專利名稱：閥控式鉛酸蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及制造閥控鉛酸蓄電板的正、負(fù)極板制備工藝、膜鉛酸蓄電池的 制造工藝，特別是閥控鉛酸蓄電池技術(shù)。
背景技術(shù)：
鉛酸電池在工農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域有著廣g的應(yīng)用，然而，鉛酸蓄電池目前還存在 著比能量較低，循環(huán)壽命短的缺點，同時生產(chǎn)應(yīng)用中的鉛、酸污染不僅破壞了 環(huán)境，而且嚴(yán)重影響了人們的健康狀況。
閥控式密封鉛蓄電池以它—的無污染、使用壽命長、維護簡便等優(yōu)異性能而 得到了廣泛的應(yīng)用，然而閩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(xiàn)象明顯、壽命短等問題也應(yīng)及時解決。
提高鉛酸蓄電池性能，工作是全方位的，從板柵制作、活性物制取、電解 液構(gòu)成至電池結(jié)構(gòu)等各方面都在不斷溶入新技術(shù)、新材料。作為鉛酸蓄電池心 臟的正極活性物質(zhì)被眾多專家學(xué)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(zhì)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(dǎo)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(shù)效果 不是很顯著，目前工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)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(shù)措 施逐漸被氧化失效；PbS04是絕緣體或半導(dǎo)體，鉛酸蓄電池在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時， PbS04晶體不斷長大，使電極孔道阻塞、活性物質(zhì)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(jié)構(gòu)研究也是大 量的，特別是閥控電池從閥體結(jié)構(gòu)到氧、氫化合等研究較多。閥控電池控制閎 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(guān)系。 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(xué)反應(yīng)時產(chǎn)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，使電池變干涸報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(shù)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鉛酸蓄電池。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是將金屬基催化膜技術(shù)應(yīng)用于電池正極，通過催化膜的
作用，改善極板氧化程度，提升電化學(xué)反應(yīng)速度，延長電池壽命；還將有機超 濾膜技術(shù)應(yīng)用于電池正、負(fù)極，通過超濾膜作用防止電極孔道阻塞、活性物質(zhì) 過早軟化、脫落，防止電池失效，提高電池性能。本發(fā)明還將微孔技術(shù)應(yīng)用于 閥控鉛酸蓄電池的正負(fù)極、控制閥中，使本發(fā)明成為真正的免維護膜鉛酸蓄電 池。本發(fā)明蓄電池包括正負(fù)極板、活性物質(zhì)和電解液，其特征是選加金屬催化 膜作電池正負(fù)極，以活性物質(zhì)重量為基數(shù)加入0. 5~15%的銅基土氮化鉻催化膜 顆粒，選用聚烯烴基材料制成分離膜固定于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(fā)明選加金屬催化膜作電池正負(fù) 極，還可以活性物重量為基數(shù)加入0.5~15%的鎳基稀土氮化鈦催化膜顆粒，選 用聚烯烴基材料制成分離膜固定于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(fā)明的電池制造方法如下 一、催化膜制造
以高分子泡沬為載體通進真空離子鍍方法制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(wǎng)孔中， 再經(jīng)過滾簡擠壓而達到微粒鑲嵌牢固并保證隨后制備薄膜厚度的均勻性；
(2) 、微粒結(jié)合。在鑲嵌微粒的基體上鍍?nèi)? 5微米的鉻膜或鈦膜，使得
鑲嵌微粒與網(wǎng)基體結(jié)合為一體；
(3) 、催化膜建立。通過物理汽相沉積法于微孔金屬網(wǎng)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制成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負(fù)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(yīng)的電導(dǎo)、具 有機械連續(xù)性和電連續(xù)性，有效避免電池失效，改善了電池的深循環(huán)能力和延 長了電池的使用壽命。以此制作電池極板。
二、 分離膜制造
