CN101630752A - 铅酸蓄电池胶体添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池胶体添加剂。该添加剂的硅溶胶的主成分二氧化硅是为粒径分布为4～8纳米与粒径分布为20～40纳米的两种强度相同，方差相近的峰值类型硅溶胶二氧化硅的混合物，二者质量比为0.8∶1.2～1.2∶0.8。其硅溶胶与稀硫酸混合配制成胶体电解质用于铅酸蓄电池。所配制的胶体电解质的二氧化硅质量含量在1.2％到3.6％的范围。本发明选择不同二氧化硅粒子直径分布的硅溶胶，根据其粒子直径的分布特征进行混合，得到新的不同粒子直径分布的硅溶胶。再把这种新的硅溶胶与稀硫酸按照一定比例简单混合后得到胶体电解质注入蓄电池，能显著改善提高铅酸蓄电池的性能。

Description

铅酸蓄电池胶体添加剂
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池领域，特别是在电解液中加入的胶体添加剂硅溶胶的材料及应用配方。
技术背景
胶体电解质铅酸蓄电池的电解液一般由一定比重的稀硫酸和胶体添加剂混合搅拌形成。胶体添加剂的主要成分是二氧化硅，其粒子直径为纳米级。现在普遍使用的胶体添加剂是气相二氧化硅或硅溶胶。
气相二氧化硅因其视密度极低(0.03g/cc左右)，使用前需要与稀硫酸高速搅拌，因而有污染工作环境、不便运输、难于分解、难于使用，凝胶时间不易控制等缺点。
硅溶胶具有纯度高、存储运输及配制使用简单等特点。可以在使用前，与稀硫酸根据需要的比例简单地混合使用，是制备胶体电解质的理想原料。硅溶胶的主要成分是二氧化硅。但因生产工艺和原料不同，其主要成分二氧化硅的粒子直径分布也不同，因此对于改善提高蓄电池性能的效果也不同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：确定一种能显著改善铅酸蓄电池性能的胶体添加剂硅溶胶。这种硅溶胶的主要特征是根据其主成分二氧化硅的粒子直径分布特性定义的。并确定这种硅溶胶与稀硫酸在注入电池单格时的混合比例。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种铅酸蓄电池胶体电解质添加剂的硅溶胶，其特征在于，这种硅溶胶的主成分二氧化硅是粒径分布为4～8纳米与粒径分布为20～40纳米的两种强度相同，方差相近的峰值类型硅溶胶二氧化硅的混合物，二者质量比为0.8∶1.2～1.2∶0.8。
本发明的铅酸蓄电池胶体电解质添加剂的硅溶胶与稀硫酸混合配制胶体电解质适用于所有型号的铅酸蓄电池。所配制的胶体电解质的二氧化硅质量含量在1.2％到3.6％的范围。
本发明选择各种不同二氧化硅粒子直径分布的硅溶胶，根据其粒子直径的分布特征进行混合，得到新的不同粒子直径分布的硅溶胶。再把这种新的硅溶胶与稀硫酸按照一定比例混合，得到本发明的胶体电解质。
对比现有技术，本发明技术方案的优点是：
1、所述胶体添加剂硅溶胶的材料特性，是通过调整其主要成分二氧化硅粒子直径分布确定的。
2、使用本发明的硅溶胶与稀硫酸按一定比例简单混合后注入蓄电池，能显著改善提高铅酸蓄电池的性能。
附图说明
图1为现用胶体添加剂的硅溶胶1的二氧化硅的粒子直径分布测量结果。
图2为现用胶体添加剂的硅溶胶2的二氧化硅的粒子直径分布测量结果。
图3为本发明的胶体添加剂的硅溶胶的二氧化硅的粒子直径分布测量结果。由实施例1选择的各种不同二氧化硅粒子直径分布的硅溶胶，根据其粒子直径的分布特征进行混合调整得到。
图4为本发明实施例1的不同电解质蓄电池的循环实验结果。
图5为本发明实施例2的不同电解质蓄电池的循环实验结果。
图6实施例3使用的硅溶胶与稀硫酸的不同混合比例对蓄电池性能改善的实验结果。.
具体实施方案
实施例1
本实施例是采用同样设计和工艺制造的阀控式密封铅酸蓄电池作为实验样本，加入不同的电解质，实验电池的性能差异。
实验样本1为把比重1.28g/cc的稀硫酸注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，在室温下以20A放电至1.80V，然后限流40A，限压2.35V充电16小时为一个循环，反复进行。放电时间低于8小时为寿命终止。
实验样本2采用现在普遍使用的二氧化硅含量为20％的硅溶胶1，其主成分二氧化硅的粒子直径分布如图1所示。与比重1.30g/cc的稀硫酸，按照重量比1∶9的比例混合，得到比重1.28g/cc的，二氧化硅质量含量2％的胶体电解质。把这种电解质注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，用与实验样本1同样的条件进行循环测试。
实验样本3采用现在普遍使用的二氧化硅含量为20％的硅溶胶2，其主成分二氧化硅的粒子直径分布如图2所示。与比重1.30g/cc的稀硫酸，按照重量比1∶9的比例混合，得到比重1.28g/cc的，二氧化硅质量含量2％的胶体电解质。把这种电解质注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，用与实验样本1同样的条件进行循环测试。
