[发明专利]一种触变性胶体电解质及其制备方法和胶体蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池，特别是涉及一种触变性胶体电解质的制备方法以及应用该触变性胶体电解质的电池。

背景技术

铅酸蓄电池从发明至今已经有一百五十余年的历史，但是由于其具有电池电动势高，结构简单，适用范围大以及原材料丰富，性价比较高等优点，铅蓄电池在市场上仍占据主导地位。近年来，铅酸电池的技术不断提高，是一种广泛使用的化学电源。

阀控式电池、胶体电池等已经成为国民经济发展中重要的基础性产业，同时，也是后备电源、电力系统储能电源、内燃机储能电源等大型储备电源的核心部件，铅蓄电池业的发展对其所配套的上述产业产生着重要影响，与这些行业一同在国民经济发展中发挥了重要作用。

目前，铅酸电池也仍然是军用和民用工业、交通运输装备等重要的电源装置，汽车用蓄电池技术的发展为我国成为世界主要汽车生产国起到重要支撑作用。

中国电池产量超过世界电池总产量的1/2，是世界电池主要的生产基地，也是世界上最大的电池消耗国。目前我国铅酸蓄电池技术与国际水平差距不明显。蓄电池产业发展较快，国内大型企业也达到了相当的生产规模和很高的技术水平。国际市场需求不断加大，我国已成为最大的铅酸蓄电池出口国之一。

铅酸蓄电池一般分为三种类型：（1）电解液类；（2）超细玻璃纤维隔板吸附电解质类；（3）使用有机或者无机触变剂使电解质不流动类，如硅溶胶。其中后面的两种属于免维护铅蓄电池。

胶体电池电解质是由一定大小颗粒的胶态二氧化硅等凝胶剂与一定浓度的硫酸按一定比例配制而成的。电解液中硫酸被硅凝胶网络包裹吸附，静置时电解质不流动，当加入剪切力之后，胶体电解质又恢复流动性。以胶体电解质作为电解液的铅酸蓄电池称为“胶体蓄电池”，是近年国内外蓄电池的发展方向。胶体蓄电池具有良好的使用特性，电池接近于密封工作，几乎不失水，电解质不流动，可以任意方位放置，无溢漏酸，使用安全方便。

胶体蓄电池自放电小，深放电性能好，充电接受能力强，上下电位差小，电容量大，深循环放电状态下有良好的使用可靠性，功率密度大，工作温度范围宽，在较高温度环境下，胶体电池使用寿命长。

由于胶体蓄电池工作不会产生酸雾，不污染环境，所以利于环保，是符合国家节能减排的无公害电源产品，属于真正意义上的绿色电源。研究证明，胶体铅酸蓄电池非常适合中等电流放电和快速充放电的使用场合，如电动自行车、电动汽车的车用铅酸蓄电池，而且胶体铅酸蓄电池比常规铅酸蓄电池循环寿命增加25%左右。

铅酸蓄电池由正极、负极、隔板、硫酸电解液、蓄电池槽和盖构成。它的正负极分别焊接成极群并使用一定浓度的硫酸电解液。隔板的作用是将正负极隔开，它是电绝缘体（如橡胶、塑料、玻璃纤维等），耐氧化，耐硫酸腐蚀，并且要有足够的孔率和孔径以便电解液和离子自由穿过。蓄电池槽体也是电绝缘体，一般使用耐酸、耐温范围宽，机械强度高的材料。

国内生产胶体蓄电池的厂家普遍被电池放电容量低，胶体老化严重和电池循环寿命差等问题所困扰，使用进口气相二氧化硅的胶体效果虽好，但是价格昂贵，灌胶困难，使得国内的实践者在此方面停滞不前。

胶体电池内阻大、容量略低的缺点在受到广大实践者的关注。基于这些问题，本案主要研究硅溶胶制备胶体电解质。目前需要研究的方向主要有：1.胶体电解质中最佳二氧化硅含量； 2.最佳硫酸含量；3.胶体的粒径大小和分布对胶体电解质性能的影响。

胶体电解质蓄电池虽然有任意取向放置、排放酸雾较少等优点，但由于胶体电解质本身固有的扩散阻力、离子迁移速度慢的缺点，必将影响蓄电池的放电性能，故不宜用于高倍率起动的应用领域。

如果能开发出理想的电解质材料，并对其制备方法、灌胶工艺以及蓄电池结构加以改进，使之向阀控密封蓄电池系列发展，用在浮充、轻负荷等领域作为备用电源或者牵引动力电源。尤其是近年来，随着胶体电解质的进一步发展，胶体铅蓄电池的应用越来越广泛。由于能源紧张和环境污染，今后电动车的发展将越来越受到重视，而胶体电解质蓄电池适用于电动车的使用。我国是电动自行车的生产、使用和出口大国，电动自行车势必成为新世纪经济上的一个新热点，从而进一步带动了胶体铅蓄电池的发展。

另外，由于我国生产白炭黑的厂家极少，主要依赖进口，昂贵的价格使得胶体蓄电池实践者停滞不前。为了实现胶体蓄电池在国内的推广应用，降低胶体蓄电池的生产成本，寻找一种质优价廉的硫酸凝胶剂来代替昂贵的气相二氧化硅是十分有必要的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种触变性胶体电解质，其能够替代气相二氧化硅，且造价偏低。