CN102394319B - 一种蓄电池胶体电解质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓄电池胶体电解质，该胶体电解质是在现有商用的纳米气相二氧化硅胶体电解质或硅溶胶胶体电解质的配方的基础上加入占总重量0.1～0.01%的羧甲基壳聚糖实现。羧甲基壳聚糖的加入改善了电极界面层处胶体电解质内硫酸浓度的响应速度，有效提高了活性物质的利用效率，抑制了活性物质的硫酸盐化。本发明的胶体电解质可广泛应用于各类胶体蓄电池。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池中使用的电解质，具体涉及一种胶体电解质。
背景技术
胶体蓄电池电解质呈胶体状态，是一种性能更为优异的富液式密封蓄电池。但胶体状的电解质使蓄电池内阻明显增大，硫酸在胶体电解质内的迁移速率下降，这使胶体蓄电池的大电流充放电性能明显降低，电池容量减小。
发明内容
本发明针对现有胶体蓄电池电解质电阻较大、大电流充放电性能较低以及电池容量较小的问题，提供一种蓄电池胶体电解质。
本发明的技术方案如下：
一种蓄电池胶体电解质，胶体电解质本体中含硅以及复合添加剂，其特征在于在胶体电解质本体中加入了羧甲基壳聚糖，所述羧甲基壳聚糖的用量为胶体电解质总重量的0.1~0.01%。
进一步的，所述羧甲基壳聚糖分子量为2.9万~0.2万。
胶体电解质本体为现有的商用的纳米气相二氧化硅胶体电解质或硅溶胶胶体电解质。目前性能较好的商用的纳米气相二氧化硅胶体电解质的组成是：
纳米气相二氧化硅：3~7重量%；
复合添加剂包括占胶体电解质本体1～3重量%的季戊四醇，0～0.5重量%的硫酸钴，3～5重量%硫酸钠、4.5～6.5重量%的磷酸及0.05～1重量%的蒙脱土；
余量是浓度为35～45重量%的硫酸溶液。
目前性能较好的商用的硅溶胶胶体电解质的组成是：
硅溶胶：4~9重量%；
复合添加剂包括占胶体电解质本体1～3重量%的聚乙二醇200，0～0.5重量%的硫酸钴，3～5重量%硫酸钠、4.5～6.5重量%的磷酸及0.05～1重量%的蒙脱土；
余量是浓度为35～45重量%的硫酸溶液。
本发明的胶体电解质，在现有成熟的商用的纳米气相二氧化硅胶体电解质或硅溶胶胶体电解质中加入了分子量在2.9 ~0.2万范围内的羧甲基壳聚糖，这是一种水溶性壳聚糖，可以溶解在硫酸电解质中。羧甲基壳聚糖是一种聚电解质，在酸性介质中分子上的氨基可转化为正离子。当电池放电时，羧甲基壳聚糖正离子在电场的作用下向负极表面迁移，并定向排列在负极表层。在羧甲基壳聚糖迁移过程中，由于羧甲基壳聚糖聚电解质与硫酸氢根的配位作用，有效的带动了硫酸氢根负离子向负的极移动，提高了硫酸氢根离子向负极的迁移速度，有效降低了胶体电解质的内阻，改善了胶体蓄电池的大电流充放电性能；也增大了负极界面层处硫酸氢根负离子的浓度，提高了负极活性物质的利用率，从而提高电池容量。羧甲基壳聚糖的加入改善了电极界面层处胶体电解质内硫酸浓度的响应速度，有效提高了活性物质的利用效率，抑制了活性物质的硫酸盐化。
本发明电解质可用于组装不同用途的蓄电池（起动用蓄电池、固定型蓄电池、牵引用蓄电池），本发明胶体电解质配制工艺简单，极大的改善了胶体蓄电池的大电流充放电性能和容量。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
在4.995kg现有成熟纳米气相二氧化硅胶体电解质中加入分子量为0.2万的青岛盛洋化工有限公司生产的羧甲基壳聚糖5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质1#样。
本实施例中，纳米气相二氧化硅胶体电解质配方组成为：纳米气相二氧化硅7重量%，复合添加剂包括占胶体电解质1重量%的季戊四醇，0.5重量%的硫酸钴，3重量%硫酸钠、4.5重量%的磷酸及0.05重量%的蒙脱土；余量是浓度为35重量%的硫酸溶液。
