CN1181588C - 适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在深海作业中使用的耐压环保蓄电池。包括蓄电池壳体采用较通常蓄电池壁厚，但又比已有的可耐一定外压的蓄电池壁薄，结合本发明的磁化工艺制作的液态低钠硅盐电解质、安装在盖上的自调压的结构组合做成的一种可以在深海6000米以下工作的蓄电池，为深海勘探、国防、通讯业提供一种新环保能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池，特别是涉及一种在深海作业中使用的耐压环保蓄电池。
背景技术
通常使用的蓄电池的构成主要部分有正极板组、负极板组、电解液、隔离物和电槽(容器)等。铅蓄电池的正、负极板是由纯铅制成基板，有效物质直接在上面形成，或者用铅锑合金制成栅架，正极(阳极)上涂以有效物质是二氧化铅(PbO2)，负极(阴极)上涂以有效物质是海绵状纯铅(Pb)。通过充放电正、负极板颜色变的不同，以此区别出正极和负极，和充放电的程度。
在同一个电池内，其同极性的极板片数超过两片者，用电池连接条联接起来称为“极板组，大容量的蓄电池极板片数多，容量小的极板片数少(在这里所说的极板是指尺寸和材料完全相同的极板，否则不一定符合上述关系)。在装配极板时，必须使每一片正极板夹在二片负极板之间，使得正极板的两面都能起化学变化，，发生同样的膨胀和收缩，减少正极板弯曲的机会。而负极板在充放电循环中，膨胀、收缩程度较小，如果仅一面起化学变化，其影响也不大。所以在极板组合的最外层都是负极板，因此在铅蓄电池中负极板片数总比正极板多一片。最外层的负极板厚度，较夹在正极板中间的负极板薄得多，一般约为中间负极板厚度的一半。
在通常的铅蓄电池中，除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外，在两极板间均需插入隔离物，以防止正负极板相互接触而发生短路。隔离物有木质、硬橡胶、玻璃等数种，可根据蓄电池的程式适当选定。
容器即蓄电池的电槽，通常有玻璃容器、衬铅木槽、硬橡胶电槽和塑料电槽制成的。移动式蓄电池则常用硬橡胶或塑料电池槽。
所述的通常的铅蓄电池由于它的构造和外壳材料所决定，只能在外部环境压力为1个大气压时工作，当外部的环境压力超过1个大气压时，内外压不平衡造成电池爆炸。而无论是海底铺设电缆还是进行移动作业，还是深海资源的开发都需要能源，通常蓄电池用于深海作业又往往遇到承受不了外部环境过大压力，因此，为深每作业提供能源是呈待解决的问题。另外，普通的铅蓄电池中大量使用H2SO4电解质，由于普通的铅蓄电池外箱结构常常造成H2SO4逸出或铅蓄电池使用完废弃在海底而带来环境污染，普通的铅蓄电池不适宜用在深海作业。
发明内容
本发明的目的在于克服已有普通蓄电池在深海下使用不能超过1个大气压，一旦出现内外压不平衡引起电池爆炸的致命缺陷，以及普通的铅蓄电池的电解质主要是硫酸成分，在深海下使用造成对深海环境污染的缺陷，从而提供一种制做方便、能在深海作业中受到外压过大时，蓄电池本身具有自调节内、外压平衡一致功能的、性能良好的适于深海作业中使用的耐压环保型蓄电池。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池包括：
1.采用ABS工程塑料与耐酸的软塑料以8∶2(重量)配料，经通常制法制成壁厚3～4.5mm箱式电池的壳体；该壳体分为上盖、下底座两部分，底座内设有槽，一般槽数由所制的蓄电池的要求决定，如：12伏的蓄电池要求有6个槽(或称格)；耐酸的软塑料包括：聚苯乙烯、聚乙烯等其他具有弹性的材料；
