CN101136491A - 铅酸蓄电池用胶体电解质配方及配制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池用胶体电解质配方及配制工艺，对胶体电池而言，在一定浓度的硫酸电解液中加入二氧化硅和稳定剂(G)生成了胶体电解质，也称硅凝胶。电池内的硅凝胶是以(SiO2)质点作为骨架构成三维多孔网状结构，它将电解液包藏在其中。二氧化硅(SiO2)是无定形的超细颗粒，极易水化成单硅酸及其聚合物(形成为环状结构)。(SiO2)表面积很大，具有吸引力，它与一定浓度的硫酸溶液(H2SO4)混合后在电解液的吸附层中，犹如一种引发剂，通过交换吸附电解液就会连锁式反应，使整个体系的粘液剧增，很快便失去流动性。(SiO2)粒子构成的三维多孔骨架，将大量稀硫酸溶液包裹在凝胶网络中，这样形成的凝胶状的电解液称冻胶。此时的冻胶体软而有弹性，易切稀，触变性也好。灌注了硅胶后，网络骨架要进一步收缩，粒子进一步靠拢。把已经形成的凝胶网络拉紧，多孔骨架贯穿于正负极之间，给正极析出的氧提供达到负极的通道顺利完成阴极的吸收。

Description

铅酸蓄电池用胶体电解质配方及配制工艺
技术领域
本发明是关于铅酸蓄电池用胶体电解质配方及配制工艺。
背景技术
目前，无论是采用玻璃纤维隔板(AGM)的阀控制密封蓄电池还是采用胶体电解质的阀控密封蓄电池，它们都是利用阴极吸收的原理得以密封。蓄电池充电时，当充电量超过70％时，正极就开始析出氧气。析出的氧气通过通道到达负极，与负极发生如下反应而达到阴极吸收的目的。
2Pb+O2＝2PbO
PbO+H2SO4＝PbSO4+H2O
因负极板栅采用了铅钙合金，析出氢的电位高。钙是活泼金属，在相同的极化条件下，铅钙合金可以大大减少气体的析出。对AGM电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10％的隔膜孔隙中不进入电解液，阳极生成的氧气就是通过这部分孔隙到达阴极吸收的。
发明内容
本发明对胶体电池而言，在一定浓度的硫酸电解液中加入二氧化硅和稳定剂(G)生成了胶体电解质，也称硅凝胶。电池内的硅凝胶是以(SiO2)质点作为骨架构成三维多孔网状结构，它将电解液包藏在其中。
胶体电解质凝胶原理如下：
二氧化硅(SiO2)是无定形的超细颗粒，极易水化成单硅酸及其聚合物(形成为环状结构)。(SiO2)表面积很大，具有吸引力，它与一定浓度的硫酸溶液(H2SO4)混合后在电解液的吸附层中，犹如一种引发剂，通过交换吸附电解液就会连锁式反应，使整个体系的粘液剧增，很快便失去流动性。(SiO2)粒子构成的三维多孔骨架，将大量稀硫酸溶液包裹在凝胶网络中，这样形成的凝胶状的电解液称冻胶。此时的冻胶体软而有弹性，易切稀，触变性也好。
密封胶体电池在充放电过程中产生如下化学反应：
Figure A20061012377800052
灌注了硅胶后，网络骨架要进一步收缩，粒子进一步靠拢。把已经形成的凝胶网络拉紧，多孔骨架贯穿于正负极之间，给正极析出的氧提供达到负极的通道顺利完成阴极的吸收。
具体实施方式
1.二氧化硅(SiO2)俗称白碳黑，属于耐酸性和强亲水性物质。SiO2一般由沉淀法和气相法来制造。
a、沉淀法：将工业水玻璃用水稀释，经过阳离子交换树脂处理，除去Na+离子和其它有害物质，再经酸化，脱水、干燥制得。
b、气相法：通过气相硅由焙烧卤化硅(由四氯化硅SiO2气体在氢氧焰中高温水解)而得。是干法制造，也称火成二氧化硅，分子式：
nSiCl4+2nH2O→(SiO2)n+4nHCl
目前胶体电解质使用的是气相法制造的二氧化硅(SiO2)。
2.稳定剂(G)
胶体电解质中的稳定剂有：聚乙烯醇、糊精、甘油、脂肪醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醚等。在胶体电解质中使用聚丙烯酰胺或二醇作为稳定剂。
稳定剂的作用是：
1.改变胶体离子的表面状态，阻止粒子过快地聚集；
2.延缓凝胶过程，有效地改变胶体性能；
3.对缓解凝胶电解质水化、分层有一定的作用。
4.吸收水分，增大电解质体系的粘度。
技术参数
气相法白碳黑(SiO2)技术参数
1.标准号：QGHBA2-2000
2.含量：SiO2>96％
3.粒子：10-30nm(纳米级)
4.粒径：3μm以下
5.筛余物：45μm以下
6.PH值：3.5-5.0
7.堆积密度：2.5g/cm3
8.比表面积：≥300m2/g
9.表观密度：≤0.09g/cm3
10.游离水：≤5.0％
11.白度：>92％
稳定剂聚丙烯酰胺技术参数
1.纯度：AR级
2.杂质含量：<0.0001％
3.颜色：纯白色
配制工艺
备好配制胶体电解质所需的材料，容器、设备和仪器。所有容器要用纯水清洗干净，设备及仪器误差应在允许范围内。
所需材料如下：
1.硫酸(H2SO4)纯度AR级，含量>1.840g/cm3
2.纯水(H2O)电导率：<1μs/cm
3.二氧化硅(SiO2)气相法白碳黑SiO2含量>95％；
4.稳定剂：聚丙烯酰胺，纯度AR级或CP级，含量>98％；配制方法：取配比纯水备好在容器内，将配比浓度硫酸缓缓倒入纯水中搅拌，待液温降至25±5℃时调整所需密度。
调整好密度的电解液按1％-4％比例加入SiO2再按0.001％比例加入稳定剂，即1升电解液加10-40g，稳定剂10mg放入高速搅拌机内搅拌2-3分钟，即可灌入电池内，要求用灌酸机进行定量灌注，如果用真空定量灌酸机灌注其效果更好。待电池内的胶体完全凝胶后即可进入初充电程序。

