CN1797834A - 一种高能量的胶体铅布电池及其制作方法 - Google Patents

一种高能量的胶体铅布电池及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种高能量的胶体铅布电池及其制作方法，在电池槽内组装有正、负极板、AGM隔膜，正、负极板栅材料为铅布或泡沫铅，电池槽内填充的电解质为胶体电解质，胶体电解质由气相二氧化硅、稳定剂、磷酸、活性添加剂和稀硫酸、纯水组成，具有良好的触变性和流变性，不分层。本发明的胶体铅布电池比能量高，使用寿命长，不易失水，可靠性好，可任意方向放置，无电解液逸出，保护环境，安全性能好。

Description

一种高能量的胶体铅布电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池，具体涉及一种高能量的胶体铅布蓄电池。
背景技术
目前在通信、电力和银行UPS等部门使用的密封铅酸蓄电池，由电池槽、正、负极板、电解液和AMG隔板组成，电解液由稀硫酸制成。这种密封铅酸蓄电池由于采用铅钙合金作极板板栅，负极板栅析氢电位较高，失水较少，因此这种蓄电池免维护性能较好，在通信、电力、银行等行业广泛使用。
但这种蓄电池还存在一些不足之处。首先，蓄电池采用传统铅钙合金板栅，板栅厚，一般达到了3～4mm，因而板栅重，蓄电池比能量偏低；其次，重力浇铸的合金板栅耐蚀性有待提高，主要是在浇铸时，由于铅合金熔液在温度降低过程中的晶体偏析，造成合金板栅表面晶界形态及晶粒致密程度影响合金耐腐能力，在过充使用时，因板栅腐蚀造成电池失效；另密封电池采用AGM隔膜，电解液固定在AGM膜中，在重力作用下易分层，使槽底部电解液浓度较高，一方面，电池槽底部的板栅易被腐蚀，另一方面，电解液浓度高易造成底部区域极板硫酸盐化，在使用过程中，为了防止电解液分层和硫酸盐化，需定期进行均匀充电，重新均匀分布电解液，经常不定期的均匀充电会造成蓄电池失水，当电解液失水10％时，电池容量就会降到80％左右，即可认为电池失效；所以AGM密闭蓄电池的寿命还不十分令人满意。此外，密封蓄电池内部使用液态的硫酸电解质，在运输、使用过程时，液体电解质仍有逸出可能，对操作使用人员造成伤害，也影响电池寿命、污染环境和破坏连接部件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有密封铅酸蓄电池重量比能量相对不高、合金板栅耐蚀性欠佳、电解液易分层、使用寿命短、硫酸电解液外逸、污染环境、安全性能差的问题；而提供一种重量比能量高、不易失水、使用寿命长、可靠性安全性好的高能量胶体铅布电池及其制作方法。
本发明采用的技术方案是：这种高能量的胶体铅布电池由电池槽、上盖、电池槽内的正、负极极板、AGM隔膜和上盖的密封阀组成，正、负极极板的板栅材料为铅布或泡沫铅，电池槽内填充的电解质为胶体电解质。
上述技术方案中，铅布板栅或泡沫铅板栅为：在铅布或泡沫铅一端浇铸有铅合金边框及极耳。
上述技术方案中，胶体电解质主要由下列成分组成：稀硫酸、气相二氧化硅、磷酸、稳定剂、活性添加剂、纯水。胶体电解质的制作方法为：按磷酸、稳定剂、活性添加剂、气相二氧化硅的顺序加入纯水中，再在有冷却措施的条件下，边搅拌边缓慢加入稀硫酸，此后再高速搅拌，即制得胶体电解质。
上述胶体电解质组份的重量百分比为：稀硫酸30～35％，气相二氧化硅2～15％，磷酸0.05～2％，稳定剂0.03～5％，活性添加剂0.1～5％，纯水38～67％。
上述组份中，硫酸为分析纯，比重为1.4g/dm3，份量占胶体电解质总重量的30～35％。
上述组份中，气相二氧化硅可以是用四氯化硅或甲基三氯化硅制备，比表面积为50～500M2/g，粒径为2～50μm。优选比表面积是100～300M2/g，粒径为7～20μm。
气相二氧化硅可以用具有不同比表面积的两种二氧化硅产品组成，以混合的形式加入，一种是比表面积相对较低的，具体是100～200M2/g，一种是比表面积相对较高的，具体是200～300M2/g，前者可以占总份量的25～60％，后者可以占总份量的40～75％。
气相二氧化硅的总用量一般是占胶体总量的2～15％，最好是4～8％，优选2～3％。
上述组份中，磷酸可以是占胶体总量的0.05～2％，最好是0.1～1.5％。
上述组份中，稳定剂可以是一种表面活性剂，可以是聚乙稀醇或酯环醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、果酸、多元醇、糊精，最好是聚丙烯酰胺或多元醇。
稳定剂中的聚丙烯酰胺或多元醇在胶体总量中的含量可以是0.03～5％，最好是0.06～3％，优选为0.5％～2.0％。
