阀控式密封铅酸蓄电池用微囊及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种阀控式密封铅酸蓄电池用微囊及其制备方法，属于密封铅酸蓄电池技术领域。
背景技术
铅酸电池凭借其优良的性能价格比，在二次电池领域中占有举足轻重的地位。在所有水溶液的电源体系中，铅酸电池具有较高的工作电压，较好的大电流放电性能和高低温放电性能，而且它既适合于浮充使用，同时也适合于起动和循环使用，因此铅酸电池广泛地应用在备用电源、能量储备和动力电源等领域。
尽管阀控式密封铅酸蓄电池技术已日益成熟，但VRLA电池还存在许多问题。阀控式密封铅酸蓄电池在使用过程中经常由于失水导致干涸失效，大大缩短了蓄电池的使用寿命。分析其主要原因是由于水的分解，析出的氧气和氢气使电池内压增加，启动排气阀使气体排出电池壳体外，同时带出水和硫酸，造成电池失水、容量下降直至寿命终止。导致铅酸电池失效的另一个重要原因是极板在充放电过程中的变形，变形的结果使板栅尺寸线性增大，甚至个别筋条断裂，容易造成机械短路，最终整个电池损坏。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种防止极板的变形增长和电池在使用过程中失水干涸，因而提高电池使用寿命的阀控式密封铅酸蓄电池用微囊，并进而提供该微囊的制备方法。
本发明的技术方案是：阍控式密封铅酸蓄电池用微囊的囊壁为高分子材料构成的固相多孔壳体，囊内包有缓释液体。
上述微囊外形成近似球形，直径为10～1000um。高分子材料为稳定存在于强酸介质中的聚碳酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚氰基丙烯酸烷酯中的任一种。缓释液体是电阻率大于5MΩcm的去离子水，或者是密度小于或等于1.3g/cm3的分析纯硫酸水溶液。
本发明的技术方案还包括所述微囊的制备方法，该方法包括喷雾干燥法、乳剂相分离法、凝聚相分离法、水中分散体与水中成囊法。
所述喷雾干燥法是将所述高分子材料溶解在二氯乙烷溶剂中，溶液浓度为4～6％，然后将硫酸在搅拌情况下加入，形成乳浊液，再将该乳浊液在30～40℃热气流的喷雾干燥塔中喷雾，进而制成微囊。
采用本发明技术方案制得地微囊填充在阀控式密封铅酸蓄电池内部的部分空隙或所有空隙处，对于电池灌酸前后都适用，减缓了电池中电解液的干涸和极板的变形，因此大大提高了电池的使用寿命，浮充寿命提高了60％左右，循环寿命提高了80％左右，这大大了阀控式密封铅酸蓄电池的市场竞争力。
【具体实施方式】
下面以聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁材料，采用喷雾干燥法制备包有硫酸电解液的微囊。
将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在二氯乙烷溶剂中，溶液的浓度在5％左右，然后将1.05g/cm3的硫酸在搅拌的情况下加入，形成油包水的乳浊液，将这种油包水的乳浊液在有热气流(35℃)的喷雾干燥塔中喷雾，形成油包水的小液滴，油相是溶解在二氯乙烷中的聚甲基丙烯酸甲酯，水相是硫酸水溶液。二氯乙烷随热气流挥发走，另行回收。聚甲基丙烯酸甲酯凝固成固相多孔壳体，构成包有硫酸电解液的微囊。微囊的孔率和孔径取决于油相的组成和干燥塔中气流的温度和流速。聚甲基丙烯酸甲酯的浓度越低，则微囊的囊壁越薄，孔率和孔径越大；干燥塔中气流的温度和流速越高，微囊的孔率和孔径越大。
将用上述方法制备的包有硫酸电解液的微囊分别填充在两只2V300Ah电池和两只12V10Ah电池的所有空隙处。其中，2V300Ah电池进行高温浮充寿命试验，12V10Ah电池进行循环寿命试验，同时进行空白对比试验，试验所用设备为美国Arbin公司的充放电测试仪。高温浮充寿命是在60℃的环境中以2.23V对电池连续浮充1个月，然后在25℃的环境中对电池进行10小时率容量检测，这样构成一个循环单元，当电池10小时率容量降到80％时，电池寿命终止。循环寿命试验是参照中华人民共和国机械行业——电动助力车用密封铅酸蓄电池标准进行的，在25℃的环境中，以5A电流放电1.4h，然后以1.5A充电5.6h，这样构成一个循环单元，当放电1.4h，蓄电池端电压连续3次低于9.6V时，循环寿命终止。试验结果如表1和表2所示：
表1. 2V300Ah电池高温浮充寿命结果 电池编号 #1 #2 #3 #4 浮充寿命/单元 5 6 9 8
注：#1和#2为对比的空白电池，
#3和#4为添加了微囊的电池。
表2. 12V10Ah电池循环寿命结果 电池编号 #5 #6 #7 #8 循环寿命/次 402 385 726 768
注：#5和#6为对比的空白电池，
#7和#8为添加了微囊的电池。
通过对上述8只失效电池的解剖发现，空白的#1、#2和#5、#6电池明显发生了电解液干涸和极板生长变长的问题，而#3、#4和#7、#8电池较空白电池有明显改进，因此浮充寿命和循环寿命得到了显著的提高。