專利名稱：一種免維護膠體蓄電池及其制作方法
技術領域：
本發明屬于化學電源領域，具體來說，是一種免維護膠體蓄電池及其制作方法。
眾所周知，作為免維護鉛酸蓄電池種類之一的膠體蓄電池，由于其具有不漏酸、電池壽命長等特點，在社會上已被廣泛使用。并且，隨著研究的廣泛深入，其電氣性能不斷獲得提高。
在膠體蓄電池研究領域中，人們報道的最多的是膠體電解質。
專利CN1065557闡述了A劑與B劑構成的膠體電解質。其中A劑含硅溶膠，去離子水、凈化劑，B劑含純硫酸、去離子水、凈化劑。專利中列舉了大量的凈化劑，并且利用這種膠體電解質灌注的蓄電池自放電小，能量轉化率高，在50℃仍可保持大電流放電。
專利CN1084319強調了一種鉛酸蓄電池用膠體電解質，是由硫酸，硅溶膠，堿金屬(Li、Na、K)氫氧化物溶液構成。灌裝后的電池容量均超過現行國家標準。
專利CN2045148發明了一種高電容量的膠體電解質。含硅溶膠(SiO23-9.9％)，硫酸(48.1-75％)，硫酸/二氧化硅(g/g)比為4.5-10.5。在膠體電解質中含有0.1-0.5氫氧化鋁，使電容量增高。該專利聲明此方法價格低廉，性能優越，工藝簡單。
專利CN1036479使用純度為5-15兆歐的高純水對工業硅酸鈉以10-12∶1的重量比例進行溶解稀釋后，經陽陰離子交換樹脂處理，加入適量的分析純Na2SiO3·9H2O作為穩定劑，使PH值達到12-14后濃縮，得到比重為1.075-1.099，含SiO2重量比為11.7-15％，Na2O重量比為0.26-0.35％，PH值為12-14的硅凝膠劑。用該膠灌注的蓄電池符合國家標準。
諸如此類的報道甚多。但用這些膠體電解質灌注獲得的蓄電池維護工作量比較大，尤其對補水過程難于控制。若補水過多，電解質中硫酸密度下降，影響電氣性能且未被膠體所吸收的過剩水，仍帶著酸性游離在外部，它仍會產生溢酸現象，失去了“固態電介質”意義；若補水太少，膠體電解質會干涸而使蓄電池容量放不出來導致壽命終止。另外，從電池各部分進行優化組合來改善膠體蓄電池電氣等整體性能的報道卻非常少。
本發明的目的之一是通過優化膠體蓄電池各部件以改善膠體蓄電池電氣整體性能。
本發明的目的之二是提供一種制作性能優越，成本適中的膠體蓄電池制作方法。
本發明的技術方案是這樣實現的一種免維護膠體蓄電池，它主要包括殼體、裝在殼體內的以正、負極板組合而成的極板群，用匯流排對正、負極板進行鑲接，在正、負極板之間夾有隔板組成單格，電池蓋與殼體密封，匯流排的引出頭從電池蓋正、負端子孔引出，再裝上正、負接線柱，在殼體的電池蓋處裝有安全閥，在殼體內裝有膠體電介質，其特征在于該正、負極板為鉛鈣鋁錫的合金，其重量百分比為Pb占99.7-99.8％，Ca占0.08-0.10％，Al占0.01-0.02％，Sn占0.10-0.15％；膠體電介質是以觸變性能較好的硅溶膠45-50％與硫酸50-55％配制而成，并輔助加入膠體電介質質量的1-2％的H3PO4。
一種免維護膠體蓄電池的制作方法，它包括由正極板、負極板做成極板群，電隔板和極板群制成單格，再將單格置放在電池殼內，制成蓄電池然后采用環氧對脂進行密封。將由硅溶膠、硫酸配成的膠體電解質注入密封蓄電池內，做成膠體蓄電池，再經初充電和在其內安裝安全閥后檢驗成品出廠，其特征在于(a)極板群的容量比電池的額定容量大5-10％；(b)膠體電介質中采用的硅溶膠是硅酸鈉經過陽陰樹脂交換后濃縮到比重為1.058-1.060g/cm3(20℃)，比表面積為200-250m2/g，含SiO29-11％，Fe＜0.001％，Cl＜0.001％穩定劑2-3％；(c)膠體電介質重量的1-2％磷酸加入到50-55份比重為1.45-1.55g/cm3硫酸中，在常溫下攪勻(d)取含有磷酸的硫酸與硅溶膠溶液各一份，混合攪拌均勻注入蓄電池。