上述组份中，活性添加剂可以是一种碱金属或碱土金属的硫酸盐溶液，还可以是一种与金属铅同族的金属硫酸盐溶液，也可以是上述这几种金属硫酸盐的混合物，具体说是金属钠、钾或镁的硫酸盐、或金属锡的硫酸亚盐，或者是上述硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锡的混合物，最好是硫酸钠与硫酸亚锡的混合物。
上述几种活性添加剂的添加量占胶体总量范围可以是硫酸钠0.1～2％，硫酸钾0.1～2％；硫酸镁0.1～2％，硫酸亚锡0.1～2％。这几种金属的硫酸盐的总份量可以是占胶体总量的0.1～5％，最好是0.2～1％，优选取为0.2％～0.5％。
这种高能量的胶体铅布电池的制作方法是：采用传统的蓄电池涂膏方法在铅布板栅或泡沫铅板栅上分别涂覆正极铅膏或负极铅膏，然后固化、干燥，分别制成正极板和负极板，再按常规蓄电池的组装方法把上述正极板、负极板和AGM隔膜组装在电池槽内，按内化成方法，加入稀硫酸电解质溶液进行充放电，然后再抽去多余的稀硫酸电解质溶液，灌入刚配制的胶体电解质，进行补充电，即制得一种高能量、长寿命、可靠性好的胶体铅布电池。
上述电池内化成方法具体是：灌入1.1～1.30g/dm3稀硫酸，以0.05C10～0.2C10的电流进行恒流充电30～60小时，充入电池总容量的300～600％电量，再以0.1～0.2C10的电流放电约5～10小时，然后抽出多余的游离酸液。
上述胶体铅布电池加入胶体电解质后的补充电，是在蓄电池抽出多余游离酸液后，加入刚配好的胶体，然后以0.1～0.20C10电流限流恒压2.45V充电10～20小时，即可完成胶体铅布电池的补充电。
本发明的铅布板栅是采用浇铸法制成的。将一定规格的铅布材料放入模具中，再通过浇铸口注入一定温度的熔融金属铅或铅合金的熔融液体，冷却后开模即在铅布的一端浇铸上带有极耳的上边框，即制得铅布板栅。这种铅布材料可以是采用在玻璃纤维网表面进行导电化处理，再在其表面电沉积金属铅或铅合金制成，也可以是在玻璃纤维束或有机纤维束表面挤压包覆金属铅或铅合金制成铅丝，再把铅丝编织成网的方式制成，还可以采用在泡沫状有机物表面电沉积金属铅或铅合金的方式制成。采用在玻璃纤维网表面导电化处理，再在其表面电沉积铅或铅合金的铅布制备方法在下列专利技术中可见：CN1414651A，一种铅酸蓄电池极板板栅的制造方法；CN1501532A，一种铅布电池极板板栅的制造方法。
本发明中采用的气相二氧化硅由气相法生产，其颗粒大小至关重要。粒径小于5μm和大于50μm时胶体性能都不能令人十分满意。粒径小，胶体凝胶速度快，胶体致密、强度好，但触变性能较差，不利于灌装，；而粒径大时，胶体切稀性较好，凝胶时间延长，但胶体强度相对较差，水化现象严重；本发明采用两种不同表面积的气相二氧化硅复配，各种粒径大小胶粒相互作用，在稳定剂的作用下，形成稳定的三维胶体网络，胶体触变性好，强度高，凝胶时间适中。
本发明所采用的稳定剂主要起调节二氧化硅表面状态的作用。为增强胶体的强度，本发明适当提高了表面积较高的二氧化硅的份量，但相应胶体的凝聚时间缩短，触变性变差，不利于灌酸和工艺操作，而稳定剂的加入，可适当阻止高活性二氧化硅粒子的聚集，延缓凝胶过程的作用，本发明所涉及的胶体具有良好的触变性和强度，表面活性高。
本发明在胶体电解质所加入的磷酸可有效的提高电解质的深循环性能，有利于离子扩散。
本发明在胶体电解质中所加入的活性添加剂可有效的降低铅布板栅阻抗层的形成，提高胶体铅布电池的深循环充放电能力。
本发明与现有技术相比有如下优点：
本发明铅酸蓄电池采用铅布板栅，重量轻，电池重量比能量高，采用胶体电解质，不易失水，使用寿命长，可任意方向放置，无电解液逸出，有利于保护环境，而且不会伤害操作人员，安全性能好。
按本发明配制的胶体电解质，具良好的触变性和流变性，不分层，不会造成板栅底部的腐蚀，提高了电池的技术性能和使用寿命。
具体实施方式：
实施例1.载取一定规格尺寸和厚度的铅布，放在相应的模具中浇铸成板栅，再采用传统铅酸蓄电池涂膏方式在板栅两面分别涂覆正极铅膏或负极铅膏，然后固化、干燥，分别制成正极板和负极板，按普通阀控蓄电池方法组装电池，加入一定量密度为1.24g/dm3稀硫酸电解液，以0.15C10(A)电流对蓄电池充电，充电至电池容量的600％停止，再以0.1C10(A)电流放电8小时，放电深度80％，然后抽出多余电解液，灌入刚配制的胶体电解质，以0.20C10(A)电流限流恒压2.45V充电20小时。所加入胶体电解质按以下重量百分比比例配制：气相二氧化硅2％，其中200M2g/占30％，300M2g/占70％；聚丙烯酰胺1.0％；硫酸锡和硫酸钠占0.5％，其中硫酸锡和硫酸钠各占50％；磷酸0.5％；比重为1.4g/dm3的稀硫酸35％，其余为纯水。配制时，按磷酸、聚丙烯酰胺、硫酸锡、硫酸钠、气相二氧化硅的顺序加入纯水中，再在有冷却措施条件下，边搅拌边将稀硫酸慢慢加入上述混合物中，高速搅拌5分钟，即制得胶体电解质。
本实施例除正、负极板和胶体电解质外其它部件与普通蓄电池所用部件基本相同。

