专利名称:一种免维护胶体蓄电池及其制作方法
技术领域:
本发明属于化学电源领域,具体来说,是一种免维护胶体蓄电池及其制作方法。
众所周知,作为免维护铅酸蓄电池种类之一的胶体蓄电池,由于其具有不漏酸、电池寿命长等特点,在社会上已被广泛使用。并且,随着研究的广泛深入,其电气性能不断获得提高。
在胶体蓄电池研究领域中,人们报道的最多的是胶体电解质。
专利CN1065557阐述了A剂与B剂构成的胶体电解质。其中A剂含硅溶胶,去离子水、净化剂,B剂含纯硫酸、去离子水、净化剂。专利中列举了大量的净化剂,并且利用这种胶体电解质灌注的蓄电池自放电小,能量转化率高,在50℃仍可保持大电流放电。
专利CN1084319强调了一种铅酸蓄电池用胶体电解质,是由硫酸,硅溶胶,碱金属(Li、Na、K)氢氧化物溶液构成。灌装后的电池容量均超过现行国家标准。
专利CN2045148发明了一种高电容量的胶体电解质。含硅溶胶(SiO23-9.9%),硫酸(48.1-75%),硫酸/二氧化硅(g/g)比为4.5-10.5。在胶体电解质中含有0.1-0.5氢氧化铝,使电容量增高。该专利声明此方法价格低廉,性能优越,工艺简单。
专利CN1036479使用纯度为5-15兆欧的高纯水对工业硅酸钠以10-12∶1的重量比例进行溶解稀释后,经阳阴离子交换树脂处理,加入适量的分析纯Na2SiO3·9H2O作为稳定剂,使PH值达到12-14后浓缩,得到比重为1.075-1.099,含SiO2重量比为11.7-15%,Na2O重量比为0.26-0.35%,PH值为12-14的硅凝胶剂。用该胶灌注的蓄电池符合国家标准。
诸如此类的报道甚多。但用这些胶体电解质灌注获得的蓄电池维护工作量比较大,尤其对补水过程难于控制。若补水过多,电解质中硫酸密度下降,影响电气性能且未被胶体所吸收的过剩水,仍带着酸性游离在外部,它仍会产生溢酸现象,失去了“固态电介质”意义;若补水太少,胶体电解质会干涸而使蓄电池容量放不出来导致寿命终止。另外,从电池各部分进行优化组合来改善胶体蓄电池电气等整体性能的报道却非常少。
本发明的目的之一是通过优化胶体蓄电池各部件以改善胶体蓄电池电气整体性能。
本发明的目的之二是提供一种制作性能优越,成本适中的胶体蓄电池制作方法。
本发明的技术方案是这样实现的一种免维护胶体蓄电池,它主要包括壳体、装在壳体内的以正、负极板组合而成的极板群,用汇流排对正、负极板进行镶接,在正、负极板之间夹有隔板组成单格,电池盖与壳体密封,汇流排的引出头从电池盖正、负端子孔引出,再装上正、负接线柱,在壳体的电池盖处装有安全阀,在壳体内装有胶体电介质,其特征在于该正、负极板为铅钙铝锡的合金,其重量百分比为Pb占99.7-99.8%,Ca占0.08-0.10%,Al占0.01-0.02%,Sn占0.10-0.15%;胶体电介质是以触变性能较好的硅溶胶45-50%与硫酸50-55%配制而成,并辅助加入胶体电介质质量的1-2%的H3PO4。
一种免维护胶体蓄电池的制作方法,它包括由正极板、负极板做成极板群,电隔板和极板群制成单格,再将单格置放在电池壳内,制成蓄电池然后采用环氧对脂进行密封。将由硅溶胶、硫酸配成的胶体电解质注入密封蓄电池内,做成胶体蓄电池,再经初充电和在其内安装安全阀后检验成品出厂,其特征在于(a)极板群的容量比电池的额定容量大5-10%;(b)胶体电介质中采用的硅溶胶是硅酸钠经过阳阴树脂交换后浓缩到比重为1.058-1.060g/cm3(20℃),比表面积为200-250m2/g,含SiO29-11%,Fe<0.001%,Cl<0.001%稳定剂2-3%;(c)胶体电介质重量的1-2%磷酸加入到50-55份比重为1.45-1.55g/cm3硫酸中,在常温下搅匀(d)取含有磷酸的硫酸与硅溶胶溶液各一份,混合搅拌均匀注入蓄电池。
