CN1162931C

CN1162931C - 蓄电池用高导胶体电解质制备及其灌注工艺

Info

Publication number: CN1162931C
Application number: CNB991154088A
Authority: CN
Inventors: 戴明德
Original assignee: Individual
Current assignee: Guangzhou Warner Energy Technology Co Ltd
Priority date: 1999-06-06
Filing date: 1999-06-06
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-06-06
Also published as: CN1276634A

Abstract

本发明公开了一种蓄电池用高导胶体电解质制备工艺及其灌注技术，该电解质是由含硫酸及少量磷酸、硫酸镉的A材料及含硅分别为2.5%和9%、含少量丙三醇、氢氧化钾，双-β-乙基羧酸锗的B₁、B₂材料混合而成并分两次灌注入蓄电池中，以本发明制备的高导胶体电解质灌注的铅蓄电池，节省材料、时间、成本，质量稳定，适应工业化生产，而无酸雾污染，不溢液易储存、运输，且容量大，充电接受能力强，耐振动，起动性好，自放电及水损耗极小，可免维护。

Description

蓄电池用高导胶体电解质制备及其灌注工艺

所属技术领域

本发明涉及一种灌注铅蓄电池用的高导胶体电解质制备及其灌注工艺，属于蓄电池生产领域。

背景技术

目前国内外在胶体蓄电池方面有许多研究，本人97年申请的申请号为9710790.0的发明专利“蓄电池无污染固态电解质及其配制工艺”是以改变铅蓄电池结构，使其各项技术指标及性能超过铅酸蓄电池，西德专利DE3521200A1，是采用先将稀硫酸灌注到铅蓄电池电解质液位的上限，经稀酸浸泡30分钟后将多余硫酸倒出，使极板和隔板孔隙中以容量每100Ah保持1.2升灌注的硫酸电解质，然后向自由的电解液空间灌注由稀硫酸和混合有热解法制备的硅酸而制成的触变胶；我国引进西德阳光公司OPZV技术是先灌注稀酸充放电一次，激活极板的二氧化铅，再分别灌注各类有关的硅粉等剂，每添加一种添加剂充放电一次，直至产品合格，如此生产工艺，周期达15天之久。上述技术，有的是以改变铅蓄电池结构，局限于专业生产厂家和适用PE型隔板，对胶体蓄电池的推广和普及不利；有的是先灌注稀硫酸充电激活极板二氧化铅，达到容量后倒出余酸，再灌注胶体电解质，此法难以保证凝胶的稳定性，且工艺繁杂，浪费原材料及工时，由于硫酸浸泡时间长，损坏极板，同时产生酸雾污染环境；有的是按序灌注硫酸硅溶胶(或硅粉)及各种添加剂，虽其质量稳定，但生产周期长，产量低，费电，工艺繁杂，不便操作，成本高。

发明内容

本发明的目的就是研究一种蓄电池用高导胶体电解质，使胶体蓄电池达到铅酸蓄电池的功能，且易工业生产，各种性能良好，实现胶体蓄电池在各领域的应用和普及。

本发明的另一目的是研究该高导胶体电解质的制备工艺，使其生产投资少，成本低，效果好。

本发明的再一目的是研究该高导胶体电解质的灌注技术，使其工艺简单易于操作。

本发明的目的是这样实现的：一种灌注铅蓄电池用的高导胶体电解质的所述胶体电解质的重量百分比组成为：硫酸35-42％，丙三醇1-5％，硅1-5％，磷酸1-5％，钾0.01-0.02％，钠0.01-0.02％，锂0.008-0.01％，锗0.1-0. 2％，镉0.06-0.1％，其余为水。

该高导胶体电解质是分两次灌注的不同材料的混合物，第一次灌注的是A，B₁两种材料的混合物，第二种灌注A，B₂两种材料的混合物，其中：

A种材料是如此制备的：

(1)制备离子水，将原水经沉淀后，用机械过滤器过滤，曝气法除铁，精密超滤，最后用离子变换器交换；

(2)制备硫酸，将浓硫酸用制备好的离子水稀释到密度1.4g/cm³，经多级超强过滤。

(3)在稀释的硫酸中加入磷酸4％(重量计)，硫酸镉0.06％(重量计)，搅拌均匀。

B₁和B₂种材料是如此制备的：

(1)将工业硅酸钠，用制备好的离子水稀释至密度1.01g/cm³，沉淀24小时，经离子交换脱钠，超强过滤后，用超强浓缩分别至B₁材料密度为1.04g/cm³，B₂材料密度为1.12g/cm³。

(2)在上述制得溶液中分别加入丙三醇4％，氢氧化钾(固体)0.01％，氢氧化锂(固体)0.01％，双-β-乙基羧酸锗0.16％，(以上均以重量计)，搅拌均匀，得B₁、B₂材料。