2.板栅：用铅或铅合金制成正六角形蜂窝网状的板栅，大小以刚好装入箱式电池的壳体下底座内为宜，正负板栅的厚度与通常的相比一样，区别在于：负板栅的边框比边框内的蜂网部分要厚0.2mm～0.6mm，正板栅的边框比边框内的蜂网部分要厚0.3mm～0.8mm；本发明正极板与负极板所涂铅膏或合金铅膏与普通铅蓄电池所涂铅膏或合金铅膏不一样，其中本发明正极板膏：由铅粉100公斤、石墨500克、短纤纸50克、硫酸12.26公斤(是25℃ d＝1.38)、纯水14公斤混合而成，铅膏密度为4.2克/cm3；
本发明负极板所涂铅膏：由铅粉100公斤、硫酸钡500克、短纤纸50克、硫酸8.19公斤(是25℃ d＝1.38)、纯水14公斤混合而成，铅膏密度为4.3克/cm3。
3.负、正板栅与隔棉相间安装在电池壳体底座内的每一槽内，相邻板栅之间不留空隙，同一槽内的正、负板栅用铅线或铅合金线与板耳并联，槽之间的正、负板栅串联连接到正、负极柱上，板栅之间和极柱的连接方式同通常蓄电池安装方式一样，然后在电池的下底座上安装电池壳盖，用环氧树脂密封好，每一个格之间不能有通气；
4.电池壳盖的顶面上有加液口，在每个加液口凸出的沿上开有排气孔，加液口上套一个防压座，并密封固定住，防压座由具有弹性材料制做的，防压座上密封固定一根弹性材料制做的压力缓冲平衡管，该管的内径、长短一般设计原则按使用时受压大小计算，该管的末端用同样材料封闭；压力缓冲平衡管所用的弹性材料包括橡胶管、乳胶管、洗衣机用的胶管、煤气用的胶管和其他具有弹性材料制做的；压力缓冲平衡管的另一端用同种材料作的塞子密封住、或用胶密封住或采用物理办法密封住；
5.电池壳内灌满液态低纳硅盐，它既是电介质又作为化成液，所灌装电介质需加装的充满度以充满压力缓冲平衡管内为止，该液态低纳硅盐是采用磁化工艺制得的：
(1)取含40～60wt％SiO2的的硅溶胶5～15重量份；
(2)边搅拌边加入水到步骤1的硅溶胶中，加入15～25重量份水，用波美比重计插入该混合物中测量波美浓度，当波美浓度为0.65～0.85％°Be’时不再加入水为止；所述的水是去离子水或蒸馏水；
(3)用无机酸调节混合物的PH值，取上述步骤2所得的产物中加入无机酸混合，边加入无机酸边测量该混合物的PH值，直到PH值为1～4时停止加入无机酸；所述的无机酸包括：盐酸、草酸、硫酸、硝酸；PH值为4-5为优选；
(4)把上述步骤3的混合物放到一个具有1000～6000高斯的磁场进行磁化，将该步骤3的硅盐混合物在的磁场中磁化5～10分钟；
(5)将上述步骤4磁化后的混合物进行搅拌，其搅拌包括人工搅拌或机械搅拌，其机械搅拌速度为700～1400转/分，搅拌5～10分钟，使步骤4所得的混合物其粘度降低，边搅拌边用旋转粘度计测量粘度，当粘度小于0.02泊(mPas)时停止搅拌，制得蓄电池用液态低钠硅盐；
6.把上述步骤(5)配制好的液态低钠硅盐注入槽中每一格作为化成液，在往电池槽内加入化成液时，一定匀速振动电池槽，除掉气泡让其整个空间充满化成液；并且除极板上的板耳外其余部分全部泡在化成液中，浸泡12～24小时，使化成液浸透极板和隔棉，这样在在化成时不发热，达到化成彻底；
7.用化成充电机进行通电化成，使用如“uc-KGCFD2微电脑电池化成放电电源”或者“uc-KGCFD2经济型40回路充放电电源”对步骤4装好的电池通电化成，化成温度为：室温；化成时间：30-50小时，48小时最佳化成电压2.2V。