Claims (9)

1、一种高能量的胶体铅布电池，由电池槽、上盖、槽内的正、负极极板、AGM隔膜和上盖的密封阀组成，其特征在于：正、负极的板栅材料为铅布或泡沫铅，电池槽内填充的电解质为胶体电解质。
2、根据权利要求1所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于所述的铅布板栅或泡沫铅板栅为：在铅布或泡沫铅一端浇铸有铅合金边框及极耳。
3、权利要求1所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于胶体电解质主要由下列成分组成：稀硫酸、气相二氧化硅、磷酸、稳定剂、活性添加剂、纯水，制作方法为：按磷酸、稳定剂、活性添加剂、气相二氧化硅的顺序加入纯水中，再在有冷却措施的条件下，边搅拌边缓慢加入稀硫酸，此后再高速搅拌，即制得胶体电解质。
4、据权利要求3所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于胶体电解质组份的重量百分比为：稀硫酸30～35％，气相二氧化硅2～15％，磷酸0.05～2％，稳定剂0.03～5％，活性添加剂0.1～5％，纯水38～67％。
5、根据权利要求3所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于气相二氧化硅由具有不同比表面积的两种二氧化硅产品组成，以混合的形式加入，一种是比表面积较低的，具体是100～200M2/g，一种是比表面积相对较高的，具体是200～300M2/g，前者占总量的25～60％，后者占总分量的40～75％。
6、根据权利要求1所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于所述的稳定剂是聚乙烯醇或酯环醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、果酸、多元醇、糊精；所述的活性添加剂为硫酸钠或硫酸亚锡或硫酸钠与硫酸亚锡的混合物。
7、根据权利要求1所述的高能量的胶体铅布电池的制作方法，其特征在于在铅布板栅或泡沫铅板栅上分别涂覆正极铅膏或负极铅膏，然后固化、干燥，分别制成正极极板和负极极板，再把正极极板、负极极板和AGM隔膜组装在电池槽内，按内化成方法，加入稀硫酸电解质溶液进行充放电，然后再抽去多余的稀硫酸电解质溶液，灌入刚配制的胶体电解质，进行补充电，即制得胶体铅布电池。
8、根据权利要求7所述的高能量的胶体铅布电池的制作方法，其特征在于所述的内化成方法是：加入稀硫酸电解质溶液进行充放电：以0.05C10～0.2C10的电流进行恒流充电30～60小时，充入电池总容量的300～600％，再以0.1～0.2C10的电流放电5～10小时，放电深度50～100％，然后抽出多余酸液；加入胶体电解质后的补充电是以0.1～0.2C10电流限流恒压2.45V充电10～20小时。
9、根据权利要求1所述的高能量的胶体铅布电池，其特征在于所述的铅布板栅是采用浇铸法制成的，将一定规格的铅布材料放入模具中，再通过浇铸口加入一定温度的熔融金属铅或铅合金的熔融液体，冷却后开模即在铅布的一端浇铸上带有极耳的上边框，即制得铅布板栅；这种铅布材料可以是采用在玻璃纤维网表面进行导电化处理，再在其表面电沉积金属铅或铅合金制成，或者是在玻璃纤维束或有机纤维束表面挤压包覆金属铅或铅合金制成铅丝，再把铅丝编织成网的方式制成，还可以采用在泡沫状有机物表面电沉积金属铅或铅合金的方式制成。
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