A、B₁两种材料混合物制备：

将A、B₁两种材料按3∶1的比例装入搅拌机中，搅拌均匀其密度为1.32g/cm³，凝胶时间3个月。

A、B₂两种材料混合物制备：

将A、B₂两种材料按3∶1的比例装入搅拌机中，搅拌均匀，其密度为1.32g/cm³，在蓄电池外凝胶90分钟，以SiO₂计算含硅9％。

使用根据上述方法制备的A、B材料的高导胶体电解质灌注电池时是分两次灌注，第一次灌注是将A、B₁材料混合物灌注蓄电池至平行极板，静置5小时使蓄电池中间格温度至常温，要求保持极板、隔板孔隙中含酸量为42％，极板隔板周围以SiO₂计算含硅SiO₂2.5％，三个月内不凝胶；第二次灌注A、B₂材料混合物灌注电池极板以上15-30mm，静置，凝胶以后C₁₀电池恒流法充电24小时，带荷即可。

本发明的高导胶体电解质及其灌注工艺，具有如下优点：该电解质分为A、B₁及A、B₂两种材料。A、B₁种材料混合物三个月以后才凝胶，灌注铅蓄电池使其极板和隔板经充电激活二氧化铅和渗透隔板，且在其周围溶胶中裹有硫酸42％，使电离子迅速迁移。A、B₂材料混合物，蓄电池外凝胶时间为90分钟，凝弹性好，触变性好，经再次充电，达到平均含硫酸量为42％，含硅(SiO₂)4.5％，蓄电容量稳定，不干固，不水化分层，倒置180度不溢液，具有固定型阀控式铅酸蓄电池功率特性，10小时容量不小于110％，不小于JB/T8451-1996(固定型阀控式铅酸蓄电池标准)标准规定的95％值，低温-40℃起动依据GJB576A-95标准(军用标准)检测规定电压为1.40V，实测已为1.52V；充电接受能力依据GB5009.1-91标准(国家标准)充电电流Ica与Cc/20的比值规定大于2.0，实测已为6.30；荷电保持能力依据GB5008.1-91标准(国家标准)规定为1.20V，实测为1.56V；循环耐久能力依据GB5008.1-91标准(国家标准)规定为1.20V，实测为1.56V；耐振动能力依据GB5008.1-91标准(国家标准)规定为1.20V，实测为1.69V，该产品主要技术指标均优于GB5008-1-2-91标准规定值；充足电贮置二年能保持容量≥80％；失水量小，6V蓄电池不大于2g/A.h，12V蓄电池不大于5g/A.h，可免维护；无酸雾，PH≤8.5；适用环境温度为-40℃至70℃；灌注固定型工业蓄电池及UPS电源蓄电池无水化分层，热失控小，使用寿命为15年，灌注起动型及深循环电动车用蓄电池使用寿命为6年。

本发明高导胶体电解质可应用于汽车、电动车、火车、牵引车、摩托车、船舶、内燃机起动、点火、照明及水电、邮电不间断UPS电源和计算机、电子仪表显示、矿灯、割胶灯、应急灯、航标灯、太阳能、风力储电等电源用蓄电池，可缩短充电时间，节约电能。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例：

本发明的灌注铅酸蓄电池用的高导胶体电解质的各项技术指标含量为：硫酸35-42％，丙三醇1-5％，硅4-5％，磷酸1-5％，钾0.01-0.02％，钠0.01-0.02％，锂0.008-0.01％，锗0.1-0.2％，镉0.06-0.1％，其余为水，其中不溶物系指标为：铁≤0.00008％，钠≤0.01％，氯≤0.0005％，砷≤0.00002％，氮的化合物≤0.0002％，碳酸盐≤0.00001％，硫酸盐≤0.00001％，铵≤0.00008％，碱土金属化合物≤0.005％，硝酸盐及亚硝酸盐≤0.0005％，有机物≤0.0008％。

该高导胶体电解质是由多种元素混合物组成A、B₁和A、B₂材料，再混合而成的，其制备方法如下：

一.A种材料的制备：

1.制备离子水：将原水沉淀后，用HYMP型机过滤器过滤，经曝气法除铁，用HYJL型精密超滤精器，最后用离子交换器交换，使其各项指标达到：(含量％)外观透明，总残渣含量≤0.01，锰≤0.00002，铁≤0.00001，氯≤0.0001，铵≤0.0008，销酸盐≤0.0004，还原高锰酸钾物(以0计)≤0.0002，含量(以KMnO4)≤0.0008，碱土金属化合物≤0.0003，亚硝酸盐≤0.0005，电阻值≥1兆欧。

2.制备硫酸：将浓硫酸用制备好的离子水稀释至密度1.40g/cm³，再将超强过滤机串联多台过滤即多级超强过滤，使其各项指标达到：(含量％)硫酸48，灼烧残渣量≤0.02，铁≤0.00005，砷≤0.00002，氯≤0.0003，氮化物(以N计)≤0.00005，铵(NH+)≤0.0005，二氧化硫(SO₂)≤0.001，铜≤0.0003，还原高锰酸钾物质(0)≤0.0005，色度(ml)≤0.6，透明度(mm)≥400。