本发明由于极板采Pb、Ca、Al、Sn作为板栅合金,具有很高的析气过电位,可减少自放电,实现密封,隔板中含SiO245%以上可提高该隔板在电池中工作稳定性及固态电介质间的兼容性,且减少了内阻;电介质采用比表面积为200-250m2/g,粒经分布均匀的硅溶剂与硫酸相配而成。可使H2SO4在介质中分布匀称且稳定,而不会出现浓度层化现象,同时粒径的匀一性使电池工作稳定、持续;采用在一定压力范围内自动开启的单向阀,可实现在一定压力下气体能够在电池内部通过胶体电介质微孔网络到达极板,重新复合成水,实现水的循环与氧气的循环,减少了水的损失,达到实现免维护的目的。本胶体蓄电池经测试与应用,性能稳定、容量大、自放电小,可广泛应用于邮电通讯、UPS电源系统、高级轿车、火车、船舰及电力系统等场合。
图1为本发明中的胶体蓄电池结构示意2为本发明中的胶体蓄电池制作方法框图下面缩合附图对本发明作进一步的描述并给出实施例本发明中的免维护胶体蓄电池主要包括壳体1、装在壳体内的由正极板2、负极板3组合而成的极板群,用汇流排4对正、负极板进行镶接,在正、负极板之间夹有隔板5,并根据电池容量可组成若干单格,电池盖6与壳体1密封,汇流排4的引出头从电池盖的接线端7引出,在壳体1内靠近电池盖6处装有安全阀8,在壳体1内充装胶体电介质9,它区别于现有技术为该正、负极板采用铅钙铝锡合金,其重量百分比为Pb占99.7-99.8%,Ca占0.08-0.10%,Al占0.01-0.02%,Sn占0.10-0.15%;胶体电介质是以触变性能较好的45-50%硅溶胶,与50-55%的硫酸配制而成,并辅助加入胶体电介质重量百分比的1-2%的H3PO4与0.05-0.2%的COSO4;硅溶胶的比表面积为200-250m2/g,含SiO29-11%,含Fe小于0.001%,含Cl小于0.001%,PH值为8-10;隔板含SiO2为45%以上,孔径≤8um,孔率≥60%,电阻≤300mΩ;壳体1内靠近电池盖处的安全阀8采用单向阀,该单向阀的自动开启压力为10-25KPa。一种免维护胶体蓄电池的制作方法,区别于现有技术为正、负极板采用铅钙铝锡合金,其重量百分比为铅占99.7-99.8%,钙占0.08-0.10%,铝占0.01-0.02%,锡占0.10-0.15%。根据制作的蓄电池容量来决定每单格所需的极板数,具体算法是,蓄电池的容量除以每片极板的容量后所获的数加1,即为所需的正极板数,负极板数为正极板数加1。如制作100Ah,每片极板容量为18Ah,则所需的正极板数为100/18=5.6,取5加1为6,故采用6片正极板和7片负极板,以保证极板群的容量比电池的额定容量大5-10%将正、负极板之间插入含SiO2为45%以上,孔径≤8um,孔率≥60%,电阻≤300mΩ的隔板后装入蓄电池壳中;用环氧树脂将蓄电池密封起来,24小时后采用气压表检测单体是否泄漏,以不泄漏为合格;胶体电介质中采用的硅溶胶是硅酸钠经过阳阻树脂交换后浓缩到比重为1.058-1.060g/cm3(20℃),比表面积为200-250m2/g,含SiO29-11%,Fe≤0.001%。Cl≤0.001%,稳定剂2-3%;将胶体电介质重量的1-2%磷酸加入到50-55份比重为1.45-1.55g/m2硫酸中,在常温下搅匀取含有磷酸的硫酸与硅溶胶溶液各一份搅均匀注入蓄电池灌入了胶体电解质的蓄电池经静置4小时后进行初充电,初充电分两个阶段,每一阶段以0.1C电流充电至每单格2.45V后改用0.05C电流充电,至每单格2.75V后恒定3小时结束。静置2小时或更长后以0.1C电流放电至每单格1.75V为止,第二阶段为放电后的蓄电池被加相同比重的胶体电解质后恒定电压每单格2.45V,以0.4C电流充电至电流下降到0.001C为止,补加后的电解质量为12-15ml/Ah;充完电后装好安全阀,该安全阀采用自动开启压力为5-20KPa的单向阀,即可实现本发明所制作的胶体蓄电池。
