CN100367557C - 一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液及其制备方法，涉及动力型铅酸蓄电池胶体电解液生产技术，除去离子水外，还含有其他有效化学成份硫酸、二氧化硅、硫酸钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼，是一种性能优良的电解液，结合了汽相氧化硅胶体颗粒主要依靠氢键结合，形成骨架的优点，具有凝胶过程的可逆性，稳定了电解液的凝胶性能和流变性。本发明避免了单独使用硅酸钠胶体所出现的不利影响，形成一种新型的胶体电解液，改善了成胶特性，提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。作为电解液替代原有的硫酸水溶液电解液，改善了胶体电解液的流变性，在电池循环充电末期，能够有效控制水分的电解过程。

Description

一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及动力型铅酸蓄电池胶体电解液生产技术。
背景技术：
现有的电动自行车专用动力型铅酸蓄电池用胶体电解液主要有两类制备方法：
一类是：以硅酸钠作为成胶剂，可以防止酸液泄漏，改善工作环境，但是生成的胶体不稳定，在深放电的循环工作模式下，胶体容易出现水化，和分层现象，失去原有的胶体特性，缩短了电池的使用寿命。由于硅酸钠的加入，使铅酸蓄电池的容量降低。另外硅酸钠胶体黏度大，灌注电池的难度较大，限制了应用范围。
另一类是：以汽相二氧化硅纳米粉末为成胶剂，制备的胶体电解液灌注电池后，虽然可以改善铅酸蓄电池的电性能，延长循环使用寿命，防止酸液泄漏。但是该类胶体的凝胶性能和流变性受工艺条件的影响，变化极为显著，工艺操作中难以有效控制，常常使电解液的灌注无法正常进行，使该类胶体的推广应用受到了一定的限制。
发明内容：
本发明的一个目的是提供一种能提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命的铅酸蓄电池用混合胶体电解液。
本铅酸蓄电池用混合胶体电解液中除去离子水外，其他有效化学成份占总重量的百份比为：硫酸25％～40％、二氧化硅1.0％～3.2％、硫酸钠0.2％～2.4％、聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸钠0.002％～0.1％、硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％。
由于硅酸钠法制备的胶体粒度太细，颗粒表面存在大量的硅醇键，容易在使用过程中发生缩聚脱水化学反应，导致胶体水化和凝胶过程的不可逆性。该方法配制的胶体电解液是一种性能优良的电解液，它结合了汽相氧化硅胶体颗粒主要依靠氢键结合，形成骨架的优点，具有凝胶过程的可逆性，因此稳定了电解液的凝胶性能和流变性。本发明避免了单独使用硅酸钠胶体所出现的不利影响，加入了一些微量的化学成分，形成一种新型的胶体电解液，改善了成胶特性，提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。作为电解液替代原有的硫酸水溶液电解液，改善了胶体电解液的流变性，在电池循环充电末期，能够有效控制水分的电解过程。
本发明的另一目的在于发明一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液的制备方法。
包括以下步骤：
a、用硅酸钠法制备电解液：
1)将二氧化硅粉末和氢氧化钠碱片混合，再加入去离子水，搅拌20～35分钟，得到硅酸钠溶液；
2)将分析纯硫酸用去离子水稀释至浓度为65～75％的稀硫酸水溶液；
3)将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的浓度均为0.005％～4％的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的混合水溶液；
4)将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的混合水溶液、稀硫酸水溶液混合后再加入硅酸钠溶液，混合，制成透明电解液；
b、制备汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液：
1)将汽相二氧化硅粉末与去离子水混合，配制成固体含量重量比为8～10％的汽相二氧化硅悬浮液；
2)将分析纯硫酸与硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的水溶液混合，得到稀硫酸溶液；
3)将稀硫酸溶液与汽相二氧化硅悬浮液、去离子水混合搅拌，制成汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液；
c、将硅酸钠法制备的透明电解液和汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液按照重量比为1∶0.1～0.5的配比混合，得到混合胶体电解液。
本方法结合硅酸钠胶体和汽相氧化硅纳米胶体的优点，避免了单独使用硅酸钠胶体时出现的问题。提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。
另外，步骤a中，制备硅酸钠溶液时，二氧化硅粉末、氢氧化钠、去离子水混合重量比为1∶0.85～0.95∶10。
聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠混合水溶液、稀硫酸水溶液、硅酸钠溶液的混合前的重量比为：2.8～3.4∶4.4～4.8∶1。
步骤b中，制备稀硫酸溶液时，先将分析纯硫酸用去离子水稀释至浓度为70％的硫酸水溶液后，再与硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼混合。
稀硫酸溶液中含硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼重量百分比为：硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％。
稀硫酸溶液、汽相二氧化硅悬浮液、水混合时的重量比为3～5∶1∶0.1～0.2。
以灌注DZM-12Ah型号的胶体铅酸蓄电池为例，得到的铅酸蓄电池电性能指标如下；电池初容量：放电终了电压10.5v；放电电流：5安培；放电时间125min～140min。小电流5循环容量衰减性能：将电压恒压充电至14.7v；1.2安培放电电流，放电终了电压10.8v，经过5次充放电循环后，第二次放电时间长度和第五次放电时间长度的变化小于10分钟。深循环放电寿命(100％DOD)大于300次。
具体实施例：
一、硅酸钠法制备电解液：
1、称取2.7克二氧化硅粉末，2.295～2.565克NaOH碱片，加入27克去离子水，搅拌20～35分钟，制成硅酸钠溶液。
2、将105.6克分析纯浓硫酸和去离子水43克混合，得到浓度为71％的稀硫酸水溶液。
3、分别将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的浓度分别是0.005％～4％的聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯酸钠水溶液。
4、将聚丙烯酰胺浓度为120ppm和聚丙烯酸钠浓度为80ppm的水溶液120克，加入到步骤2制成的稀硫酸水溶液中，同时搅拌，形成混合液。
5、将配好的硅酸钠溶液加入到步骤4制成的混合液中，搅拌半小时以上，大约可以得到300克硅酸钠胶体电解液，混合液为透明液体。
二、制备汽相氧化硅纳米粉末胶体电解液：
1、称取1.8克纳米汽相二氧化硅粉末，加入20克去离子水，搅拌30分钟，配制成固体含量重量比为8.25％的汽相二氧化硅粉末悬浮液。
2、用0.001～0.05克硫酸镧、0.001～0.05克硫酸铈、0.001～0.05克氧化钨、0.001～0.05克氧化钼与40克去离子水混合，制成去离子水混合液。
3、将35克分析纯浓硫酸和步骤2制成的40克去离子水溶液混合，将得到的75克，含有所需微量元素的稀硫酸水溶液。
4、将去离子水混合液和稀硫酸水溶液混合均匀后再加入21.8克汽相二氧化硅纳米粉末悬浮液，搅拌均匀后，补充3.2克去离子水，最后得到100克胶体电解液。
三、将配制好的硅酸钠法电解液和汽相二氧化硅胶体电解液按照重量比为1∶0.1～0.5的配比混合后，即可灌注蓄电池。
四、混合胶体电解液的检验标准：要求悬浮液上层出现清夜的时间应该在30分钟～5小时。混合胶体电解液中各有效化学成份占总重量的百份比为：硫酸25％～40％、二氧化硅1.0％～3.2％、硫酸钠0.2％～2.4％、聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸钠0.002％～0.1％、硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％，其余为去离子水。
制备的电解液在灌注前，需要将胶体电解液搅拌10分钟以上，全部电解液分为两次灌注。第一次灌注量为70％～80％，灌注后抽真空，使电解液充分浸透极板和隔膜。第二次灌注剩余的电解液，抽真空。再补充适量稀硫酸，即可进行化成作业。