本發明由于極板采Pb、Ca、Al、Sn作為板柵合金，具有很高的析氣過電位，可減少自放電，實現密封，隔板中含SiO245％以上可提高該隔板在電池中工作穩定性及固態電介質間的兼容性，且減少了內阻；電介質采用比表面積為200-250m2/g，粒經分布均勻的硅溶劑與硫酸相配而成。可使H2SO4在介質中分布勻稱且穩定，而不會出現濃度層化現象，同時粒徑的勻一性使電池工作穩定、持續；采用在一定壓力范圍內自動開啟的單向閥，可實現在一定壓力下氣體能夠在電池內部通過膠體電介質微孔網絡到達極板，重新復合成水，實現水的循環與氧氣的循環，減少了水的損失，達到實現免維護的目的。本膠體蓄電池經測試與應用，性能穩定、容量大、自放電小，可廣泛應用于郵電通訊、UPS電源系統、高級轎車、火車、船艦及電力系統等場合。


圖1為本發明中的膠體蓄電池結構示意2為本發明中的膠體蓄電池制作方法框圖下面縮合附圖對本發明作進一步的描述并給出實施例本發明中的免維護膠體蓄電池主要包括殼體1、裝在殼體內的由正極板2、負極板3組合而成的極板群，用匯流排4對正、負極板進行鑲接，在正、負極板之間夾有隔板5，并根據電池容量可組成若干單格，電池蓋6與殼體1密封，匯流排4的引出頭從電池蓋的接線端7引出，在殼體1內靠近電池蓋6處裝有安全閥8，在殼體1內充裝膠體電介質9，它區別于現有技術為該正、負極板采用鉛鈣鋁錫合金，其重量百分比為Pb占99.7-99.8％，Ca占0.08-0.10％，Al占0.01-0.02％，Sn占0.10-0.15％；膠體電介質是以觸變性能較好的45-50％硅溶膠，與50-55％的硫酸配制而成，并輔助加入膠體電介質重量百分比的1-2％的H3PO4與0.05-0.2％的COSO4；硅溶膠的比表面積為200-250m2/g，含SiO29-11％，含Fe小于0.001％，含Cl小于0.001％，PH值為8-10；隔板含SiO2為45％以上，孔徑≤8um，孔率≥60％，電阻≤300mΩ；殼體1內靠近電池蓋處的安全閥8采用單向閥，該單向閥的自動開啟壓力為10-25KPa。一種免維護膠體蓄電池的制作方法，區別于現有技術為正、負極板采用鉛鈣鋁錫合金，其重量百分比為鉛占99.7-99.8％，鈣占0.08-0.10％，鋁占0.01-0.02％，錫占0.10-0.15％。根據制作的蓄電池容量來決定每單格所需的極板數，具體算法是，蓄電池的容量除以每片極板的容量后所獲的數加1，即為所需的正極板數，負極板數為正極板數加1。如制作100Ah，每片極板容量為18Ah，則所需的正極板數為100/18＝5.6，取5加1為6，故采用6片正極板和7片負極板，以保證極板群的容量比電池的額定容量大5-10％將正、負極板之間插入含SiO2為45％以上，孔徑≤8um，孔率≥60％，電阻≤300mΩ的隔板后裝入蓄電池殼中；用環氧樹脂將蓄電池密封起來，24小時后采用氣壓表檢測單體是否泄漏，以不泄漏為合格；膠體電介質中采用的硅溶膠是硅酸鈉經過陽阻樹脂交換后濃縮到比重為1.058-1.060g/cm3(20℃)，比表面積為200-250m2/g，含SiO29-11％，Fe≤0.001％。Cl≤0.001％，穩定劑2-3％；將膠體電介質重量的1-2％磷酸加入到50-55份比重為1.45-1.55g/m2硫酸中，在常溫下攪勻取含有磷酸的硫酸與硅溶膠溶液各一份攪均勻注入蓄電池灌入了膠體電解質的蓄電池經靜置4小時后進行初充電，初充電分兩個階段，每一階段以0.1C電流充電至每單格2.45V后改用0.05C電流充電，至每單格2.75V后恒定3小時結束。靜置2小時或更長后以0.1C電流放電至每單格1.75V為止，第二階段為放電后的蓄電池被加相同比重的膠體電解質后恒定電壓每單格2.45V，以0.4C電流充電至電流下降到0.001C為止，補加后的電解質量為12-15ml/Ah；充完電后裝好安全閥，該安全閥采用自動開啟壓力為5-20KPa的單向閥，即可實現本發明所制作的膠體蓄電池。
