CN1036479A - 铅蓄电池硅凝胶剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铅蓄电池凝胶电解质所用硅凝胶剂 的制备方法。本发明方法使用纯度为5～15兆欧的。 高纯水对工业硅酸钠以10～12∶1的重量比例进行 溶解稀释，使该溶液先通过阳离子交换树脂处理，再 经阴离子交换树脂处理，加入适量的分析纯 Na2SiO3·9H2O作为稳定剂，使溶液pH值达到12 ～14，最后以4∶1～3∶1的重量比例浓缩，得到比 重为1.075～1.99、含SiO2重量比为11.7～15％、 Na2O重量比为0.26～0.35％，pH值为12～14的硅 凝胶剂。

Description

本发明涉及铅蓄电池硅凝胶体电解质所用硅凝胶剂的制备方法。
铅蓄电池是汽车、拖拉机上电源之一，主要作用是在发动机起动时给它提供大电流，它也可与计算机、通讯设备、太阳能系统等配套使用，但使用寿命低，维护麻烦。在七十年代，硅凝胶电解质电池问世，使铅蓄电池技术向前推进了一大步。硅凝胶电解质的最大优点是使蓄电池电解质具有触变性，而该触变性主要是由二氧化硅凝胶的触变性而来，与二氧化硅细粒的环状结构有关。在二氧化硅细粒的每一个环状结构上由17个Si-O四面体形成一个十六圆环，环外围有游离的顶点氧，被生成的羟基保护起来，以阻止硅-氧进一步键合，当它静止时，环间靠羟基生成氢键彼此联结，构成链状、网状细小微粒，当各环彼此相联组成锥网状结构时，将大量“自由水”包裹在网状空隙中，形成疏松而不稳定的空架结构，呈凝胶状。但是氢键键能较小，稍加剪切应力就能破坏这种结构，从而使被裹的“自由水”得到释放，而硅胶流动性又重新恢复，这就是硅凝胶电解质的触变性，硅凝胶电解质与酸-水电解质的主要区别在于该触变性能，正是由于存在触变性能，才使硅凝胶电解质铅-酸蓄电池具有一系列优点。在现有技术中将硅凝胶剂如硅酸钠（水玻璃）或无定形SiO2粉末与硫酸混合起来使用，往往由于触变性不佳或杂质多而不能令人满意。《煤矿安全》1980年报导了使用经离子交换处理后的纯净硅酸钠溶液与硫酸混合制成硅凝胶电解质;英国专利2088623使用无定形SiO2粉末同时加入丙三醇作为稳定剂;在WO 86/07496中介绍了在第二部分的硅凝胶电解质中含有硅酸，其SiO2颗粒为0.01～0.1微米并加入H3PO4作为稳定剂，以上所报导的铅蓄电池电解质都由于加入了硅凝胶剂而使蓄电池寿命提高，但是还存在有缺点诸如蓄电池容量较低，低温起动能力较差。
本发明目的在于改进从工业硅酸钠制备硅凝胶剂的工艺方法，通过改变的工艺方法来改善Na2O和SiO2的含量以及它们在由SiO2环彼此相联而成的网状结构中的状态，从而改进硅凝胶体电解质的触变性能，提高铅蓄电池的容量和低温起动能力。
本发明的目的是这样达到的：在操作中控制原料的纯度，在操作中控制溶解稀释比例、PH值、比重和溶液浓缩比及加入稳定剂来改善硅凝胶的触变性能，从而改善硅凝胶电解质触变性能。
本发明方法的工艺流程见附图1。
将工业硅酸钠用纯度为5～15兆欧的高纯水溶解稀释后，先经阳离子交换树脂处理，再经阴离子交换树脂处理，在其中加入分析纯级的硅酸钠（Na2SiO2·9H2O）使溶液PH值提高到12～14，随后在搪瓷罐内浓缩，即得到本发明硅凝胶剂。
现在对本发明方法详细说明如下：
所用原料为国标工业硅酸钠（水玻璃），其比重为1.376～1.386，含Na2O重量比为8.52～9.09%，SiO2重量比为27.2～29.1%，模数为1∶3.3±0.1，NaCl重量比≤1.5%，Fe重量比≤0.04%，水不溶物重量比≤0.1%。用纯度为5～15兆欧的高纯水以10～12∶1的重量比例将上述工业硅酸钠溶解稀释，使其达到比重为1.03～1.06，这个比重数字是以后溶液浓缩比例的基础，稀释后使沉淀24小时，以便使某些不溶物沉淀下来，随后使该溶液通过充满阳离子交换树脂的交换柱，由于在阳离子交换树脂分子网络中酸性基团的作用，使溶液纯化并使其pH值达到2～3，再使此溶液通过充满阴离子树脂的交换柱，由于在阴离子交换树脂分子网络中碱性基团的作用，使溶液纯化并使其pH值提高到8～9，然后在其中加入含适量分析级硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）溶液作为稳定剂，使溶液的pH值提高到12～14，最后进行浓缩操作，浓缩重量比例为4∶1～3∶1，得到比重为1.075～1.99、pH值为12～14的硅凝胶剂。
