CN107785621A

CN107785621A - 一种内化成胶体电解液及其配制方法

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Publication number: CN107785621A
Application number: CN201710903240.6A
Authority: CN
Inventors: 杨少华; 方亮; 邵永刚
Original assignee: Anhui Aikerui Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Aikerui Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-03-09

Abstract

本发明揭示了一种内化成胶体电解液，其特征在于，电解液的各有效化学成份占总重量的百份比：硫酸29.4％～36.6％；二氧化硅3.5％～4.8％；硫酸钾0.05％～0.50％；硫酸钠0.8％～1.8％；导热材料1.0％～6.0％；聚丙烯酰胺0.001％～0.020％；钼酸钠0.005％～0.200％；水50.080％～65.244％。本发明内化成胶体电解液的优点:综合了全硅酸钠胶体电解液和全气相二氧化硅非晶态结构胶体理化性能；有效改善胶体电池散热速度慢的问题。

Description

一种内化成胶体电解液及其配制方法

技术领域

本发明涉及电解液领域，尤其涉及内化成PVC-SIO₂胶体蓄电池的电解液配方及其配制方法。

背景技术

相对AGM隔板胶体电池，PVC-SIO₂隔板胶体电池称为全胶体电池(以下简称为胶体电池)，胶体电池内化成生产存在两个技术难点：

一是，电解液粘度高，灌胶困难。胶体电解液中二氧化硅含量高，电解液粘度极高，电解液灌入电池与碱性生极板激烈反应，电解液升温造成凝胶变稠，难以渗透到极板深处，严重影响胶体电池的容量、寿命及其他性能；

二是，电池在灌胶和化成过程中温度高、散热慢、降温难。灌胶过程产生大量中和热，化成过程不断产生电阻热，胶体电解液散热慢的特性极易造成电池高温鼓胀，更关键的是在高温下极板添加剂分解和损耗，严重影响胶体电池的容量、寿命及其他性能。

目前，大部分厂家的胶体电池还是采用外化工艺生产，部分制造商采用一次灌酸、二次灌胶内化成技术，具体步骤大致为：生极板组装电池→注入稀硫酸→电池化成充电→化成结束后放电至0V→将电池内硫酸全部倒出→注入胶体电解液→给电池充足电。采用这种技术确实完全克服了胶体电池灌胶困难，加胶和化成温度高等问题，但这种技术还存在以下缺点：

1、操作繁琐：两次注液、两次接线充电、两次拆线、电池倒酸等操作，生产工作量大，生产周期长；

2、倒出的硫酸处理麻烦：化成倒出大量硫酸，回收利用杂质含量高，不回收利用浪费严重，并且属于含铅危废，处理成本高；

3、硫酸虽然倒出，但是正负极板孔隙仍被硫酸占据，二次灌胶虽然不会发热凝胶，但也难以进入正负极板孔隙，对胶体电池寿命有较大影响；

4、其他缺陷，如：倒酸过程容易造成电池端子腐蚀、工作环境酸雾大、需要投入自动倒酸设备等。

发明内容

本发明针对上述“胶体电池内化成生产灌胶困难，灌胶和化成温度高、散热慢、降温难，以及目前胶体电池内化成技术缺陷”的问题，提出了一种内化成胶体电解液，以及该胶体蓄电解液的配制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种内化成胶体电解液，电解液的各有效化学成份占总重量的百份比：

硫酸29.4％～36.6％；

二氧化硅3.5％～4.8％；

硫酸钾0.05％～0.50％；

硫酸钠0.8％～1.8％；

导热材料1.0％～6.0％；

聚丙烯酰胺0.001％～0.020％；

钼酸钠0.005％～0.200％；

水50.080％～65.244％。

所述二氧化硅为纳米级气相二氧化硅，所述导热材料为纳米级氮化硅粉体，所述水为电导率≤2μs/cm的纯水。

一种配制所述内化成胶体电解液的方法：

步骤1、预先制备硅酸钠水溶液、二氧化硅悬浮液、硫酸溶液、聚丙烯酰胺溶液；

步骤2、向制备胶体电解液的反应釜中加入纯水；

步骤3、向反应釜内加入硅溶胶水溶液；

步骤4、向反应釜内加入硫酸溶液；

步骤5、向反应釜内加入导热材料；

步骤6、向反应釜内加入气相二氧化硅悬浮液；

步骤7、向反应釜内加入聚丙烯酰胺溶液；

步骤8、静置陈化。

所述步骤2中开启搅拌器采用低速搅拌；所述步骤3中采用低速搅拌，并持续搅拌5min以上；所述步骤4中采用高速搅拌，并持续搅拌10min以上；所述步骤5中采用高速搅拌，缓慢加入1％～6％的导热材料，并持续搅拌10min以上；所述步骤6中采用高速搅拌，并持续搅拌20min以上；所述步骤7中采用高速搅拌，并持续搅拌20min以上；所述步骤8中静置陈化时间24小时以上。

