CN108493493A - 一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法 - Google Patents

一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铅酸蓄电池生产技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法。一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液首先准备原料：硫酸，36％；气象二氧化硅0.45％；硫酸锂0.06～0.065％；甲基纤维素0.008～0.012％；聚天冬酸胺钠盐，0.001～0.0015％；去离子水，余量。本发明提供的胶体电解液可以降低因季节变化造成的电解液分层引起的极板软化，可抑制粗大的硫酸铅晶体生成，减缓极板硫酸盐化的速率，具有优良的凝胶性和触变性，使用目前工业用的真空灌胶机便可完成一次性灌胶。

Description

一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池生产技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法。
背景技术
铅酸蓄电池由于其可靠性、广泛适用性、良好的性能和低廉的价格，一直是中国乃至国际上主流的二次电池产品。铅酸蓄电池的主要组成部分包括：正、负极板，玻璃纤维隔板，蓄电池槽，蓄电池盖，电解液(稀硫酸)，引出端子，安全阀等。电解液作为铅酸蓄电池的主要组成部分，不仅要保持电池内的离子传递，同时也参与电化学反应，其性能对铅酸蓄电池的电化学性能和循环寿命都有直接的影响。
CN1750312A公开了一种铅酸蓄电池胶体电解液，其组分由纳米级二氧化硅(SiO2)、羧甲基纤维素钠盐(CMC)、硫酸亚锡(SnSO4)、硫酸(H2SO4)以及水组成。各组分配比如下：纳米级二氧化硅(SiO2)0.2～5％，羧甲基纤维素钠盐 (CMC)0.01～0.3％，硫酸亚锡(SnSO4)0.05～0.6％，硫酸(H2SO4)35～45％，水 49.1～64.74％。
CN101894979A公开了一种铅酸蓄电池胶体电解液，包含：40wt％～47wt％的硫酸；0.8wt％～1wt％的纳米二氧化硅；0.1wt％～0.5wt％的羟乙基纤维素； 0.1wt％～0.5wt％的硫酸铵；0.1wt％～0.5wt％的磷酸；余量为水。
CN101894979A公开了一种纳米胶体蓄电池电解液，包含下列重量组分：硫酸43.0～44.0％；水54.8～55.8％；纳米二氧化硅0.8～1.5％；表面活性剂 0.008～0.013％；稳定剂0.05～0.10％；抗内阻添加剂0.008～0.013％；功能高分子材料0.02～0.04％。
以上公开的专利提供的电解液在循环过程中，电解液随着温度变化和压力变化使正负极的金属氧化物变得软硬不一，此类现状在业界称之为极板分层，最终导致极板上硬下软造成电池提前寿命结束；而电解液的分层，上下密度差异是导致铅酸蓄电池在低温下容量急剧下降的主要原因之一。为克服以上缺陷，需要在电解液中添加相应的添加剂。适的添加剂可以有效的提高电解液性能，改善电池的电化学性能。所以选择合适的电解液和电解液添加剂，一方面可以提升电池的整体性能和品质，另一方面也是铅酸蓄电池行业发展的需要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制作方法，该电解液可以降低因季节变化造成的电解液分层引起的极板软化，可抑制粗大的硫酸铅晶体生成，减缓极板硫酸盐化的速率。
本发明的技术方案是：
一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，包括如下按重量百分比计算的各组份：
具体的，一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，包括如下按重量百分比计算的各组份：
具体的，所述气相二氧化硅的原生粒径为10-15nm，比表面积为 200-250m2/g。
具体的，所述聚天冬氨酸钠盐的分子量小于30000，黏度小于1500mPa·s。
具体的，所述硫酸锂的分子量小于109.9。
具体的，所述甲基纤维素的分子量小于50000，视密度为0.3—0.5g/cm3。
如上所述的铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液的制作方法，包括如下步骤：
(1)将聚天冬氨酸钠盐溶于适量去离子水，搅拌均匀；获得溶液A；
(2)将硫酸锂加入溶液A，升温至60-80℃，搅拌均匀，获得溶液B；
(3)将甲基纤维素加入溶液B，升温至50-60℃，搅拌均匀，获得溶液C；
(4)将溶液C和去离子水混合，搅拌均匀，获得溶液D；
(5)边搅拌边往溶液D中添加气相二氧化硅，添加完成后继续搅拌均匀，获得溶液E；