分離膜釆用平板式結(jié)構(gòu)，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(jié)法成型。要求濾孔正態(tài)分布，開孔均勻，濾孔為蜂巢狀網(wǎng)孔，力學(xué) 性能優(yōu)良。具有較高的強度與剛度'、適度的韌性與彈性，耐沖擊性能良好。此 膜是超濾性質(zhì)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。該分離膜培構(gòu)備理、孔徑均勻、可有效攔截電解液中發(fā)其他 手段難以回收的硫酸，但能去除多余的氫、氧、二氧化碳等氣體。
三、 電池制造。 "
按傳統(tǒng)方式制造蓄電池并將分離膜固定于電池的排氣閥位置。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(gòu)成了本發(fā)明的一大特點，催化膜的性質(zhì)是復(fù)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(yīng)產(chǎn)物的導(dǎo)電性，二是增加活性物表面積，提高活性物利用率，三是 有較好的機械連續(xù)性和電連續(xù)性、四是具有集酸作用。將分離膜技術(shù)應(yīng)用于電 池是本發(fā)明的又一特征。膜分離技術(shù)以其高效、節(jié)能、環(huán)保和分子級過濾等特 性，已廣泛地應(yīng)用于水處理、化工、電子、醫(yī)藥、食品加工等領(lǐng)域，但在蓄電 池行業(yè)用的并不多，本分離膜具有耐高溫、耐化學(xué)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(zhǔn)確性，又能對電池電化學(xué)反應(yīng) 的氧氫化合起到催化作用。
將催化膜應(yīng)用于電池極板中，提高了鉛利用率，從而減少了板柵數(shù)量。本 發(fā)明實施例一的電池使用了4正式負(fù)極板，而對比電池卻用了7正8負(fù)極板。膜電 池的綜合技術(shù)指標(biāo)卻高于對比電池。
具體實施方式
下面具體實施例。 實施例l
以高分子泡沫為載體通過真空離子鍍方法制作銅基稀土氮化鉻電池催化
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沬載體網(wǎng)孔中，再經(jīng)過滾簡擠壓而達到微粒鑲嵌牢固并 保證隨后制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?nèi)?幾微米的鉛膜，使得鑲嵌微粒與網(wǎng)基體結(jié)合為一體。(3)在上述基礎(chǔ)上，通過 物理汽相沉積法于微孔金屬網(wǎng)基體上沉積3-5微米厚的納米晶氮化鉻膜。將催 化膜通過機械方法制成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負(fù)極活性物中，摻加比 例0.6%(重量比)，以傳統(tǒng)工藝制作極板并進行電池裝配。裝配時在電池閥控位 置熱壓控制閥，制成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制作鎳基稀土氮化鈦電池催化 膜，將催化膜通過機械方法制成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負(fù)極活性物中， 摻加比例5%(重量比)，以傳統(tǒng)工藝制作極板并進行電池裝配。裝配時在電池閥 控位置熱壓控制閥，制成12V10Ah電池。
實施例3
以高分子泡沫為載體通過真空離子鍍方法制作銅基稀土氮化鉻電池催化 膜，將催化膜通過機械方法制成顆粒料摻入已和好膏的電池正、負(fù)極活性物中， 摻加比例15%(重量比)，以傳統(tǒng)工藝制作極板并進行電池裝配。裝配時在電池閥 控位置熱壓控制閥，制成12V10Ah電池。
權(quán)利要求
1、閥控式鉛酸蓄電池，包括正負(fù)極板、活性物質(zhì)和電解液，其特征是選加金屬催化膜作電池正負(fù)極，以活性物質(zhì)重量為基數(shù)加入0.5～15％的銅基土氮化鉻催化膜顆粒，選用聚烯烴基材料制成分離膜固定于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、 閥控式膜鉛酸蓄電池，包括正負(fù)極板、活性物質(zhì)和電解液，其特征是選 加金屬催化膜作電池正負(fù)極，以活性物質(zhì)重量為基數(shù)加入0.5~15%的鎳基稀土 氮化鈦催化膜顆粒，選用聚烯烴基材料制成分離膜固定于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(quán)利要求1或2所述的閥控式膜鉛酸蓄電池，其特征是選用的聚烯 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
閥控式鉛酸蓄電池，包括正負(fù)極板、活性物質(zhì)和電解液，其特征是選加金屬催化膜作電池正負(fù)極，以活性物質(zhì)重量為基數(shù)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，選用聚烯烴基材料制成分離膜固定于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(fā)明改善了鉛膏中鉛化合物和PbS0等電極反應(yīng)產(chǎn)物的導(dǎo)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(xù)性和集酸作用。利用分離膜耐高溫、耐化學(xué)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(zhǔn)確性，對電池電化學(xué)反應(yīng)的氧氫化合起到催化作用。催化膜用于電池極板中，提高了鉛利用率，減少了板柵數(shù)量。
文檔編號H01M4/14GK101442136SQ200710158438
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者戴志強 申請人:戴志強