CN106099209B - 一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法，属于电化学技术领域；所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂由以下组分组成：明矾、一水合硫酸锂、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P、L‑丝氨酸、其余为密度ρ＝1.28g/mL的硫酸水溶液；本发明提供一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法，采用本发明提供的上述电解液，能在不降低‑18℃低温高倍率放电性能的前提下，显著性提高现有富液管式动力以及富液平板动力铅酸蓄电池的充电接受能力10％以上，具有水耗低、价格低廉、易于大规模工业化推广生产等一系列显著优点。

Description

一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法。
背景技术
动力铅酸蓄电池对充电接受能力和低温高倍率放电性能及循环寿命有较高的技术要求。提高充电接受能力和低温高倍率放电性能传统的途径有很多，但是最简单快捷、最实用的是方式是采用电解液添加剂进行改善。
由于行业内针对动力铅酸蓄电池充电接受能力和低温高倍率放电性能的改善，主要的技术解决方案集中在以下几个方面：
(1)极板厚度减薄，增加极群组中正负极片数。此举措可提高蓄电池内阻，降低充放电时电化学极化现象，提高充电接受能力和低温放电性能，但是极板减薄后，板栅筋条有部分会外漏，板栅腐蚀风险加剧，同时极板减薄对于涂填设备及工艺控制质量标准要求较高。
(2)正负极配方改进，如增加极板含酸量、负极增加碳含量等手段。增加极板含酸量可以提升充电接受能力和低温性能，但是对于循环寿命不利。负极增加碳材料含量，在一定程度上可以提升充电接受能力，但是会降低负极析氢过电位，造成负极析氢加剧，水耗增加。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法，采用本发明提供的上述电解液添加剂，能在不降低-18℃低温高倍率放电性能的前提下，显著性提高现有富液管式动力以及富液平板动力铅酸蓄电池的充电接受能力10％以上，具有水耗低、价格低廉、易于大规模工业化推广生产等一系列显著优点。
为了实现上述目的，本发明所采用以下技术方案来实现：
所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂由以下组分组成：明矾、一水合硫酸锂、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P、L-丝氨酸、其余为密度ρ＝1.28g/mL的硫酸水溶液。
进一步，所述的各个组分的摩尔浓度分别为：明矾：0.05-0.2mol/L、一水合硫酸锂：0.25-0.5mol/L、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P：0.05-0.15mol/L、L-丝氨酸：0.1-0.3mol/L。
进一步，所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法包括以下步骤：
a、将明矾和一水合硫酸锂加入到密度为ρ＝1.28g/mL的空白硫酸溶液中，充分搅拌至晶体全部溶解；
b、再向上述a步骤所述溶液中加入三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P，充分搅拌至全部溶解；
c、最后向上述b步骤所得溶液中加入L-丝氨酸，充分搅拌至全部溶解。
进一步，所述明矾晶体含有18个结晶水，有效含量大于99％。
进一步，三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P是一种咪唑类季铵盐离子液体，阳离子为咪唑类季铵盐，阴离子为三氟甲基磺酸根，其有效含量不低于98％，Fe、Mn、Cu、Cl杂质元素含量不高于5ppm，其具体结构如下:
进一步，所述L-丝氨酸是一种手性氨基酸化合物，加入硫酸溶液后，两分子的L-丝氨酸与硫酸溶液中的两分子H质子发生季铵盐反应并结合一分子硫酸根形成稳定络合结构，同时羧基上的H及羟基上的H可与硫氧双键上的O通过静电作用产生氢键，对硫酸电解液起部分固定作用，其具体结构如下:
本发明积极有益效果为：
(1)加入一定量的明矾一水合硫酸锂，可提高部分溶液的导电性，提高充电接受能力，同时降低低温高倍率放电时电化学极化，改善低温性能。
(2)加入一定量的三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P可抑制PbSO4颗粒的增大和不可逆硫酸盐化，提高了电池的循环寿命。
(3)加入一定量的L-丝氨酸可改善Pb2+与部分阴离子的吸附能力，降低溶液的表面张力，提高析氢过电位，抑制氢气的析出，降低水耗。
采用本发明提供的上述电解液，能在不降低-18℃低温高倍率放电性能的前提下，显著性提高现有富液管式动力以及富液平板动力铅酸蓄电池的充电接受能力10％以上，具有水耗低、价格低廉、易于大规模工业化推广生产等一系列显著优点。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法由以下步骤制得：
(1)将摩尔浓度为0.05mol/L的明矾33.3g和摩尔浓度为0.25mol/L的一水合硫酸锂51.1g加入到1000mL密度为ρ＝1.28g/mL的空白硫酸溶液中，充分搅拌至晶体全部溶解。
(2)再向上述(1)步骤所述溶液中加入摩尔浓度为0.05mol/L的三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P22.6g，充分搅拌至全部溶解。
(3)最后向上述(2)步骤所得溶液中加入摩尔浓度为0.1mol/L的的L-丝氨酸15.8g，充分搅拌至全部溶解，最后用微量去离子水调整电解液密度为ρ＝1.28g/mL即可。
