CN106356570B - 一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法，属于铅蓄电池制造技术领域。所述制备方法，包括以下步骤：(1)将气相二氧化硅与水混合，剪切分散；(2)等间隔时间取样，测定D₉₀，当连续三次的D₉₀的差值在5％以内则停止剪切分散，取出充分混合的原料，即为成品。本发明提供了一种有效的铅蓄电池胶体母液制备工艺，操作方便、分析过程简单、结果可靠，保证生产出来的胶体母液批次间的一致性。配制过程中实时监测混合样品的分散程度，本发明方法特别适用于硅基材料变更或制备工艺变化的情况。

Description

一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法

技术领域

本发明涉及铅蓄电池制造技术领域，具体涉及一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法。

背景技术

胶体电池电解质是利用二氧化硅的表面羟基在硫酸根桥联作用下，形成三维网状结构，从而固定住硫酸电解液，使其由液态转变为凝胶态。胶体电解液可以有效防止硫酸分层，使铅酸蓄电池充放电平稳；起动性能和耐深放电性能得到很好的提升；也抑制了硫酸铅晶体的长大，减少了极板的不可逆硫酸盐化，延长了电池循环寿命。

气相二氧化硅是电解质中主流胶凝剂，国内外大型胶体蓄电池厂家均采用其作为胶凝剂。如CN 103280602 B的专利文献公开一种用于铅酸蓄电池的胶体电解质，该胶体电解质包括胶凝剂、硫酸和硫酸钠，所述胶凝剂包括气相二氧化硅以及不同粒径的分散硅胶A和分散硅胶B。利用大粒径和小粒径的分散硅胶及气相二氧化硅制成胶体电解质，并同时添加有助于改善电池电化学性能的添加剂硫酸钠。在不增加胶体电解质中硅含量的前提下，实现了胶体电解质两方面关键性能的突破：首先凝胶强度有所增强；其次延长胶凝时间。

如何将二氧化硅有效的加入电池单格中，目前采用的方法也大有不同，有将气相二氧化硅粉料直接与稀硫酸进行高速剪切混合，也有将硅溶胶直接与稀硫酸进行混合，但都因为胶体电解质粘度大或胶凝时间短等问题造成难以灌胶、设备要求高等问题。后续出现先进行以气相二氧化硅配制成胶体母液后再与稀硫酸进行混合的方式，基本可消除前述问题.

目前，胶体母液的制备尚无一套完整的制备工艺，胶体母液的质量参差不齐，会严重影响蓄电池的性能。CN 104051796 A的专利文献公开了一种蓄电池胶体母液的配方及其制备方法，所述配方的百分比如下：二氧化硅12％～16％，纯水80％～87％，添加剂0.4％～0.6％；所述制备方法：步骤一：将按上述比例的原料放入密闭容器中；步骤二：使用搅拌机对密闭容器中的原料进行搅拌25min～40min；步骤三：将充分混合搅拌后的原料取出，即为成品。步骤二中对原料进行搅拌的同时，向密闭容器的夹层中注入冷水进行降温，所述密闭容器中的温度需保持在30℃～40℃。通过一系列的制备方法制作出拥有较好品质的胶体母液，提高使用其胶体母液的蓄电池的质量，并且通过控温搅拌，使胶体母液的品质得到极大的提升，增加了产品的出产量。

在实际生产中发现提升胶体母液品质的前提是气硅胶体分散液必须分散充分、足够均匀，而目前尚无相关制备工艺的报道。

发明内容

本发明提供了一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法，制备过程中通过比较粒度值判断胶体母液的分散均匀程度，可在短时间内确定分散配制工艺是否合适，为生产高质量的胶体母液提供工艺保障。

一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将气相二氧化硅与水混合，剪切分散；

(2)等间隔时间取样，测定D₉₀，当连续三次的D₉₀的差值在5％以内则停止剪切分散，取出充分混合的原料，即为成品。

本发明在原材料混合分散过程中，连续取样检测样品的粒度值，通过比较前后次样品的粒度值即可判断出原材料分散均匀程度。本发明以粒径D₉₀作为分析值，以nm为单位，保留一位小数修正数值。

研究表明，将连续三次D₉₀的差值在5％以内的分散液分别静置4h、24h、48h、72h、168h、336h、504h、672h后，进行黏度与粒度分析，测试值基本相当，证实了分散液已处于稳定期。同时采用该分散液制作6-DZM-20电池，测试循环寿命并分析了寿命终止时电解液分布情况，结果基本一致。实践证明，D₉₀的差值在5％以内分散均匀的效果基本一致。

