CN106972173A - 一种蓄电池极板添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的组分：改性石墨烯20～40份、四碱式硫酸铅18～27份、气相法纳米二氧化硅23～42份、2，6‑二叔丁基‑4‑羟基甲苯5～12份、2‑巯基‑苯并咪唑3～8份、纯水10～20份。所述蓄电池极板添加剂能够增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率，增强极板强度，提高极板的导电性能和活性物质的表面利用率，有效减小硫酸铅颗粒尺寸，降低极化，提高硫酸铅向负极铅转化效率，达到增大充电接受能力和延长蓄电池使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明属蓄电池技术领域，具体涉及一种蓄电池极板添加剂及其制备方法。
背景技术
目前，铅酸蓄电池因其价格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和适于大电流放电等特点，已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种，汽车、通信、电力、铁路、电动车等各个领域都离不开蓄电池。铅酸蓄电池在使用过程中随着充放电次数的增加，放电容量会不断减小，最终导致电池失效，失效的原因归结起来有以下几种：①正极板的腐蚀变形；②正极活性物质软化脱落；③不可逆的硫酸盐化；④容量过早损失；⑤热失控。其中导致电池失效的最常见的原因通常是负极板不可逆的硫酸盐化。
铅酸蓄电池在工作时，正负极板都会生成硫酸铅，硫酸铅难溶于水，几乎不导电。放电初期，生成的硫酸铅结晶较小，充电时，在电场的作用下，细小的硫酸铅晶体比较容易溶解在硫酸电解液中被还原成活性物质铅；随着充放电次数的增加，细小的硫酸铅结晶容易团聚成粗大坚硬的结晶，而粗大的硫酸铅晶体在充电过程中很难被还原成铅，导致不可逆的硫酸盐化加剧，降低活性物质的利用率，电池的充电接受能力降低，最终使电池失效。
针对蓄电池的失效机制，经过这么多年的技术发展，人们普遍认为向蓄电池正、负极板活性物质中加入添加剂是个有效解决问题的办法，添加剂是铅酸蓄电池极板的重要组成部分，相比于正极板，负极板的添加剂种类要更复杂，用于铅酸蓄电池负极板的常见添加剂有硫酸钡、腐殖酸、木素磺酸盐等，这些添加剂往往一同加入负极板中，虽然上述这些添加剂对蓄电池的使用性能有所改善，但是最致命的硫酸盐化问题仍然没有得到解决。
发明内容
本发明提供了一种蓄电池极板添加剂及其制备方法，所述蓄电池极板添加剂能够增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率，增强极板强度，提高极板的导电性能和活性物质的表面利用率，有效减小硫酸铅颗粒尺寸，降低极化，提高硫酸铅向负极铅转化效率，达到增大充电接受能力和延长蓄电池使用寿命的目的。
为了解决现有技术存在的问题，采用如下技术方案：
一种蓄电池极板添加剂，，包括以下重量份的组分：改性石墨烯20～40份、四碱式硫酸铅18～27份、气相法纳米二氧化硅23～42份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯5～12份、2-巯基-苯并咪唑3～8份、纯水10～20份。
优选的，所述蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的组分：改性石墨烯25～32份、四碱式硫酸铅21～25份、气相法纳米二氧化硅35～41份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯8～11份、2-巯基-苯并咪唑4～7份、纯水13～18份。
优选的，所述蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的组分：改性石墨烯27份、四碱式硫酸铅23份、气相法纳米二氧化硅38份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯10份、2-巯基-苯并咪唑5份、纯水15份。
优选的，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于190～200℃的反应釜中保温15～17小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
优选的，所述十二烷基磺酸钠的浓度为5～8%。
优选的，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
优选的，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的1%～3%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散20～30分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
本发明与现有技术相比，其具有以下有益效果：
本发明所述的蓄电池极板添加剂以改性石墨烯和气相法纳米二氧化硅为原料，增大铅酸蓄电池极板的比表面积和孔隙率，增强极板强度，提高极板的导电性能和活性物质的表面利用率，有效减小硫酸铅颗粒尺寸，降低极化，提高硫酸铅向负极铅转化效率，达到增大充电接受能力和延长蓄电池使用寿命的目的；本发明所述的蓄电池极板添加剂中还加入了2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑，通过这两种化合物的协同效应，产生抗氧化、抗腐蚀去沉积物作用，把蓄电池极板保护起来，在蓄电池氧化还原过程中以致不生成硫酸铅沉积物，从而有效保持其电荷的附着面积，使电荷传递通畅，极大地提高蓄电池的使用功能，达到延长蓄电池使用寿命的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的原料：改性石墨烯20份、四碱式硫酸铅18份、气相法纳米二氧化硅23份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯5份、2-巯基-苯并咪唑3份、纯水10份。
其中，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于190℃的反应釜中保温15小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
其中，所述十二烷基磺酸钠的浓度为5%。
其中，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
其中，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的1%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散20分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
实施例2
本实施例涉及一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的原料：改性石墨烯40份、四碱式硫酸铅27份、气相法纳米二氧化硅42份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯12份、2-巯基-苯并咪唑8份、纯水20份。
其中，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于200℃的反应釜中保温17小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
