CN101877419A - 一种胶体电解质及其制备方法 - Google Patents

一种胶体电解质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铅酸蓄电池使用的电解质，特别是一种胶体电解质及其制备方法。本发明是通过以下技术方案得以实现的：一种胶体电解质，它由以下重量份的组份制成：二氧化硅，0.3-1.0%重量；硫酸钴，0.05-0.25%重量；硫酸钠，0.5-1.0%重量；硫酸亚锡，0.05-0.5%重量；密度为1.330-1.400g/cm3的稀硫酸，92-95%重量；pH值在7-9的弱碱性水，余量。

Description

一种胶体电解质及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铅酸蓄电池使用的电解质，特别是涉及铅酸蓄电池使用的胶体电解质。
背景技术
目前，现有技术中应用的普通蓄电池仍以铅酸蓄电池为主，铅酸蓄电池的电解液是由稀硫酸与去离子水配制而成，配制的方法比较简单，成本较低，因而这种蓄电池仍在各行各业广泛使用。
如中国专利号为200710090477.3的发明专利所公开的一种高导钠盐电解质，它由以下重量份的组份制成：硅酸钠和/或氟硅酸钠，1.95~2.20%重量；硫酸钴和/或硫酸锌，0.0012~0.0062‰重量；磷酸钠和/或稍酸钙，0.0051~0.014‰重量；密度为1.260~1.400g/cm 3 的稀硫酸，90.80~91.30%重量；阻化剂，0.0035~0.024‰重量；阻氢剂，0.0015~0.0085‰重量；去离子水，余量；该种高导钠盐电解质的制备材料中硫酸钴和/或硫酸锌的重量份太少，导致该种电解质内阻依然较高；且其硅酸钠和/或氟硅酸钠的重量份太多，进一步加剧了该电解质的内阻，导致电性能差，耐过放电性能低下。
再如中国专利号为03126151.5的发明专利所公开的胶体电解质蓄电池，其采用的电解质由3%-7.5%重量份的硅溶胶、36%-41%重量份的硫酸、0.5%-2.5%重量份的磷酸、1%-4%重量份的硫酸钴、1%-5%重量份的丙酸醇及水混合均匀制成，其钴离子含量较前述专利所公开的钴离子含量较高，但其硅溶胶的重量份较前述专利所公开硅酸钠和/或氟硅酸钠重量份较多，因此，该种电解质仍不能有效降低电解质的内阻以提高导电性能，且其耐过放电性能也依然低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶体电解质，应用此种胶体电解质可有效提高蓄电池的耐过放电性能及导电性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种胶体电解质，它由以下重量份的组份制成：
二氧化硅，0.3-1.0%重量；
硫酸钴，0.05-0.25%重量；
硫酸钠，0.5-1.0%重量；
硫酸亚锡，0.05-0.5%重量；
密度为1.330-1.400g/cm 3 的稀硫酸，92-95%重量；
PH值在7-9的弱碱性水，余量。
二氧化硅粒子的存在及随着其含量的增加，使配得电解质的电导率较硫酸溶液要小且呈现下降趋势，电导率的这种变化来自两个原因，其一是弱碱性二氧化硅液的中和作用及吸附H + 的能力增强，其二是由于形成凝胶后离子电迁移及扩散阻力增大，所以随着二氧化硅含量的增加胶体电解质电导率降低；但胶体电解质的强度主要受二氧化硅含量的影响，胶体电解质的强度是体现胶体电解质性能的重要参数：强度太小，胶体电解质出现不凝胶或凝胶很弱，这样电池出现水化现象或循环性能不佳；强度太大，胶体太硬且易发生龟裂，会导致电池容量急剧下降而失效，因此，本发明采用0.3-1.0%的二氧化硅。
作为本发明的优选，该胶体电解质由以下重量份的组份制成:
二氧化硅，0.8%重量；
硫酸钴，0.2%重量；
硫酸钠，0.8%重量；
硫酸亚锡，0.35%重量；
密度为1.345g/cm3的稀硫酸，93%重量；
PH值在7-9的弱碱性水，余量。
本发明还提供一种胶体电解质的制备方法，它包括以下步骤:
（1）将氢氧化钠放入去离子水中以制得PH值为7-9的弱碱性水；
（2）将二氧化硅置于上述弱碱性水中，并用高速分散机搅拌5-15分钟后形成A组份；
（3）将硫酸钴、硫酸钠、硫酸亚锡溶于密度为1.330-1.400g/cm 3 的稀硫酸中，形成B组份；
（4）分别取适量的A，B组份混合，放入低速分散机内分散5-15分钟，搅拌均匀。
采用弱碱性水，使得二氧化硅的粘度降低，易分散，因此，相对现有技术中直接采用去离子水的方式易搅拌均匀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、采用本发明中的各组份及重量份制成的胶状电解质，在生产和使用过程中无酸雾气体析出，无电解液溢出，无毒，无污染，避免了传统铅酸蓄电池在使用过程中由于颠簸震动等原因使液体电解液大量外溢的现象；
2、采用背景技术中的胶状电解质，在使用过程中易产生杂质，而采用本发明中的各组份及重量份制成的胶状电解质，在使用过程中不产生任何杂质和污垢，所以不会因接触不良对使用造成影响，大大提高了胶体蓄电池的有效使用率；
3、采用本发明中的各组份及重量份制成的胶状电解质，可对极板周围形成固定保护层，保护极板避免因震动或碰撞而产生损坏或破裂，防止极板弯曲现象以造成内部短路而导致的容量下降，具有很好的物理性和化学性，因而质量得到保障，加之胶体蓄电池电解质使其容量增加；且胶体电解质电池充电接受能力强，因为二氧化硅在酸性条件下形成的凝胶剂能生成PbSi0 3 ，它的溶解度比PbSO 4 大3个数量级，由电池反应的溶解一沉淀机理可以理解，充电时Pb 2+ 的充分供应可提高电池的充电接受能力，充电接受能力的提高可减轻、延缓和抑制极板的硫酸盐化，从而延长电池的使用寿命；
