CN106876801B - 一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，由原胶与硫酸配合而成，所述原胶为化学交联混合胶体，具体包括无机胶、有机胶和交联剂，所述交联剂为丁二酸和已二酸，其中，所述有机胶占胶体总重的25‑30%，无机胶占胶体总重的50‑60%，丁二酸占胶体总重的4‑8%，已二酸占胶体总重的8‑16%。本发明通过化学交联方法制成的有机无机混合胶作为铅酸蓄电池电解液，这类化学交联有机无机混合胶既有无机胶的特点（后期性能较好），又有有机胶的特点（前期性能稳定），安全可靠，使用生命周期内不水解，不变质，而且生产成本低，产业化容易，电池温度适用范围广，快速充大电流放电性能好，容量高，深循环放电寿命均有大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，具体涉及铅酸蓄电池的胶体电解液。
背景技术
胶体是一种将H2SO4固定在胶体材料中不流动的一种电液，对应用在深循环动力电池和高温环境使用的储能电池有利，胶体电解液有无机胶和有机胶两大类。
无机胶：一般指硅酸胶体，SiO2是硅酸酐，呈酸性可写成H4SiO4，呈碱性可写成Si(OH)4。
单分子硅酸不带电，呈中性分子，表面积小不稳定，在常温下容易发生聚合反应，形成聚硅酸，一般有4-12个单体，为了使SiO2粒子稳定而不聚合常在溶液中加入稳定剂（如聚酰胺，果胶、CMC等）。
Si(OH)4有吸引力，加入硫酸时有大量的H+存在，通过交换吸附，逐步完成凝胶过程：图示如下
硅胶分子彼此连成三维网状链式结构，只要体系中有近一半左右的SiO2聚合成凝胶，整个体系的粘度激增，成为固体。
成为固态后体系没有流动性，大量的H4SiO4水溶液被包裹在凝胶网络中，此时称为凝胶或称冻胶，体系还会继续进一步凝聚，凝胶网被拉得更紧，使整个凝胶体系收缩，会挤去一部分被包裹的胶体，这一现象叫脱水收缩，或称水化，同进会使体系形成裂纹，利用多聚硅酸盐SiO2网络中大量残留的H2SO4溶液（比AGM多两倍的电液量），这种胶体电液有较高的高率放电性能。
有机胶：一般指氯硅烷形成的网架有机硅烷结构，通常氯硅烷链的长短，决定了体系的粘度，甚至由液体变为固体。氯硅烷结构如下：
氯硅烷链结构如下：
根据硅烷链长（分子量大小）体系由液固态，根据分子量大小（链长短）选择一定分子量的氯硅烷做成胶体（粘稠液体）用于铅酸电池的胶态电液。
目前铅酸蓄电池用胶体电液都是单独使用有机胶或无机胶，然而单一使用有机胶或无机胶都会有一定的缺点:无机胶前期性能较差，有机胶后期性能不稳定。虽然目前已有机械物理混合有机和无机胶，性能未见太多改善。
发明内容
为克服背景技术中单独使用有机胶或无机胶的缺点，本发明研发了一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，目的在于：将有机与无机胶以化学健交联形成混合胶，根据对有机硅烷键节长短（分子量）的调控所成的有机胶体的粘度大小不同，将有机胶体和无机胶体通过一种交联剂将硅键交联而形成新胶体，新胶体与硫酸配成符合硫酸浓度的胶体电解液经灌注到电池内化成充放电，电池深循环使用寿命、高温环境使用寿命和容量均能大幅提高。
为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：
一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，由原胶与硫酸配合而成，其特征在于：所述原胶为化学交联混合胶体，具体包括无机胶、有机胶和交联剂，所述交联剂为丁二酸和已二酸，其中，所述有机胶占胶体总重的25-30%，无机胶占胶体总重的50-60%，丁二酸占胶体总重的4-8%，已二酸占胶体总重的8-16%。
所述无机胶包括SiO2、水、稳定剂和烧碱，其中SiO2含量为混合物的10-20%，稳定剂含量为混合物的0.01%-0.1%，烧碱含量为混合物的5-10%，水含量为混合物的70-85%。
所述有机胶为氯硅烷形成的有机高分子聚合物。
一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，具体生产工艺如下：
（1）先配制有机胶和无机胶：
用高速剪切方法配制无机胶：先在线速度3800-4200转的高速剪切机下高速剪切SiO215min，形成气相SiO2；然后将稳定剂和水按1:200-1：1000重量比例事先混合均匀、将烧碱和水按1：4-1：6重量比例事先混合均匀，加入气相SiO2中混合均匀形成无机胶。
用高温聚合方法制得有机胶：用SiCl4为单体，在大于1200℃高温条件下进行高温聚合反应，达到400-800分子量时形成粘稠液体，再降温至室温后形成有机氯硅烷的一种高分子聚合物有机胶。
（2）后将丁二酸和已二酸与预先配好的有机胶与无机胶进行交联，即有机分子Si和无机分子Si相互用化学键进行交联的一种化学交联方法，生成有机胶、无机胶混合胶；