制备硅酸钠水溶液的方法：在分析纯级氢氧化钠中加入纯水溶解，在氢氧化钠水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉，采用低速或中速搅拌20～35分钟，得到硅酸钠水溶液；硅酸钠水溶液物质重量比，按纯水、氢氧化钠、气相二氧化硅为100：11～26：12～29。

制备气相二氧化硅悬浮液的方法：在纯水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉末，采用高速搅拌持续至悬浮液形成；二氧化硅悬浮液物质重量比，按纯水、纳米级气相二氧化硅为100：8～16。

制备胶体电池专用硫酸溶液方法：

60％硫酸溶液配制：按浓硫酸、纯水重量比为100：63.3，在纯水中缓慢加入浓硫酸，并低速搅拌降温至常温储存；

胶体电池专用硫酸溶液配制：按60％硫酸溶液、硫酸钾、钼酸钠重量比为100：0.08～1.02：0.01～0.41混合溶解，并低速搅拌均匀。

制备聚丙烯酰胺溶液方法：按纯水、聚丙烯酰胺重量比为100：0.03～0.67混合，并轻搅拌溶解。

低速搅拌速度控制范围在100r/min～300r/min；中速搅拌速度控制范围在300r/min～500r/min；高速搅拌速度控制范围在500r/min以上。

所述导热材料为导热材料粉体或预先制备导的导热材料悬浮液；

所述导热材料粉体为纳米级氮化硅粉体，或采用其他具有绝缘、高导热系数、化学性能稳定，且对蓄电池性能和寿命至少无损害的粉体；

所述预先制备导的导热材料悬浮液为氮化硅粉体的水溶液，预先制备导的导热材料悬浮液的制备方法与二氧化硅悬浮液制备工艺一致。

本发明内化成胶体电解液的优点:

1、综合了全硅酸钠胶体电解液和全气相二氧化硅非晶态结构胶体理化性能：

A.避免全硅酸钠胶体电解液结构不稳定，容易发生氧联不可逆凝胶，导致电池使用过程中胶体水化，硫酸密度分层的缺点；

B.避免全气相二氧化硅非晶态结构胶体粘度高，灌胶困难的缺点，与全气相二氧化硅非晶态结构胶体比，具有凝胶时间长、粘度低、流动性好的特点，在常规真空加胶机90Kpa的负压下能完全渗透极板深层；

2、有效改善胶体电池散热速度慢的问题：

A.电解液中添加的导热材料改善了胶体电解液热扩散速度慢的缺点，导热材料能快速将电池内部热量传递到电池表面，有效防止因热量扩散速度慢而导致中心区域热量聚集造成高温的问题；

B.电解液中添加的导热材料改善了胶体电池选择散热面的缺点，电池极板平行面紧贴极板或隔板，热量大、温度高、易鼓胀，而极板垂直面没有与极板直接接触，需要靠电解液传递热量到电池表面，热量扩散速度慢，温度低，散热少，电解液中加入导热材料使得电池极板垂直面与极板平行面同步散热，提高电池散热速度。

本发明配方胶体电解液能提高电解液散热速度，具有防止因热量扩散慢而聚集在电池中心区域导致内部高温的功能，无论是电池灌胶、化成，还是在电池使用过程中，都能将电池内部热量高效传递到电池表面，扩散到外界，有效控制电池温度，防止高温对电池容量、寿命或其他性能造成严重影响；

采用本发明配方胶体电解液制造电池，其粘度和流动性适中，更关键是的电解液具有导热系数大，散热性能佳的特点，配合现有的冷胶灌胶技术和冷却水循环槽化成技术，采用常规灌胶机在高负压下完全可以进行灌胶，克服了灌胶形成高温影响凝胶变稠，难以渗透到极板深处的技术难点，同时，也克服了化成过程温度高、散热慢、降温难的问题，实现了直接灌胶进行内化成技术替代现有一次灌酸、二次灌胶的内化成技术，不仅生产操作简单，人工、材料和设备成本节约，更重要的是环境无污染小，胶体凝胶结构稳定、不水化、不分层，电池性能和寿命可靠稳定。

备注：直接灌胶内化成技术，即生极板组装成电池，直接灌入胶体电解液，进行化成充电。

附图说明

下面对本发明说明书中附图作简要说明：

图1为胶体电解液配制流程图。

具体实施方式

发明配方的胶体蓄电解液的各有效化学成份占总重量的百份比：

硫酸29.4％～36.6％；

纳米级气相二氧化硅3.5％～4.8％；

硫酸钾0.05％～0.50％；

硫酸钠0.8％～1.8％；

导热材料(纳米级氮化硅粉体)1.0％～6.0％；

聚丙烯酰胺0.001％～0.020％；

钼酸钠0.005％～0.200％；

其余为电导率≤2μs/cm的纯水(以下简称为纯水)50.080％～65.244％。

上述胶体蓄电解液的配制方法如图1所示，包括以下步骤：

1)制备硅酸钠水溶液：

在分析纯级氢氧化钠中再加入纯水溶解，在氢氧化钠水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉，采用低速或中速搅拌20～35分钟，得到硅酸钠水溶液；