本发明的优点在于：1.本发明解决了一般的铅酸蓄电池不能在深海中使用的问题，本发明蓄电池壳体采用较通常蓄电池壁厚，但又比已有的可耐一定外压的蓄电池壁薄，结合本发明的磁化工艺制作的液态低钠硅盐电解质、安装在盖上的自调压的结构组合做成的一种可以在深海6000米以下工作的蓄电池，为深海勘探、国防、通讯业提供一种新环保型能源。
2.克服已有铅酸蓄电池大量使用H2SO4造成环境污染，以及工人操作过程中带给工人的危害，社会效益显著。
3.该电池具有如下性能：所制作的深海蓄电池其电池标准为100；比能量大大地提高了，达到53W/kg以上；使用寿命提高到400次以上；该深海蓄电池有耐高寒高温的能力，可在-50℃～+60℃的温度下正常使用；起动能力从一般的3-7C放电能力提高到30C以上放电能力；该蓄电池自放电极小，长期保存期到18个月都能正常使用。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图
图2是本发明的深海蓄电池的防压座结构示意图
图3是实施例1制做在深海6000米下工作的蓄电池V.C.T.A关系图
图面说明：
图3中说明：3C电放标准(铅酸蓄电池)7.5分钟电压下降到10.5V
2C电放标准(铅酸蓄电池)21分钟电压下降到10.5V
1C电放标准(铅酸蓄电池)33分钟电压下降到10.5V
3C放电曲线(本发明电解液电池)9.8分钟电压下降10.5V
2C放电曲线(本发明电解液电池)24.6分钟电压下降10.5V
1C放电曲线(本发明电解液电池)48分钟电压下降10.5V
具体实施方式
实施例1首先制取液态低钠硅盐既作电解质又作化成液：
(1)取含60wt％SiO2的的硅溶胶5重量份；
(2)边搅拌边加入蒸馏水到步骤1的硅溶胶中，加入约2重量份水，用波美比重计插入该混合物中测量波美浓度，当波美浓度为0.65°Be’时不再加入水为止；
(3)用硫酸调节混合物的PH值，取上述步骤2所得的混合物中加入硫酸混合，边加入硫酸边测量该混合物的PH值，直到PH值为4时停止加入无机酸；
(4)把上述步骤3的混合物放到一个具有5000高斯的磁场进行磁化，将该步骤3的硅盐混合物在的磁场中磁化8分钟；
(5)将上述步骤4磁化后的混合物搅拌机进行搅拌，其机械搅拌速度为700～1400转/分，搅拌5～10分钟，使步骤4所得的混合物其粘度降低，边搅拌边用旋转粘度计测量粘度，当粘度小于0.02泊(mPas)时停止搅拌，制得蓄电池用液态低钠硅盐；
把上述步骤(5)配制好的液态低钠硅盐注入槽中每一格作为化成液，在往电池槽内加入化成液时，将要灌装的电池壳放在做匀速振动的机器上，让正在灌装的电池壳内除掉气泡，让其整个空间充满液态低钠硅盐；并且除极板上的板耳外其余部分全部泡在化成液中，浸泡12～24小时，使化成液浸透极板和隔棉，这样在在化成时不发热，达到化成彻底；
用化成充电机进行通电化成，如使用“uc-KGCFD2经济型40回路充放电电源”对步骤4装好的电池通电化成，化成温度为：室温；化成时间：30-50小时，48小时最佳化成电压2.2V。
实施例2