3.在稀释的硫酸中加入磷酸4％(重量计)，硫酸镉0.06％(重量计)，搅拌均匀。

二.B₁和B₂种材料制备：

(1)将工业硅酸钠，用制备好的离子水稀释至密度1.01g/cm³，沉淀24小时，经离子交换脱钠，超强过滤后，用超强浓缩分别达到1.04g/cm³(B₁)和1.12g/cm³(B₂)，其各项指标为(含量％)：硅(SiO₂)，B₁材料2.5％，B₂材料9％，其余氯≤0.00005，钠≤0.01，铁≤0.000005，有机物≤0.00001，外观浅兰色，透明度(mm)≥330，储存期≥一年。

(2)在上述制备得物质中按重量计分别加入丙三醇4％，氢氧化钾(固体)0.01％，氢氧化锂(固体)0.01％，双-β-乙基羧酸锗0.16％，(以上均以重量计)，搅拌均匀，得B₁、B₂材料，各项指标(含量％)；硅(SiO₂)2.5B₁材料，硅(SiO₂)9B₂材料，其他硫酸(H₂5O₄)42，磷酸4，丙三醇4，钾0.01，锂0.01，锗0.16，镉0.06，铁0.00008，氯0.0002，钠(Na₂O)0.02。

三.A、B₁两种材料混合制备及灌注：

将制备好的A、B₁两种材料按3∶1的比例配制，用泵打入搅拌机中，搅拌1-3分钟至均匀，为高导胶体电解质，测其密度为1.32g/cm³，然后按各种型号、规格不同的铅蓄电池灌注，将该高导胶体电解质用定量泵进行自动灌注，灌注液至平行极板，静置5小时，使蓄电池中间格温度至常温，保持极板、隔板孔隙中含酸量42％，极板、隔板周围含硅2.5％，三个月内不凝胶，此按C₂₀电流恒流充电24小时，充电后的蓄电池抽的样品以25A电流放电至单格为1.75V，记录时间按公式：

C_{20} = - 133.3 + \sqrt{17778 + 208.3 Ctn}

计算，(Ctn为放电时间，单位以分钟计)，在第三次充电前C₂₀＝96％。

四.A、B₂两种材料混合物制备及灌注：

将制备好的A、B₂两种材料按3∶1的比例配制，泵进自动搅拌机中，测其密度为1.32g/cm³，凝胶时间在90分钟，含硅9％，泵进灌注机，灌注到已灌注了A、B₁材料混合物的蓄电池以上25毫米处，凝胶以后C₁₀电流恒流法充电24小时，达到Ct容量100％，带荷出厂。

根据以上方法制备的高导胶体电解质，其各项指标(含量％)：硅4-5，硫酸35-42，磷酸1-5，丙三醇1-5，钾0.01-0.02，钠0.01-0.02，锂0.008-0.01，锗0.1-0.2，镉0.06-0.1，铁≤0.00008，钠≤0.01，氯≤0.0005，砷≤0.00002，氮化合物≤0.0002，硝酸盐≤0.00001，硫酸盐≤0.000001，铵≤0.00008，碱土金属化合物≤0.005，硝酸盐及亚硝酸盐≤0.0005，有机物≤0.0008。

Claims

1.一种蓄电池用高导胶体电解质，其特征在于：所述胶体电解质的重量百分比组成为：硫酸35-42％，丙三醇1-5％，硅1-5％，磷酸1-5％，钾0.01-0.02％，钠0.01-0.02％，锂0.008-0.01％，锗0.1-0.2％，镉0.06-0.1％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的蓄电池用高导胶体电解质的制备方法，其特征在于：该高导胶体电解质是分两次灌注的不同材料的混合物，第一次灌注的是A，B₁两种材料的混合物，第二次灌注A，B₂两种材料的混合物，其中：

A种材料是如此制备的：

(2)制备硫酸，将浓硫酸用制备好的离子水稀释到密度1.40g/cm³，经多级超强过滤；

(3)在稀释的硫酸中加入以重量计磷酸4％，硫酸镉0.06％，搅拌均匀；

B₁和B₂种材料是如此制备的：

(1)将工业硅酸钠，用制备好的离子水稀释至密度1.01g/cm³，沉淀24小时，经离子交换脱钠，超强过滤后，用超强浓缩分别至B₁材料密度为1.04g/cm³，B₂材料密度为1.12g/cm³；

(2)在上述制得溶液中分别加入以重量计丙三醇4％，固体氢氧化钾0.01％，固体氢氧化锂0.01％，双-β-乙基羧酸锗0.16％，搅拌均匀，得B₁、B₂材料；

A、B₁两种材料混合物制备：

将A、B₁两种材料按3∶1的比例装入搅拌机中，搅拌均匀，其密度为1.32g/cm³，凝胶时间3个月；

A、B₂两种材料混合物制备：

3.根据权利要求1所述的蓄电池用高导胶体电解质的灌注工艺，其特征在于：灌注蓄电池时分两次灌注，第一次灌注是将A、B₁材料混合物灌注蓄电池至平行极板，静置5小时使蓄电池中间格温度至常温，要求保持极板、隔板孔隙中含酸量为42％，极板隔板周围以SiO₂计算含硅SiO₂2.5％，三个月内不凝胶；第二次灌注A、B₂材料混合物灌注电池极板以上15-30mm，静置，凝胶以后C₁₀电池恒流法充电24小时，带荷即可。