CN108470949A - 一种铅酸蓄电池用高效活性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于蓄电池技术领域，尤其是一种铅酸蓄电池用高效活性剂及制备方法，解决了现有技术铅酸蓄电池活性剂存在修复功能不全面，其仅是单纯的提升电池容量，对硫酸铅进行破坏性电流冲击，修复效果不佳，易形成电池微短路，电池修复率低的问题，所述铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下原料：硫酸盐、硫酸亚锡、二氧化锡、硫酸溶液、聚乙烯硫酸钾、1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑氯盐、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠、羟甲基磺酸钠、乙酸铵、蒸馏水。本发明提出的铅酸蓄电池用高效活性剂，所用原料安全环保，用量小，铅酸蓄电池容量修复率可高达100％，活化快，修复功能全面，易于工业化生产，值得推广。

Description

一种铅酸蓄电池用高效活性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池用高效活性剂及其制备方法。

背景技术

铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善已成为世界上广泛使用的一种化学电源，具有良好的可逆性、电压特性平稳、适用范围广、原材料丰富及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。

然而现有的铅酸蓄电池达不到使用寿命就会失效报废，剖析失效报废的铅酸蓄电池，我们可以显而易见的发现，引起铅酸蓄电池失效的原因主要包括：a、极板出现膨胀、腐蚀、钙化等；b、有效物质脱落；c、电解液干涸；d、极板硫化、硫化造成极板短路等；其中电解液干涸、极板硫化导致铅酸蓄电池失效的因素占比列最大，高大90％。电解液干涸即电解液失去水份。引起水份流失主要有以下几方面：水份电解生成的氢气或氧气离开蓄电池；板栅被腐蚀使铅(Pb)转化成二氧化铅(PbO：)过程中，氧的被吸收使含水组份失去了氧；蒸发失掉水：水蒸气也可以透过电池的壳壁直接失掉；电池内的水蒸气随氢气和氧气益出蓄电池等原因。而硫化则是铅酸蓄电池长期充电不足或过放电等等，其负极极板表面就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶。这种硫酸铅结晶是不溶于水的，不导电的难溶性硫酸铅沉淀，在常规的充电方式下很难分解，其存在降低了极板与电解液的有效接触面积，阻断了电解液与极板间的离子交换反应，这种现象被称为”不可逆硫酸盐化”，它引起蓄电池的内阻增大、容量下降，进而导致铅酸蓄电池的放电能力降低，达不到预计的使用年限。现有技术中，铅酸蓄电池修复的方法主要有大电流充电、脉冲充电、在线除硫和化学除硫几类，上述电池修复技术普遍存在电池修复不全面、操作麻烦、效果差、易造成二次污染等缺点。专利申请号：201310200492.4公开了一种铅酸蓄电池修复液的制备方法，其先采用硫酸和蒸馏水配置成硫酸溶液，然后加氯化钠、硫酸铜晶体配置混合液，最后对混合液充电，加蒸馏水配置即得铅酸蓄电池修复液。该铅酸蓄电池修复液虽能在一定程度上促进硫酸铅晶体分散，使蓄电池容量提高，延长蓄电池的使用寿命，但存在修复功能不全面，其仅是单纯的提升电池容量，对硫酸铅进行破坏性电流冲击，虽对硫化失效电池有部分效果，但容易致使极板变形损坏，活性物质脱落在两板隔板之间，从而形成微短路。不仅如此，其对其他原因造成的电池失效无修复效果。基于上述陈述，本发明提出了一种铅酸蓄电池用高效活性剂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中铅酸蓄电池活性剂存在修复功能不全面，其仅是单纯的提升电池容量，对硫酸铅进行破坏性电流冲击，修复效果不佳，易形成电池微短路，电池修复率低、修复操作麻烦、易造成二次污染的问题，而提出的一种铅酸蓄电池用高效活性剂。

一种铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：硫酸盐4～8份、硫酸亚锡0.4～0.8份、二氧化锡0.05～0.15份、硫酸溶液0.3～0.5份、聚乙烯硫酸钾2～5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐1～3份、聚丙烯酸铵5～8份、木质素磺酸钠2～5份、羟甲基磺酸钠1～1.5份、乙酸铵3～12份、蒸馏水25～40份。

优选的，所述铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：

硫酸盐5～7份、硫酸亚锡0.5～0.7份、二氧化锡0.08～0.12份、硫酸溶液0.35～0.45份、聚乙烯硫酸钾3～4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐1.5～2.5份、聚丙烯酸铵6～7份、木质素磺酸钠3～4份、羟甲基磺酸钠1.1～1.4份、乙酸铵3.3～11.2份、蒸馏水28～38份。

优选的，所述铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：

硫酸盐6份、硫酸亚锡0.6份、二氧化锡0.1份、硫酸溶液0.4份、聚乙烯硫酸钾3.5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2份、聚丙烯酸铵6.5份、木质素磺酸钠3.5份、羟甲基磺酸钠1.2份、乙酸铵6份、蒸馏水35份。