制做一种12V12安时的、可在深海6000米下工作的蓄电池，由8∶2重量比的ABS工程塑料与软塑料，软塑料如：聚苯乙烯配制成防止受压爆破的材料，用该材料热铸成壁厚3mm×长150mm×宽95mm的箱式电池的壳体1，壳体分底座9和上盖4，壳体底座9内均匀分隔成6个槽，上盖4呈长方形与壳体底座9密合相配。电池壳上盖4的顶面上有6个φ10mm的加液口5，每个加液口5的位置对应壳体底座9内每个槽的中心位置上，在每个加液口5凸出的沿上开有一个φ1mm排气孔6，加液口5上套一个防压座7，并密封固定住，防压座7由具有弹性的橡胶材料制做的，防压座7外套一根φ外径14mm×长度600mm橡胶管做压力缓冲平衡管8，其接口的外面用环氧树脂密封，该管的末端用同样材料做的密封塞12封闭。在每槽内固定安放板栅2与隔棉3，从第一槽贴壁放一具有正六角形蜂膏网的负极板栅2，正极板栅相间安放，负、正极栅之间安置一1.2mm厚的隔棉3。其中负板栅厚度为0.8mm，边框厚度为1.2mm，正极板栅厚度为1.2mm，边框厚度为1.8mm。正极栅涂以由铅粉100公斤、石墨500克、短纤纸50克、硫酸12.26公斤(是25℃ d＝1.38)、纯水14公斤混合而成的铅膏，铅膏密度为4.2克/cm3；负极栅涂以由铅粉100公斤、硫酸钡500克、短纤纸50克、硫酸8.19公斤(是25℃ d＝1.38)、纯水14公斤混合而成的铅膏，铅膏密度为4.3克/cm3。负、正极栅2与隔棉3之间没有空隙，依次类推，每一槽内共有6片负板栅，5片正板栅和10片隔棉；用一根铅线把每一槽内的正负板栅并联起来连接到正负极柱上，板栅2之间和极柱11的连接方式同通常蓄电池安装方式一样，然后在电池的下底座上安装电池壳盖，用环氧树脂密封好，每一个格之间不能有通气；把实施例1已配制好的液态低钠硅盐注入槽中每一格，它既是电介质又作为化成液，所灌装的液态低钠硅盐充满度以充满压力缓冲平衡管内为止；在往电池槽内加入化成液时，在机器上匀速振动电池槽，除掉气泡让其整个空间充满化成液；并且除极板上的板耳外其余部分全部泡在化成液中，浸泡20小时，使化成液浸透极板和隔棉，这样在在化成时不发热，达到化成彻底；
用化成充电机进行通电化成，使用如“uc-KGCFD2微电脑电池化成放电电源”对步骤4装好的电池通电化成，化成温度为：室温；化成时间：48小时，最佳化成电压2.2V。
本实施例制作的蓄电池由于在蓄电池上盖有防压座、排气孔、压力缓冲平衡管，当蓄电池在深海下使用超过1个大气压时，压力缓冲平衡管可以压扁一点，把液体向电池壳内压进，提高壳内抗压能力。保持内外压力平衡，具有压力自调节的、环保蓄电池。本实施例制作的在深海下使用的蓄电池具有良好的性能：(1)放电不产生气泡；
(2)电池壳内灌满液态低纳硅盐电介质是采用磁化工艺制得的，所灌装电介质需加装的充满度以充满压力缓冲平衡管内为止，比重是1.32，因此，该电池在外界较大的压力下电流和电压保持稳定；
(3)该蓄电池可在-50℃~+60℃的温度下正常使用，在深海下温度变化很大的情况下本发明的深海蓄电池能正常工作，并且，放点电压稳定；
(4)从一般的3-7C放电能力提高到30C以上放电能力。
Claims (6)
1.一种适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：包括：
(1)采用ABS工程塑料与耐酸的软塑料以8∶2重量比配料，制成壁厚3～4.5mm，分为上盖、下底座箱式电池的壳体；底座内设有槽，槽数为2伏一格；
(2)板栅：用铅或铅合金制成正六角形蜂窝网状的板栅，大小以刚好装入箱式电池的壳体下底座内为宜，负板栅的边框比边框内的蜂网部分要厚0.2～0.6mm，正板栅的边框比边框内的蜂网部分要厚0.3～0.8mm；其中正极板栅铅膏：由铅粉100公斤、石墨500克、短纤纸50克、硫酸12.26公斤的25℃d＝1.38的硫酸、纯水14公斤混合而成，铅膏密度为4.2克/cm3，将其铅膏涂在正板栅上；