下面給出實施例實施例112V-FMJ-100Ah膠體蓄電池正、負極合金Pb(99.8％)Ca(0.08％)Al(0.02％)Sn(0.10％)每片18Ah，每單格以13片組裝，共6個單格；隔板采用SWP隔板，安全閥采用德國寶色公司的VENTSEAL2000型膠閥，在20KPa下自動開啟。
膠體電解質，是以比重ρ為1.058g/cm3(20℃)的硅溶膠(本公司自行生產，其比表面積為205m2/g)與ρ為1.53g/cm3(20℃)的硫酸溶液等體積混配成ρ為1.29g/m3(20℃)，于2小時內灌入蓄電池。其中，輔助加入WT1％的磷酸(重量比)。靜置1小時后充電。充電分兩個階段，以10小時率電流即10A充至14.7V后改用20小時率即5A充電至16.5V后恒定3小時后結束。采用10小時率即10A電流進行放電，至電壓為10.5V后結束。放電容量為101Ah。放電后補加等密度的膠體電解質液，進行第二次充分。此時，總加入液量達到13ml/Ah。第二次充電采用恒壓14.7V均充。首先采用40A充電，當電流降至0.1A時充電結束。安裝安全閥，蓋上壓蓋，清洗入庫。該電池經檢測測試，容量10小時率可達到103Ah，高于規定指標。
自放電測試入庫前10小時率容量為104Ah(25℃)，充電后入庫。入庫時間為1997年9月29日，出庫時間為1998年7月19日。于25℃下以10小時率放電。放電容量為78.5Ah。存放時間長為290天。自放電率每天為(103-78.5)÷290÷103×100％＝0.082％。
實施例22V-FMJ-300Ah膠體蓄電池正、負極板合金Pb(99.75％)Ca(0.085％)Al(0.015％)Sn(0.15％)每片34Ah，每單格以21片組裝隔板采用PVC-2000型；采用的單向閥門開啟壓力為13KPa；膠體電解質是以比表面積為230m2/g硅溶膠與ρ為1.45g/m3(20℃)的硫酸溶液按V硅溶膠∶V酸＝45∶55比例混配成ρ為1.27g/m3(20℃)，于2小時內灌入蓄電池。其中，輔助加入1％的磷酸(重量比)。靜置2小時后充電。充電分兩個階段，以10小時率電流即30A充至2.45V后改用20小時率即15A充電至2.75V后恒定3小時后結束。采用10小時率即30A電流進行放電，至電壓為1.75V后結束。放電容量為310Ah。放電后補加等密度的膠體電解質液，進行第二次充電。此時，總加入液量達到14ml/Ah。第二次充電采用恒壓2.45V均充。首先采用120A充電，當電流降至0.3A時充電結束。安裝安全閥，蓋上壓蓋，清洗入庫。該電池經驗測測試，容量10小時率可達到315Ah，高于規定指標。
自放電測試按實施例1的方法，測得自放電率每天為0.076％。
實施例312V-FMJ-10AH膠體蓄電池正、負極合金Pb(99.78％)Ca(0.09％)Al(0.01％)Sn(0.12％)每片2.8AH；每單格正極板4片；負板極5片組裝，共6個單格，隔板采和SUP材料，安全閥采用實例1材料。控制在25Kpa下自動開啟。