根据发明人多年的研究经验，用本发明工艺方法所得硅凝胶剂所以能够使它与适量硫酸混合后的电解质获得最佳触变性埽饕强刂屏巳芤旱拇慷龋纳屏薔a2O在硅凝胶电解质中的含量和状态。在现有技术中只提到SiO2对硅凝胶电解质触变性能的贡献，一般都说明SiO2含量范围或SiO2颗粒大小，但未见有关于Na2O对硅凝胶电解质触变性能所起作用、Na2O在硅凝胶电解质中含量范围的报导。本发明方法中用离子交换树脂的目的不仅是净化硅酸钠溶液，主要靠该处理来控制SiO2和Na2O在该溶液中的含量，先用阳离子交换树脂再用阴离子交换树脂处理的次序也不能改变。加入分析纯硅酸钠溶液作为稳定剂将溶液的PH值提高到12～14，特别是浓缩操作，其目的都是提高或调整Na2O在硅酸钠溶液中的含量和改善SiO2和Na2O的状态，特别是Na2O改善了由SiO2环彼此相联而成的网状结构，从而触变性能得到改善。还由于Na2O的增加及状态的改善，能进一步提高蓄电池正极活性物质在硅凝胶电解质中的利用率，从而蓄电池的容量增加。
用本发明方法制备的硅凝胶剂：比重为1.75～1.99，pH值为12～14，含SiO2的重量比为11.7～15%，Na2O的重量比为0.26～0.35%，Fe的重量比≤0.00038%。用在本发明硅凝胶剂比重范围内的各种比重的本发明硅凝胶剂可与不同比重的适量硫酸混合，但最后混合电解质的比重应为1.23～1.25，才能使铅蓄电池获得最佳性能。
以下介绍本发明方法一个实施例：
取国标工业硅酸钠（水玻璃），以11∶1的重量比例用纯度为10兆欧的高纯水将其溶液稀释，稀释到比重为1.04，经沉淀24小时后，使溶液通过阳离子交换树脂的交换柱处理，pH值为3，再通过阴离子交换树脂交换柱处理，pH值为8.5，在其中加入适量的分析纯硅酸钠溶液，使其pH值达到13，然后以3∶1的重量比例进行浓缩，得到pH值为13、含SiO2重量比为13%，Na2O重量比为0.30%，比重为1.085的硅凝胶剂。使用此硅凝胶剂与比重为1.50的硫酸以3∶7的重量比例混合，配成比重为1.24的硅凝胶电解质，混合时硫酸的温度为23℃，在使用该电解质前，先将铅蓄电池充足电后，把其中的酸倒出，然后将所配的硅凝胶电解质倒入，作成铅蓄电池，所说的铅蓄电池经沈阳蓄电池研究所测试（按GB 5008.1-85起动用铅蓄电池国家标准），其容量达到101.40%，而国家指标为≥100%;低温起动能力达到1.43伏，而国家指标为≥1.40伏。
本发明硅凝胶剂的制备方法简单，质量容易控制，造价低廉，与硫酸配制成的电解质有最佳的硅凝胶触变性能，自放电显著减少，电池寿命、电池容量和低温起动能力均显著提高，可向蓄电池内一次性加入，直到蓄电池报废也无须调整酸的比重，使用方便。

Claims (2)

1、铅蓄电池硅凝胶剂的制备方法，使用工业硅酸钠的水溶液，先通过阳离子交换树脂，使pH值达到2-3，再通过阴离子交换树脂处理，使pH值达到8～9，其特征在于，所说的工业硅酸钠水溶液是因纯度为5～15兆欧高纯水对工业硅酸钠的重量比例为10～12∶1的比例溶解和稀释的，在所说的pH值为8～9的溶液中加入适量含分析纯Na2SiO3的溶液作稳定剂，使溶液pH值达到12～14，随后以4∶1～3∶1的重量比例进行浓缩，得到比重为1.075～1.99的铅蓄电池硅凝胶剂。
2、按照权利要求1所说的方法，其特征在于制备含SiO2重量比为11.7～15%，Na2O重量比为0.26～0.35%，Fe重量比≤0.00038%，pH值12～14，比重为1.075～1.99的铅蓄电池硅凝胶剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113555611A (zh) * 2021-06-30 2021-10-26 河南超威电源有限公司 一种铅酸电池用纳米胶体电解液及其制备方法

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