其中负极板所涂铅膏：由铅粉100公斤、硫酸钡500克、短纤纸50克、8.19公斤的25℃d＝1.38硫酸、纯水14公斤混合而成，铅膏密度为4.3克/cm3，将其铅膏涂在负板栅上；
(3)负、正板栅与隔棉相间安装在电池壳体底座内的每一槽内，相邻板栅之间不留空隙，同一槽内的正、负板栅用铅线或铅合金线与板耳并联，槽之间的正、负板栅串联连接到正、负极柱上，板栅之间和极柱的连接方式同通常蓄电池安装方式一样，然后在电池的下底座上安装电池壳盖，用环氧树脂密封好，每一个格之间不能有通气；
(4)电池壳盖的顶面上有加液口，在每个加液口凸出的沿上开有排气孔，加液口上套一个防压座，并密封固定住，防压座由具有弹性材料制做的，防压座上密封固定一根弹性材料制做的压力缓冲平衡管，该管的内径、长短按使用时受压大小计算，该管的末端用同样材料封闭；
(5)向电池壳内灌满液态低纳硅盐，它既是电介质又作为化成液，所灌装电介质需加装的充满度以充满压力缓冲平衡管内为止，该液态低纳硅盐是采用磁化工艺制得的：
a.取含40～60wt％SiO2的硅溶胶5～15重量份；
b.边搅拌边加入水到步骤1的硅溶胶中，加入15～25重量份水，用波美比重计插入该混合物中测量波美浓度，当波美浓度为0.65～0.85°Be’时不再加入水为止；
c.取上述步骤b所得的产物中加入无机酸调节混合物PH值，边加入无机酸边测量该混合物的PH值，直到PH值为1～4时停止加入无机酸；
d.把上述步骤c的混合物放到一个具有1000～6000高斯的磁场进行磁化，将该步骤c的硅盐混合物在的磁场中磁化5～10分钟；
e.将上述步骤d磁化后的混合物进行搅拌，其搅拌包括人工搅拌或机械搅拌，其机械搅拌速度为700～1400转/分，搅拌5～10分钟，使步骤d所得的混合物其粘度降低，边搅拌边用旋转粘度计测量粘度，当粘度小于0.02泊时停止搅拌，制得粘度小于0.02泊的蓄电池用液态低钠硅盐；
(6)把上述步骤e配制好的液态低钠硅盐注入槽中每一格作为化成液，在往电池槽内加入化成液时，一定匀速振动电池槽，除掉气泡让其整个空间充满化成液；并且除极板上的板耳外其余部分全部泡在化成液中，浸泡12～24小时，使化成液浸透极板和隔棉，这样在在化成时不发热，达到化成彻底；
(7)用化成充电机进行通电化成，对步骤d装好的电池通电化成，化成温度为：室温；化成时间：30-50小时。
2.按权利要求1所述的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：所述的化成时间最佳为48小时，最佳化成电压2.2V。
3.按权利要求1所述的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：所述的耐酸软塑料包括：聚苯乙烯、聚乙烯。
4.按权利要求1所述的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：所述的压力缓冲平衡管是用橡胶管、乳胶管、洗衣机用的胶管、煤气用的胶管制做的。
5.按权利要求1所述的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：所述的压力缓冲平衡管的另一端用同种材料作的塞子密封住、用胶密封住。
6.按权利要求1所述的适于深海作业中使用的耐压环保蓄电池，其特征在于：所述的化成充电机是“uc-KGCFD2微电脑电池化成放电电源”或“uc-KGCFD2经济型40回路充放电电源”。
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