胶体固态电解质及配胶方法及高功率平板胶体蓄电池与流程

1.本发明属于蓄电池技术领域，具体包括胶体固态电解质及配胶方法及高功率平板胶体蓄电池。


背景技术：

2.在国家“新基建”发展规划下，数据中心被列为2020年重点发展项目。受云服务商和互联网企业业务需求驱动，数据中心市场保持快速发展；且受益于5g时代的来临，需求将进一步攀升。
3.越来越多的中小型零售、互联网企业加大公有云布局，国内云服务商业务增速显著，未来三年持续加大数据中心采购；互联网企业，尤其是游戏、视频行业流量保持高速增长(并在疫情期间有进一步增长)，对数据中心的需求持续增长。随5g时代来临，未来流量增长持续井喷，将长期利好数据中心的发展。
4.ups设备以及以它为核心的整个供电系统是满足数据中心供电质量的最核心部分，而蓄电池又是整个系统中最重要的组成之一，是整个供电系统的”最后一道屏障”。
5.vrla蓄电池在浮充条件下，负极汇流排处于贫液富氧环境和缺乏足够的阴极保护，形成了汇流排腐蚀环境。vrla蓄电池在数据中心应用几年后均普遍存在负极汇流排腐蚀现象，为了解决此现象，对数据中心用vral电池推出一种新型高功率平板胶体电池，使负极处于阴极保护环境，从而有效防止负极汇流排的发生，防止数据中心宕机现象发生。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种胶体固态电解质，该胶体固态电解质精简成分，其内部的硫酸被吸附在二氧化硅聚集体内，因此电解质不会出现分层现象。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种胶体固态电解质，由质量百分比92％
‑
94％的硫酸、0.5％
‑
0.9％的硫酸钠和5.5％
‑
6.5％的气相二氧化硅组成，其中硫酸在20℃时的密度为1.31
‑
1.32g/cm3。
8.在上述技术方案中，该胶体固态电解质中的硫酸被吸附在二氧化硅聚集体内，从而可以有效避免电解质上下分层现象，另外，该胶体固态电解质主要用于高功率大电流放电及浮充后备应用场景电池，相比其他含磷酸的胶体配方，其具有初期容量高，电池大电流性能好等优点。
9.本发明的另一个目的在于提供一种胶体固态电解质的配胶工艺，按照顺序将硫酸、硫酸钠、气相二氧化硅依次加入配胶机，具体地，该配胶工艺主要包括以下步骤：
10.步骤1，开启设备电源；
11.步骤2，设定好进酸量，进酸量不小于0.07m3；
12.步骤3，向配胶机加入定量的硫酸，完毕后开启定频搅拌机；
13.步骤4，加入硫酸钠，打开乳化机，频率设定为35hz，搅拌5min；
14.步骤5，吸料阀打开后，将乳化机频率设定为50hz，开始用吸管吸入二氧化硅；
15.步骤6，二氧化硅吸完后将吸管放置在高处(防止杂物进入)，持续搅拌10min使胶液完全乳化；
16.步骤7，乳化结束后将乳化机频率设定为30hz以上，同时启动制冷机(温度设定
‑
5℃)和循环胶泵对胶液进行循环冷却，当胶液温度下降至5
‑
6℃后将制冷机温度设定为0℃，并使温度始终保持在5℃
‑
6℃
17.步骤8，判定胶体配置情况：1)外观：乳白色、呈现良好的流动性2)温度变化：胶液配制前后温度上升≥5℃；
18.步骤9，当班灌胶结束后，停止乳化机，加入纯水清洗罐体、换热器和胶泵，清洗完毕后停机、停水并打扫现场卫生；
19.步骤10，当班如有胶液剩余，其存储时间不得大于2天，且必须保证乳化机持续保持30hz以上的频率不停的搅拌，此外制冷机必须保持制冷效果，使温度始终控制在5℃
‑
6℃。
20.本发明的另一个目的在于提供一种胶体蓄电池，该胶体蓄电池可以防止酸液分层，提高高功率放电性能，且在其使用寿命周期范围内，不会发生负极汇流腐蚀的现象。
21.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高功率平板胶体蓄电池，包括电池槽、设置在电池槽中的正极板、负极板、隔板和蓄电池电解质。所述蓄电池电解质采用上述胶体固态电解质，且该胶体固态电解质覆盖负极板的负极汇流排。与传统液态电解质相比，该胶体固态电解质中的硫酸被吸附在二氧化硅聚集体内，从而有效避免了电解质上下分层现象，使电池功率循环寿命得到了极大的改善。
22.另外，该胶体蓄电池的正极板中的正极板栅合金采用耐腐蚀铅锡硅合金，其中合金组份中锡和硅的质量百分为：锡0.1％－1.0％，硅0.01％－0.1％；硅元素添加到铅锡合金中可以使得板栅合金铸造后晶粒变大，晶界腐蚀部位减少，从而使得其耐蚀性提高。其晶粒变大原因是硅的添加减少了晶粒形核的核心，导致晶粒粗大。
