閥控式免維護膜鉛酸蓄電池的製作方法

2023-10-06 00:51:34

專利名稱：閥控式免維護膜鉛酸蓄電池的製作方法
技術領域：
本技術涉及製造閥控鉛酸蓄電板的正、負極板製備工藝、膜鉛酸蓄電池的 製造工藝，特別是閥控鉛酸蓄電池技術。
背景技術：
鉛酸電池在工農業各領域有著廣泛的應用，然而，鉛酸蓄電池目前還存在 著比能量較低，循環壽命短的缺點，同時生產應用中的鉛、酸汙染不僅破壞了 環境，而且嚴重影響了人們的健康狀況。
閩控式密封鉛蓄電池以它的無汙染、使用壽命長、維護簡便等優異性能而 得到了廣泛的應用，然而閥控式密封鉛酸蓄電池在實際使用中所暴露出來的容 量不足、比能量低、早期容量衰減現象明顯、壽命短等問題也應及時解決。
提高鉛酸蓄電池性能，工作是全方位的，從板柵製作、活性物製取、電解 液構成至電池結構等各方面都在不斷溶入新技術、新材料。作為鉛酸蓄電池心 髒的正極活性物質被眾多專家學者研究最多。為提高鉛酸蓄電池正極的性能和 延長電池的使用壽命，長期以來，人們十分注重研究正極添加劑對正極活性物 質利用率的影響。例如，為改善正極性能而添加碳纖維、各向異性石墨和乙炔 碳黑等導電碳素材料，添加稀土金屬材料等都已取得了專利。但這些技術效果 不是很顯著，目前工業化生產應用的也不多。主要原因是鉛酸蓄電池正極有大 量的Pb02和PbS04， Pb02具有非常強的氧化性和高陽極電位特點，這些技術措 施逐漸被氧化失效；PbS04是絕緣體或半導體，鉛酸蓄電池在發生電化學反應時， PbS04晶體不斷長大，使電極孔道阻塞、活性物質過早軟化、脫落或電池失效， 從而對鉛酸電池的放電性能和使用壽命造成較大的影響。電池結構研究也是大 量的，特別是閥控電池從閥體結構到氧、氫化合等研究較多。閥控電池控制閥 是閥控電池重要部件，它性能好壞、工作可靠程度與電池壽命等有較大關係。 目前的電池控制閥基本分為機械式和橡膠式二大類，工作原理相同，基本是電 池進行電化學反應時產生的氧、氫、二氧化碳等氣體濃度到一定程度時，閥門 自動打開放出氣體。這此控制閥存在的問題是，氣體排出的同時，水蒸氣、酸
液也有一定的排出，使電池變乾涸報廢。

發明內容
本發明針對閥控鉛酸蓄電池目前存在的問題，從改善極板氧化、防止電極 孔道阻塞和抑制水蒸氣、酸液溢出、建立氣體通道等方面釆取技術措施，提供 一種高比能、高功率、長壽命、耐過放電和可以快速充電的閥控式免維護膜鉛 酸蓄電池。
本發明的技術構思是將金屬基催化膜技術應用於電池正極，通過催化膜的
作用，改善極板氧化程度，提升電化學反應速度，延長電池壽命；還將有機超 濾膜技術應用於電池正、負極，通過超濾膜作用防止電極孔道阻塞、活性物質 過早軟化、脫落，防止電池失效，提高電池性能。本發明還將微孔技術應用於 閥控鉛酸蓄電池的正負極、控制閥中，使本發明成為真正的免維護膜鉛酸蓄電 池。本發明蓄電池包括正負極板、活性物質和電解液，其特徵是選加金屬催化 膜作電池正負極，以活性物質重量為基數加入0.5~15%的銅基土氮化鉻催化膜 顆粒，選用聚烯烴基材料製成分離膜固定於閥控位置形成分離膜控制閥，該分 離膜孔徑為50~ 400納米，孔隙率30~60%。本發明選加金屬催化膜作電池正負 極，還可以活性物重量為基數加入0. 5~15%的鎳基稀土氮化鈦催化膜顆粒，選 用聚烯烴基材料製成分離膜固定於閥控位置形成分離膜控制閥，該分離膜孔徑 為50 400納米，孔隙率30~60%。
本發明的電池製造方法如下
一、催化膜製造
以高分子泡沬為載體通過真空離子鍍方法製作銅基稀土氮化鉻或鎳基稀土 氮化鈦催化膜。具體方法是
