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ELECTRICBICYCLE研究与开发ELECTRICBICYCL气相二氧化硅和硅溶胶的性能比较文◎钱学楼钱学海钱进（江苏优德电源科技有限公司北京钱氏胶体蓄电池科技发展有限公司）摘要：中国的胶体电池主要采用气相二氧化硅或硅溶胶作凝胶剂。用离子交换法制备的硅溶胶价格较便宜，粘度低、使用方便。但是，其质量不稳定、凝胶力弱，在电池中易水化。气相二氧化硅纯度高，凝胶力强，表面活性高，所制备的胶体电池性能优于硅溶胶。世界各国大都采用气相二氧化硅做凝胶剂，中国越来越多的蓄电池厂家也转向用气相二氧化硅。关键词：胶体电池；硅溶胶；气相二氧化硅；性能比较目前，中国制作胶体电池所用的凝胶剂主要有气相二氧化硅和硅溶胶。二者性能优劣，使用者仁者见仁，智者见智，常有争论。其发展趋势如何，蓄电池厂家还莫衷一是。硅溶胶（SilicaSol,ColloidalSilica）是硅酸多分子聚合物胶体溶液，乳白色液体。PH值在9.0～10.6之间，呈碱性。硅溶胶含二氧化硅在10%～40%之间，比重1.05～1.30。硅溶胶的制备方法很多。现在，中国用作凝胶剂的硅溶胶是将硅酸钠经离子交换制取的，是南京大学1958年开发的，主要用作涂料、精密铸造、纺织、造纸等。

本文谈论的主要是这种硅溶胶。气相二氧化硅又称火成二氧化硅或烟熏二氧化硅（FumedSilica，PyrogenicSilica），俗称气相白炭黑。它是德国Degussa公司于1941年开发成功的，制备方法是将四氯化硅（SiCl4）在氢气—氧气火焰中水解得到的，化学反应式是:Sicl4+2H2+O2=SiO2+4HCl气相二氧化硅是无定形白色粉末，非常轻，密度为30g/L，其4%的水性分散液的PH值为3.7～4.7，呈酸性。从制备方法可见，Sicl4气化后丢弃了所有的固体杂质，经高温气相水解后所得到的产品非常纯净，含SiO2达99.8%。气相二氧化硅粒子表面有很多硅烷醇基团（Si-OH)，这是亲水性的活性基团。所以，气相二氧化硅具有高纯度，高凝胶性和触变性，高表面活性，是优良的增粘剂和212010第3期ELECTRICBICYCLE2010第3期22E电动自行车LECTRICBICYCLE触变剂。硅溶胶是将水玻璃（工业硅酸钠的水溶液，含较多杂质）经离子交换，除去部分离子性杂不水化，能确保胶体电池任意方向放置使用不漏液，安全可靠。凝胶剂在电池中的凝胶能力化硅，结果很快过了关，于1993年初通过了技术鉴定。

这件事让我们坚信，用硅溶胶很难做出优质的产物，其纯度不及气相二氧及稳定性取决于许多因素，其中良的胶体电池，凝胶剂必须走气化硅。包括：凝胶剂的品种和浓度、硫相二氧化硅的道路。1995年，作为凝胶剂，硅溶胶最主要酸的浓度、助凝胶剂、电池的板我们采用真空灌胶法并从德国购的缺点是凝胶力弱。将硅溶胶和栅合金、隔板、充电电压等。但买气相二氧化硅，就放弃了硅溶稀硫酸混合配制成胶体（电解是，其中凝胶剂的品种是最主要胶，在国内首家采用气相二氧化质），凝胶慢、强度低、易水化。的。可以作为胶体电池凝胶剂的硅制作胶体电池。1985年初，笔者按当时流行的物质是多种多样的，如硅藻土、气相二氧化硅是连续生产的，胶体配方（H2SO4为35%～38%，SiO2为5%～6%）配制硅溶胶的胶体，将其灌入透明外硅酸钠、沉淀二氧化硅、硅溶胶等，但气相二氧化硅的凝胶力是最优良的。20多年来，我们一产品质量稳定、均一。离子交换法制备硅溶胶是间歇式生产，产品质量是波动的。例如，用一厂壳的矿灯电池中，凝胶后进行初直在试验，比较硅溶胶和气相二家生产的硅溶胶有时像水一样清充电，产生的气泡会逐步破坏凝氧化硅。虽然硅溶胶配制胶体的澈透明，有时像米汤一样浑浊。

胶体，使凝胶完全破碎，析出大性能是可以改进提高的，但将同硅溶胶浊度的变化反映胶粒粒径量的酸液。将这种硅溶胶的胶体样的努力用在气相二氧化硅上效变化。我们在测试胶体矿灯电池灌入常规起动用电池中，在使用果会好得多。我们感到就凝胶力容量时发现，不同浊度的硅溶胶中的胶体电池上部看到的全是液而言，硅溶胶先天不足，气相二引起电池容量变化的幅度达到体。我们曾从一只12V60Ah起氧化硅得天独厚。因气相二氧化30%。所以，用硅溶胶制作胶体动电池一次倒出2.5Kg的稀硫硅国内几乎买不到，应用工艺很电池的人发现，电池的性能不稳酸，可见凝胶水化程度可达50%困难，所以在很长时间内，我们定。另外，用离子交换法制备硅左右。这样严重水化的胶体电池把主要精力花在硅溶胶上。经较溶胶能耗大、周期长、离子交换是不可能防止漏液的。1985年8长时间深入研究，我们终于将用树脂再生时排出大量酸液和碱液，月，我们将河南一乡镇企业生产硅溶胶做的胶体电池的容量提高污染环境。的硅溶胶送至全国矿灯电池检测到液体硫酸电池的水平，将凝胶上世纪60年代，德国阳光中心——煤炭科学研究总院上海水化程度由30%以上降到5%以电池公司在阀控式铅酸蓄电池基分院，按常规配方配成胶体灌入下，这是很大的突破，但仍不能础上以气相二氧化硅为凝胶剂开矿灯电池中，检测结果是其容量尽如人意。