实施例2
在4.9995kg现有成熟纳米气相二氧化硅胶体电解质中加入分子量为2.9万的潍坊海之源生物制品有限公司生产的羧甲基壳聚糖0.5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质2#样。
本实施例中，纳米气相二氧化硅胶体电解质配方组成为：纳米气相二氧化硅： 3重量%；复合添加剂包括占胶体电解质3重量%的季戊四醇， 5重量%硫酸钠、6.5重量%的磷酸及1重量%的蒙脱土；余量是浓度为45重量%的硫酸溶液。
实施例3
在4.9975kg现有成熟纳米气相二氧化硅胶体电解质中加入分子量为1.0万的桓台县金湖甲壳制品有限公司生产的羧甲基壳聚糖2.5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质3#样。
本实施例中，纳米气相二氧化硅胶体电解质配方组成为：纳米气相二氧化硅：5.5重量%；复合添加剂包括占胶体电解质2.1重量%的季戊四醇， 0.18重量%的硫酸钴，3.9重量%硫酸钠、5.3重量%的磷酸及0.6重量%的蒙脱土；余量是浓度为41重量%的硫酸溶液。
实施例4
在4.9985kg现有成熟纳米气相二氧化硅胶体电解质中加入分子量为1.9万的青岛云宙生化有限公司生产的羧甲基壳聚糖1.5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质4#样。
本实施例中，纳米气相二氧化硅胶体电解质配方组成为：纳米气相二氧化硅：5.8重量%；复合添加剂包括占胶体电解质2.6重量%的季戊四醇， 0.35重量%的硫酸钴，4.3重量%硫酸钠、5.6重量%的磷酸及0.2重量%的蒙脱土；余量是浓度为39重量%的硫酸溶液。
实施例5
在4.995kg现有成熟硅溶胶胶体电解质中加入分子量为0.2万的桓台县金湖甲壳制品有限公司生产的羧甲基壳聚糖5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质5#样。
本实施例中，硅溶胶胶体电解质配方组成为：硅溶胶：4重量%；复合添加剂包括占胶体电解质1重量%的聚乙二醇200，，3重量%硫酸钠、4.5重量%的磷酸及1重量%的蒙脱土；余量是浓度为35重量%的硫酸溶液。
实施例6
在4.9995kg现有成熟硅溶胶胶体电解质中加入分子量为2.9万的青岛云宙生化有限公司生产的羧甲基壳聚糖0.5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质6#样。
本实施例中，硅溶胶胶体电解质配方组成为：硅溶胶：9重量%；复合添加剂包括占胶体电解质3重量%的聚乙二醇200，0.5重量%的硫酸钴，5重量%硫酸钠、6.5重量%的磷酸及0.05重量%的蒙脱土；余量是浓度为45重量%的硫酸溶液。
实施例7
在4.998kg现有成熟硅溶胶胶体电解质中加入分子量为1.5万的潍坊海之源生物制品有限公司生产的羧甲基壳聚糖2.0g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质7#样。
本实施例中，硅溶胶胶体电解质配方组成为：硅溶胶：6.3重量%；复合添加剂包括占胶体电解质1.4重量%的聚乙二醇200，0.2重量%的硫酸钴，3.9重量%硫酸钠、5.3重量%的磷酸及0.09重量%的蒙脱土；余量是浓度为39重量%的硫酸溶液。
实施例8
在4.9975kg现有成熟硅溶胶胶体电解质中加入分子量为0.6万的青岛盛洋化工有限公司生产的羧甲基壳聚糖2.5g，在不断搅拌下溶解均匀，记作胶体电解质8#样。
本实施例中，硅溶胶胶体电解质配方组成为：硅溶胶：8.1重量%；复合添加剂包括占胶体电解质2.4重量%的聚乙二醇200，0.4重量%的硫酸钴，4.3重量%硫酸钠、6.1重量%的磷酸及0.71重量%的蒙脱土；余量是浓度为41重量%的硫酸溶液。
