專利名稱：一種高能量的膠體鉛布電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池，具體涉及一種高能量的膠體鉛布蓄電池。
背景技術(shù)：
目前在通信、電力和銀行UPS等部門使用的密封鉛酸蓄電池，由電池槽、正、負(fù)極板、電解液和AMG隔板組成，電解液由稀硫酸制成。這種密封鉛酸蓄電池由于采用鉛鈣合金作極板板柵，負(fù)極板柵析氫電位較高，失水較少，因此這種蓄電池免維護(hù)性能較好，在通信、電力、銀行等行業(yè)廣泛使用。
但這種蓄電池還存在一些不足之處。首先，蓄電池采用傳統(tǒng)鉛鈣合金板柵，板柵厚，一般達(dá)到了3～4mm，因而板柵重，蓄電池比能量偏低；其次，重力澆鑄的合金板柵耐蝕性有待提高，主要是在澆鑄時(shí)，由于鉛合金熔液在溫度降低過(guò)程中的晶體偏析，造成合金板柵表面晶界形態(tài)及晶粒致密程度影響合金耐腐能力，在過(guò)充使用時(shí)，因板柵腐蝕造成電池失效；另密封電池采用AGM隔膜，電解液固定在AGM膜中，在重力作用下易分層，使槽底部電解液濃度較高，一方面，電池槽底部的板柵易被腐蝕，另一方面，電解液濃度高易造成底部區(qū)域極板硫酸鹽化，在使用過(guò)程中，為了防止電解液分層和硫酸鹽化，需定期進(jìn)行均勻充電，重新均勻分布電解液，經(jīng)常不定期的均勻充電會(huì)造成蓄電池失水，當(dāng)電解液失水10％時(shí)，電池容量就會(huì)降到80％左右，即可認(rèn)為電池失效；所以AGM密閉蓄電池的壽命還不十分令人滿意。此外，密封蓄電池內(nèi)部使用液態(tài)的硫酸電解質(zhì)，在運(yùn)輸、使用過(guò)程時(shí)，液體電解質(zhì)仍有逸出可能，對(duì)操作使用人員造成傷害，也影響電池壽命、污染環(huán)境和破壞連接部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有密封鉛酸蓄電池重量比能量相對(duì)不高、合金板柵耐蝕性欠佳、電解液易分層、使用壽命短、硫酸電解液外逸、污染環(huán)境、安全性能差的問(wèn)題；而提供一種重量比能量高、不易失水、使用壽命長(zhǎng)、可靠性安全性好的高能量膠體鉛布電池及其制作方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種高能量的膠體鉛布電池由電池槽、上蓋、電池槽內(nèi)的正、負(fù)極極板、AGM隔膜和上蓋的密封閥組成，正、負(fù)極極板的板柵材料為鉛布或泡沫鉛，電池槽內(nèi)填充的電解質(zhì)為膠體電解質(zhì)。
上述技術(shù)方案中，鉛布板柵或泡沫鉛板柵為在鉛布或泡沫鉛一端澆鑄有鉛合金邊框及極耳。
上述技術(shù)方案中，膠體電解質(zhì)主要由下列成分組成稀硫酸、氣相二氧化硅、磷酸、穩(wěn)定劑、活性添加劑、純水。膠體電解質(zhì)的制作方法為按磷酸、穩(wěn)定劑、活性添加劑、氣相二氧化硅的順序加入純水中，再在有冷卻措施的條件下，邊攪拌邊緩慢加入稀硫酸，此后再高速攪拌，即制得膠體電解質(zhì)。
上述膠體電解質(zhì)組份的重量百分比為稀硫酸30～35％，氣相二氧化硅2～15％，磷酸0.05～2％，穩(wěn)定劑0.03～5％，活性添加劑0.1～5％，純水38～67％。
上述組份中，硫酸為分析純，比重為1.4g/dm3，份量占膠體電解質(zhì)總重量的30～35％。
上述組份中，氣相二氧化硅可以是用四氯化硅或甲基三氯化硅制備，比表面積為50～500M2/g，粒徑為2～50μm。優(yōu)選比表面積是100～300M2/g，粒徑為7～20μm。
氣相二氧化硅可以用具有不同比表面積的兩種二氧化硅產(chǎn)品組成，以混合的形式加入，一種是比表面積相對(duì)較低的，具體是100～200M2/g，一種是比表面積相對(duì)較高的，具體是200～300M2/g，前者可以占總份量的25～60％，后者可以占總份量的40～75％。
