铅合金纤维板栅高能密封胶体铅酸蓄电池 本发明涉及一种铅合金纤维板栅高能密封胶体铅酸蓄电池。
在现代人类社会中，蓄电池作为移动能源已成为各行各业不可缺少的组成部分。在形形色色的蓄电池中，由于铅酸蓄电池具有电流大、单格电压高、材料易得、价格便宜等优点，所以它在100多年来始终经久不衰，产销量始终占蓄电池中的第一位，但是由于它体积大、重量沉、自放电大、寿命短、比能量低、使用的安全性不可靠、有酸雾等缺点，制约了它在很多领域的应用。
为了提高铅酸蓄电池的性能和使用特性，各国做了大量的研究工作，于六十年代中期研究出了阴极吸收式密封铅酸蓄电池，七十年代已大量生产密封蓄电池。密封蓄电池的研究成功使古老的铅酸蓄电池增添了活力，对这种电池的需求曾以30％-40％的年增长率增加，到了八十年代中期之后才达到平衡。如美国、日本、西德、英国、法国等等国家，这种密封铅酸电池产品已经系列化和商品化。
中国的密封铅酸蓄电池的研究工作起步较晚，但发展势头很猛，不少厂家引进了国际上90年代水平的装备和技术，密封蓄电池代替了绝大部分的传统铅酸蓄电池，并且应用领域也在不断地扩大。在密封铅酸蓄电池中，决定着电池质量，如：电池容量、重量比能量、使用寿命、标准循环次数等性能指标，主要是电池的板栅和电解质。选择良好的板栅合金材料和板栅结构，对提高极板的导电性、活性物质的利用率、耐腐蚀性能等具有良好的促进作用。国内目前的板栅主要是采用铸造方式，极板结构也不外乎普通管式和涂膏式二种。存在着极板比质量高，容量小，比能量低，循环使用寿命短，充电时间长等不足。国外一般使用轻量化板栅，板栅合金地材料主要有铅锑合金、低锑合金、铅钙合金、铅锶合金四大系列。铅锑合金是制造铅酸蓄电池板栅及骨芯的典型材料，一直为蓄电池工业广泛接受。它的优点是：抗拉强度、延展性、硬度及晶粒强化作用明显优于纯铅，具有较好的铸造性能，在充放电循环时板栅不易变型，腐蚀比纯铅更均匀，与活性物质有较好的结合力。铅锑合金中锑含量最初较高为7％-12％。目前广泛使用Sb4％-6％，甚至更低，但是铅锑合金存在的缺点是：铅锑合金的电阻大，充电时正极板栅中的锑溶解在电解液中，进入转移沉积在负极活性物质上，显著降低氢的负极析出的超电势，一部分锑吸附在正极活性物质上，也降低了氧在正极析出的超电势，过充电时逸出有毒气体SbH3，且正极板栅腐蚀速率随合金中锑含量的增加而提高，低锑合金的缺点是：板栅容易产生裂纹；铅钙合金其优点是电阻较小，析氢超电势高，自放电小，但因为UPS电池和一些阀控蓄电池所用板栅较薄，此外又有循环方式的应用，这样Pb-Ca合金的缺点就突出了出来，抗蠕变性能差，在铸造过程中钙发生氧化，从而钙损失严重，含量不易控制，深循环性能差；铅锶合金的缺点是在高于37.8℃时，暴露一段时间后有变软的趋势，价格也不及铅钙系列低廉。在电解质方面，目前，普遍采用的是液体电解质，其缺点是电解液易出现分层现象，有酸雾溢出，电池的寿命短。
本发明的目的是为了解决上述存在的问题给出一种具有新型板栅和电解质的铅合金纤维板栅高能密封胶体铅酸蓄电池。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
