专利名称：膏状胶体蓄电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及利用可逆的电化学反应储蓄电能和供给电能的铅-酸蓄电池及其制造方法，特别是涉及含膏状胶体电解质的铅-酸蓄电池及其制造方法。按IPC分类表，本发明属于H0IM10/06。
铅-酸蓄电池广泛地用于汽车、轮船、飞机、舰艇上。现有的铅-酸电池主要由极板、隔板、容器及电解液组成。极板包括正极板和负极板，正极板的栅架格内填充的活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极板的栅格内填充的活性物质为海绵状的纯铅(Pb)。用两块横板将多个正极板(如4-13个)和多个负极板(如5-14片)分别连接起来形成正极板组和负极板组。横板上设有电桩，各板间留有空隙。将正负极板组中各个极板正负相间，互相嵌合，并在每对正负极板之间插入隔板，就构成了多个单格电池组。隔板既应绝缘，也应保证电解液的自由渗透，例如用多孔的木质材料、塑料材料制成。铅-酸蓄电池的容器用耐酸、耐热、耐震的材料(如硬橡皮)制成，将多个单格电池安装在一起。每个单格电池上都加盖，盖上有孔，用于引出电桩和加注蒸馏水和电解液。现行的铅-酸蓄电池中的电解液是用纯净的硫酸(H2SO4)和蒸馏水(H2O)按一定的比例配合而成的溶液。在蓄电池充放电过程中，正、负极板上的活性物质PbO2和Pb与电解液中的H2SO4发生可逆的化学反应
因此，在蓄电池放电时，电解液中的硫酸逐渐减少，而水则逐渐增多。也就是说，铅-酸蓄电池在使用过程中，蓄电池容器中的水份越来越多，含硫酸的电解液的流动性越来越大。如果蓄电池容器封闭不严，液体形式的电解质极易溅出，电解质中的硫酸常会危及工作人员或蓄电池附近的设备。同时，由于电解液溅出，参予化学反应的硫酸数量减少，缩短了这种铅-酸蓄电池的使用时间。铅-酸蓄电池的这些缺点在经常处于颠簸状态的交通工具(如汽车、轮船、飞机、舰艇)上表现得尤为突出，后果也将更加严重。铅-酸蓄电池还有另外一个严重的缺点，即正、负极板上的活性物质PbO2、Pb外边无保护层，易于脱落。铅-酸蓄电池一般情况下的使用寿命短，仅有2-3年。
为了克服铅-酸蓄电池的电解质溅出问题，在现有技术中普遍采用了胶体电解质的铅-酸蓄电池。即在硫酸水溶液中加入了经过净化的硅酸钠溶液。硅酸钠溶液和硫酸水溶液混合后，凝结成稠厚的物质-胶体。由于电解质呈胶体状，不会流动，无溅出，不会腐蚀人体或设备。但这种胶体电解质蓄电池存在着两大缺点一是胶体电解质的电阻比硫酸电解液大，使蓄电池的内阻增大、容量降低。例如，常温下的起动容量只有普通蓄电池的80%，而低温下的起动容量仅有普通蓄电池的50%;二是胶体电解质和极板的接触不均匀，可引起严重的比普通蓄电池大得多的自放电。
本发明的一个目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种改进的膏状胶体铅-酸蓄电池，它的电解质不会溅出并且不会使蓄电池的容量有明显的下降;
本发明的另一个目的在于提供一种用于制造所说膏状胶体铅-酸蓄电池的方法。
为了实现上述的本发明的第一个目的，按照本发明提供一种膏状胶体铅-酸蓄电池，它包括一个正极板组，它由多个填充了活性物质PbO2的正极组成并由带有电桩的一块横板连接起来;
一个负极板组，它由多个填充了活性物质Pb的负极板组成并由另一块带有另一个电桩的横板连接起来，每个所说负极板都和所说正极板组的每个所说正极板正负相间互相嵌合;
多个由多孔绝缘材料制成的隔板，插在每对正、负极板之间;
一个外壳容器，用于安放所说正、负极板组、所说隔板以及电解质;以及注入到所说外壳容器中的电解质，所说电解质包括比重为1.40的稀硫酸、熟石膏(CaSD4· 1/2 H2O)、和醇酸清漆，三者之间的体积比依次为(2-3)∶(0.7-1.5)∶(0.3-0.8);
按照本发明的最佳实施例，稀硫酸、熟石膏和醇酸清漆的体积比为2.5∶1.0∶0.4。
为了实现本发明的第二个目的，按照本发明，提供了一种用于制造所说膏状胶体铅-酸蓄电池的方法，该方法依次包括如下步骤