Claims (4)

1.铅酸蓄电池用胶体电解质配方及配制工艺，其特征是：(SiO2)由沉淀法和气相法来制造。
a、沉淀法：将工业水玻璃用水稀释，经过阳离子交换树脂处理，除去Na+离子和其它有害物质，再经酸化，脱水、干燥制得。
b、气相法：通过气相硅由焙烧卤化硅(由四氯化硅SiO2气体在氢氧焰中高温水解)而得。是干法制造，也称火成二氧化硅，分子式：
nSiCl4+2nH2O→(SiO2)n+4nHCl2
2.根据权利1所述，胶体电解质中的稳定剂有：聚乙烯醇、糊精、甘油、脂肪醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醚等。其特征是：在胶体电解质中使用聚丙烯酰胺或二醇作为稳定剂。
3.根据权利1和2的所述，其技术参数特征在于气相法白碳黑(SiO2)
①标准号：QGHBA2-2000
②含量：SiO2＞96％
③粒子：10-30nm(纳米级)
④粒径：3μm以下
⑤筛余物：45μm以下
⑥PH值：3.5-5.0
⑦堆积密度：2.5g/cm3
⑧比表面积：≥300m2/g
⑨表观密度：≤0.09g/cm3
⑩游离水：≤5.0％
(11)白度：＞92％
稳定剂聚丙烯酰胺纯度为AR级，杂质含量少于0.0001％颜色，纯白色。
4.根据权利1、2和3所述，铅酸蓄电池用胶体电解质配制工艺，其特征是：所有容器要用纯水清洗干净，设备及仪器误差应在允许范围内。
所需材料如下：
①.硫酸(H2SO4)纯度AR级，含量＞1.840g/cm3
②.纯水(H2O)电导率：＜1μs/cm
③.二氧化硅(SiO2)气相法白碳黑SiO2含量＞95％；
稳定剂：聚丙烯酰胺，纯度AR级或CP级，含量＞98％；配制方法：取配比纯水备好在容器内，将配比浓度硫酸缓缓倒入纯水中搅拌，待液温降至25±5℃时调整所需密度。
调整好密度的电解液按1％--4％比例加入SiO2再按0.001％比例加入稳定剂，即1升电解液加10-40g，稳定剂10mg放入高速搅拌机内搅拌2-3分钟，即可灌入电池内，要求用灌酸机进行定量灌注，如果用真空定量灌酸机灌注其效果更好。待电池内的胶体完全凝胶后即可进入初充电程序。
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