Claims (2)

1.一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液，其特征在于铅酸蓄电池用混合胶体电解液中除去离子水外，其他有效化学成份占总重量的百份比为：硫酸25％～40％、二氧化硅1.0％～3.2％、硫酸钠0.2％～2.4％、聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸钠0.002％～0.1％、硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％。
2.一种铅酸蓄电池用混合胶体电解液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、用硅酸钠法制备电解液：
1)将二氧化硅粉末和氢氧化钠碱片混合，再加入去离子水，搅拌20～35分钟，得到硅酸钠溶液；所述二氧化硅粉末、氢氧化钠、去离子水混合重量比为1∶0.85～0.95∶10；
2)将分析纯硫酸用去离子水稀释至浓度为65～75％的稀硫酸水溶液；
3)将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的浓度均为0.005％～4％的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的混合水溶液；
4)将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的混合水溶液、稀硫酸水溶液混合后再加入硅酸钠溶液，混合，制成透明电解液；所述聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠混合水溶液、稀硫酸水溶液、硅酸钠溶液的混合前的重量比为：2.8～3.4∶4.4～4.8∶1；
b、制备汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液：
1)将汽相二氧化硅粉末与去离子水混合，配制成固体含量重量比为8～10％的汽相二氧化硅悬浮液；
2)先将分析纯硫酸用去离子水稀释至浓度为70％的硫酸水溶液后，再与硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼混合，得到稀硫酸溶液；其中，稀硫酸溶液中含硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼重量百分比为：硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％；
3)将稀硫酸溶液与汽相二氧化硅悬浮液、去离子水混合搅拌，制成汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液；稀硫酸溶液、汽相二氧化硅悬浮液、去离子水混合时的重量比为3～5∶1∶0.1～0.2；
c、将硅酸钠法制备的透明电解液和汽相二氧化硅纳米粉末胶体电解液按照重量比为1∶0.1～0.5的配比混合，得到混合胶体电解液。
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