a.制备含比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆的电解质，三者的体积比依次为(2-3)∶(0.7-1.5)∶(0.3-0.5);
b.将制备好的所说电解质注入含所说正、负极板组，所说隔板的所说外壳容器中;
c.将注入了所说电解质的所说外壳容器冷却至15℃以下;
d.初充电先用额定容量的1/10的电流充电1-3小时，而后补加被减少了的所说电解质，最后用额定容量的1/20的电流充电40分钟，初充电步骤结束，蓄电池即可投入使用。
按照本发明的制造方法的最佳实施例，所说电解质中的比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆的体积比依次为2.5∶1.0∶0.4。
由于本发明的主要改进在于电解质本身，而不在于蓄电池的其它部件正、负极板组，隔板和容器。蓄电池的这些部件都是公知的，因此在本说明书中没有详细叙述这些部件，也没有必要画出它们的结构图来。
下面，参照本发明的实施例对本发明进行较为详细的说明。
首先，用蒸馏水将硫酸稀释至比重为1.40，取比重为1.40的稀硫酸2-3份(按体积计)，最好为2.5份(按体积计，下同);然后将按体积计为0.7-1.5份的熟石膏，最好为1.0份的熟石膏，缓慢倒入所说的稀硫酸内，用玻璃棒或木棍轻轻搅拌，使其表面泡沫逐渐减少，不成块状;接着，将0.3-0.8份醇酸清漆，最好为0.4份醇酸清漆缓慢倒入所说的稀硫酸和所说的熟石膏的混合液中并进行快速搅拌(注意防止溅出)，直至呈稀粥状时为止;这样，就制成了本发明的蓄电池所使用的膏状胶体电解质;
接下来，将所说膏状胶体电解质立即注入含所说正、负极板组及所说隔板的所说蓄电池的外壳容器中。开始注入时，在各个单格内可能存在电解质空隙，所以要将外壳容器在弹性板(如胶皮板)上几下，然后再补足所缺电解质的高度差异，加注完毕;
然后，将注入了所说电解质的所说外壳器冷却至15℃以下;
最后，进行初充电。初充电分两步进行。第一步，先用额定容量的1/10电流充电1-3小时。初充电时，外壳容器温度逐渐升高至40℃左右，容器中开始时要冒出大量气泡，最后气泡逐渐减少，蓄电池电压保持基本不变。由于极板上吸收了部分酸度，使电解质凝固变稠，电解质的体积略有下降，应在冷却后将亏损的电解质补上。一般情况下，电解质的高度要比极板组高2-3cm。但不要加的太满，否则在正常使用时容易发生电解质外溢。初充电的第二步是用额定容量的1/20的电流充电40分钟左右。这时的蓄电池上、下的温度应基本上一致。初充电结束，蓄电池即可投入使用。
按照本发明的上述制作步骤就可以制作出符合于本发明的膏状胶体铅-酸蓄电池;换句话说，符合本发明的蓄电池就是按照上述本发明方法的制作步骤制作的。
例如，将比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆按体积比(2-3)∶(0.7-1.5)∶(0.3-0.8)制成的膏状胶体电解质注入一只型号为3-MA10的摩托车干荷蓄电池中，2-3分钟后的单格电压达2.00-2.10伏;充电3小时15分钟后的单格电压达2.15-2.27伏;总电压达6.5-6.8伏，随后慢慢降至6.5伏并保持稳定不变;5秒钟连续放电电流为4.5-5安培，接近普通铅-酸蓄电池水平;用6伏/2.6安培可放电3-4小时。
按本发明的最佳实施例，将比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆按体积比2.5∶1.0∶0.4制成的膏状胶体电解质注入一只型号为3-MA-10的摩托车干荷蓄电池中，2-3分钟后的单格电压为2.05伏，总电压为6.16伏;充电3小时15分钟后总电压上升到6.7伏，随后慢慢降至6.5伏并保持稳定不变;5秒钟连续放电电流为4.6安培，为一般铅-酸蓄电池同等容量的90%以上，但大于胶体蓄电池(80%)。如果在配制电解液过程中，略微提高电解质的比重密度，就可达一般铅-酸蓄电池的放电电流水平。
由于在本发明的铅-酸蓄电池的电解质中除稀硫酸外还加入了熟石膏和醇酸清漆，所以本发明的蓄电池中的电解质呈膏状胶体形式。由于膏状胶体的流动性大大低于普通的稀硫酸，因此电解质绝不会溅出蓄电池外伤及人体或附近的其它机器，这是本发明的一个最为突出的优点。膏状胶体蓄电池在使用中不怕倾斜，不怕颠簸，尤其适合于在汽车、轮船、飞机、舰艇上使用。由于在使用过程中电解质不会溅出，所以本发明的膏状胶体蓄电池的使用时间比同等容量的普通铅-酸蓄电池要长。