下面给出实施例实施例112V-FMJ-100Ah胶体蓄电池正、负极合金Pb(99.8%)Ca(0.08%)Al(0.02%)Sn(0.10%)每片18Ah,每单格以13片组装,共6个单格;隔板采用SWP隔板,安全阀采用德国宝色公司的VENTSEAL2000型胶阀,在20KPa下自动开启。
胶体电解质,是以比重ρ为1.058g/cm3(20℃)的硅溶胶(本公司自行生产,其比表面积为205m2/g)与ρ为1.53g/cm3(20℃)的硫酸溶液等体积混配成ρ为1.29g/m3(20℃),于2小时内灌入蓄电池。其中,辅助加入WT1%的磷酸(重量比)。静置1小时后充电。充电分两个阶段,以10小时率电流即10A充至14.7V后改用20小时率即5A充电至16.5V后恒定3小时后结束。采用10小时率即10A电流进行放电,至电压为10.5V后结束。放电容量为101Ah。放电后补加等密度的胶体电解质液,进行第二次充分。此时,总加入液量达到13ml/Ah。第二次充电采用恒压14.7V均充。首先采用40A充电,当电流降至0.1A时充电结束。安装安全阀,盖上压盖,清洗入库。该电池经检测测试,容量10小时率可达到103Ah,高于规定指标。
自放电测试入库前10小时率容量为104Ah(25℃),充电后入库。入库时间为1997年9月29日,出库时间为1998年7月19日。于25℃下以10小时率放电。放电容量为78.5Ah。存放时间长为290天。自放电率每天为(103-78.5)÷290÷103×100%=0.082%。
实施例22V-FMJ-300Ah胶体蓄电池正、负极板合金Pb(99.75%)Ca(0.085%)Al(0.015%)Sn(0.15%)每片34Ah,每单格以21片组装隔板采用PVC-2000型;采用的单向阀门开启压力为13KPa;胶体电解质是以比表面积为230m2/g硅溶胶与ρ为1.45g/m3(20℃)的硫酸溶液按V硅溶胶∶V酸=45∶55比例混配成ρ为1.27g/m3(20℃),于2小时内灌入蓄电池。其中,辅助加入1%的磷酸(重量比)。静置2小时后充电。充电分两个阶段,以10小时率电流即30A充至2.45V后改用20小时率即15A充电至2.75V后恒定3小时后结束。采用10小时率即30A电流进行放电,至电压为1.75V后结束。放电容量为310Ah。放电后补加等密度的胶体电解质液,进行第二次充电。此时,总加入液量达到14ml/Ah。第二次充电采用恒压2.45V均充。首先采用120A充电,当电流降至0.3A时充电结束。安装安全阀,盖上压盖,清洗入库。该电池经验测测试,容量10小时率可达到315Ah,高于规定指标。
自放电测试按实施例1的方法,测得自放电率每天为0.076%。
实施例312V-FMJ-10AH胶体蓄电池正、负极合金Pb(99.78%)Ca(0.09%)Al(0.01%)Sn(0.12%)每片2.8AH;每单格正极板4片;负板极5片组装,共6个单格,隔板采和SUP材料,安全阀采用实例1材料。控制在25Kpa下自动开启。