氣相二氧化硅的總用量一般是占膠體總量的2～15％，最好是4～8％，優(yōu)選2～3％。
上述組份中，磷酸可以是占膠體總量的0.05～2％，最好是0.1～1.5％。
上述組份中，穩(wěn)定劑可以是一種表面活性劑，可以是聚乙稀醇或酯環(huán)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。
穩(wěn)定劑中的聚丙烯酰胺或多元醇在膠體總量中的含量可以是0.03～5％，最好是0.06～3％，優(yōu)選為0.5％～2.0％。
上述組份中，活性添加劑可以是一種堿金屬或堿土金屬的硫酸鹽溶液，還可以是一種與金屬鉛同族的金屬硫酸鹽溶液，也可以是上述這幾種金屬硫酸鹽的混合物，具體說(shuō)是金屬鈉、鉀或鎂的硫酸鹽、或金屬錫的硫酸亞鹽，或者是上述硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸錫的混合物，最好是硫酸鈉與硫酸亞錫的混合物。
上述幾種活性添加劑的添加量占膠體總量范圍可以是硫酸鈉0.1～2％，硫酸鉀0.1～2％；硫酸鎂0.1～2％，硫酸亞錫0.1～2％。這幾種金屬的硫酸鹽的總份量可以是占膠體總量的0.1～5％，最好是0.2～1％，優(yōu)選取為0.2％～0.5％。
這種高能量的膠體鉛布電池的制作方法是采用傳統(tǒng)的蓄電池涂膏方法在鉛布板柵或泡沫鉛板柵上分別涂覆正極鉛膏或負(fù)極鉛膏，然后固化、干燥，分別制成正極板和負(fù)極板，再按常規(guī)蓄電池的組裝方法把上述正極板、負(fù)極板和AGM隔膜組裝在電池槽內(nèi)，按內(nèi)化成方法，加入稀硫酸電解質(zhì)溶液進(jìn)行充放電，然后再抽去多余的稀硫酸電解質(zhì)溶液，灌入剛配制的膠體電解質(zhì)，進(jìn)行補(bǔ)充電，即制得一種高能量、長(zhǎng)壽命、可靠性好的膠體鉛布電池。
上述電池內(nèi)化成方法具體是灌入1.1～1.30g/dm3稀硫酸，以0.05C10～0.2C10的電流進(jìn)行恒流充電30～60小時(shí)，充入電池總?cè)萘康?00～600％電量，再以0.1～0.2C10的電流放電約5～10小時(shí)，然后抽出多余的游離酸液。
上述膠體鉛布電池加入膠體電解質(zhì)后的補(bǔ)充電，是在蓄電池抽出多余游離酸液后，加入剛配好的膠體，然后以0.1～0.20C10電流限流恒壓2.45V充電10～20小時(shí)，即可完成膠體鉛布電池的補(bǔ)充電。
本發(fā)明的鉛布板柵是采用澆鑄法制成的。將一定規(guī)格的鉛布材料放入模具中，再通過(guò)澆鑄口注入一定溫度的熔融金屬鉛或鉛合金的熔融液體，冷卻后開(kāi)模即在鉛布的一端澆鑄上帶有極耳的上邊框，即制得鉛布板柵。這種鉛布材料可以是采用在玻璃纖維網(wǎng)表面進(jìn)行導(dǎo)電化處理，再在其表面電沉積金屬鉛或鉛合金制成，也可以是在玻璃纖維束或有機(jī)纖維束表面擠壓包覆金屬鉛或鉛合金制成鉛絲，再把鉛絲編織成網(wǎng)的方式制成，還可以采用在泡沫狀有機(jī)物表面電沉積金屬鉛或鉛合金的方式制成。采用在玻璃纖維網(wǎng)表面導(dǎo)電化處理，再在其表面電沉積鉛或鉛合金的鉛布制備方法在下列專利技術(shù)中可見(jiàn)CN1414651A，一種鉛酸蓄電池極板板柵的制造方法；CN1501532A，一種鉛布電池極板板柵的制造方法。
本發(fā)明中采用的氣相二氧化硅由氣相法生產(chǎn)，其顆粒大小至關(guān)重要。粒徑小于5μm和大于50μm時(shí)膠體性能都不能令人十分滿意。粒徑小，膠體凝膠速度快，膠體致密、強(qiáng)度好，但觸變性能較差，不利于灌裝，；而粒徑大時(shí)，膠體切稀性較好，凝膠時(shí)間延長(zhǎng)，但膠體強(qiáng)度相對(duì)較差，水化現(xiàn)象嚴(yán)重；本發(fā)明采用兩種不同表面積的氣相二氧化硅復(fù)配，各種粒徑大小膠粒相互作用，在穩(wěn)定劑的作用下，形成穩(wěn)定的三維膠體網(wǎng)絡(luò)，膠體觸變性好，強(qiáng)度高，凝膠時(shí)間適中。