(1) 、微粒鑲嵌。通過機械添充法將直徑幾微米到十幾微米的銅或鎳微粒 和稀土微粒(為鑭系稀土金屬氧化物，0. 5 ~ 3 %)鑲嵌到高分子泡沬載體網孔中， 再經過滾簡擠壓而達到微粒鑲嵌牢固並保證隨後製備薄膜厚度的均勻性；
(2) 、微粒結合。在鑲嵌微粒的基體上鍍取3 5微米的鉻膜或鈦膜，使得
鑲嵌微粒與網基體結合為一體；
(3) 、催化膜建立。通過物理汽相沉積法於微孔金屬網基體上沉積3-5微
米厚的銅基稀土納米晶氮化鉻膜或鎳基稀土鈉米晶氮化鈦膜；
(4)、將催化膜通過機械方法製成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負極活
性物中，摻加比例0. 5 — 15°/。(重量比)。
此膜在活性物中能顯著改善鉛膏中鉛化合物和PbSO等電極反應的電導、具
有機械連續性和電連續性，有效避免電池失效，改善了電池的深循環能力和延 長了電池的使用壽命。以此製作電池極板。
二、 分離膜製造
分離膜釆用平板式結構，厚度均勻適度，以高分子聚合物如聚乙烯、150 ~ 400分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、高密聚乙烯為原材料，加入擴孔劑、成型劑等，。 以壓力燒結法成型。要求濾孔正態分布，開孔均勻，濾孔為蜂巢狀網孔，力學 性能優良。具有較高的強度與剛度、適度的韌性與彈性，耐衝擊性能良好。此 膜是超濾性質的，孔徑在50—400納米，孔隙率30-60%之間。隨電池大小、排 氣量多少而變化。該分離膜結構合理、孔徑均勻、可有效攔截電解液中發其他 手段難以回收的硫酸，但能去除多餘的氫、氧、二氧化碳等氣體。
三、 電池製造。
按傳統方式製造蓄電池並將分離膜固定於電池的排氣閥位置。此閥具有氣、 液分離作用，在一定壓力下，能排出氣體而液體不能排出。
電池活性物中使用催化膜構成了本發明的一大特點，催化膜的性質是複合 性的，但它必須集下述作用的一種或多種。 一是改善了鉛膏中鉛化合物和PbSO 等電極反應產物的導電性，二是增加活性物表面積，提髙活性物利用率，三是 有較好的機械連續性和電連續性、四是具有集酸作用。將分離膜技術應用於電 池是本發明的又一特徵。膜分離技術以其高效、節能、環保和分子級過濾等特 性，已廣泛地應用於水處理、化工、電子、醫藥、食品加工等領域，但在蓄電 池行業用的並不多，本分離膜具有耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、抗微生 物能力強、滲透量大、可清洗性強、孔徑分布窄、分離性能好和使用壽命長等 特點，作為電池控制閥，能保證氣、液分離的準確性，又能對電池電化學反應 的氧氫化合起到催化作用。
將催化膜應用於電池極板中，提高了鉛利用率，從而減少了板柵數量。本 發明實施例一的電池使用了4正式負極板，而對比電池卻用了7正8負極板。膜電
池的綜合技術指標卻高於對比電池。
具體實施例方式
下面具體實施例。 實施例l
以高分子泡沬為載體通過真空離子鍍方法製作銅基稀土氣化鉻電池催化
膜。具體方法是(1)、通過機械添充法將直徑幾微米到十幾微米的銅微粒和稀
土微粒鑲嵌到高分子泡沫載體網孔中，再經過滾簡擠壓而達到微粒鑲嵌牢固並
保證隨後製備薄膜厚度的均勻性。(2)通過電鍍法，在鑲嵌微粒的基體上鍍取 幾微米的鉛膜，使得鑲嵌微粒與網基體結合為一體。U)在上述基礎上，通過 物理汽相沉積法於微孔金屬網基體上沉積3-5微米厚的納米晶氮化鉻膜。將催 化膜通過機械方法製成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負極活性物中，摻加比 例0.6%(重量比)，以傳統工藝製作極板並進行電池裝配。裝配時在電池閥控位 置熱壓控制閩，製成12V10Ah電池。 實施例2