本发明包括电池外壳、电池端盖、正极板、负极板、隔板、电解质、正极极柱、负极极柱、正极端子、负极端子、安全阀、连接部分，其特征是：正极板采用铅合金纤维毡板栅，板栅中设有极耳、边框、筋条及铅合金纤维，其合金材料的成分为Pb-Ca-Sn-Al，各组分按重量比分别是：Pb为99.62-99.69％、Ca为0.03-0.04％、Sn为0.25-0.3％、Al为0.03-0.04％；负极板采用铅合金丝同轴复合编织的丝网结构的板栅，板栅上设有极耳，其合金材料的成分为Pb-Ca-Al，各组分按重量比分别是Pb为99.41-99.52％、Ca为0.08-0.09％、Al为0.4-0.5％；电解质是由SiO2、硫酸、去离子水采用气相SiO2法合成的硅酸盐胶体电解质，在合成液中二氧化硅按重量比占4％-4.5％，硫酸为1.28％-1.29％克/CM3。
本发明的优点是：1、提高了产品的容量，正极板栅用铅合金纤维毡作活性物质集流体，其纤维表面积要比普通板栅的表面积大好多，所以活性物质利用率高，容量相应提高，且能与活性物质充分接触，所以该种极板的内阻比正常极板小，使之放电容量充分发挥；而负极板栅采用铅合金复合编织的板栅，同样具有重量轻、表面积大与活性物质接触充分的优点，因此，在保持极板重量不变的情况下，可大大提高蓄电池的容量；2、提高了产品寿命，本发明的铅合金是特殊的合金材料，它的抗腐蚀性比一般合金强，且合金晶格比重力铸造合金的晶格更加紧密，因此可以获得更长的使用寿命；3、胶体电解质提高了蓄电池的低温起动性能，同时避免了酸雾对环境的污染和对设备的腐蚀，避免了电解液的分层现象，产品可以随意倒置。
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为正极板栅的结构示意图；
图3为负极板栅的结构示意图。
参照附图，本发明包括电池外壳11(即电槽)、电池端盖10、正极板7、负极板8、隔板6、电解质12、正极极柱4、负极极柱5、正极端子9、负极端子3、安全阀2、连接部分1，正极板7采用铅合金纤维毡板栅，所用合金材料为Pb-Ca-Sn-Al合金，将合金材料采用挤制方法制成0.25-0.40mm之间的铅合金纤维，在纤维切丝机上，将铅纤维切割成长度为50D-100D的短纤维，将铅合金纤维在铺毡机上铺毡成型，根据不同需要可生产不同规格尺寸的铅合金纤维毡，将成型纤维毡在烧结炉中进行烧结，使铅纤维丝之间接触牢固，导电性能好，将该种毡采用去离子水进行清洗，采用冷压达到45％以上孔隙率后，再进行热压，在压模中产生板栅筋条15，将纤维板栅放入铸框和铸耳模具内铸造出边框14和极耳13，在附图2中16为铅合金纤维；负极板栅8采用丝网板栅，所用合金材料为Pb-Ca-Al合金，将合金材料制成纤维丝状，采用同轴复合工艺，将合金材料制成复合合金丝，然后采用编织工艺制成丝网，最后在铸模内铸造出极耳17；电解质12为胶体电解质，采用气相SiO2法制成，SiO2粒径范围为10-20mμm，硫酸采用92％以上的浓硫酸，并用去离子水稀释到所需浓度。
本发明的蓄电池，其性能指标均超过了当前国际不常规的铅酸蓄电池的最好水平，主要技术指标对比见下表：
蓄电池主要技术性能表序号 指 标 项 目 本产品指标 国际指标要求指标 1 重量比能量/(wh/kg)(3hr率) 42.6 35-40 35-40 2 体积比能量/(wh/L)(3hr率) 105 80-100 3 重量比功率/(w/Kg)(倍率30秒) 294-387 269 150-200 4 体积比功率/(w/L)(倍率30秒) 726-949 250 5 循环使用寿命/次 ＞600 400-600 400-600 6 年限寿命(每年按250次) 2-3 2-3 2-3 7 功能价格比(美元/Kwh ) ＜100 ＜150 ＜150 8 充电时间(满电充电)/h 4-6 8-12 ＜6 9 补电时间(快速充入80％)/h 0.25-0.35 3 ＜0.5