4、钴离子具有良好的导电性能，能有效降低电池放电后期的内阻，提高了电解质的导电性能；由于本发明所采用的二氧化硅重量份较少，因此本发明采用0.05-0.25%重量份的硫酸钴已足够满足对电解质内阻的要求，相比背景技术本发明提供的电解质内阻较小，导电性能强，且以12V蓄电池为例，经实验证明，现有蓄电池的截止电压≧10.5V/只，而应用本明提供的胶体电解质的蓄电池的截止电压≧7.8V/只；
6、本发明提供的胶体电解质的制备方法，操作简单，易于实施。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1：一种胶体电解质的制备方法，它包括以下步骤：
（1）将少量氢氧化钠放入去456.5克离子水中以制得PH值为7.5的弱碱性水；
（2）将19.3克二氧化硅置于上述其中一份弱碱性水中，并用高速分散机搅拌5分钟后形成A组份；
（3）将3.2克硫酸钴、32.1克硫酸钠、3.2克硫酸亚锡溶于5915.7克密度为1.330g/cm 3 的稀硫酸中，形成B组份；
（4）将A，B组份混合，放入低速分散机内分散5分钟，搅拌均匀。
各组份的重量份为：二氧化硅，0.3%重量；硫酸钴，0.05%重量；硫酸钠，0.5%重量；硫酸亚锡，0.05%重量；密度为1.330g/cm 3 的稀硫酸，92%重量；PH值为7.5的弱碱性水，余量。
高速分散机的搅拌速度一般位于2800-3000r/min；低速分散机的搅拌速度一般位于800-1400r/min。
为证明本实施例相比背景技术的优越性，现做如下实验：分为实验组及对照组，实验组为采用本实施的蓄电池，对照组为采用背景技术中中国专利号为200710090477.3的发明专利所公开的一种高导钠盐电解质的蓄电池；两种蓄电池均取200只，测试其各电性能参数，其中涉及的国家标准为GB/T22199-2008，实施组及对照组的各数据均取平均值，误差±0.5，相关数据见下表：
项目 标准要求 实验组 参照组
2hr额定容量 ≧100% 110% 108%
充电接收能力 ≧2.0 2.8 2.5
容量保存率 ≧85% 92% 89%
循环持久能力 ≧350 500 480
-15℃低温容量 ≧70% 85% 80%
密封反应效率 ≧95% 98% 95%
实施例2：一种胶体电解质的制备方法包括以下步骤:
（1）将少量氢氧化钠放入去144克离子水中以制得PH值为8的弱碱性水；
（2）将64.3克二氧化硅置于上述弱碱性水中，并用高速分散机搅拌15分钟后形成A组份；
（3）将16.1克硫酸钴、64.3克硫酸钠、32.2克硫酸亚锡溶于6108.5克密度为1.400g/cm 3 的稀硫酸中，形成B组份；
（4）将A，B组份混合，放入低速分散机内分散15分钟，搅拌均匀。
各组份的重量份为：二氧化硅，1.0%重量；硫酸钴，0.25%重量；硫酸钠，1.0%重量；硫酸亚锡，0.5%重量；密度为1.400g/cm 3 的稀硫酸，95%重量；PH为8的弱碱性水，余量。
高速分散机的搅拌速度一般位于2800-3000r/min；低速分散机的搅拌速度一般位于800-1400r/min。
为证明本实施例相比背景技术的优越性，现做如下实验：分为实验组及对照组，实验组为采用本实施的蓄电池，对照组为采用背景技术中中国专利号为200710090477.3的发明专利所公开的一种高导钠盐电解质的蓄电池；两种蓄电池均取200只，测试其各电性能参数，其中涉及的国家标准为GB/T22199-2008，实施组及对照组的各数据均取平均值，误差±0.5，相关数据见下表：
项目 标准要求 实验组 参照组
2hr额定容量 ≧100% 108% 108%
充电接收能力 ≧2.0 2.7 2.5
容量保存率 ≧85% 93% 89%
循环持久能力 ≧350 512 480
-15℃低温容量 ≧70% 85% 80%
密封反应效率 ≧95% 97% 95%
实施例3：一种胶体电解质的制备方法包括以下步骤:
（1）将少量氢氧化钠放入去312克离子水中以制得PH值为9的弱碱性水；
（2）将51.4克二氧化硅置于上述其中一份弱碱性水中，并用高速分散机搅拌10分钟后形成A组份；
（3）将12.9克硫酸钴、51.4克硫酸钠、22.5克硫酸亚锡溶于5979.9克密度为1.345g/cm 3 的稀硫酸中，形成B组份；
（4）将A，B组份混合，放入低速分散机内分散10分钟，搅拌均匀。
各组份的重量份为：二氧化硅，0.8%重量；硫酸钴，0.2%重量；硫酸钠，0.8%重量；硫酸亚锡，0.35%重量；密度为1.345g/cm 3 的稀硫酸，93%重量；PH为值为9的弱碱性水，余量。
高速分散机的搅拌速度一般位于2800-3000r/min；低速分散机的搅拌速度一般位于800-1400r/min。
为证明本实施例相比背景技术的优越性，现做如下实验：分为实验组及对照组，实验组为采用本实施的蓄电池，对照组为采用背景技术中中国专利号为03126151.5的发明专利所公开的胶体电解质蓄电池；两种蓄电池均取200只，测试其各电性能参数，其中涉及的国家标准为GB/T22199-2008，实施组及对照组的各数据均取平均值，误差±0.5，相关数据见下表：
项目 标准要求 实验组 参照组
2hr额定容量 ≧100% 110% 105%
充电接收能力 ≧2.0 2.9 2.6
容量保存率 ≧85% 96% 89%
循环持久能力 ≧350 530 490
-15℃低温容量 ≧70% 87% 82%
密封反应效率 ≧95% 97% 95%