优选的，所述羟甲基磺酸钠和乙酸铵的质量比为1:3～8。

优选的，所述硫酸盐为硫酸的碱金属，具体为硫酸钾、硫酸钠和硫酸镁中的一种或任意组合物。

优选的，所述硫酸溶液的密度为1.38～1.48g/cm³，聚乙烯硫酸钾的浓度为0.02～0.035mol/L。

本发明还提出了一种铅酸蓄电池用高效活性剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取各原料备用；

S2、将步骤S1中称取的二氧化锡加入到硫酸溶液中，在85～98℃的温度下加热至完全溶解得溶液A；

S3、将步骤S1中称取的硫酸盐、硫酸亚锡、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠和羟甲基磺酸钠依次加入到蒸馏水，以300～500r/min的转速进行搅拌，完全溶解后得溶液B；

S4、将溶液A和溶液B共同加入到超声振荡器中，加入步骤S1中称取的聚乙烯硫酸钾、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和乙酸铵，在38～48℃的温度下，振荡20～30min，分散均匀即得。

本发明提出的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，具有以下有益效果：

本发明配方科学、配比严谨，所得活性剂活化能力强，该活性剂中的蒸馏水既作为电解液的补充剂，补充铅酸蓄电池使用过程中水的消耗量，同时又可以作为其他成分的反应介质；配方中采用硫酸盐和二氧化锡改善了电极板的电化学性能，有效的抑制了铅枝晶的生成，提高了干荷起动性能及活性物质利用率，增强了电池的再充电能力，防止了电池短路及早期容量衰退；硫酸亚锡可以渗透到极板的内部，缓解电池的极化，降低铅酸蓄电池的内阻，提高电池充电时电量的接受能力和电池的深度放电能力；1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和木质素磺酸钠能够有效的防止极板金属与酸液的腐蚀析氢反应，提高析氢过电位及晶体的成核率，从而起到抑制析氢、抑制PbSO₄颗粒增大和不可逆硫酸盐化的作用，增加电池的循环寿命；羟甲基磺酸钠具有强还原性，其可以辅助乙酸铵加速原本不导电的硫酸铅分解，同时脱去铅酸蓄电池充电末期或过充电状态下，产生的氧气，避免氧气与负极海绵状铅反应，从而恢复电池活性物质，降低内阻，改变充电特性到正常值，提升电池容量；本发明提出的铅酸蓄电池用高效活性剂，所用原料安全环保，制备方法简单，制备条件温和，制备成本低，所得铅酸蓄电池高效活性剂使用方便，直接将活性剂加入到铅酸蓄电池电解液中即可，铅酸蓄电池容量修复率可高达100％，用量小，活化快，修复功能全面，易于工业化生产，值得推广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本发明提出的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：

硫酸盐4份、硫酸亚锡0.4份、二氧化锡0.05份、硫酸溶液0.3份、聚乙烯硫酸钾2份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐1份、聚丙烯酸铵5份、木质素磺酸钠2份、羟甲基磺酸钠1份、乙酸铵3份、蒸馏水25份；其中硫酸盐为硫酸的碱金属，具体为硫酸钾；硫酸溶液的密度为1.38g/cm³，聚乙烯硫酸钾的浓度为0.02mol/L。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取各原料备用；

S2、将步骤S1中称取的二氧化锡加入到硫酸溶液中，在85℃的温度下加热至完全溶解得溶液A；

S3、将步骤S1中称取的硫酸盐、硫酸亚锡、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠和羟甲基磺酸钠依次加入到蒸馏水，以300r/min的转速进行搅拌，完全溶解后得溶液B；

S4、将溶液A和溶液B共同加入到超声振荡器中，加入步骤S1中称取的聚乙烯硫酸钾、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和乙酸铵，在38℃的温度下，振荡20min，分散均匀即得。

实施例二

本发明提出的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：

硫酸盐6份、硫酸亚锡0.6份、二氧化锡0.1份、硫酸溶液0.4份、聚乙烯硫酸钾3份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2份、聚丙烯酸铵7份、木质素磺酸钠4份、羟甲基磺酸钠1.2份、乙酸铵8份、蒸馏水34份；其中硫酸盐为硫酸的碱金属，具体为硫酸钠；硫酸溶液的密度为1.42g/cm³，聚乙烯硫酸钾的浓度为0.028mol/L。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取各原料备用；

S2、将步骤S1中称取的二氧化锡加入到硫酸溶液中，在92℃的温度下加热至完全溶解得溶液A；

S3、将步骤S1中称取的硫酸盐、硫酸亚锡、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠和羟甲基磺酸钠依次加入到蒸馏水，以400r/min的转速进行搅拌，完全溶解后得溶液B；

S4、将溶液A和溶液B共同加入到超声振荡器中，加入步骤S1中称取的聚乙烯硫酸钾、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和乙酸铵，在42℃的温度下，振荡25min，分散均匀即得。

