專利名稱：銻鉛酸性蓄電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半鉛蓄電池，特別是指一種正極板含鉛而負極板含銻的銻鉛酸性蓄電池及其制作方法。
現(xiàn)有堿性蓄電池(如鐵鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池)容量較低，內(nèi)阻較大，價格較貴；鉛酸蓄電池則存在容量提高較難、自放電問題較突出等缺點。
本發(fā)明的目的，乃是提供一種容量較大、不自放電且造價便宜的銻鉛酸性蓄電池及其制作方法。
本發(fā)明的解決方案，是在現(xiàn)有鉛酸蓄電池技術(shù)基礎(chǔ)上的改進。該蓄電池的結(jié)構(gòu)仍然主要包括有正極板、負極板、隔膜、電解液及容器，而其特征之處在于，負極板含有活性物質(zhì)銻。
本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的負極板的制作方法，是在鍍銀銅片(或紫銅片)上敷以氧化銻粉(Sb2O3)[或銻粉(Sb)]與銅粉(Cu)相混合的調(diào)和物，這種調(diào)和物是用純凈的蒸餾水(或濃度小于20％的稀硫酸)調(diào)和至以不自由流動和手壓不滴液為宜，再在它們上面加壓銅絲網(wǎng)，待凝固、風(fēng)干后即成為負極板，負極板上的活性物質(zhì)銻的含量應(yīng)滿足正極板上活性物質(zhì)二氧化鉛與稀硫酸完全反應(yīng)的要求。
本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的正極板就采用與現(xiàn)有鉛酸蓄電池同樣的正極板即二氧化鉛即可。隔膜采用吸液的多孔超細玻璃纖維氈或耐酸半透膜或石棉氈即可，用它將正極板包嚴，使正極板與負極板隔開，防止正、負極板間短路。電解液由純凈蒸餾水和純凈的濃硫酸配成，稀硫酸的濃度10％-70％之間，最佳濃度在25％～50％之間。電解液在銻鉛酸性蓄電池中所起的作用，仍然是一方面在放電時與正、負極板中的活性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，另一方面起導(dǎo)電作用。容器一般由硬橡膠、塑料、玻璃等耐硫酸的材料構(gòu)成。
由于銻鉛酸性蓄電池中負極板銻不能置換出稀硫酸中的氫，故不與電解液里的稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，因而不自放電。充電時只要電壓控制在氫和氧的分解電壓以內(nèi)，就不會有氣體產(chǎn)生，也就可以密封。另外，由于電解液中稀硫酸的濃度可適當提高，減少了電解液的體積，可使電解液吸收在極板和隔膜中，這就可多裝極板，相對增大電池的容量，也可使液體不流動。因此說，在鉛酸蓄電池基礎(chǔ)上改進而成的本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池，由于不自放電而可在充電后長期存放，無論其相對放電使用時間，還是使用壽命，都比鉛酸蓄電池長，同時還兼具鉛酸蓄電池比之不及的容量較大和可密封的優(yōu)點。此外，由于硫酸銻溶于水，所以負極板的鈍化現(xiàn)象減弱，單位體積輸出功率就大，活性物質(zhì)負極銻的利用率提高，相對節(jié)省了材料，降低了造價成本。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明加以進一步詳細說明。


圖1為采用WP4-6型外殼容器組裝的本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的電動勢產(chǎn)生過程示意圖3為本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池放電時的化學(xué)反應(yīng)示意圖；圖4為本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池充電時的化學(xué)反應(yīng)示意圖；圖5為本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池充完電后的內(nèi)部情況示意圖；圖6為采用WP4-6型外殼容器組裝本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池時的工藝流程方框圖。