膠體電介質，以ρ為1.058g/cm3(20℃)的硅溶膠(本公司自行生產，其比表面積為245m2/g)與ρ為1.55g/cm2(20℃)的硫酸溶液按等體積配成ρ為1.30g/m3(20℃)；其中輔助加入膠體電介質總重量的2％的磷酸，灌入電池并靜止1小時后充電。充電分兩個階段，以1.5A恒流充到電池電壓為14.7V后改用0.5A充電，當最終電壓升至16.8V后，且3小時電壓恒定則結束充電。用1A電流放電到10.5V后結束(放電容量為10.3Ah)。接著補加等密度的膠體電解質液，進行第二次充分。此時，累計加入液量為12ml/Ah。第二次充電采用恒壓14.7V均充。用2A充到電流自行降至0.1A后過3小時結束。安裝安全閥，清洗，蓋上壓蓋。該電池測試情況10小時率容量10.4Ah；10A放電31min；自放電率每天為0.09％；密封反應效率98％(按JB/T64572-92方法)。
權利要求
1.一種免維護膠體蓄電池。它主要包括殼體、裝在殼體內的以正、負極報組合而成的極板群，用匯流排對正、負極板進行鑲接，在正、負極板之間夾有隔板組成單格，電池蓋與殼體密封，匯流排的引出頭從電池蓋正負端子孔引出，再裝上正負接線柱在殼體的電池蓋處裝有安全閥。在殼體內裝有膠體電介質，其特征在于該正、負極板鉛、鈣鋁錫的合金。其重量百分比為Pb占99.7-99.8％，Ca占0.08-0.10％，Al占0.01-0.02％，Sn占0.10-0.15％；膠體電介質是以觸變性能較好的硅溶膠45-50％與硫酸50-55％配制而成，并輔助加入膠體電介質重量的1-2％的H3PO4。
2.按權利要求1所述的一種免維護膠體蓄電池，其特征在于硅溶膠的比表面積為200-250m2/g；含SiO29-11％，含Fe小于0.001％，含Cl小于0.001％，PH值為8-10硫酸的比重為1.45-1.55g/cm3。
3.按權利要求1或2所述的一種免維護膠體蓄電池，其特征在于隔板含SiO2為45％以上，孔徑≤8um，孔率≥60％，電阻≤300mΩ。
4.按權利要求1或2所述的一種免維護膠體蓄電池，其特征在于殼體內靠近電池蓋處的安全閥，采用單向閥，該單向閥的自動開啟壓力為10-25KPa。
5.一種免維護膠體蓄電池的制作方法。它包括由正極板、負極板做成極板群，由隔板和極板群制成單格，再將單格置放在電池殼內，制成蓄電池然后采用環氧樹脂進行密封，將由硅溶膠、硫酸配成的膠體電解質注入密封蓄電池內，做成膠體蓄電池，再經新充電和在其內安裝安全閥后檢驗成品出廠，其特征在于(a)極板群的容量比電池的額定容量大5-10％；(b)膠體電介質中采用的硅溶膠是硅酸鈉經過陽陰樹脂交換后濃縮到比重為1.058-1.060g/cm3(20℃)，比表面積為200-250m2/g，含SiO29-11％，Fe＜0.001％，Cl＜0.001％穩定劑2-3％；(c)膠體電介質重量的1-2％磷酸加入到50-55份比重為1.45-1.55g/cm3硫酸中，在常溫下攪勻(d)取含有磷酸的硫酸與硅溶膠溶液各一份，混合攪拌均勻注入蓄電池。
全文摘要
本發明公開一種免維護膠體蓄電池及其制作方法,該蓄電池的特征為:正、負極板采用鉛鈣鋁錫合金,其重量百分比為占Pb99.7—99.8%,Ca占0.08—0.10%,Al占0.01—0.02%,Sn占0.10—0.15%;膠體電介質是以觸變性能較好的硅溶膠按體積的45—50%與硫酸按體積的55—55%配制而成,并輔助加入膠體電介質WT1—2%的H
文檔編號H01M10/12GK1274960SQ99113729
公開日2000年11月29日 申請日期1999年5月24日 優先權日1999年5月24日
發明者胡文勇, 朱為敏, 林晨, 柳仲文 申請人:上海住安科技發展有限公司