实验样本4采用本发明二氧化硅粒子直径分布混合调整后的，其二氧化硅含量为20％的硅溶胶，其主成分二氧化硅的粒子直径分布如图3所示。与比重1.30g/cc的稀硫酸，按照重量比1∶9的比例混合，得到比重1.28g/cc的，二氧化硅质量含量2％的胶体电解质。把这种电解质注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，用与实验样本1同样的条件进行循环测试。
图4为上述样本1-4的循环实验结果。实验结果显示，本发明的二氧化硅粒子直径分布混合调整后的硅溶胶，作为胶体添加剂，能显著改善和提高蓄电池的性能。
实施例2
本实施例是采用与实施例1同样的阀控式密封铅酸蓄电池作为实验样本，加入不同的电解质，实验电池的性能差异。
实验样本5到9为采用本发明的，二氧化硅粒子直径分布分别混合调整为2纳米与10纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型，4纳米与20纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型，6纳米与30纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型，8纳米与40纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型，10纳米与50纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型。再分别与比重1.30g/cc的稀硫酸，按照重量比1∶9的比例混合，得到比重1.28g/cc的，二氧化硅含量约2％的胶体电解质。把这种电解质注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，用与实施例1同样的条件进行循环测试。
图5为上述样本的循环实验结果。实验结果显示，本发明的二氧化硅粒子径分布混合调整的硅溶胶，作为胶体添加剂，在4纳米与20纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型，到8纳米与40纳米各一个强度相同、方差相近的峰值类型之间混合调整的，能显著改善和提高蓄电池的性能。
实施例3
本实施例是采用与实施例1同样的阀控式密封铅酸蓄电池作为实验样本，加入不同的电解质，实验电池的性能差异。
实验样本10-14，采用本发明的，二氧化硅粒子直径分布混合调整后的，其二氧化硅含量为20％的硅溶胶2，分别按照重量比0.2∶9.8；0.6∶9.4；1.0∶9.0；1.8∶8.2；2.0∶8.0的比例，分别与比重1.286g/cc，1.296g/cc，1.30g/cc，1.312g/cc，1.318g/cc的稀硫酸混合，得到比重1.280g/cc的，二氧化硅质量含量分别为0.4％，1.2％，2.0％，3.6％，4.0％的胶体电解质(分别为实验样本10、11、12、13、14)。把这些电解质分别注入型号为GFM200的阀控式密封铅酸蓄电池。经过充电后，用与实施例1的实验样本1同样的条件进行循环测试。放电时间低于8小时为寿命终止。
图6为上述实验样本10-14的循环实验结果。实验结果显示，本发明的二氧化硅粒子直径分布混合调整后的硅溶胶，作为胶体添加剂，在硅溶胶与稀硫酸的配合重量比在0.6∶9.4到1.8∶8.2的范围内，或者说，使用本发明的硅溶胶配制的胶体电解质的二氧化硅含量在1.2％到3.6％的范围内，能显著改善和提高蓄电池的性能。
另外，按照本实施例的方法，又分别制作了二氧化硅质量含量为1.2％，1.6％，2.0％，2.4％，2.8％，3.2％，3.6％的胶体电解质电池各一只。分别在25±5摄氏度的环境下用2.45V/单体的恒定电压(不限流)连续充电144小时的方法进行热失控敏感性实验，蓄电池的温升均小于25摄氏度，每24小时的电流增长率均小于50％。

Claims (3)

1、一种铅酸蓄电池胶体电解质添加剂的硅溶胶，其特征在于，这种硅溶胶的主成分二氧化硅是粒径分布为4～8纳米与粒径分布为20～40纳米的两种强度相同，方差相近的峰值类型硅溶胶二氧化硅的混合物，二者质量比为0.8∶1.2～1.20∶0.8。
2、权利要求1所述的铅酸蓄电池胶体电解质添加剂的硅溶胶的应用，其特征在于，它与稀硫酸混合配制成胶体电解质用于铅酸蓄电池。
3、如权利要求2所述的铅酸蓄电池胶体电解质添加剂的硅溶胶的应用，其特征在于，所配制的胶体电解质的二氧化硅质量含量在1.2％到3.6％的范围。
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