CN101771170B - 一种蓄电池胶体电解液及其制备方法 - Google Patents

一种蓄电池胶体电解液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池的胶体电解液及其制备方法，该电解液包括硫酸、纳米气相二氧化硅，它还加入重量百分含量为1-3％且用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂。所述的添加剂是季戊四醇。所述的气相二氧化硅粒径是10±2纳米。所述纳米气相二氧化硅与硫酸的重量百分比是1∶7-7.5。在这种添加剂存在的情况下使用较短的分散时间制备的胶体电解液，其电化学性能与无添加剂情况下分散90分钟的胶体电解液的电化学性能相当，且气相二氧化硅分散时间增加或者缩短不会导致电解液电化学性能下降。这种电解液的制备成本降低，制备效率高，由该方法制备的电解液电化学性能稳定。

Description

一种蓄电池胶体电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于阀控密封铅酸蓄电池中的电解液及其制备方法。
背景技术
阀控密封胶体蓄电池以其自放电小、性能稳定、循环性能好、温度适用范围广、耐过充电、耐过放电等优点成为储能电池的首选。胶体蓄电池性能的好坏很大程度取决于胶体电解质性能的好坏。早期制备胶体电解质主要用硅溶胶，但由于其杂质含量大、凝胶能力不强等缺点制备的胶体容易出现水化，老化、易发干发硬及产生龟裂和分层等现象，失去原有的胶体特性，缩短了电池的使用寿命。后来采用纳米气相二氧化硅制得的胶体蓄电池性能得到改善。气相二氧化硅粒径的分布决定了气相二氧化硅的凝胶能力、分散要求等。粒径越小、且分布均匀的气相二氧化硅其凝胶能力越强、也越难分散。如果分散不充分、则会导致配制的胶体电解质凝胶时间短、难灌注、电容量小等缺点。工业生产难以满足如此高的分散要求。因此常常以大小粒径搭配的纳米气相二氧化硅代替粒径小且分布均匀的二氧化硅、这样大小搭配的纳米二氧化硅其凝胶能力有所降低、其分散要求也降低。如公开号为CN2598159Y、CN1503393A及CN101246968A中国专利申请有所披露。研究表明，使用粒径均匀的气相二氧化硅配制胶体电解质、其循环性能较好，粒径均匀的气相二氧化硅具有高的比表面，其凝胶力特别强，对分散设备的要求非常高，粒径分布均匀且为10纳米左右的气相二氧化硅，需要在较佳的分散温度下高速分散(2000-4000rpm)分散80-90分钟才能形成触变性好的凝胶电解质(见公开号为CN101246968的专利)，但这样的分散要求对于蓄电池生产厂家来说非常困难。且成本非常大。实验表明，如果没有在任何添加剂的情况下缩短分散时间，会大大降低胶体电解质的电极容量，大大提高胶体电解质的电阻，且配制的胶体电解液具有较大的粘度和很短的凝胶时间，导致灌胶困难，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
针对上述技术缺陷，本发明要解决的技术问题是在胶体电解液的生产中，纳米气相二氧化硅难分散，且在大规模生产中难以控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现的：一种蓄电池的胶体电解液，包括硫酸、纳米气相二氧化硅，它还加入重量百分含量为1-3％且用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂。
进一步：在上述蓄电池的胶体电解液中，所述的添加剂是季戊四醇。所述的气相二氧化硅粒径是10±2纳米。所述纳米气相二氧化硅与硫酸的重量百分比是1∶7-7.5。
本发明还提供了上述蓄电池的胶体电解液的制备方法，在26±5℃下，将量取好的硫酸倒进高速分散桶进行分散处理，边分散边先加入称量好的气相二氧化硅，再加入电解质添加剂，分散速度为500±50r/min，电解质添加剂添加完毕后，提高分散速度至4000±100r/min，再处理5-10分钟即得。所述的添加剂是季戊四醇、丙三醇、乙二醇等多元醇中的一种或几种，所述硫酸的密度是1±0.4g/mL。
与现有技术相比，上述蓄电池的胶体电解液，包括硫酸、纳米气相二氧化硅，它还加入重量百分含量为1-3％且用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂。优选的添加剂是季戊四醇。通过添加季戊四醇、可以大大提高纳米气相二氧化硅的分散性。实验表明在有季戊四醇存在的情况下使用较短的分散时间制备的胶体电解液，其电化学性能与无添加剂情况下分散90分钟的胶体电解液的电化学性能相当。且在添加季戊四醇的情况下、分散时间增加或者缩短不会导致电解液电化学性能下降。解决了纳米气相二氧化硅在胶体蓄电池中的一大工业应用难题。增加了电解质添加剂后，这种电解液的制备成本降低，制备效率高，由该方法制备的电解液电化学性能稳定。
附图说明
图1是铅电极在不含添加剂的胶体电解液中的充放电流与分散时间的关系
图2是铅电极在含季戊四醇添加剂的胶体电解液中的充放电流与分散时间的关系
具体实施方式
本发明的主旨是在蓄电池的胶体电解液中添加电解质添加剂，优选的添加剂是季戊四醇，可以大大提高纳米气相二氧化硅的分散性。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，制备方法中温度、时间及材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