本發(fā)明所采用的穩(wěn)定劑主要起調(diào)節(jié)二氧化硅表面狀態(tài)的作用。為增強(qiáng)膠體的強(qiáng)度，本發(fā)明適當(dāng)提高了表面積較高的二氧化硅的份量，但相應(yīng)膠體的凝聚時(shí)間縮短，觸變性變差，不利于灌酸和工藝操作，而穩(wěn)定劑的加入，可適當(dāng)阻止高活性二氧化硅粒子的聚集，延緩凝膠過(guò)程的作用，本發(fā)明所涉及的膠體具有良好的觸變性和強(qiáng)度，表面活性高。
本發(fā)明在膠體電解質(zhì)所加入的磷酸可有效的提高電解質(zhì)的深循環(huán)性能，有利于離子擴(kuò)散。
本發(fā)明在膠體電解質(zhì)中所加入的活性添加劑可有效的降低鉛布板柵阻抗層的形成，提高膠體鉛布電池的深循環(huán)充放電能力。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明鉛酸蓄電池采用鉛布板柵，重量輕，電池重量比能量高，采用膠體電解質(zhì)，不易失水，使用壽命長(zhǎng)，可任意方向放置，無(wú)電解液逸出，有利于保護(hù)環(huán)境，而且不會(huì)傷害操作人員，安全性能好。
按本發(fā)明配制的膠體電解質(zhì)，具良好的觸變性和流變性，不分層，不會(huì)造成板柵底部的腐蝕，提高了電池的技術(shù)性能和使用壽命。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.載取一定規(guī)格尺寸和厚度的鉛布，放在相應(yīng)的模具中澆鑄成板柵，再采用傳統(tǒng)鉛酸蓄電池涂膏方式在板柵兩面分別涂覆正極鉛膏或負(fù)極鉛膏，然后固化、干燥，分別制成正極板和負(fù)極板，按普通閥控蓄電池方法組裝電池，加入一定量密度為1.24g/dm3稀硫酸電解液，以0.15C10(A)電流對(duì)蓄電池充電，充電至電池容量的600％停止，再以0.1C10(A)電流放電8小時(shí)，放電深度80％，然后抽出多余電解液，灌入剛配制的膠體電解質(zhì)，以0.20C10(A)電流限流恒壓2.45V充電20小時(shí)。所加入膠體電解質(zhì)按以下重量百分比比例配制氣相二氧化硅2％，其中200M2g/占30％，300M2g/占70％；聚丙烯酰胺1.0％；硫酸錫和硫酸鈉占0.5％，其中硫酸錫和硫酸鈉各占50％；磷酸0.5％；比重為1.4g/dm3的稀硫酸35％，其余為純水。配制時(shí)，按磷酸、聚丙烯酰胺、硫酸錫、硫酸鈉、氣相二氧化硅的順序加入純水中，再在有冷卻措施條件下，邊攪拌邊將稀硫酸慢慢加入上述混合物中，高速攪拌5分鐘，即制得膠體電解質(zhì)。
本實(shí)施例除正、負(fù)極板和膠體電解質(zhì)外其它部件與普通蓄電池所用部件基本相同。
權(quán)利要求
1.一種高能量的膠體鉛布電池，由電池槽、上蓋、槽內(nèi)的正、負(fù)極極板、AGM隔膜和上蓋的密封閥組成，其特征在于正、負(fù)極的板柵材料為鉛布或泡沫鉛，電池槽內(nèi)填充的電解質(zhì)為膠體電解質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于所述的鉛布板柵或泡沫鉛板柵為在鉛布或泡沫鉛一端澆鑄有鉛合金邊框及極耳。