应用上述1#,2#,3#,4#,4#,6#,7#,8#胶体电解质装配成6V4.5A的胶体蓄电池， 极板为F1.3A，3+4-,分别记作1#,2#,3#,4#,4#,6#,7#,8#胶体蓄电池。其中对照样1#为应用成熟气相纳米二氧化硅胶体电解质装配的胶体蓄电池，对照样2#为应用成熟硅溶胶胶体电解质装配的胶体蓄电池。每一种类的胶体蓄电池均装配多个用于测试。
各胶体蓄电池性能测试结果见表1，测试条件为：
①初期容量测试
将1#,2#,3#,4#,4#,6#,7#,8#,对照样1#,对照样2#胶体蓄电池测试10hr容量：以0.1C放电至终止电压为5.25V。
②大电流放电性能测试
将①中测试10hr容量的电池充满电，以5C放电至终止电压4.8V，记录放电时间。
③荷电保持率测试
将1#,2#,3#,4#,4#,6#,7#,8#,对照样1#,对照样2#胶体蓄电池测试10hr容量，然后将电池充满电，将电池搁置在25°C环境温度下，贮存28天后，再测试10hr容量，从而确定电池的荷电保持率。测试结果表明，应用本发明胶体电解质装配的蓄电池的大电流充放电性能和容量得到了改善。
表1初期容量测试（10hr)
| 电池编号 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 对照样1# | 对照样2# |
| 放电时间 | 8h18'09'' | 8h39'00' | 8h10'33'' | 8h45'50'' | 7h54'15'' | 8h12'45'' | 8h52'31'' | 7h56'21'' | 7h14'34'' | 7h9'47'' |
表2大电流放电测试（5C)
| 电池编号 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 对照样1# | 对照样2# |
| 放电时间 | 77s | 93s | 104s | 80s | 79s | 95s | 107s | 139s | 56s | 62 |
表3荷电保持率
| 电池编号 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 对照样1# | 对照样2# |
| 初始容量 | 8h49'32'' | 7h58'43'' | 7h33'38'' | 8h07'40'' | 8h17'44'' | 8h56'19'' | 8h26'23'' | 8h21'32'' | 7h24'17'' | 7h30'6'' |
| 28d容量 | 8h20'55'' | 7h34'51'' | 6h53'42'' | 7h43'31'' | 7h48'56'' | 8h28'27'' | 7h59'3'' | 7h49'00'' | 6h21'18'' | 6h31'27'' |
| 容量保持率 | 94.602% | 95.014% | 91.197% | 95.048% | 94.214% | 94.804% | 94.602% | 93.519% | 85.824% | 86.973% |
Claims (2)
1.一种蓄电池胶体电解质，胶体电解质本体中含硅以及复合添加剂，其特征在于在胶体电解质本体中加入了羧甲基壳聚糖，所述羧甲基壳聚糖的用量为胶体电解质总重量的0.1~0.01%，胶体电解质本体的组成是：
纳米气相二氧化硅：3~7重量%；
复合添加剂包括占胶体电解质本体1～3重量%的季戊四醇，0～0.5重量%的硫酸钴，3～5重量%硫酸钠、4.5～6.5重量%的磷酸及0.05～1重量%的蒙脱土；
余量是浓度为35～45重量%的硫酸溶液。
2.根据权利要求1所述的蓄电池胶体电解质，其特征在于所述羧甲基壳聚糖分子量为2.9万~0.2万。
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