參見圖1。本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)仍然主要包括有正極板1、負極板2、隔膜3、電解液4及容器5，而其特征之處在于，負極板2含有活性物質(zhì)銻。
參見圖2。銻鉛酸性蓄電池的正極板是二氧化鉛(PbO2)，負極板是銻(Sb)，它們是兩種不同的活性物質(zhì)，所以與稀硫酸(H2SO4)所起的化學(xué)作用的結(jié)果也不一樣。
正極板的二氧化鉛在電解液中水分子的作用下，有少量二氧化鉛分子滲入電解液，其中的二價氧離子(O2-)與水化合，使二氧化鉛分子變成一種過渡而又可離解的物質(zhì)[Pb(OH)4]，即
而四價的鉛離子(Pb4+)仍留在極板上，則極板上缺少電子，顯正電性。
負極板銻(Sb)雖不與電解液里的稀硫酸和水作用，但在電解液中，由于正極板二氧化鉛板上缺少電子顯正電性，電解液中的稀硫酸(H2SO4)便電離成氫正離子(H+)和硫酸根離子(SO42-)，在正極板顯正電性的作用下，電解液中的氫正離子和硫酸根負離子變成了有序排列，在正極板附近的周圍充滿了大量帶負電荷的硫酸根離子(SO42-)和少量帶負電荷的氫氧根離子(OH-)，在負極板周圍排滿了大量帶正電荷的氫離子(H+)，在靜電引力的作用下，負極板表面就帶有負電荷，故負極板相對于正極板就顯負電性。
由此可見，在未接通負載時，由于化學(xué)作用和靜電引力的作用，正極板顯正電性，負極板顯負電性，兩極間就產(chǎn)生了一定的電位差(電動勢)。
參見圖3。當外電路接上負載(比如燈泡)之后，銻鉛酸性蓄電池在正、負極板間電位差(電動勢)的作用下，負極板上的電子便經(jīng)負載進入正極板形成電流I。同時，在蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。
在負極板上，每個銻原子(Sb)放出3個電子(3e)而成銻正離子(Sb3+)，因此負極板上出現(xiàn)若干多余的電子，這些電子在電位差的作用下，將不斷地經(jīng)外電路流入正極而形成電流。而在電解液內(nèi)部，因硫酸分子的電離便有氫正離子(H+)和硫酸根負離子(SO42-)存在。這時，因異性電荷(離子)的靜電作用，氫正離子(H+)移向正極，硫酸根負離子(SO42-)移向負極，于是形成電池內(nèi)部的離子電流。當酸根負離子(SO42-)與負極的銻正離子(Sb3+)相遇時，便生成硫酸銻[Sb2(SO4)3]分子附在負極上或溶解在電解液里，即
在正極，由于電子自外電路進入，便與四價的鉛正離子(Pb4+)化合變成二價鉛的正離子(Pb2+)，并立即與正極附近的酸根離子(SO42-)結(jié)合在一起，生成硫酸鉛分子(PbSO4)附在正極上。與此同時，移向正極的氫正離子(H+)便與氧負離子(O2-)結(jié)合，生成水分子H2O，即
于是放電時總的化學(xué)反應(yīng)為
由于放電時，不能象鉛酸蓄電池那樣通過測量硫酸的比重就可知道放電完畢，故只能用測量電壓的辦法來了解蓄電池的放電程度。當放電時，放電電壓為1.2伏，由表示銻鉛酸性蓄電池放電完畢。一般情況下，1.2伏為銻鉛酸性蓄電池的終止電壓。
參見圖4與圖5。充電是放電過程的逆過程。充電時，應(yīng)在蓄電池上外接直流電源(充電機或整流器)，使正、負極板在放電時消耗了的活性物質(zhì)還原，并將外加的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能貯存起來。在充電電源的作用下，外電路的電流I自蓄電池的正極板流入，經(jīng)電解液和負極板流出。于是，電源從正極板中不斷地取得電子輸送給負極，促使正極板上的硫酸鉛(PbSO4)不斷進入電解液而被游離；負極板上或電解液里的硫酸銻[Sb2(SO4)3]不斷在電解液里被游離。因此在電池內(nèi)部產(chǎn)生如下的化學(xué)反應(yīng)在負極板上，因獲得電子，所以三價的銻離子(Sb3+)由于獲得電子的能力比氫離子強而獲得電子被中和為銻(Sb)，并以固體狀態(tài)附在負極板上，即
在正極板上失去的電子，則由電解液中位于極板附近而處于游離狀態(tài)的二價鉛離子(Pb2+)不斷放出二個電子來補充。當它變成四價鉛離子(Pb4+)以后，立刻與水中的氫氧根離子[(OH)-]結(jié)合，生成過渡狀態(tài)的而且可離解的物質(zhì)和游離狀態(tài)的氫離子，并且又繼續(xù)被分解為二氧化鉛(PbO2)和水，即
H+在電流作用下向負極板移動，同時SO42-向正極板移動，兩種離子因靜電引力而結(jié)合成硫酸
于是，充電時總的化學(xué)反應(yīng)為；