硅酸钠水溶液物质重量比，按纯水、氢氧化钠、气相二氧化硅为100：11～26：12～29；

2)制备气相二氧化硅悬浮液：

在纯水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉末，采用高速搅拌持续至悬浮液形成；

二氧化硅悬浮液物质重量比，按纯水、纳米级气相二氧化硅为100：8～16；

3)制备胶体电池专用硫酸溶液：

胶体电池专用硫酸溶液配制：按60％硫酸溶液、硫酸钾、钼酸钠重量比为100：0.08～1.02：0.01～0.41混合溶解，并低速搅拌均匀；

4)制备聚丙烯酰胺溶液：

按纯水、聚丙烯酰胺重量比为100：0.03～0.67混合，并轻搅拌溶解；

步骤2、在制备胶体电解液的反应釜内加入步骤1使用剩余的纯水，并开启搅拌器持续低速搅拌；

步骤3、向反应釜内加入硅溶胶水溶液，并持续低速搅拌5min以上；

步骤4、调为高速搅拌状态，向反应釜内缓慢加入胶体电池专用硫酸溶液，并持续高速搅拌10min以上；

步骤5、保持高速搅拌状态，向反应釜内缓慢加入1％～6％的导热材料(纳米级氮化硅粉体)，并持续高速搅拌10min以上；

步骤6、保持高速搅拌状态，向反应釜内加入气相二氧化硅悬浮液，并持续高速搅拌20min以上；

步骤7、保持高速搅拌状态，向反应釜内缓慢加入聚丙烯酰胺溶液，并持续高速搅拌20min以上；

步骤8、静置陈化24小时，最长保质期可达2周以上，使用前持续高速搅拌20min以上可进行电池灌注。

Claims

1.一种内化成胶体电解液，其特征在于，电解液的各有效化学成份占总重量的百份比：

硫酸29.4％～36.6％；

二氧化硅3.5％～4.8％；

硫酸钾0.05％～0.50％；

硫酸钠0.8％～1.8％；

导热材料1.0％～6.0％；

聚丙烯酰胺0.001％～0.020％；

钼酸钠0.005％～0.200％；

水50.080％～65.244％。

2.根据权利要求1所述的内化成胶体电解液，其特征在于:所述二氧化硅为纳米级气相二氧化硅，所述导热材料为纳米级氮化硅粉体，所述水为电导率≤2μs/cm的纯水。

3.一种配制如权利要求1或2所述内化成胶体电解液的方法，其特征在于：

步骤2、向制备胶体电解液的反应釜中加入纯水；

步骤3、向反应釜内加入硅溶胶水溶液；

步骤4、向反应釜内加入硫酸溶液；

步骤5、向反应釜内加入导热材料；

步骤6、向反应釜内加入气相二氧化硅悬浮液；

步骤7、向反应釜内加入聚丙烯酰胺溶液；

步骤8、静置陈化。

4.根据权利要求3所述的配制方法，其特征在于：所述步骤2中开启搅拌器采用低速搅拌；所述步骤3中采用低速搅拌，并持续搅拌5min以上；所述步骤4中采用高速搅拌，并持续搅拌10min以上；所述步骤5中采用高速搅拌，缓慢加入1％～6％的导热材料，并持续搅拌10min以上；所述步骤6中采用高速搅拌，并持续搅拌20min以上；所述步骤7中采用高速搅拌，并持续搅拌20min以上；所述步骤8中静置陈化时间24小时以上。

5.根据权利要求4所述的配制方法，其特征在于：制备硅酸钠水溶液的方法：在分析纯级氢氧化钠中加入纯水溶解，在氢氧化钠水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉，采用低速或中速搅拌20～35分钟，得到硅酸钠水溶液；硅酸钠水溶液物质重量比，按纯水、氢氧化钠、气相二氧化硅为100：11～26：12～29。

6.根据权利要求4所述的配制方法，其特征在于：制备气相二氧化硅悬浮液的方法：在纯水溶液中加入纳米级气相二氧化硅粉末，采用高速搅拌持续至悬浮液形成；二氧化硅悬浮液物质重量比，按纯水、纳米级气相二氧化硅为100：8～16。

7.根据权利要求4所述的配制方法，其特征在于：制备胶体电池专用硫酸溶液方法：

8.根据权利要求4所述的配制方法，其特征在于：制备聚丙烯酰胺溶液方法：按纯水、聚丙烯酰胺重量比为100：0.03～0.67混合，并轻搅拌溶解。

9.根据权利要求4、5、6或7所述的搅拌速度，其特征在于：低速搅拌速度控制范围在100r/min～300r/min；中速搅拌速度控制范围在300r/min～500r/min；高速搅拌速度控制范围在500r/min以上。

10.根据权利要求9所述的配制方法，其特征在于：所述导热材料为导热材料粉体或预先制备导的导热材料悬浮液；

所述导热材料粉体为纳米级氮化硅粉体；

所述预先制备导的导热材料悬浮液为氮化硅粉体的水溶液。