有机胶体与无机胶体通过交联剂进行化学交联的反应过程及机理示意图：
当加有交联剂已二酸时将有机与无机两胶体进行交联
（3）用上述混合胶与硫酸配成胶体电解液。
本发明的这类新型胶通过化学交联将有机和无机两种胶混合，交联剂为丁二酸和已二酸，这种已二酸渗透到负极可补充负极膨胀剂代替木素、腐植酸等作用。通过化学交联保持两种胶以化学键形式实现分子间内部真正交联，这类混合胶优于简单机械混合，是真正意义的混合胶。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过化学交联方法制成的有机无机混合胶作为铅酸蓄电池电解液填补了目前国内行业空白，该种新型胶体真正为铅酸蓄电池电液固态化提供了可靠的途径，这类化学交联有机无机混合胶既有无机胶的特点（后期性能较好），又有有机胶的特点（前期性能稳定） ，安全可靠，使用生命周期内不水解，不变质，而且生产成本低，产业化容易，电池温度适用范围广，快速充大电流放电性能好，容量高，深循环放电寿命均有大幅提高。
具体实施方式
下面结合实施例和附表对本发明作进一步阐述。
实施例：一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，具体工艺配方为：配制1050KG混合胶，其中有机胶300KG，无机胶600KG，丁二酸50KG，已二酸100KG。
1、先配置无机胶和有机胶：
无机胶包括10-20%SiO2、70-85%水、0.01%-0.1%稳定剂和5-10%烧碱，先在线速度4000转左右的高速剪切机下高速剪切SiO215min，形成气相SiO2 ；然后将稳定剂和水事先按1:200-1：1000混合均匀、烧碱和水按1：4-1：6事先混合均匀加入气相SiO2中，配置成无机胶。
有机胶是用SiCl4为单体在大于1200℃高温条件下进行高温聚合反应，达到400-800分子量时形成粘稠液体，再降温后形成有机氯硅烷的一种高分子聚合物。
2、后将丁二酸和已二酸与预先配好的有机胶与无机胶进行交联，生成的有机胶无机混合胶。
3、用上述混合胶与硫酸配成符合硫酸百分含量为32.5-34%的胶体电解液。
用有机、无机和混合胶灌注6-EVF-100电池化成充电，对试验电池进行25℃常温容量、-20℃低温容量、2H快速充电接受能力、40℃高温和25℃常温条件下80%DOD循环寿命检测，对比结果如下：
由以上对比结果可以看出：用本发明化学交联混合胶与硫酸配成符合硫酸浓度的胶体电解液经灌注到电池内化成充放电，经过测试电池深循环使用寿命、高温环境使用寿命和容量以及快速充大电流放电性能等均有了大幅提高。
Claims (2)
1.一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，由原胶与硫酸配合而成，其特征在于：所述原胶为化学交联混合胶体，具体包括无机胶、有机胶和交联剂，所述交联剂为丁二酸和已二酸；其中，所述有机胶占胶体总重的25-30%，无机胶占胶体总重的50-60%，丁二酸占胶体总重的4-8%，已二酸占胶体总重的8-16%；其生产工艺如下：
（1）先配制有机胶和无机胶：
用高速剪切方法配制无机胶：先在线速度3800-4200转的高速剪切机下高速剪切SiO215min，形成气相SiO2；然后将稳定剂和水按1:200-1：1000重量比例事先混合均匀、将烧碱和水按1：4-1：6重量比例事先混合均匀，加入气相SiO2中混合均匀形成无机胶；
用高温聚合方法制得有机胶：用SiCl4为单体，在大于1200℃高温条件下进行高温聚合反应，达到400-800分子量时形成粘稠液体，再降温至室温后形成有机氯硅烷的一种高分子聚合物有机胶；
（2）后将丁二酸和已二酸与预先配好的有机胶与无机胶进行交联，即有机分子Si和无机分子Si相互用化学键进行交联的一种化学交联方法，生成有机胶、无机胶混合胶；
（3）用上述混合胶与硫酸配成胶体电解液。
2.如权利要求1所述的一种化学交联的铅酸蓄电池混合胶体电解液，其特征在于：所述无机胶中SiO2含量为混合物的10-20%，稳定剂含量为混合物的0.01%-0.1%，烧碱含量为混合物的5-10%，水含量为混合物的70-85%。
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Denomination of invention: A chemically crosslinked mixed colloidal electrolyte for lead-acid batteries Effective date of registration: 20230913 Granted publication date: 20190514 Pledgee: Jiangsu Bank Co.,Ltd. Suqian Branch Pledgor: XUPAI POWER SUPPLY CO.,LTD. Registration number: Y2023980056656 |