专利名称：具有固液两相电解质的固体蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于直接转变化学能为电能的方法和装置领域，尤其是含有两种不同电解质的二次电池。
背景技术：
近年来在蓄电池领域中，尤其是铅酸蓄电池出现了全密封免维护电池，此种全密封免维护蓄电池的主要改进是将液体电解质改为胶体电解质，这不仅改进了蓄电池的性能，还大大方便了用户，得到了迅速推广。在铅酸蓄电池中发生的电化学反应表明，必须保证反应途径的畅通，防止阻塞，如正极产生的氧气，必须顺利到达负极，被负极吸收。由于胶体电解质与极板直接接触，有可能覆盖在极板活性物质的孔隙中，使反应物迁移通道受到阻塞，造成电极性能下降；另外，使用的胶体电解质为液态触变胶，随着电解质灌入时间的延长，黏度不断提高，逐渐向固态转变，最后完全失去流动性能，电解质无法向蓄电池深处流动，造成电解质灌装不均，不满，电解质不能和极板的所有活性物质接触，也就不能和所有的活性物质发生电化学反应，使蓄电池容量下降，一般会低于20安时。
以上这些问题是全密封免维护电池存在的主要问题，只有解决了这些问题，才能保证电池容量的充分发挥。
发明内容
本发明的目的为提供一种电解质能与极板充分接触，灌满全部电池，电容量高、使用寿命长的具有固液两相电解质的固体蓄电池。
实现上述发明目的的技术方案如下具有固液两相电解质的固体蓄电池，主要由正、负电极、隔板、电解质及外壳体构成，正、负电极被作为隔板的无机复合物纤维材料包裹，在电极活性物质和与其直接接触的隔板中灌有液相电解质，在相邻两隔板之间灌有呈触变胶体形式的固相电解质。
所述作为隔板的无机复合物纤维隔板材料为玻璃纤维布、玻璃纤维无纺布或石棉布，其中优选的隔板材料为玻璃纤维布，厚度小于0.4mm。
所述液相电解质是密度为1.27-1.29的硫酸溶液，固相电解质为组合物，其配方为硫酸溶液密度为1.54-1.59500ml固化剂 火成二氧化硅溶液 500ml磷酸 24ml添加剂 丙三醇水溶液 18ml活性剂 复合硫酸盐 1g具有固液两相电解质的固体蓄电池制造工艺如下(1)配制作为液相电解质的硫酸溶液，(2)将硫酸溶液加入到电池中，该电池的极板已经预先化成电化学活性状态，(3)放电，以I20的速率放电，直到硫酸溶液密度达到1.06为止；(4)倒酸，将放电后的硫酸溶液倒出；(5)配制呈触变胶体形式的固相电解质，按照所述的配方进行配制；(6)将上步配制好的电解质灌入已倒出硫酸溶液的电池中；(7)充电，以I20的速率对已放电的电池充电，充电完毕后放置24-48小时即可使用。
本发明用耐酸柔软的无机复合物纤维材料包裹电极板，使液相电解质和固相电解质分开，电极板表面和活性物质孔隙中充满了液相电解质，保证了电化学反应通道不受阻塞，并增加了反应面积。固相电解质基本限制在隔板之间的空间内，它与隔板直接接触，部分进入隔板的孔隙中。两种相态的电解质分别从隔板的两面将隔板的孔隙充满。由此在隔板内电解质的两个相直接接触，防止了胶体直接与极板接触。采用这种方式可以使极板活性物质的孔内和孔口不会有固体电解质存在。
本发明的液相电解质硫酸浓度较高，而固相电解质中的硫酸浓度较低，在灌注固相电解质时能始终保持良好的流动性，确保固相电解质能灌满整个电池，消除了灌装不满，不均匀现象，在电池内两相接触，经电化学反应硫酸浓度逐渐均匀，其浓度就达到了规定的工作浓度，触变胶相随之凝固。浓度的均衡是通过灌注电解质后立即放电来实现并加速的。所以硫酸浓度较高的液相电解质只是在相当短的时间内对极板产生影响不会损害极板的性能。
本发明一方面具有硫酸铅蓄电池的典型功能特点，另一方面又可以充分发挥触变胶体电解质铅蓄电池的优点，也可以使免维护的时间延长。
本发明具有以下特点1.提高了电极的质量。本发明的电解质呈胶状软固体，充满了电池内部，在极板四周形成了固态保护层，保护极板避免因振动或碰撞而产生损坏或破裂，防止极板被腐蚀，同时也减少蓄电池在大负荷使用时产生极板弯曲现象和极板间短路，充分保证了电池的物理性能和化学性能的发挥。
2.提高了蓄电池的循环耐久能力，由于在极板的周围包裹了用无机复合物纤维制成的隔板，活性物质不易脱落，提高了反复充放电的能力，使用寿命大大延长，在正常情况下设计使用寿命可达3-5年，是传统蓄电池的2倍左右。
3.自放电小，深放电性能好，由于本发明固体电解质配方搭配全面，结构合理，制造步骤严谨周到，自放电小，有利于长期储存，100％放电后仍可继续接在负载上，在四星期内充电仍可恢复原容量。