23.上述正极板栅合金采用热处理技术与冲压技术(连续制造技术)。冲压技术冲制板栅较传统浇铸板栅单位反应面积增大1倍以上，更好的活性物质导电性和寿命长。在生产过程中效率高，能耗低，更环保。更大的单位反应面积和更多的单位涂膏量，减少材料消耗和能耗。且冲压板栅的反应表面积大大提高，将大大降低极板内阻，提高极板的充电接受能力和放电平台、比能量和比功率。单位体积和重量下约提高2
‑
3倍，提高电池充电接受能力和寿命。
24.正极板中的正极板铅膏采用低视密度高孔率铅膏，其视密度在3.8
‑
4.1g/cm3，由于该铅膏孔率较大，所以酸液扩散快，大电流好。
25.所述蓄电池正极板铅膏中添加4bs,且4bs质量百分比为0.5％
‑
2％；4bs由于晶粒大，活性物质机械强度好，是避免早期活性物质软化的有效路径。4bs晶粒尺寸的大小与分布对极板循环性能有明显的电化学作用，通过生产工艺过程(高温和膏及高温固化)控制获得的4bs量及晶粒大小无法控制，难以保证极板的一致性，而不被看好。而本方案在正极铅膏中添加一定比例的4bs作为晶种进行和膏，使得大量的4bs均匀地分布在极板中，改变了极板的孔隙结构，从而达到改善寿命的作用。
26.所述蓄电池为12v蓄电池，其单体之间的采用穿壁焊结构连接；
27.所述隔板为进口酚醛树脂隔板，隔板厚度为1.5mm
‑
2.3mm。同pvc隔板相比较，具有
更低的内阻更高的孔率。
28.本发明的有益效果：
29.1.胶体电解质有效避免了电池循环过程中电解液分层现象，从而提高了电池功率循环寿命，使电池功率循环寿命得到了极大的提升，按标准yd/t3427进行功率循环测测试，超过标准80％以上的的循环寿命。
30.2.由于电解液被固定在二氧化硅聚集体内，胶体电解质添加量提升到同汇流排平齐的位置，使得平板胶体电池相比同体积的agm贫液电池具有更多的电解液，热容比正常电池增加10％
‑
20％,从而相比agm电池具有更优越的热失控性能。
31.3.由于胶体固态电解质覆盖负极汇流排，电池在生命周期内使得负极汇流排受到阴极保护，因此该电池可以有效防止负极汇流排腐蚀。
32.4.一种提高高功率放电性能的措施。平板胶体电池由于采用胶体固态电解质，使得电池的本身内阻相比agm电池更大，为了降低电池内阻，提高高倍率放电性能，特对平板胶体电池进行了优化设计。
33.5.采用穿壁焊结构设计，具有更低的电池间连接性能，同传统跨桥焊电池相比，其具有更低的内阻。
附图说明
34.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
35.图1为铅钙锡浇铸正板栅腐蚀实验的金相显微镜观测图。
36.图2为铅钙锡冲压板栅腐蚀实验的金相显微镜观测图。
37.图3为三种铅膏中具有不同4bs含量的电池的循环寿命曲线对比图。
38.图4为本实施例提供的高功率平板胶体电池的恒功率循环曲线。
具体实施方式
39.以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
40.本实施例提供了一种胶体固态电解质，该胶体固态电解质由质量百分比92％
‑
94％的硫酸、0.5％
‑
0.9％的硫酸钠和5.5％
‑
6.5％的二氧化硅组成，其中硫酸在20℃时的密度为1.31
‑
1.32g/cm3。
41.对于具有上述三种成分的胶体固态电解质，本实施例提供了一种配制方法，即一种配胶工艺，该工艺中，需要按照顺序将硫酸、硫酸钠、二氧化硅依次加入配胶机，具体步骤如下：
42.步骤1，开启设备电源；
43.步骤2，设定好进酸量，进酸量不小于0.07m3；
44.步骤3，向配胶机加入定量的硫酸，该硫酸的密度为1.317g/cm3(25℃时)，完毕后开启定频搅拌机；
45.步骤4，加入硫酸钠，打开乳化机，频率设定为35hz，搅拌5min；
46.步骤5，吸料阀打开后，将乳化机频率设定为50hz，开始用吸管吸入二氧化硅；
47.步骤6，二氧化硅吸完后将吸管放置在高处(防止杂物进入)，持续搅拌10min使胶液完全乳化；
48.步骤7，乳化结束后将乳化机频率设定为30hz以上，同时启动制冷机(温度设定
‑
5℃)和循环胶泵对胶液进行循环冷却，当胶液温度下降至5
‑
6℃后将制冷机温度设定为0℃，并使温度始终保持在5℃
‑
6℃
49.步骤8，判定胶体配置情况：1)外观：乳白色、呈现良好的流动性2)温度变化：胶液配制前后温度上升≥5℃；
50.步骤9，当班灌胶结束后，停止乳化机，加入纯水清洗罐体、换热器和胶泵，清洗完毕后停机、停水并打扫现场卫生；