3.權(quán)利要求1所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于膠體電解質(zhì)主要由下列成分組成稀硫酸、氣相二氧化硅、磷酸、穩(wěn)定劑、活性添加劑、純水，制作方法為按磷酸、穩(wěn)定劑、活性添加劑、氣相二氧化硅的順序加入純水中，再在有冷卻措施的條件下，邊攪拌邊緩慢加入稀硫酸，此后再高速攪拌，即制得膠體電解質(zhì)。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于膠體電解質(zhì)組份的重量百分比為稀硫酸30～35％，氣相二氧化硅2～15％，磷酸0.05～2％，穩(wěn)定劑0.03～5％，活性添加劑0.1～5％，純水38～67％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于氣相二氧化硅由具有不同比表面積的兩種二氧化硅產(chǎn)品組成，以混合的形式加入，一種是比表面積較低的，具體是100～200M2/g，一種是比表面積相對(duì)較高的，具體是200～300M2/g，前者占總量的25～60％，后者占總分量的40～75％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于所述的穩(wěn)定劑是聚乙烯醇或酯環(huán)醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、果酸、多元醇、糊精；所述的活性添加劑為硫酸鈉或硫酸亞錫或硫酸鈉與硫酸亞錫的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量的膠體鉛布電池的制作方法，其特征在于在鉛布板柵或泡沫鉛板柵上分別涂覆正極鉛膏或負(fù)極鉛膏，然后固化、干燥，分別制成正極極板和負(fù)極極板，再把正極極板、負(fù)極極板和AGM隔膜組裝在電池槽內(nèi)，按內(nèi)化成方法，加入稀硫酸電解質(zhì)溶液進(jìn)行充放電，然后再抽去多余的稀硫酸電解質(zhì)溶液，灌入剛配制的膠體電解質(zhì)，進(jìn)行補(bǔ)充電，即制得膠體鉛布電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高能量的膠體鉛布電池的制作方法，其特征在于所述的內(nèi)化成方法是加入稀硫酸電解質(zhì)溶液進(jìn)行充放電以0.05C10～0.2C10的電流進(jìn)行恒流充電30～60小時(shí)，充入電池總?cè)萘康?00～600％，再以0.1～0.2C10的電流放電5～10小時(shí)，放電深度50～100％，然后抽出多余酸液；加入膠體電解質(zhì)后的補(bǔ)充電是以0.1～0.2C10電流限流恒壓2.45V充電10～20小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量的膠體鉛布電池，其特征在于所述的鉛布板柵是采用澆鑄法制成的，將一定規(guī)格的鉛布材料放入模具中，再通過(guò)澆鑄口加入一定溫度的熔融金屬鉛或鉛合金的熔融液體，冷卻后開(kāi)模即在鉛布的一端澆鑄上帶有極耳的上邊框，即制得鉛布板柵；這種鉛布材料可以是采用在玻璃纖維網(wǎng)表面進(jìn)行導(dǎo)電化處理，再在其表面電沉積金屬鉛或鉛合金制成，或者是在玻璃纖維束或有機(jī)纖維束表面擠壓包覆金屬鉛或鉛合金制成鉛絲，再把鉛絲編織成網(wǎng)的方式制成，還可以采用在泡沫狀有機(jī)物表面電沉積金屬鉛或鉛合金的方式制成。
全文摘要
一種高能量的膠體鉛布電池及其制作方法，在電池槽內(nèi)組裝有正、負(fù)極板、AGM隔膜，正、負(fù)極板柵材料為鉛布或泡沫鉛，電池槽內(nèi)填充的電解質(zhì)為膠體電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)由氣相二氧化硅、穩(wěn)定劑、磷酸、活性添加劑和稀硫酸、純水組成，具有良好的觸變性和流變性，不分層。本發(fā)明的膠體鉛布電池比能量高，使用壽命長(zhǎng)，不易失水，可靠性好，可任意方向放置，無(wú)電解液逸出，保護(hù)環(huán)境，安全性能好。
文檔編號(hào)H01M10/12GK1797834SQ200410047088
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者鐘發(fā)平 申請(qǐng)人:鐘發(fā)平