CN102856595A - 铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法 - Google Patents

铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法，所述纳米高分散性二氧化硅,平均粒径10nm-20nm,其配制方法如下步骤：1）将纳米气相二氧化硅与去离子水混合成胶体母液；2）配制稀硫酸溶液，在加入硫酸钠、磷酸和硫酸亚锡；3）将纳米胶体母液加入稀硫酸2）中充分搅拌后形成纳米硅胶体电解液，加入聚丙烯酰胺作为絮凝剂，再加入高分子氨基硅烷偶联剂混合成纳米硅高分子复合物胶体电解液。本发明的电解液改善了凝胶特性，降低了蓄电池内阻，触变性好，并具有抗高低温性能和过放电恢复能力；从而提高了蓄电池深循环充放电特性和蓄电池容量，延长了蓄电池的使用寿命等优点。

Description

铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学铅酸蓄电池，具体说，是一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池和蓄电池组，也称为循环使用的二次化学电源蓄电池和蓄电池组，由于其价格低廉、安全可靠、循环使用寿命长等优点，被广泛的应用到国防、医疗卫生、电讯、通讯基站、电力、铁路、交通、银行、发电、交通、风能太阳能储能等领域。
铅酸蓄电池电解液，铅酸蓄电池充放电过程中会出现电极极化现象和电解液浓差极化现象。因此，蓄电池在不同的使用环境中影响蓄电池特性和性能，尤其是在低温-20℃放电时蓄电池容量降低50%；在高温55℃以上使用时电池发热失水，所以，需要开发更加适合蓄电池在不同的环境和使用条件下的电解液，符合蓄电池电极特性和性能品质的需要与提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种给蓄电池使用中提供稳定的电解液密度，电解液不水化，不分层，不龟裂，耐低温，高倍率充放电电池温升小的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200011
Figure BDA00002199904200021
余量为去离子水。
所述纳米气相二氧化硅粒径为10-20nm。
所述纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占加入量60%、20nm气相二氧化硅重量占加入量40%。
优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200022
余量为去离子水。
更优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200023
所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
所述硫酸和磷酸为分析纯。
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量比称好各种组分；
（2）将纳米气相二氧化硅与去离子水按重量比1:4在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再在分散速度：1700-2400r/min，分散温度：35-40℃，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将浓硫酸加入剩余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
所述步骤（2）中纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占60%、20nm气相二氧化硅重量占40%。
所述步骤（2）为：将20nm纳米气相二氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min。
本发明的有益效果是：本发明的电解液，具有抗高低温性能好，大电流放电倍率高，提高蓄电池额定容量，可接受快速充电模式，可保证蓄电池良好的深循环使用寿命；提高重量比能量，扩大对电池使用环境条件和性能要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200041
余量为去离子水。
所述纳米气相二氧化硅粒径为10-20nm。
所述纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占加入量60%、20nm气相二氧化硅重量占加入量40%。
优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200042
余量为去离子水。
更优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200043
Figure BDA00002199904200051
所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
所述硫酸和磷酸为分析纯。
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量比称好各种组分；
（2）将纳米气相二氧化硅与去离子水按重量比1:4在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再在分散速度：1700-2400r/min，分散温度：35-40℃，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将浓硫酸加入剩余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
所述步骤（2）中纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占60%、20nm气相二氧化硅重量占40%。
所述步骤（2）为：将20nm纳米气相二氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min。
所述纳米气相二氧化硅为凝胶剂，硫酸钠为铅晶枝阻断剂，磷酸为抗氧化剂，硫酸亚锡为导电剂，聚丙烯酰胺为稳定剂，硅烷偶联剂具有表面活性剂，提高复合物性能，起到有机和无机物质之间“分子桥”作用，耐高低温，提高电化学性能。
本发明的型纳米硅高分子复合物胶体电解液是以SiO2氢键形式构成的三维网络，水分子在两氢键之间，三维氢键将酸分子包裹在三维氢键之中作为稀硫酸的载体；在无外力触变下硫酸被二氧化硅形成凝胶状态包裹起来，形成液体固态化，在有外力的作用下包裹硫酸液体的硅囊发生触变失去剪切力，促成胶态液体的电化学反应又重新建立起来；纳米硅高分子复合物胶体电解液的凝胶和触变胶态液体的可逆性与硫酸液体电解液的电化学反应完全一致。
纳米硅高分子复合物胶体电解液的主要是：功能高分子材料是硅烷偶联剂起到了化学分子桥作用，促进了各种材料界面的结合，同时也促进了导电材料的导电速度；提高了大电流充放电的能力，由于胶态电解液的性质解决了液体电解液的分层，电极表面形成胶态膜防止了电极合金的腐蚀，阻断了活性物质微粒流动造成的微短路和微电池的形成，大大的减少了电池的自放电；由于偶联剂的加入，降低了胶态电解液的触变电阻，充放电停止后纳米硅高分子复合物胶体电解液有非常好的凝胶速度，不水化、不龟裂和抗老化，具有极好的耐高低温性能；大大的提高了电池性能和使用寿命。
实施例1
本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200061
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称好各种组分；
（2）将1公斤的20nm纳米气相二氧化硅与10公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入1.5公斤的10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将45公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的40.97公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将0.5公斤硫酸钠、0.2公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、0.03公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入0.3公斤聚丙烯酰胺和0.5公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
实施例2
本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200071
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称好各种组分；
（2）将0.6公斤的20nm纳米气相二氧化硅与6公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入0.9公斤的10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将36公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的55.37公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将0.5公斤硫酸钠、0.1公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、0.01公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入0.02公斤聚丙烯酰胺和0.5公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
实施例3
本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成：
Figure BDA00002199904200081
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称好各种组分；
（2）将1.4公斤的20nm纳米气相二氧化硅与14公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入2.1公斤的10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将45公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的34.65公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将1公斤硫酸钠、0.5公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、0.05公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入0.5公斤聚丙烯酰胺和0.8公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
上述的硅烷偶联剂可以选用氨基硅烷偶联剂，广州穗博化工助剂有限公司销售美国道康宁氨基偶联剂产品。
本发明的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液与现有的普通的电解液性能对比如下：
12V-100AH电池试验各项性能指标
Figure BDA00002199904200091
Figure BDA00002199904200101
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure FDA00002199904100011
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述纳米气相二氧化硅粒径为10-20nm。
3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占加入量60%、20nm气相二氧化硅重量占加入量40%。
4.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure FDA00002199904100012
余量为去离子水。
5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成：
Figure FDA00002199904100021
6.根据权利要求1、4或5所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述硫酸和磷酸为分析纯。
8.如权利要求1所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量比称好各种组分；
（2）将纳米气相二氧化硅与去离子水按重量比1:4在分散桶内分散混合，分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再在分散速度：1700-2400r/min，分散温度：35-40℃，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A；
（3）将浓硫酸加入剩余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B；
（4）将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。
9.根据权利要求8所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中纳米气相二氧化硅为：10nm气相二氧化硅重量占60%、20nm气相二氧化硅重量占40%。
10.根据权利要求9所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）为：将20nm纳米气相二氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度：800r/min，分散温度：25-28℃，分散20-30min，再加入10nm气相二氧化硅，分散温度：35-40℃，分散速度：800r/min，加完后在1700-2400r/min，分散40-60min。
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