CN104681881B - 一种铅酸蓄电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池电解液，所述电解液由稀硫酸水溶液中混合析氧缓蚀物质、析氢缓蚀物质、酸性介质缓蚀剂、有机缓蚀剂和表面活性剂而成。本发明由于多种添加剂的添加，在浓度、混合比例上都有一定的相辅相成的作用，加入浓度过多，不但不会抑制析氢，还可能由于引入杂质，导致硫酸盐化，甚至会使析氢更为严重，加入过少，又会起不到应有的效果。添加了本发明电解液的电池循环200次之后寿命才终止，显著提高电池的使用寿命。

Description

一种铅酸蓄电池电解液
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池领域，具体涉及一种铅酸蓄电池电解液。
背景技术
随着科学技术的发展，世界石油危机、汽车尾气污染，人类的可持续发展面临巨大挑战。开发新的化学电源，改进传统电池是当今急需攻关的难题。虽然铅酸蓄电池已经有150多年的历史，但是由于其工艺成熟、性能稳定、安全性高、价格低廉等优点，所以铅酸蓄电池仍是除便携式电源外使用最为广泛的二次电池。
析氢反应是铅酸蓄电池在内的诸多二次电池在充电时负极板上所发生的副反应，析氢反应的发生，会增大电池的内压力，使电池难以密封，并且将造成电解液失水，减少电池的使用寿命，从而导致电池最终失效。
阀控式铅酸蓄电池的析氢行为受板栅合金、电解液、正负极铅膏等因素的影响，以往的研究都注重于在板栅合金中添加铋、锌等金属来改善其析氢行为，本发明中，通过在电解液中添加有效的添加剂，能显著降低铅在硫酸溶液中的溶解速率，提高铅电极上的析氢过电位，明显抑制铅电极的析氢反应的进行，提高电池使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铅酸蓄电池电解液，多种添加剂合理的配比成分，降低铅电极自放电、防止海绵铅的氧化，增加蓄电池负极板的容量；显著提高铅电极上的析氢过电位，抑制铅电极析氢反应的进行，显著提高电池的使用寿命。
本发明通过以下技术方案实现：
一种铅酸蓄电池电解液，所述电解液由稀硫酸水溶液中混合析氧缓蚀物质、析氢缓蚀物质、酸性介质缓蚀剂、有机缓蚀剂和表面活性剂而成；
每升稀硫酸水溶液中所述析氧缓蚀物质为20—600mg铈离子、900—1500mg硫酸钠其中的一种或两种混合物，所述析氢缓蚀物质为10—500mg锡离子、20—100mg锑离子、10—500mg锗离子其中一种或多种混合物，所述酸性介质缓蚀剂为400—700mg重铬酸铵、80—200mg硫酸铋其中一种或两种混合物，所述有机缓蚀剂为500—6000mg四丁基硫酸氢铵、300—2000mg 2—羟基苯甲醛、100—7000mg水性硬脂酸锌其中一种或多种混合物，所述表面活性剂为200—1000mg聚乙二醇、500—3000mg双十二烷基苯磺酸钠、300—1000mg全氟辛烷磺酸氨其中一种或多种混合物。
本发明进一步改进方案是，所述稀硫酸水溶液的浓度为1.2—1.5g/cm3。
本发明更进一步改进方案是，所述稀硫酸水溶液中的水为二次重蒸水。
（1）铈离子的存在提高了析氧过电位，抑制了铅钙合金电极上氧化膜中高电阻Pb(Ⅱ)的生成，提高了氧化膜的导电性。锡离子与锑离子以一定的比例混合，能有效提高析氢过电位；并且由于其低温下溶解度较大，补充了电池低温条件的不足，有效延长电池使用寿命。锗离子，当其在电极上沉积时，不仅可以提高析氢过电位，还能有效提高电极的导电性；
（2）全氟辛烷磺酸氨、聚乙二醇、以及双十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂加入，双十二烷基苯磺酸钠具有较大的吸附性，帮助金属离子对电极（负极）的吸附，并有效防止负极活性物质的脱落。全氟辛烷磺酸氨作为高氟化表面活性剂可以增加析氢过电位，并且可以提高电池的充电接受能力。
（3）重铬酸铵作为一种在酸性介质中的良好缓蚀剂，可以有效防止电极（金属板栅）在硫酸电解液中的腐蚀。四丁基硫酸氢铵与2—羟基苯甲醛、水性硬脂酸锌三种有机析氢缓蚀剂的加入能有效溶解在硫酸电解液中，提高析氢过电位，同时提高对电极的吸附，增加电解液的粘度。硫酸钠，硫酸铋的加入不仅可以提高负极板的析氢过电位，并且可以扩宽电极中碳的工作电位。
本发明有益效果：
本发明中铈离子、锡离子、锑离子、表面活性剂双十二烷基苯磺酸钠等的混合在硫酸溶液中提高电极的析氧过电位，减少气体的析出，从而减少了电解液中水的损失率，也改善了电池因析气而造成的电极材料膨胀而引起的松动现象；锗离子、重铬酸铵、全氟辛烷磺酸氨、硫酸钠、2—羟基苯甲醛等的混合能很明显的提高铅酸蓄电池的析氢过电位，抑制析氢，防止失水及电池循环寿命的缩短，并且可以使电池容量提高；四丁基硫酸氢铵、聚乙二醇、水性硬脂酸锌、硫酸铋、铈离子等的混合能形成吸附膜型缓蚀剂，有效提高析氢及析氧过电位，同时延长电池使用寿命。本发明由于多种添加剂的添加，在浓度、混合比例上都有一定的相辅相成的作用，加入浓度过多，不但不会抑制析氢，还可能由于引入杂质，导致硫酸盐化，甚至会使析氢更为严重，加入过少，又会起不到应有的效果。添加了本发明电解液的电池循环200次之后寿命才终止，显著提高电池的使用寿命。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步描述本发明：
实施例1
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.20g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈570mg，硫酸锡700mg，重铬酸铵500mg，四丁基硫酸氢铵2500mg，双十二烷基苯磺酸钠1000mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例2
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.25g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸钠1000mg，硝酸锗200mg，硫酸铋150mg，2—羟基苯甲醛1000mg，聚乙二醇900mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例3