以高分子泡沬為載體通過真空離子鍍方法製作鎳基稀土氮化鈦電池催化 膜，將催化膜通過機械方法製成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負極活性物中， 摻加比例5%(重量比)，以傳統工藝製作極板並進行電池裝配。裝配時在電池閩 控位置熱壓控制閥，製成12V10Ah電池。
實施例3
以高分子泡沬為載體通過真空離子鍍方法製作銅基稀土氮化鉻電池催化 膜，將催化膜通過機械方法製成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負極活性物中， 摻加比例15%(重量比)，以傳統工藝製作極板並進行電池裝配。裝配時在電池閥 控位置熱壓控制閩，製成12V10Ah電池。
經實測，編號l的蓄電池測5小時率容量為16.26Ah,活性物質利用率41%， 重量比能量48. 6Wh/Kg,電池總重量3. 7公斤,55仰OD循環達到了 499次。
編號2的蓄電池測5小時率容量為17.94Ah,活性物質利用率43.2%，重量 比能量48. 6Wh/Kg,,電池總重量3. 7公斤，55°卿循環達到了 518次。
編號3的蓄電池測5小時率容量為19. 52Ah，活性物質利用率48. 52%,重 量比能量48. 6Wh/Kg，，電池總重量3. 7公斤，55。/。DOD循環達到了 580次。
權利要求
1、閥控式免維護膜鉛酸蓄電池，包括正負極板、活性物質和電解液，其特徵是選加金屬催化膜作電池正負極，以活性物質重量為基數加入0.5～15％的銅基土氮化鉻催化膜顆粒，選用聚烯烴基材料製成分離膜固定於閥控位置形成分離膜控制閥，該分離膜孔徑為50～400納米，孔隙率30～60％。
2、 閥控式免維護膜鉛酸蓄電池，包括正負極板、活性物質和電解液，其特 徵是選加金屬催化膜作電池正負極，以活性物質重量為基數加入0. 5~15%的鎳 基稀土氮化鈦催化膜顆粒，選用聚烯烴基材料製成分離膜固定於閥控位置形成 分離膜控制閥，該分離膜孔徑為50~ 400納米，孔隙率30~60%。
3、 按照權利要求1或2所述的閥控式免維護膜鉛酸蓄電池，其特徵是選用 的聚烯烴材料是聚乙烯、聚四氟乙烯、150 400分子量聚乙烯、高密聚乙烯。
全文摘要
閥控式免維護膜鉛酸蓄電池，包括正負極板、活性物質和電解液，其特徵是選加金屬催化膜作電池正負極，以活性物質重量為基數加入0.5～15％的銅基土氮化鉻或鎳基稀土氮化鈦催化膜顆粒，選用聚烯烴基材料製成分離膜固定於閥控位置形成分離膜控制閥，該分離膜孔徑為50～400納米，孔隙率30～60％。本發明改善了鉛膏中鉛化合物和PbS0等電極反應產物的導電性，增加活性物表面積，提高活性物利用率，有較好的機械、電連續性和集酸作用。利用分離膜耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、滲透量大、分離性好和壽命長等特點，作為電池控制閥，能保證氣、液分離的準確性，對電池電化學反應的氧氫化合起到催化作用。催化膜用於電池極板中，提高了鉛利用率，減少了板柵數量。
文檔編號H01M4/14GK101388469SQ20071001283
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月11日 優先權日2007年9月11日
發明者張海旭, 戴志強, 鄒德華 申請人:戴志強;鄒德華;張海旭