首先，简述本发明制备方法的基本方案：一种蓄电池的胶体电解液，包括硫酸、纳米气相二氧化硅，它还加入重量百分含量为1-3％且用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂。
对比例：不含添加剂的胶体电解液
本阀控密封铅酸蓄电池用胶体电解液所用的试剂及材料包括：分析纯的浓硫酸，广州试剂厂生产，A200的气相二氧化硅，由德国进口，A200气相二氧化硅的粒径为10nm左右、且粒度分布均匀。电解液中除去离子水外，其它有效成分占总量的百份比为：硫酸36％，气相二氧化硅5％。气相二氧化硅在稀硫酸溶液中分散时，分散温度应控制在30℃左右，机械分散速率在4000r/min。机械分散时间为5-100分钟不等。
A、在30℃下，量取266mL分析纯浓硫酸(d＝1.84g/mL)，与796mL去离子水混合，稀释成密度为1.285g/mL的稀硫酸。
B、称取25g德国进口A200型号的气相二氧化硅。
C、在30℃下，量取368.6mL密度为1.285g/mL的稀硫酸倒进聚乙烯制成的高速分散桶，开动高速分散调到约500r/min，边分散边加入称量好的气相二氧化硅，待气相二氧化硅加入完毕，在桶上盖上保鲜膜，以防液体飞溅，提高转速至4000r/min，持续剪切不同的时间、即分别分散50、60、70、80、90、100分钟，得到的胶体电解液分别放在三电极体系测其电化学性能，如附图1所示。
电解液的测试条件是：所制得的电解液经过放置一天完全凝胶后，在三电极，铂片作为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极作为参比电极，纯铅电极为工作电极，体系中进行循环伏安测试。循环伏安图中铅氧化为硫酸铅的峰电流所反映的是铅的放电电流，硫酸铅还原成铅的还原峰电流所反映的为铅的充电电流。
由附图1可见，在以上分散条件下、当没有添加任何添加剂时、铅电极的充、放电流随着分散时间的增加而增大、达到最佳分散时间90分钟时、铅电极的充、放电流达到最大值，再增加分散时间反而会导致铅电极的充、放电流下降。
实施例：含添加剂的胶体电解液
本阀控密封铅酸蓄电池用胶体电解液所用的试剂及材料包括：分析纯的浓硫酸，广州试剂厂生产，A200的气相二氧化硅，由德国进口，A200气相二氧化硅的粒径为10nm左右、且粒度分布均匀。电解液中除去离子水外，其它有效成分占总量的百份比为：硫酸36％，气相二氧化硅5％。气相二氧化硅在稀硫酸溶液中分散时，分散温度应控制在30℃左右，机械分散速率在4000r/min。机械分散时间为5-100分钟不等。
A、在30℃下，量取266mL分析纯浓硫酸(d＝1.84g/mL)，与796mL去离子水混合，稀释成密度为1.285g/mL的稀硫酸。
B、称取25g德国进口A200型号的气相二氧化硅。
C、在30℃下，量取368.6mL密度为1.285g/mL的稀硫酸倒进聚乙烯制成的高速分散桶，开动高速分散调到约500r/min，边分散边加入称量好的气相二氧化硅，待气相二氧化硅加入完毕，加入一定量的胶体电解质添加剂季戊四醇，最后在桶上盖上保鲜膜，以防液体飞溅，提高转速至4000r/min，持续剪切不同的时间，即分别分散50、60、70、80、90、100分钟，得到的胶体电解液分别放在三电极体系测其电化学性能，如附图2所示。该实施例中的季戊四醇还可以是当量的季戊四醇、丙三醇、乙二醇中的一种或几种
电解液的测试条件是：所制得的电解液经过放置一天完全凝胶后，在三电极，铂片作为辅助电极，Hg/Hg2SO4电极作为参比电极，纯铅电极为工作电极。体系中进行循环伏安测试。循环伏安图中铅氧化为硫酸铅的峰电流所反映的是铅的放电电流，硫酸铅还原成铅的还原峰电流所反映的为铅的充电电流。
由附图2可见，在有季戊四醇添加剂存在的情况下，气相二氧化硅只需分散5-10分钟制备的胶体电解质铅的充、放电流就与没有添加剂情况下分散90分钟的胶体电解质相当。且增大或者减小分散时间不会导致其充、放电流急剧下降，这使得在工业大规模生产中更容易实施。

Claims (5)

1.一种蓄电池的胶体电解液，包括硫酸、纳米气相二氧化硅，其特征在于：它还加入重量百分含量为1-3％用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂；所述的添加剂是季戊四醇。
2.根据权利要求1所述的蓄电池的胶体电解液，其特征在于：所述的气相二氧化硅粒径是10±2纳米。
3.根据权利要求2所述的蓄电池的胶体电解液，其特征在于：所述纳米气相二氧化硅与硫酸的重量百分比是1∶7-7.5。
4.一种权利要求1-3中择一所述的蓄电池的胶体电解液的制备方法，其特征在于：在26±5℃下，将量取好的硫酸溶液倒进高速分散桶进行分散处理，在分散速度为500±50r/min下，边分散边先加入称量好的气相二氧化硅，再加入电解质添加剂，电解质添加剂添加完毕后，提高分散速度至4000±200r/min，再处理5-10分钟即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的添加剂是季戊四醇，所述硫酸的密度是1±0.4g/mL。
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