实施例三

本发明提出的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，包括以下重量份的原料：

硫酸盐8份、硫酸亚锡0.8份、二氧化锡0.15份、硫酸溶液0.5份、聚乙烯硫酸钾5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐3份、聚丙烯酸铵8份、木质素磺酸钠5份、羟甲基磺酸钠1.5份、乙酸铵12份、蒸馏水40份；其中硫酸盐为硫酸的碱金属，具体为硫酸镁；硫酸溶液的密度为1.48g/cm³，聚乙烯硫酸钾的浓度为0.035mol/L。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取各原料备用；

S2、将步骤S1中称取的二氧化锡加入到硫酸溶液中，在98℃的温度下加热至完全溶解得溶液A；

S3、将步骤S1中称取的硫酸盐、硫酸亚锡、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠和羟甲基磺酸钠依次加入到蒸馏水，以500r/min的转速进行搅拌，完全溶解后得溶液B；

S4、将溶液A和溶液B共同加入到超声振荡器中，加入步骤S1中称取的聚乙烯硫酸钾、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和乙酸铵，在48℃的温度下，振荡30min，分散均匀即得。

对比例一：为中国专利号201310200492.4公开的铅酸蓄电池修复液。

采用实施例一～三中制备的铅酸蓄电池高效活性剂和对比例一的铅酸蓄电池修复液，在高效活性剂和修复液用量相同均为5mL时，分别对失效2年和失效4年的20Ah的失效铅酸蓄电池进行活性强化，并测试活化后的铅酸蓄电池的性能，得出如下结果：

表1：

由表1可知：本发明实施例一～三中制备的铅酸蓄电池高效活性剂的活性修复性能明显优于对比例一，经本发明实施例一～三中制备的铅酸蓄电池高效活性剂强化后的铅酸蓄电池无论在电池容量修复率、充电次数还是电池寿命延长时间都远超对比例一修复后的铅酸蓄电池。按上述实施例一所述步骤，在原料总重量份不变及其他各原料用量不变的情况下，分别制备单独添加羟甲基磺酸钠的铅酸蓄电池用高效活性剂；单独添加乙酸铵的铅酸蓄电池用高效活性剂；以及共同添加羟甲基磺酸钠和乙酸铵的铅酸蓄电池用高效活性剂；然后分别加入5mL至失效4年的20Ah的失效铅酸蓄电池进行活性强化，并测试活化后的铅酸蓄电池的性能，得出如下结果：

表2：

由表2可知：在用量相同的情况下，复配添加羟甲基磺酸钠和乙酸铵制备的铅酸蓄电池用高效活性剂，强化后的铅酸蓄电池无论在电池容量修复率、充电次数还是电池寿命延长时间均远远超过单独添加羟甲基磺酸钠或乙酸铵制备的铅酸蓄电池用高效活性剂；且羟甲基磺酸钠和乙酸铵的复配质量比为1:5时，所制备的铅酸蓄电池用高效活性剂的综合性能最佳。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：硫酸盐4～8份、硫酸亚锡0.4～0.8份、二氧化锡0.05～0.15份、硫酸溶液0.3～0.5份、聚乙烯硫酸钾2～5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐1～3份、聚丙烯酸铵5～8份、木质素磺酸钠2～5份、羟甲基磺酸钠1～1.5份、乙酸铵3～12份、蒸馏水25～40份。

2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：硫酸盐5～7份、硫酸亚锡0.5～0.7份、二氧化锡0.08～0.12份、硫酸溶液0.35～0.45份、聚乙烯硫酸钾3～4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐1.5～2.5份、聚丙烯酸铵6～7份、木质素磺酸钠3～4份、羟甲基磺酸钠1.1～1.4份、乙酸铵3.3～11.2份、蒸馏水28～38份。

3.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：硫酸盐6份、硫酸亚锡0.6份、二氧化锡0.1份、硫酸溶液0.4份、聚乙烯硫酸钾3.5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2份、聚丙烯酸铵6.5份、木质素磺酸钠3.5份、羟甲基磺酸钠1.2份、乙酸铵6份、蒸馏水35份。

4.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，所述羟甲基磺酸钠和乙酸铵的质量比为1:3～8。

5.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸的碱金属，具体为硫酸钾、硫酸钠和硫酸镁中的一种或任意组合物。

6.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池用高效活性剂，其特征在于，所述硫酸溶液的密度为1.38～1.48g/cm³，聚乙烯硫酸钾的浓度为0.02～0.035mol/L。

7.根据权利要求1-6任一项所述的铅酸蓄电池用高效活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取各原料备用；

S2、将步骤S1中称取的二氧化锡加入到硫酸溶液中，在85～98℃的温度下加热至完全溶解得溶液A；

S3、将步骤S1中称取的硫酸盐、硫酸亚锡、聚丙烯酸铵、木质素磺酸钠和羟甲基磺酸钠依次加入到蒸馏水，以300～500r/min的转速进行搅拌，完全溶解后得溶液B；

S4、将溶液A和溶液B共同加入到超声振荡器中，加入步骤S1中称取的聚乙烯硫酸钾、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和乙酸铵，在38～48℃的温度下，振荡20～30min，分散均匀即得。