具体实施例方式
现结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
1.配制液相电解质，在1000ml纯水中加入342ml浓硫酸，配成密度为1.27-1.29的硫酸溶液。
2.配制以触变胶体形式存在的固相电解质，(1)配制密度为1.54-1.59硫酸溶液，在235ml纯水中加入265ml浓硫酸。
(2)配制固化剂，称取颗粒度为10-20nm的火成二氧化硅120-400g，羟乙基纤维素1-20g，纯水250ml，三者都倒入搅拌器中，以2000转/分钟的速度进行搅拌，然后再提高速度搅拌，待完全溶解后再加入250ml纯水，高速搅拌均匀。
(3)制备添加剂，将5-12ml纯水先加温到20-30℃，在加入丙三醇6-12ml，边加热边搅拌直至完全溶解，然后冷却至室温即可。
(4)配制活性剂称取硫酸钠 0.40-0.60g溶于100ml纯水中硫酸镁 0.10-0.20g溶于200ml纯水中硫酸钴 0.01-0.10g溶于600ml纯水中磷酸二氢钠 0.04-0.05g溶于100ml纯水中将上述溶液混合，干馏后即可。
待液相电解质和固相电解质制备完毕后，即可按所述步骤制成电池，应注意以下几点1.为使火成二氧化硅均匀分散在电解质中，搅拌速度不低于2000转/分钟。
2.为使固体电解质具有良好的触变性，火成二氧化硅的用量以90g火成二氧化硅/1000ml稀硫酸为宜。
3.电池中灌入液相电解质后应立即进行放电。
4.为最大限度减少充电使水分损失，充电时的最大电压为2.5V。
5.无机复合纤维隔板是在玻璃纤维表面复合多孔PE(聚乙烯)塑料，以保证极板之间完全隔离，防止极板短路，提高电池循环使用寿命，也保证了隔板本身存储更多的电解质，完全与极板上的活性物质发生反应，提高蓄电池容量和起动能力。
权利要求
1.具有固液两相电解质的固体蓄电池，主要由正、负电极、隔板、电解质及外壳体构成，其特征为正、负电极被作为隔板的无机复合物纤维材料包裹，在电极活性物质和与其直接接触的隔板中灌有液相电解质，在相邻两隔板之间灌有呈触变胶体形式的固相电解质。
2.根据权利要求1所述的具有固液两相电解质的固体蓄电池，其特征为所述无机复合物纤维隔板材料为玻璃纤维布、玻璃纤维无纺布或石棉布。
3.根据权利要求1或2所述的具有固液两相电解质的固体蓄电池，其特征为优选的隔板材料为玻璃纤维布，厚度小于0.4mm。
4.根据权利要求1所述的具有固液两相电解质的固体蓄电池，其特征为液相电解质是密度为1.27-1.29的硫酸溶液，固相电解质为组合物，其配方为硫酸溶液 密度为1.54-1.59 500ml固化剂火成二氧化硅溶液500ml磷酸 24ml添加剂丙三醇水溶液18ml活性剂复合硫酸盐 1g
5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有固液两相电解质的固体蓄电池，其特征为制造工艺如下(1)配制作为液相电解质的硫酸溶液，(2)将硫酸溶液加入到电池中，该电池的极板已经预先化成电化学活性状态，(3)放电，以I20的速率放电，直到硫酸溶液密度达到1.06为止；(4)倒酸，将放电后的硫酸溶液倒出；(5)配制呈触变胶体形式的固相电解质，按照所述的配方进行配制；(6)将上步配制好的电解质灌入已倒出硫酸溶液的电池中；(7)充电，以I20的速率对已放电的电池充电，充电完毕后放置24-48小时即可使用。
全文摘要
本发明涉及含有两种不同电解质的二次电池，对于全密封免维护的固体蓄电池，存在胶体电解质进入极板活性物质的孔隙和毛细管中，造成电化学反应中氧气通道的阻塞和液体状的触变胶注入电池时，已开始向固态胶转化，粘度不断提高，进而阻止了电解质向电池的深处流动，最终完全凝固，造成灌装不满，不均的现象，使蓄电池容量严重下降，为此本发明采用了用无机复合物纤维材料包裹极板作为隔板，在电极和隔板之间灌入液相电解质，在相邻两隔板之间灌入触变胶体形式的固相电解质，本发明不仅克服了上述问题，而且具有电池质量高，极板牢固，不变形，循环耐久能力高，使用寿命长，深放度性能好的特点。
文档编号H01M10/04GK1702900SQ20051007351
公开日2005年11月30日 申请日期2005年6月2日 优先权日2005年6月2日
发明者胡延强, 盛延新, 蔡敬东 申请人:胡延强