51.步骤10，当班如有胶液剩余，其存储时间不得大于2天，且必须保证乳化机持续保持30hz以上的频率不停的搅拌，此外制冷机必须保持制冷效果，使温度始终控制在5℃
‑
6℃。
52.基于上述胶体固态电解质，本实施例提供了一种高功率平板胶体蓄电池，该胶体蓄电池可以防止酸液分层，提高高功率放电性能，且在其使用寿命周期范围内，不会发生负极汇流腐蚀的现象。
53.该蓄电池具有现有蓄电池的电池槽、正极板、负极板、隔板和蓄电池电解质，且通过电池盖将电池槽密封，该蓄电池为12v蓄电池，其单体之间的采用电阻焊连接(穿壁焊结构设计)。该蓄电池电解质采用上述胶体固态电解质，且该胶体固态电解质覆盖负极板的负极汇流排。与传统液态电解质相比，该胶体固态电解质中的硫酸被吸附在二氧化硅聚集体内，从而有效避免了电解质上下分层现象，使电池功率循环寿命得到了极大的改善。
54.具体地，该蓄电池的隔板采用进口酚醛树脂隔板，隔板厚度为1.8mm，同pvc隔板相比较，具有更低的内阻更高的孔率。该胶体蓄电池的正极板中的正极板栅合金采用耐腐蚀铅锡硅合金，其中合金组份中锡和硅的质量百分为：锡0.8％，硅0.06％，且上述正极板栅合金采用热处理技术与冲压技术(连续制造技术)。对于多晶金属，其腐蚀主要是晶界腐蚀，其腐蚀决定于晶界的耐腐性和晶界数量，多晶金属中的晶界可分为小角度晶界和大角度晶界，其中后者又可分为一般大角度晶界和耐腐晶界。耐腐晶界通常指那些其∑值小于29的重位点阵(csl)晶界,此类晶界因其原子排列有序度高和能量低而具有高的结构稳定性。本实施例中，对铅锡硅合金采用热处理，可减少总晶界数量，从而大幅度增加合金中耐腐晶界的比例及其分布，这可以显著提高多晶材料的晶界的耐腐性。
55.在以上热处理的基础上，对正极板栅合金采用连续冲压加工，得到的冲制板栅较传统浇铸板栅单位反应面积增大1倍以上，更好的活性物质导电性和寿命长。在生产过程中效率高，能耗低，更环保。更大的单位反应面积和更多的单位涂膏量，减少材料消耗和能耗。且冲压板栅的反应表面积在提高的同时，可以有效降低极板内阻，提高极板的充电接受能力和放电平台、比能量和比功率。单位体积和重量下约提高2
‑
3倍，提高电池充电接受能力和寿命。
56.本实验选用铅钙锡浇铸正板栅及铅钙锡合金采用热处理技术与冲压技术后的冲压板栅进行耐腐性对比。在60℃h2so4溶液(密度：1.304g/cm3)中，对以上两板栅施加阳极电位为1.35v
‑
1.38v(相对hg/hg2so4电极)，腐蚀时间为2个月。结束后，制得板栅样品在金相显微镜下观测样品板栅腐蚀情况，结果得到图1和图2。
57.从对比图片看，采用热处理技术与冲压技术后的冲压板栅具有更好的耐腐性能。
58.另外，板栅浮充寿命计算方法如下表示：(按最大腐蚀40％，板栅失效)
59.传统板栅：1587
×
40％/285
×
4＝8.9年
60.本发明中的板栅：829
×
40％/67
×
4＝19.8年
61.从板栅腐蚀速率计算看，本发明中的板栅的使用寿命是传统板栅的1倍以上。
62.另外，涂覆在该正极板栅上的正极板铅膏采用加入了质量百分比为0.5％
‑
2％的4bs的低视密度高孔率铅膏，其视密度在3.8
‑
4.1g/cm3，且在由于该铅膏孔率较大，所以酸液扩散快，大电流好。
63.具体地，选用同一批次正板栅，负极板，隔板，槽盖，制得9只半成品电池，第一组正板栅涂正常正极铅膏，命名为传统电池，第二组正板栅涂添加质量百分比为1％4bs的正极铅膏，命名为正极铅膏添加1％4bs电池，第三组正板栅涂添加质量百分比为10％4bs的正极铅膏，命名为正极铅膏添加10％4bs电池，经同样的装配，灌酸，充电活化工序后，形成成品电池。在50℃环境中进行100％dod浮充循环寿命对比试验，浮充充电电压为2.25vpc，当容量低于额定容量的80％时，电池测试结束，得到图3。从图3可知，正极添加4bs含量越高，对电池循环寿命的改善越多，正极铅膏添加4bs提高了电池的循环寿命。具体地，对于本实施例提供的电池，其恒功率循环曲线如图4所示，从功率循环寿命看，本实施例中的胶体电池具有超过标准yd/t 3427 80％以上的的循环寿命曲线，具备良好的功率循环寿命。
64.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
65.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
66.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。