众所周知，普通的铅-酸蓄电池的电解质的比重小(1.28-1.30)，因此容量大，但容易溅出;普通的胶体蓄电池的电解质的比重大(1.48-1.50)，虽然解决了溅出问题，但比重过大，粘度大，内阻大，因此容量小，仅为同样铅-酸蓄电池的80%。本发明的膏状胶体铅-酸蓄电池中电解质的比重(1.40)介于上述两种蓄电池的电解质的比重之间，因此既保证了不会溅出，又不过多地损失蓄电池的容量。如果再考虑到熟石膏(CaSD4· 1/2 H2O)中部分水的作用，本发明的蓄电池中的电解液的比重实际上仅1.35左右。因此，本发明的蓄电池的容量特性必然优于胶体蓄电池，并且接近普通的铅-酸蓄电池。
通过实验可知，醇酸清漆在极板上以及在隔板上都形成了一层很薄的均匀的薄膜。这些薄膜起到保护极板和隔板的作用，能防止活性物质自极板上的脱落，从而延长了蓄电池的使用寿命，并且这种薄膜会使电解质和极板间的接触比胶体蓄电池更加均匀，故可减少自放电的发生。实际上，薄膜的产生是必然的，这是因为醇酸清漆的比重低于硫酸、蒸馏水和熟石膏的比重的缘故。
此外，通过实验可知，正常情况下，本发明的蓄电池的充电时间要比普通的铅-酸蓄电池蓄电池少1-2小时，甚至更多。
本发明的蓄电池的性能优于普通的蓄电池。除稀硫酸外，所用的熟石膏和醇酸清漆用量都不多。1公斤熟石膏可配制四只3-MA-14摩托车电瓶;1公斤醇酸清漆可供三十只上述电瓶使用。因此，本发明的蓄电池成本不高，生产方法简单，便于批量投产。
权利要求
1.一种膏状体铅-酸蓄电池，包括一个正极板组，它由多个填充了活性物质PbO2的正极板组成并由带有电桩的一块横板连接起来；一个负极板组，它由多个填充了活性物质Pb的负极板组成并由带有另一个电桩的另一块横板连接起来；并且每个所说负极板都和所说正极板组的每个所说正极板正负相间互相嵌合；多个由多孔绝缘材料制成的隔板，插在每对正、负极板之间；一个外壳容器，用于安放所说正、负极板组、所说隔板以及电解质；其特征在于所说蓄电池还包括注入到所说外壳容器中的电解质，所说电解质包括比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、和醇酸清漆，三者之间的体积比依次为(2-3)∶(0.7-1.5)∶(0.3-0.8)。
2.一种按照权利要求1所述的膏状胶体铅-酸蓄电池，其特征在于其中所说的电解质中的比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆的体积比依次为2.5∶1.0∶0.4。
3.一种用于制造按照权利要求1所述膏状胶体铅-酸蓄电池的方法，所说蓄电池包括一个正极板组、一个负极板组、多个隔板、一个外壳容器，其特征在于该方法依次包括如下步骤(a)制备含比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆的电解质，三者的体积比依次为(2-3)∶(0.7-1.5)∶(0.3-0.8);(b)将制备好的所说电解质注入含所说正极板组，所说负极板组、以及所说隔板的所说外壳容器中;(c)将注入了所说电解质的所说外壳容器冷却至15℃以下;(d)对按上述步骤制作好的蓄电池进行初充电，先用额定容量的1/10的电流充电1-3小时，而后补加被减少了的所说电解质，最后用额定容量的1/20的电流充电40分钟。
4.一种按照权利要求3所述的用于制造膏状胶体铅-酸蓄电池的方法，其中所说的步骤(a)中的比重为1.40的稀硫酸、熟石膏、醇酸清漆的体积比依次为2.5∶1.0∶0.4。
全文摘要
本发明公开了一种改进的铅-酸蓄电池及其制造方法，本发明的改进在于提供一种含比重为1.40的稀硫酸、熟石膏及醇酸清漆的膏状胶体电解质，主要解决了现有的铅-酸蓄电池的电解液溅出问题。本发明的蓄电池尤其适合于用汽车、轮船、飞机、舰艇上。
文档编号H01M10/10GK1081025SQ9210488
公开日1994年1月19日 申请日期1992年6月22日 优先权日1992年6月22日
发明者王振川 申请人:王振川