胶体电介质,以ρ为1.058g/cm3(20℃)的硅溶胶(本公司自行生产,其比表面积为245m2/g)与ρ为1.55g/cm2(20℃)的硫酸溶液按等体积配成ρ为1.30g/m3(20℃);其中辅助加入胶体电介质总重量的2%的磷酸,灌入电池并静止1小时后充电。充电分两个阶段,以1.5A恒流充到电池电压为14.7V后改用0.5A充电,当最终电压升至16.8V后,且3小时电压恒定则结束充电。用1A电流放电到10.5V后结束(放电容量为10.3Ah)。接着补加等密度的胶体电解质液,进行第二次充分。此时,累计加入液量为12ml/Ah。第二次充电采用恒压14.7V均充。用2A充到电流自行降至0.1A后过3小时结束。安装安全阀,清洗,盖上压盖。该电池测试情况10小时率容量10.4Ah;10A放电31min;自放电率每天为0.09%;密封反应效率98%(按JB/T64572-92方法)。
权利要求
1.一种免维护胶体蓄电池。它主要包括壳体、装在壳体内的以正、负极报组合而成的极板群,用汇流排对正、负极板进行镶接,在正、负极板之间夹有隔板组成单格,电池盖与壳体密封,汇流排的引出头从电池盖正负端子孔引出,再装上正负接线柱在壳体的电池盖处装有安全阀。在壳体内装有胶体电介质,其特征在于该正、负极板铅、钙铝锡的合金。其重量百分比为Pb占99.7-99.8%,Ca占0.08-0.10%,Al占0.01-0.02%,Sn占0.10-0.15%;胶体电介质是以触变性能较好的硅溶胶45-50%与硫酸50-55%配制而成,并辅助加入胶体电介质重量的1-2%的H3PO4。
2.按权利要求1所述的一种免维护胶体蓄电池,其特征在于硅溶胶的比表面积为200-250m2/g;含SiO29-11%,含Fe小于0.001%,含Cl小于0.001%,PH值为8-10硫酸的比重为1.45-1.55g/cm3。
3.按权利要求1或2所述的一种免维护胶体蓄电池,其特征在于隔板含SiO2为45%以上,孔径≤8um,孔率≥60%,电阻≤300mΩ。
4.按权利要求1或2所述的一种免维护胶体蓄电池,其特征在于壳体内靠近电池盖处的安全阀,采用单向阀,该单向阀的自动开启压力为10-25KPa。
5.一种免维护胶体蓄电池的制作方法。它包括由正极板、负极板做成极板群,由隔板和极板群制成单格,再将单格置放在电池壳内,制成蓄电池然后采用环氧树脂进行密封,将由硅溶胶、硫酸配成的胶体电解质注入密封蓄电池内,做成胶体蓄电池,再经新充电和在其内安装安全阀后检验成品出厂,其特征在于(a)极板群的容量比电池的额定容量大5-10%;(b)胶体电介质中采用的硅溶胶是硅酸钠经过阳阴树脂交换后浓缩到比重为1.058-1.060g/cm3(20℃),比表面积为200-250m2/g,含SiO29-11%,Fe<0.001%,Cl<0.001%稳定剂2-3%;(c)胶体电介质重量的1-2%磷酸加入到50-55份比重为1.45-1.55g/cm3硫酸中,在常温下搅匀(d)取含有磷酸的硫酸与硅溶胶溶液各一份,混合搅拌均匀注入蓄电池。
全文摘要
本发明公开一种免维护胶体蓄电池及其制作方法,该蓄电池的特征为:正、负极板采用铅钙铝锡合金,其重量百分比为占Pb99.7—99.8%,Ca占0.08—0.10%,Al占0.01—0.02%,Sn占0.10—0.15%;胶体电介质是以触变性能较好的硅溶胶按体积的45—50%与硫酸按体积的55—55%配制而成,并辅助加入胶体电介质WT1—2%的H
文档编号H01M10/12GK1274960SQ99113729
公开日2000年11月29日 申请日期1999年5月24日 优先权日1999年5月24日
发明者胡文勇, 朱为敏, 林晨, 柳仲文 申请人:上海住安科技发展有限公司