Claims (3)

1.一种胶体电解质，它由以下重量份的组份制成:   
二氧化硅，0.3-1.0%重量；
硫酸钴，0.05-0.25%重量；
硫酸钠，0.5-1.0%重量；
硫酸亚锡，0.05-0.5%重量；
密度为1.330-1.400g/cm3的稀硫酸，92-95%重量；
PH值在7-9的弱碱性水，余量。
2.根据权利要求1所述的一种胶体电解质，它由以下重量份的组份制成:
二氧化硅，0.8%重量；
硫酸钴，0.2%重量；
硫酸钠，0.8%重量；
硫酸亚锡，0.35%重量；
密度为1.345g/cm3的稀硫酸，93%重量；
PH值在7-9的弱碱性水，余量。
3.权利要求1或2所述一种胶体电解质的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤:
（1）将氢氧化钠放入去离子水中以制得PH值为7-9的弱碱性水；
（2）将二氧化硅置于上述弱碱性水中，并用高速分散机搅拌5-15分钟后形成A组份；
（3）将硫酸钴、硫酸钠、硫酸亚锡溶于密度为1.330-1.400g/cm3的稀硫酸中，形成B组份；
（4）分别取适量的A，B组份混合，放入低速分散机内分散5-15分钟，搅拌均匀。
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