其中，所述十二烷基磺酸钠的浓度为8%。
其中，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
其中，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的3%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散30分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
实施例3
本实施例涉及一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的原料：改性石墨烯25份、四碱式硫酸铅21份、气相法纳米二氧化硅35份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯8份、2-巯基-苯并咪唑4份、纯水13份。
其中，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于195℃的反应釜中保温16小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
其中，所述十二烷基磺酸钠的浓度为6%。
其中，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
其中，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的2%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散25分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
实施例4
本实施例涉及一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的原料：改性石墨烯32份、四碱式硫酸铅25份、气相法纳米二氧化硅41份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯11份、2-巯基-苯并咪唑7份、纯水18份。
其中，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于198℃的反应釜中保温16小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
其中，所述十二烷基磺酸钠的浓度为7%。
其中，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
其中，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的3%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散24分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
实施例5
本实施例涉及一种蓄电池极板添加剂，包括以下重量份的原料：改性石墨烯27份、四碱式硫酸铅23份、气相法纳米二氧化硅38份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯10份、2-巯基-苯并咪唑5份、纯水15份。
其中，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于192℃的反应釜中保温17小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
其中，所述十二烷基磺酸钠的浓度为8%。
其中，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
其中，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的3%。
一种制备所述蓄电池极板添加剂的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散27分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种蓄电池极板添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：改性石墨烯20～40份、四碱式硫酸铅18～27份、气相法纳米二氧化硅23～42份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯5～12份、2-巯基-苯并咪唑3～8份、纯水10～20份。
2.根据权利要求1所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：改性石墨烯25～32份、四碱式硫酸铅21～25份、气相法纳米二氧化硅35～41份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯8～11份、2-巯基-苯并咪唑4～7份、纯水13～18份。
3.根据权利要求1所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：改性石墨烯27份、四碱式硫酸铅23份、气相法纳米二氧化硅38份、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯10份、2-巯基-苯并咪唑5份、纯水15份。
4.根据权利要求1所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述改性石墨烯由以下方法制得：（1）将氧化石墨与十二烷基磺酸钠混合，再加入去离子水，搅拌均匀后置于数控超声机中超声2.5小时，得到氧化石墨烯水溶液；（2）将氧化石墨烯水溶液先置于190～200℃的反应釜中保温15～17小时，再置于低温环境中干燥，即可的得到所述改性石墨烯。
5.根据权利要求4所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述十二烷基磺酸钠的浓度为5～8%。
6.根据权利要求1所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述气相法纳米二氧化硅的比表面积为500m2/g，粒径为0.5nm。
7.根据权利要求1所述的蓄电池极板添加剂，其特征在于，所述蓄电池极板添加剂为蓄电池极板中铅粉含量的1%～3%。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述蓄电池极板添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取改性石墨烯、四碱式硫酸铅、气相法纳米二氧化硅、2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯、2-巯基-苯并咪唑、纯水，备用；
（2）将2，6-二叔丁基-4-羟基甲苯和2-巯基-苯并咪唑溶于纯水，放入超声波分散机中超声分散20～30分钟，得混合液；
（3）将改性石墨烯和四碱式硫酸铅分别置于研磨机中研磨成粉末后与气相法纳米二氧化硅混合，然后加入至步骤（2）得到的混合液中，搅拌混合均匀后，置于高速剪切分散机中高速剪切分散，形成所述蓄电池极板添加剂。
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