由于充電時，不能象鉛酸蓄電池一樣通過測量電解液的比重來測知銻鉛酸性蓄電池是否充電完畢，而只能通過測量充電電壓的方法來解決。當充電電壓穩(wěn)定在1.8～1.85伏時，即為充電完畢。
本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的負極銻在水溶液中相對于氫標準電極電位是0.24伏，二價鉛離子相對四價鉛離子的標準氧化還原電位為Po2+/Pb4+1.7伏，即銻鉛酸性蓄電池的標準電動勢為1.7-0.24＝1.46(伏)，但由于是在稀硫酸中，電動勢有所提高，約為1.6伏。即銻鉛酸性蓄電池的開路電壓為1.6伏，其工作電壓可達1.5伏以上；終止電壓為1.2伏，其充電電壓為1.7～1.9伏，在此范圍內(nèi)無氫氣產(chǎn)生，當充電電壓穩(wěn)定在1.8～1.85伏時，充電即可停止。測量此電壓范圍即可知道充電完畢。充電電流一般采用15～16小時充電率。放電時當端電壓為1.2伏時，即視為放電完畢，可終止放電。
參見圖6?，F(xiàn)以試裝試驗樣品為例，對本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的制作工藝流程作進一步說明。該實施例采用日本湯淺公司生產(chǎn)的小型密閉鉛酸蓄電池WP4-6型外殼做為本發(fā)明蓄電池的容器，其尺寸為長70mm，寬47mm，高105.5mm，只裝其中一個單格；用其二氧化鉛正極板作本發(fā)明蓄電池的正極板；用其隔膜作本蓄電池的隔膜(單層即可)；用與其負極板同樣大小尺寸的鍍銀銅片(或紫銅片)，厚度為0.2mm左右；用銅絲織成銅絲網(wǎng)(單層銅網(wǎng)即可)；把銅粉與氧化銻粉按1∶5或1∶6的比例用純蒸餾水(或濃度小于20％的稀硫酸)調(diào)和至不自由流動和手壓不滴液為止。將這樣的調(diào)和物和銅網(wǎng)一起敷在銅片上壓緊，厚度不大于1.2毫米，待凝固、風(fēng)干后即作為本發(fā)明銻鉛酸性蓄電池的負極板。然后，按每格裝三片正極板、四片負極板與隔膜排好，注意正、負極板間不能短路，一并裝入單格內(nèi)，并加入濃度為40％～50％的稀硫酸，以單格內(nèi)無自由流動液體為準。以0.3至0.5安培的電流充電35小時左右，以1.5伏、0.2安的小燈泡3個進行單格放電，可連續(xù)放電達14小時以上。其起始端電壓在1.5伏以上，終止電壓為1.2伏。反復(fù)充放電數(shù)次，如稀硫酸不夠時，可再加。其容量可達7.56Ab以上，能量在11W以上，每立方升為100W以上，容量和能量均超出了WP4-6型鉛酸蓄電池的單格容量和能量許多。
權(quán)利要求
1.一種銻鉛酸性蓄電池，其結(jié)構(gòu)主要包括有正極板、負極板、隔膜、電解液及容器，其特征在于，負極板含有活性物質(zhì)銻。
2.一種銻鉛酸性蓄電池的制作方法，正極板采用二氧化鉛板，隔膜采用吸液的多孔超細玻璃纖維氈或耐酸半透膜或石棉氈，電解液由純凈蒸餾水和純凈濃硫酸配成，稀硫酸的濃度在10％～70％之間，容器由硬橡膠、塑料、玻璃等耐硫酸的材料制成，其特征在于，負極板的制作方法，是在鍍銀銅片(或紫銅片)上敷以氧化銻粉(Sb2O3)[或銻粉(Sb)]與銅粉(Cu)相混合的調(diào)和物，這種調(diào)和物是用純凈的蒸餾水(或濃度小于20％的稀硫酸)調(diào)和至以不自由流動和手壓不滴液為宜，再在它們上面加壓銅絲網(wǎng)，待凝固、風(fēng)干后即成為負極板，負極板上的活性物質(zhì)銻的含量應(yīng)滿足正極板上活性物質(zhì)二氧化鉛與稀硫酸完全反應(yīng)的要求。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，稀硫酸的濃度在25％～50％之間。
全文摘要
銻鉛酸性蓄電池是在現(xiàn)有鉛酸蓄電池基礎(chǔ)上的改進，其結(jié)構(gòu)包括有正極板、負極板、隔膜、電解液及容器，其特點是負極板含銻而正極板含鉛。負極板是在鍍銀銅片(或紫銅片)上敷以氧化銻粉(或銻粉)與銅粉相混后再與蒸餾水(或濃度小于20％的稀硫酸)的調(diào)和物，并在中間加壓銅絲網(wǎng)，待凝固、風(fēng)干而成。該蓄電池不自放電，放電使用時間和使用壽命長。其容量較大，可密封，單位體積輸出功率大，活性物質(zhì)負極銻的利用率高，節(jié)省材料，制造成本低。
文檔編號H01M4/16GK1155169SQ9511078
公開日1997年7月23日 申請日期1995年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月26日
發(fā)明者肖佩蘭 申請人:肖佩蘭