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.30g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈600mg，硝酸锗300mg，重铬酸铵600mg，四丁基硫酸氢铵3000mg，水性硬脂酸锌300mg，全氟辛烷磺酸氨700mg，充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例4
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.35g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈500mg，硫酸钠1100mg，硫酸锑100mg，重铬酸铵500mg，四丁基硫酸氢铵2000mg，水性硬脂酸锌400mg，聚乙二醇500mg，充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例5
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.40g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈600mg，硫酸钠1300mg，硫酸锡800mg，硝酸锗400mg，硫酸铋120mg，四丁基硫酸氢铵1500mg，2—羟基苯甲醛1200mg，双十二烷基苯磺酸钠1200mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例6
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.30g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈600mg，硝酸锗300mg，硫酸铋130mg，2—羟基苯甲醛900mg，四丁基硫酸氢铵2500mg，聚乙二醇800mg，充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例7
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.25g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈600mg，硫酸锑180mg，硫酸锡900mg，硫酸铋170mg，四丁基硫酸氢铵2000mg，水性硬脂酸锌2000mg，聚乙二醇600mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例8
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.29g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸钠900mg，硫酸锑120mg，硝酸锗250mg，重铬酸铵650mg，四丁基硫酸氢铵3000mg，全氟辛烷磺酸氨400mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例9
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.25g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸钠1000mg，硫酸铈500mg，硫酸锡600mg，硝酸锗800mg，重铬酸铵500mg，四丁基硫酸氢铵3500mg，水性硬脂酸锌300mg，聚乙二醇500mg，双十二烷基苯磺酸钠2000mg，充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
实施例10
取一定量的二次重蒸水，加入浓硫酸后，将密度调制成1.40g/cm3的稀硫酸水溶液，取1L稀硫酸水溶液，向其中加入硫酸铈900mg，硫酸锑170mg，硝酸锗900mg，硫酸铋100mg，水性硬脂酸锌1500mg，2—羟基苯甲醛1700mg，全氟辛烷磺酸氨600mg充分搅拌混合，得到铅酸蓄电池电解液。
本发明电解液效果测试
一、测试项目：测试该电解液对电池循环寿命的影响
二、试验条件
1.试验电池
将实施例1-10所制得的铅酸蓄电池电解液加入到按传统工艺组装成2V，400mAh的单体电池，化成后进行循环寿命测试。
2.循环条件
a、C20检测合格的电池，完全充电后按照以下循环制度进行：
5I20的电流进行2小时放电和0.5Co充电至2.45V后0.2Co充电至120%C20，静置30分钟，如此为一循环。
b、循环终止条件：
每20次循环后，用5I20的电流放电至1.75V，测定容量C。当容量降低到0.5C20以下后终止实验。
三、测试结果
电池编号：
1#-10#对应于实施例1-10的实验电池，11#对应电解液只是硫酸水溶液的空白电池。
表1：电池容量随循环次数的衰减（容量单位：mAh）
四、讨论
循环寿命
11#空白电池循环160次之后容量降低的很多而且寿命终止，而添加了添加剂的电池200次之后寿命才终止，由此可见，添加了添加剂之后电池容量增加，电池循环200次之后寿命才终止，寿命得到延长。

Claims (3)

1.一种铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述电解液由稀硫酸水溶液中混合析氧缓蚀物质、析氢缓蚀物质、酸性介质缓蚀剂、有机缓蚀剂和表面活性剂而成；
每升稀硫酸水溶液中所述析氧缓蚀物质为20—600mg铈离子、900—1500mg硫酸钠其中的一种或两种混合物，所述析氢缓蚀物质为10—500mg锡离子、20—100mg锑离子、10—500mg锗离子其中一种或多种混合物，所述酸性介质缓蚀剂为400—700mg重铬酸铵、80—200mg硫酸铋其中一种或两种混合物，所述有机缓蚀剂为1500—3500mg 四丁基硫酸氢铵、900—1700mg 2—羟基苯甲醛、300—1500mg 水性硬脂酸锌其中一种或多种混合物，所述表面活性剂为500—900mg 聚乙二醇、1000—2000mg 双十二烷基苯磺酸钠、400—700mg 全氟辛烷磺酸氨其中一种或多种混合物。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述稀硫酸水溶液的浓度为1.2—1.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述稀硫酸水溶液中的水为二次重蒸水。
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