1989年11月，沈阳发现代胶体电池，研制出特殊的为同规格液体硫酸电池的80%蓄电池研究所和煤炭科学研究总制胶和成胶技术，解决了胶体电～60%，凝胶严重水化。结论院签定了合作研制小型胶体密封池灌胶难和凝胶不稳定（易水化）是：不能在煤矿井下使用。电池的协议，我们承担胶体技两大难题。随后，多品种的同样配方的气相二氧化硅的术。原计划采用硅溶胶2年内完Dryfit系列阀控式胶体电池批量胶体非常粘稠，呈糊状，用特殊成任务，因凝胶水化和电池自放问世，完全不漏液，可以倒置使的方法灌入电池中，形成凝胶后电不过关，任务延期。后来，我 用，安全可靠。阳光胶体电池无 很稳定，在充放电使用中，凝胶 们建议放弃硅溶胶改用气相二氧 电解液分层、充电接受力强、耐EL EC TRI C B I C YCL 23 2 0 10 第 3 期 E研 究 与 开 发 EL ECTRIC BICYCL深放电又耐欠充电，无热失控、 自放电小、寿命长，成为综合性 能优良的铅酸蓄电池。其自放电 每日小于 0.1% ，充好电的电池常 温放置 2 年后仍保有 50% 以上的 容量。其 A- 600 系列胶体电池 使用寿命长达 15 ～18 年，这使 铅酸蓄电池的性能达到极高的水 平。

其中气相二氧化硅起了重要 的作用，而硅溶胶是无法做到的。 1996 年，中国引进了德国 哈根公司的胶体电池技术 （与阳硅。中国越来越多的蓄电池厂家 也转向用气相二氧化硅。 长时期以来，我们一直跟踪、 学习德国阳光胶体电池技术。当 我们放弃硅溶胶用气相二氧化硅 作凝胶剂后，我们制作的胶体电 池性能有了大幅提升，缩小了和 德国胶体电池的差距。此时，我 们也看到了德国胶体电池技术的 明显不足之处，如制造工艺复 杂，电池比能量低，造价高等， 这些制约了胶体电池的推广应电池为 88% 。试验结束后解剖两 只电池，两者胶体都充满电池、 分布均匀、凝胶稳定，无任何水 化现象。应该指出，试验电池的 造价大约是 A- 600 电池价格的 20% 。 我们感到，在认真学习国外 先进技术的基础上，自主创新， 可以开发出具有世界先进水平的 胶体电池。同时，我们认为，选 择气相二氧化硅的方向是正确的。 近年来，我们继续改进胶体性 光公司技术相似），其生产的固 定型胶体电池很快就得到了中国 电池厂家和用户的肯定，成为邮 电部免检产品，虽然价高，产品 仍供不应求。 硅溶胶问世近百 年，在中国也经历了半个世纪， 所制作的胶体电池至今仍毁誉参 用。

我们必须根据中国国情，自 主创新，开发性能更好、更便宜 的胶体电池。2001 年秋，我们 参照 Dryfit A- 600 电池制作的基 本技术和产品性能，试制固定型 阀控式胶体电池。A- 600 是管式 电池，我们采用国内流行的涂膏 能，研制新的添加剂，改进电池 结构和制作工艺，已取得较大的 进展。我们希望与业内同仁进行 各种方式的合作，共同把中国胶 体电池产业做得更好更强。 综上所述，作为制作胶体电 池的凝胶剂，气相二氧化硅优于 半，没有稳定的批量产品问世。 国内外胶体电池的现状肯定了气 相二氧化硅，否定了硅溶胶。王 景川先生指出：世界许多制造胶 式电池。我们没有用阳光公司使 用的有明显副作用的磷酸延长电 池寿命，而用自己研发的几种添 加剂改善胶体凝胶性能和延长电 硅溶胶，这在世界胶体电池技术 界已是不争的事实。过去气相二 氧化硅价格高、买不到，现在， 价格降到甚至比硅溶胶还便宜； 体电池的厂家在生产胶体电解质 时都无一例外的使用气相二氧化 池寿命。我们将试制的 2 V/200 Ah 胶体电池和同规格 A- 600 电池 做对比试验， 结 到处有人推销国内外的产品，送 货上门，形势大好。

其实，用硅 溶胶做胶体电池的凝胶并不是中果表明， 涂膏式 国人的发明，那是欧美和日本早的试验电池各种 就试过不用的东西，中国人为什放电率容量、 比 能量和低温容量 么还要抱残守缺呢？陈红雨教授 几年前说过：用气相二氧化硅配都高于 A- 600 电 池，快速循环寿 制的胶体电池性能明显好于硅溶 胶，必须走气相二氧化硅配制胶命试验到 12 000 次时，A- 600 电 池容量降至 79% 寿命终止， 试验 体的方向。希望把硅溶胶制作胶 体电池作为历史，把精力和资金 用在气相二氧化硅的应用上。