CN101969142A - 一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液 - Google Patents

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李核
刘何萍
陈红雨
黄贤伟
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Abstract

本发明公开了一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液，按重量百分比包括：硅溶胶5％～10％，硫酸30％～40％，水52％～62％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.1‰～0.3‰。其电解液不流动、无漏溢酸，充电时间缩短，放电时间延长，自放电极低，使用寿命延长，维护简便，一般仅需加几次纯水，不必配酸。在胶体电池生产过程中，胶体常压灌注方便，性能可靠，使用安全。

Description

一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液
技术领域
本发明涉及一种胶体电池电解液，具体地说涉及一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液，以提高胶体电池电化学性能，改善胶体电池放电容量和放电时间。
背景技术
胶体蓄电池是指以胶体电解液为介质替代硫酸为介质的蓄电池，是90年代的新科技产品，主要解决了长期以来普通铅酸蓄电池采用液体电解质普遍存在的生产污染环境，使用寿命短、自放电严重、腐蚀性强、低温起动性能差、充电频繁等缺点。胶体电解液的电导率和黏度对胶体电池的品质有着重要影响。而恰好这两点也是评估离子液体的关键特性参数。
胶体电池的电解质是一种混合物，它由一定量的硅胶微粒与一定浓度的硫酸配比组合而成。稀硫酸仍然用于导电并参加电极反应，胶体电解液不过是将稀硫酸储存于凝胶的胶体孔隙中。而离子液体的离子导电性是其电化学应用的基础，因此将离子液体作为添加剂置于胶体电池中，可增强其导电性能，改善胶体电池内阻小，容量衰减等问题。
胶体电池并不是把胶体电解液简单地灌入电池即可，对胶体电解液最起码的要求是有一定的触变性和一定的弹性，主要反映在胶体黏度这一性能参数上。在考察SiO2含量与颗粒大小、硫酸浓度等因素条件下，合适的添加剂对胶体电解液的影响至关重要。德国阳光公司的胶体粘度很低，用常压自然法灌装电池，即使大型电池，也能像灌注硫酸一样很快灌满电池。胶体在电池中充分凝胶，上下都呈均匀的糊状凝胶，在电池整个寿命期间，完全没有液化现象。目前中国的胶体蓄电池还达不到这样的水平，仍有很大的改进空间。采用合适的添加剂，严格控制原材料的粒径、比表面积等关键技术指标来控制凝胶速度，并注意配制过程中硫酸浓度、pH值、温度等因素，来减慢凝胶速度，提高灌胶质量，保证胶体电池的使用性能，使配制的胶体不必采用真空灌胶，就成为本发明所要解决的主要问题，也是本发明的主要目的。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，通过向胶体电解液中加入离子液体添加剂，用于改善胶体电池电解液存在的内阻大，放电容量低等问题，从而提高胶体电池电化学性能。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明采用离子液体作为胶体电池添加剂，一般说来，阳离子为[BMIm]+的离子液体黏度较低，主要是因为其中由于其三号位甲基侧链较短，其活动性较强，且具有较低的摩尔质量，因而由其组成的离子液体黏度就相对较低。室温下咪唑类离子液体的离子电导率一般在10-3s/cm左右，含[BMIm]+阳离子的离子液体的电导率相对较大，且电导率随阴离子尺寸减小而增大。同时，随温度的升高，离子液体的电导率逐渐增大，服从Arrhenius公式，这将更有利于延长胶体电池在较高的环境温度下的使用寿命。
本发明选择高离子导电率和低黏度的[BMIm]+阳离子，阴离子选择与硫酸溶液相融合的HSO4 -阴离子，利用离子液体本身所具有的高离子导电率和低黏度的特点，与胶体体系充分融合，从而提高胶体电池电化学性能。
本发明所述一种含有离子液体添加剂的胶+体电池电解液，按重量百分比包括：硅溶胶5％～10％，硫酸30％～40％，水52％～62％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.1‰～0.3‰。
其中，上述百分比的最佳值为：硅溶胶8％，硫酸36％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.3‰，水55.97％。其效果在于加入0.3‰1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体([BMIm][HSO4])可增强胶体电解液导电性，从而达到减小胶体电池内阻，改善胶体电池放电容量问题；同时，离子液体还起到稳定剂的作用，可减少失水，有助于增大析氢析氧过电位值。8％硅溶胶是凝胶的主要成分，利用其优异的增稠触变性能，将硫酸和水贮存在硅凝胶网络中，可以有效的消除电解液分层现象。另外配方中的主要成分30％～40％硫酸(H2SO4)以及水，是作为胶体电池充放电的反应物。
其具体优点包括：
(1)电解液不流动、无漏溢酸、不腐蚀导电连续线，外表清洁、使用安全、便于携带。
(2)维护简便，一般仅需加几次纯水，不必配酸。
(3)充电接受能力强，充电时间缩短，放电时间延长，不产生酸雾，不污染环境。
(4)自放电极低，电池久置后仍可照常使用。
(5)胶体电池水耗特别低。
(6)胶体能阻止极板活性物质脱落及减少极板弯曲，减少短路，使用寿命比铅酸蓄电池长一倍。
(7)寿命期内总价格低。
(8)在胶体电池生产过程中，胶体常压灌注方便，性能可靠，便于用户接受。
附图说明
图1为本发明与普通胶体电池的放电曲线对比图；
图2为本发明与普通胶体池的析氢析氧过电位值。
具体实施方式
本发明所述的一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液，按重量百分比包括：硅溶胶5％～10％，硫酸30％～40％，水52％～62％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.1‰～0.3‰。其中，各组分的最佳值为：硅溶胶8％，硫酸36％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.3‰，水55.97％。
通过实验，测试结果如图1所示，本发明胶体电池的放电曲线为右上方曲线，普通胶体电池的放电曲线为左下方曲线，本发明胶体电池的放电容量与放电时间较之普通胶体电池的放电时间和放电容量都有所提高。而如图2所示，本发明相对于普通胶体电池的析氢析氧过电位值也进一步增加。
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
配制胶体电解质时，取32％的硫酸、59.97％的水和0.3‰的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体([BMIm][HSO4])添加剂至于聚四氟乙烯分散桶中并固定于高速分散机上，开低速将二者混合均匀后，加入8％的硅溶胶作为凝胶剂，开至高速分散一定时间，制得胶体溶胶后，立即注入电池当中充当胶体电解液，放置待胶固后，即可进行充放电测试。
实施例2
配制胶体电解质时，取38％的硫酸、55.98％的水和0.2‰的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体([BMIm][HSO4])添加剂至于聚四氟乙烯分散桶中并固定于高速分散机上，开低速将二者混合均匀后，加入6％的硅溶胶作为凝胶剂，开至高速分散一定时间，制得胶体溶胶后，立即注入电池当中充当胶体电解液，放置待胶固后，即可进行充放电测试。

Claims (2)

1.一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液，其特征在于，按重量百分比包括：硅溶胶5％～10％，硫酸30％～40％，水52％～62％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.1‰～0.3‰。
2.根据权利要求1所述的一种含有离子液体添加剂的胶体电池电解液，其特征在于，其中硅溶胶8％，硫酸36％，1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体0.3‰，水55.97％。
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