密度为1.5—1.7g/cm3的硫酸混合制备而成；复合胶体则是将上述锂硅胶与聚丙烯酰胺混合，其中有效硅含量达到0.29-0.3％/wt.胶体粒子控制在1—100um范围。
复合胶体中部分聚丙烯酰胺起到胶体稳定剂的作用，聚乙烯醇则起到稠度控制剂的作用，果酸和EDTA作为渗透剂，硼酸、磷酸及醌苯混合作为改性剂；另外，果酸和醌苯还起到控释作用，增强胶体在极板表面附着力，防止胶体裂化、水化、老化，综合了无机胶与有机胶的优点，大大提高了电池深循环使用寿命，有耐过充过放电自我保护能力，自放电小，保液性强等优点，本胶体配方中含有多功能基团：如OH-，O2-等，特别含有多苯核(稠环)醌苯的主功能基团，能加大离子迁移速率，减少内阻，提高放电效率，具有电池复活特性，减少“落后电池”；胶体自身具有自我保护能力，加入渗透剂果酸，通过控释H+，使之有序、有效的排序，加强了H+的渗透力和传递力耐过充过放电，真正改进了铅酸电池技术性能的关键。
该胶体在极板表面附着力强，使胶体骨架结构稳定，提高了电池的充电接受能力。
本发明采用的复合胶体，骨架稳定，增强胶体在极板表面附着力，能使胶体骨架结构稳定，提高了电池的充电接收能力。有机无机混用胶体灌注电池，提高活性物质利用率，降低电池的自放电，有效抑制电解液分层，保证极板上下层活性物质的稳定，提高电池的深循环放电能力，增强氧复合效率，减少电池内部水分的损耗，有效提高了电池的性能，延长电池的循环使用寿命。
总之，本发明具有生产指导意义，可免造伤害电池带来质量事故。能为电池行业创造实际收益，减少报废，节省能源，降低污染。过充会造成大量冒气，本发明具有实际意义与使用价值。
具体实施方式
实施例1
所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.2：0.1：0.01：0.08：0.6：0.1：0.05；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8g、NaOH15g及LiOH50g，然后加入80gSiO2，再与密度为1.5g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为45％；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。
实施例2
所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:3.2：0.5：0.06：0.01：0.1：0.6：0.01；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH12g、NaOH10g及LiOH45g，然后加入20gSiO2，再与密度为1.7g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35％；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。
实施例3
所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1：2.4：0.3：0.04：0.05：0.5：0.5：0.03；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH9g、NaOH13g及LiOH47g，然后加入50gSiO2，再与密度为1.6g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为43％；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。
实施例412V10Ah产品内化成充电工艺
一种基于实施例1至3任一项所述复合胶体的电池内化成方法，包括如下步骤：
（1）准备正、负板栅，在正板栅上涂布正极铅膏形成正极板，在负板栅上涂布负极铅膏形成负极板；然后按常规方法将正极板送入正极固化室固化，将负极板送入负极固化室固化，干燥后即得生极板；所述正极铅膏的铅粉中含有5—10％的红丹，这一指标直接影响内化成充电总量值，添加红丹可以缩短化成时间，提高电池初容；所述负极铅膏的铅粉中含有0.5—1.5％的硫酸钡、0.2—0.6％的腐植酸、0.2—0.5％的石墨和0.2—0.3％的木素；所述百分比含量均为重量百分比含量；
（2）按常规方法将步骤（1）制备的生极板装配成电池；装配时控制电池装配压缩比为10—15％；
（3）用灌胶机给经步骤（2）装配好的电池灌注实施例1至3任一项所述的复合胶体，控制复合胶体的初始密度为1.265—1.270g/cm3，控制复合胶体温度为25℃，灌胶过程中添加由Na2S04、KS04、LiS04三者按任意重量比组成的混合物，混合物的添加量≤15g/L；
（4）将经步骤（3）灌胶后的电池静置4h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：
第一次：
充电：第一阶段充电电流1A充电时间2h
第二阶段充电电流1.7A充电时间29h
第三阶段充电电流1.3A充电时间13h
放电：5A恒流放电放电终止电压为10.8V
第二次：
充电：第一阶段充电电流1.7A充电时间8h
第二阶段充电电流1.3A充电时间4h
放电:5A恒流放电放电终止电压10.5v
第三次：
充电：第一阶段充电电流1.7A充电时间7h
第二阶段充电电流1.3A充电时间4h
第三阶段充电电流0.18A充电时间4h；
充电过程中控制温度≤50℃；充电总时间控制为70h；总充入电量值为电池容量值的6.5—7.0倍；
（5）电池经步骤（4）充电后，将多余的复合胶体抽出，清洗电池，干燥电池后进行包装。
实施例5采用本发明有机物胶体改进后内化成电池与原内化成电池性能对比
电池性能测试对比情况：（试验样品规格型号：6-DZM-10电助动力车用密封铅酸蓄电池）
内化成电池极板化成效果（解剖分析）：
β-PbO2含量>83％；极板表面有少许几点PbSO4白色斑点，充电化成转化率达98％。经济效果分析：
能源消耗降低：在原生产工艺基础上能源消耗降低了30％；
加工成本：加工成本在原生产工艺基础上降低了5％；
生产效率：缩短了生产周期，降低了工序间周转所造成的质量损失，保证和提高了产品的加工质量。
改进后内化成工艺与原内化成工艺对比
改进后内化成和原内化成工艺相比，有着许多优点，缩短了充电时间及生产周期，节省了大量工时和能源，电池成本能得到一定的降低。加入本发明的有机无机混用胶体灌注电池，增强了胶体在极板表面的附着力，减少内阻，提高放电效率，具有电池复活特性，成少落后电池，采用胶体电解液使极板不易为杂质所污染，能降低电池自放电，电池质量也可得到更好的控制，电池循环寿命长，容量高，充电接受能力强等。

Claims (3)

1.一种由有机成分和无机成分组成的用于电池内化成的复合胶体，其特征在于，所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和苯醌；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和苯醌的重量比为1:2.2—3.2：0.1—0.5：0.01—0.06：0.01—0.08：0.1—0.6：0.1—0.6：0.01—0.05；
所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO2，再与密度为1.5—1.7g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35%—45%；
所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。
2.如权利要求1所述的复合胶体，其特征在于，复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和苯醌的重量比为1:2.3—2.9：0.1—0.3：0.01—0.04：0.01—0.06：0.1—0.4：0.1—0.4：0.01—0.03；
所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—10g、NaOH12—14g及LiOH47—50g，然后加入20—60gSiO2，再与密度为1.5—1.6g/cm3的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为40%—45%。
3.如权利要求1所述的复合胶体，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为M≥300万聚丙烯酰胺。
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