实施例2
一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法由以下步骤制得：
(1)将摩尔浓度为0.1mol/L的明矾28.3g和摩尔浓度为0.35mol/L的一水合硫酸锂53.5g加入到1000mL密度为ρ＝1.28g/mL的空白硫酸溶液中，充分搅拌至晶体全部溶解。
(2)再向上述(1)步骤所述溶液中加入摩尔浓度为0.10mol/L的三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P20.3g，充分搅拌至全部溶解。
(3)最后向上述(2)步骤所得溶液中加入摩尔浓度为0.2mol/L的的L-丝氨酸11.85g，充分搅拌至全部溶解，最后用微量去离子水调整电解液密度为ρ＝1.28g/mL即可。
实施例3
一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法由以下步骤制得：
(1)将摩尔浓度为0.2mol/L的明矾28.3g和摩尔浓度为0.5mol/L的一水合硫酸锂53.5g加入到1000mL密度为ρ＝1.28g/mL的空白硫酸溶液中，充分搅拌至晶体全部溶解。
(2)再向上述(1)步骤所述溶液中加入摩尔浓度为0.15mol/L的三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P20.3g，充分搅拌至全部溶解。
(3)最后向上述(2)步骤所得溶液中加入摩尔浓度为0.3mol/L的的L-丝氨酸11.85g，充分搅拌至全部溶解，最后用微量去离子水调整电解液密度为ρ＝1.28g/mL即可。
实验分析
采用上述的实施例1所制备的添加剂，采用6-DG-180动力电池作为验证对象，测试添加上述复合电解液添加剂和现有添加剂前后下动力电池低温充电接受能力，测试方法具体如下：
(1)将完全充电电池(5只/组)在–18℃环境中静置20h，然后在上述两种环境中用20A电流放电至电池组端电压达到51V终止，记录放出容量即为–18℃低温20A放电容量；
(2)放电结束后在–18℃环境下按下列要求进行充电：
(2.1)采用市售智能二段式充电机进行充电，具体充电方法为：1档充电1小时，3档充电1小时，5档充电10小时；
(2.2)然后在上述两种环境中用20A电流放电至电池组端电压达到51V终止，记录放出容量即为–18℃低温20A放电容量；
(2.3)重复1～2步连续循环5次。
项目类型 –18℃低温放电容量 –18℃低温充电容量
现行(1.1％硫酸钠) 65.40Ah 69.89Ah
添加新型复合电解液添加剂 70.579Ah 76.20Ah
本发明加入一定量的明矾一水合硫酸锂，可提高部分溶液的导电性，提高充电接受能力，同时降低低温高倍率放电时电化学极化，改善低温性能；加入一定量的三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P可抑制PbSO4颗粒的增大和不可逆硫酸盐化，提高了电池的循环寿命；加入一定量的L-丝氨酸可改善Pb2+与部分阴离子的吸附能力，降低溶液的表面张力，提高析氢过电位，抑制氢气的析出，降低水耗。采用本发明提供的上述电解液，能在不降低-18℃低温高倍率放电性能的前提下，显著性提高现有富液管式动力以及富液平板动力铅酸蓄电池的充电接受能力10％以上，具有水耗低、价格低廉、易于大规模工业化推广生产等一系列显著优点。
以上对本发明实施例所提供的进行了详细介绍一种动力铅蓄电池电解液添加剂及其制备方法，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂，其特征在于：所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂由以下组分组成：明矾、一水合硫酸锂、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P、L-丝氨酸、其余为密度ρ＝1.28g/mL的硫酸水溶液，其中，所述三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P是一种咪唑类季铵盐离子液体，阳离子为咪唑类季铵盐，阴离子为三氟甲基磺酸根，其有效含量不低于98％，Fe、Mn、Cu、Cl杂质元素含量不高于5ppm，其具体结构如下:
所述的L-丝氨酸是一种手性氨基酸化合物，其与硫酸溶液的具体反应式如下:
2.根据权利要求1所述的一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂，其特征在于：所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂由以下组分按摩尔浓度组成：明矾：0.05-0.2mol/L、一水合硫酸锂：0.25-0.5mol/L、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P：0.05-0.15mol/L、L-丝氨酸：0.1-0.3mol/L，其余为密度ρ＝1.28g/mL的硫酸水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，其特征在于：所述的动力铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法包括以下步骤：
a、将明矾和一水合硫酸锂加入到密度为ρ＝1.28g/mL的空白硫酸溶液中，充分搅拌至晶体全部溶解；
b、再向上述a步骤所述溶液中加入三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P，充分搅拌至全部溶解；
c、最后向上述b步骤所得溶液中加入L-丝氨酸，充分搅拌至全部溶解。
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