在由佛山市禅城区人民政府指导、上海有色网（SMM）与上海期货交易所共同主办的2022SMM有色金属产业年会暨2022SMM黑色产业年会暨大宗商品贸易高峰会上，东莞市德东科技有限公司技术工程师戴吉全分享了三维纳米硅在铅酸蓄电池中的应用技术。他分别从胶体蓄电池技术的特点、铅酸蓄电池用二氧化硅、铅酸蓄电池灌酸工艺以及铅酸蓄电池用电解液发展趋势等几个方面进行了详细讲解。
胶体电池技术的特点
胶体电池作为铅酸蓄电池行业的新技术，在很多方面弥补了AGM电池的缺陷与不足，对于未来的铅酸蓄电池市场有着举足轻重的作用。（现将GEL和AGM两种技术进行比较）
胶体电池（GEL）与普通阀控（AGM）电池技术相比较的优点
1)由于胶体本身有固定作用，使得胶体电池内部几乎消除了电解液的分层现象延长极板的工作寿命。
2) 可任意方向放置，耐摇摆及震动，补水周期较长，电池充电时酸雾少保护了环境，万一破损仍可短时间工作等。
3）采用富液设计，有效地防止了电解液干涸现象的发生，缓解电解液的早期干涸：阀控AGM电池水分损失10％，容量即下降20％，如改用GEL胶体载液量可增加15％～20％，这非常可贵。
4）深放电性能好，深放电后恢复充电性能也好，循环寿命预计比普通阀控电池延长一倍，
5）在较高的环境温度下，管式胶体电池有比AGM电池更长的使用寿命（一般能达到10-15年）。
如上所述，GEL电池相对于AGM电池来说具有良好的可靠性、寿命长、自放电小、深循环性能好等特点。因此在电动动力及通信行业中，使用胶体电池具有显著的优势。近年来行业内对GEL技术有逐渐重视的趋势，国内外普遍认为使用胶体技术的阀控电池将是未来电源发展的必然趋势。
铅酸蓄电池用二氧化硅
胶体铅酸蓄电池经过多年的发展证明，胶体电池在循环寿命等各电性能方面确实有很大的提升。目前国内应用主要有气相二氧化硅、硅溶胶、三维纳米硅等作为胶体蓄电池主要添加剂，其化学元素本质完全一样，均为二氧化硅。因其生产工艺差异，所表现出固态或液态。其最终在电池中都以硅酸钠形式存在，起到防止硫酸分层、减少自放电、减少水分流失、增加循环寿命等效果。
从对三维纳米硅电解液和气相二氧化硅电解液的实验对比可以看出，气相二氧化硅电解液粒径大于三维纳米硅电解液粒径。经热处理后，两者粒径均增大。
硅颗粒单分散技术的应用特性：硅颗粒单分散技术主要是依靠水解法与超声波分散工艺配合，得到单一分散系的硅颗粒，颗粒形状单一、尺寸可控。
采用“硅颗粒单分散技术”研制的三维纳米硅，空间对称性好，其形成的介孔孔径均匀可控，是构成多介孔胶簇组织的重要基础。三维纳米硅的介孔隧道利用单分散颗粒合成有序排列结构。
从对正极合金板栅腐蚀界面扫描电镜（SEM)的表现来看，铅钙稀土合金腐蚀界面深度较大，无稳定晶粒，呈现大面积腐蚀现象。加入三维纳米硅后，腐蚀界面得到极大改善。
加入三维纳米硅后，铅石墨烯合金腐蚀界面呈现尺寸均一的晶粒，腐蚀界面得到极大改善。三维纳米硅使铅石墨烯合金板栅的耐腐蚀性更强，各项力学性能更加优越，改善了铅膏与板栅分离的问题。
铅酸蓄电池的隔板及电解液是影响其性能的重要因素之一，素有“第三电极”之称。故在电池生产过程中胶体电解液怎样均匀的灌注进入电池中渗透隔板尤为重要。胶体电解液与稀硫酸电解液比较，胶体电解液在灌酸工艺过程中对设备及工艺要求更高。要使胶体电解液更均匀分布于电池隔板中，电解液在灌酸前必须充分搅拌均匀，保证负压系统完整、负压值达到设定值、抽真空次数及抽真空时间达到使电解液均匀分布电池中。
电池加酸后，反应过程中消耗了稀硫酸产生了水，酸的密度降低低，同时产生大量的热量。
而需要注意的是，铅酸蓄电池灌酸过程中，有效下酸量不足导致会各种问题出现。
铅酸蓄电池灌酸工艺
以上是不恰当的操作及其可能导致的后果，其中电池缺酸容易导致先天性质量隐患。
1. 确保加酸系统的真空度。加酸机（加酸机）待机状态下，系统的真空度应不低于0.09兆帕，（即系统真空度不能低于0.9个大气压）；动态真空度不能低于0.07兆帕。
需要注意的是，在不破坏壳体密封性的前提下，系统真空度越高,胶体灌注效果越好。
2、抽真空时长应根据产品的种类及规格进行调整：电动自行车电池真空时长8-10秒；电动道路车电池真空时长12-15秒。随着容量的增大，真空时长也应相应延长。
需要注意的是，在不影响生产效率的前提下，抽真空时长越长，加胶效果越好。
3、抽真空次数：因型号而异，装配压力越大，抽真空次数越多。电动自行车电池（6-DZM-20）应≥4次。
需要注意的是，在不影响生产效率的前提下，抽真空次数越多，加胶效果越好。
铅酸蓄电池用电解液发展趋势
目前铅酸蓄电池在循环使用过程中活性物质利用率仅40%左右，其中电解液添加剂方面，国内生产企业几乎空白。为了使电池各项电性能上提升，电解液添加剂方面我们进行了大量的研究。对电池循环寿命、低温性能等方面提升较大。解决电池活性物质利用率问题，提升离子转移速度、活性物质反应速率等方面进行研究。
新型胶体电解质技术：新型胶体电解质在铅酸蓄电池中的应用有着内阻低、不沉淀、不分层、触变性好的特性，对于内化成电池，性能提高更加明显，加注于电池后，使产品绿色环保、性能卓越、比能量高、低温大电流性能优越、循环寿命长等优点，因此可完全可取代稀硫酸电解液，并更加适用于北方寒冷地带，能大量减少其退货量。
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