铅酸动力电池极群均为有压缩率的装配(即有一定的装配压力)，对电解液的流动性有较高要求(气相二氧化硅含量会直接影响电解液的流动性，含量越高流动性越差)，同时要满足在化成充电后形成凝胶状态的电解液，此时的气相二氧化硅的含量为0.5％～2.5％，针对紧装配的动力电池优选的为0.5％～1.0％，而作为较松装配的储能电池优选的为1.8％～2.2％。因此，在制备胶体母液时，控制原材料的用量满足上述条件，作为优选，所述气相二氧化硅质量百分比为10-20％。更为优选，所述气相二氧化硅质量百分比为15％。

本发明的制备工艺可在封闭的反应釜中进行，真空抽取上述配比的原材料，利用高速剪切循环方法进行配制。为了使原材料得到有效的混合分散，在保障产量的同时节省操作时间，原材料占反应釜容积的85％～95％。

作为优选，步骤(1)中，剪切分散的线速度为20-30m/s。

更为优选，步骤(1)中，剪切分散的线速度为25m/s。气相二氧化硅分散液需要较高的剪切能量才能分散得均匀，胶体电解液中气相二氧化硅颗粒是通过羟基的氢键作用连接到一起形成三维网络结构，若搅拌形成不了剪切力则无法发挥材料的性能。

气相二氧化硅和去离子水混合之初，分散液达不到均匀分散的程度，为了节省操作成本，可选择剪切分散一段时间之后开始进行取样检测，作为优选，在剪切分散15-40min后开始进行等间隔时间取样，根据气硅固体含量的高低确定取样时间，更为优选的，固体含量为10％时剪切20min即可取样，固体含量为15％时剪切30min即可取样，固体含量为20％时剪切40min即可取样。

作为优选，间隔时间为5-10min。

高速剪切时间越短对减少工艺成本与设备损耗越有利，由于粒度分析所需时间在3～5min，更为优选，间隔时间为5min。

为了保证比较结果的准确性，取样时抽取反应釜中同一位置的样品。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明提供了一种有效的铅蓄电池胶体母液制备工艺，操作方便、分析过程简单、结果可靠，保证生产出来的胶体母液批次间的一致性。

(2)由于配制过程中实时监测混合样品的分散程度，本发明方法特别适用于硅基材料变更或制备工艺变化的情况。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明，下面结合实施案例对本发明优选的方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

在500L的反应釜中真空抽吸定量加料，高速剪切循环方式进行配制。

胶体母液组成：

纳米级气相二氧化硅，10％；

其余为去离子水。

物料占反应釜容积的95％。

配制方法：气相二氧化硅与去离子水混合，以线速度为25m/s的循环剪切机进行分散。

在循环剪切20min、25min、30min、35min、40min时分别抽取样品各100mL进行粒度分析，结果如表1所示。

表1

剪切时间	20min	25min	30min	35min	40min
						D<sub>90</sub>粒径(nm)	396.0	337.4	300.1	296.5	292.8

从5段时间取样测试结果看，30min、35min、40min的粒径测试值已趋于稳定，故停止循环剪切机工作，取出充分混合的原料，即为成品。

实施例2

在500L的反应釜中真空定量加料，高速剪切循环方式进行配制。

胶体母液组成：

纳米级气相二氧化硅，15％；

其余为去离子水。

物料占反应釜容积的90％。

配制方法：气相二氧化硅与去离子水混合，以线速度为25m/s的循环剪切机进行分散。

在循环剪切30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min时分别抽取样品各100mL进行粒度分析，结果如表2所示。

表2

剪切时间	30min	35min	40min	45min	50min	55min	60min
								D<sub>90</sub>粒径(nm)	1885.2	1282.1	711.5	451.5	315.8	301.2	294.3

从取样测试结果看，50min、55min、60min的粒径测试值已趋于稳定，故停止循环剪切机工作，取出充分混合的原料，即为成品。

实施例3

在500L的反应釜中真空抽吸定量加料，高速剪切循环方式进行配制。

胶体母液组成：

纳米级气相二氧化硅，20％；

其余为去离子水。

物料占反应釜容积的85％。

配制方法：气相二氧化硅与去离子水混合，以线速度为25m/s的循环剪切机进行分散。

在循环剪切40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min时分别抽取样品各100mL进行粒度分析，结果如表3所示。

表3

从取样测试结果看，70min、75min、80min的粒径测试值已趋于稳定，故停止循环剪切机工作，取出充分混合的原料，即为成品。

Claims (1)

1.一种铅蓄电池用胶体母液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将气相二氧化硅与水混合，剪切分散；

(2)等间隔时间取样，测定D₉₀，当连续三次的D₉₀的差值在5％以内则停止剪切分散，取出充分混合的原料，即为成品；

所述气相二氧化硅质量百分比为15％；

步骤(1)中，剪切分散的线速度为25m/s；

固体含量为15％时剪切30min后开始进行等间隔时间取样，间隔时间为5min。