(6)边搅拌边往溶液E添加硫酸，添加完成后继续搅拌均匀，获得胶体电解液。
具体的，所述步骤(1)过程中的搅拌转速为1200-1700r/min，搅拌时间为 5-10min；所述步骤(2)过程中的搅拌转速为1200-1700r/min，搅拌时间为 10-20min；所述步骤(3)过程中的搅拌转速为4500-6000r/min，线速度15～30m/s，搅拌时间为10～20min；所述步骤(4)过程中的搅拌转速为3500-5000r/min，线速度15～20m/s，搅拌时间为10～20min；所述步骤(5)过程中的搅拌转速为 3000-4000r/min，线速度15～20m/s，搅拌时间为10～15min；所述步骤(6)过程中的添加硫酸完成后继续搅拌30～90min，搅拌转速为60-150r/min。
本发明选用的甲基纤维素在热水中迅速分散、溶胀，降温后迅速溶解，水溶液在常温下相当稳定，高温时能凝胶，并且此凝胶能随温度的高低与溶液互相转变。具有优良的润湿性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，以及对油脂的不透性，提升了电解液的使用各种季节、温度、压力变化，保证吸附在隔板中的电解液不分层，能根据蓄电池使用不同状态，保证电解液粘稠度，稳定电解液不同状态下的密度，从而保证铅极板整体内阻不受电解液影响，造成电池软化，延长电池使用寿命20％以上；胶体蓄电池凝胶剂选用气相二氧化硅，气相法二氧化硅是一种高纯度白色无味的纳米粉体材料，具有增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用；添加的聚天冬氨酸钠盐有效抑制硫酸铅晶体的长大，在放电后的充电中很容易得到转换，降低硫酸铅晶体生长，从而使负板更具活性、正板更具空滤；硫酸锂可有效减缓板栅合金表面钝化膜的生长，抑制钝化，减少铅钙合金电池的PCL-1现象；
本发明提供的胶体电解液具有优良的凝胶性和触变性，使用目前工业用的真空灌胶机便可完成一次性灌胶。
具体实施方式
一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液及其制备方法，首先需要准备原料：硫酸，36％；气象二氧化硅0.45％；硫酸锂0.06～0.065％；甲基纤维素0.008～ 0.012％；聚天冬酸胺钠盐，0.001～0.0015％；去离子水，余量。
下面通过实施例进一步说明本发明的制作方法。
实施例1
将0.55g聚天冬氨酸钠盐溶于5kg去离子水，搅拌转速为1200r/min，搅拌时间为min，获得溶液A；加入30.5g硫酸锂升温至60℃后停止加温，搅拌转速为1200r/min，搅拌时间为10min获得溶液B；加入4.1g甲基纤维素，温度控制在50℃；搅拌转速为4500r/min，线速为15m/s，搅拌时间为10min，获得溶液C；加入45kg去离子水，溶液达到室温，搅拌转速为3500r/min，线速15m/s，搅拌时间为10min获得溶液D，边搅拌边往溶液D中添加175g气相二氧化硅，搅拌转速3000r/min，线速15m/s，搅拌时间为10min获得溶液E，添加完成后继续搅拌30min，往溶液E缓慢添加18kg硫酸，添加完成后继续搅拌30min，搅拌转速为60r/min获得所述胶体电解液。
所制得的电解液在25℃下密度约为1.250g/cm3，将上述电解液灌注到蓄电池(6-DZM-20)内，经过电池化成，检测到该蓄电池在荷电状态下内阻为10mΩ，首次两小时率容量放电为134min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环50次，容量放电135min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为442次。
实施例2
将0.7g聚天冬氨酸钠盐溶于5kg去离子水，搅拌转速为1700r/min，搅拌时间为10min，获得溶液A；加入32g硫酸锂升温至80℃后停止加温，搅拌转速为 1700r/min，搅拌时间为20min获得溶液B；加入5.5g甲基纤维素，，温度控制 60℃；搅拌转速为6000r/min，线速30m/s，搅拌时间为120min，获得溶液C；加入45kg去离子水，溶液达到室温，搅拌转速为5000r/min，线速20m/s，搅拌时间为20min获得溶液D，边搅拌边往溶液D中添加375g气相二氧化硅，搅拌转速为4000r/min，线速20m/s，搅拌时间为15min获得溶液E，添加完成后继续搅拌50min，往溶液E缓慢添加20.5kg硫酸，添加完成后继续搅拌90min，搅拌转速为150r/min获得所述胶体电解液。
所制得的电解液在25℃下密度约为1.340g/cm3，将上述电解液灌注到蓄电池(6-DZM-20)内，检测到该蓄电池在荷电状态下内阻为15mΩ，首次两小时率容量放电为136min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环50次，容量放电133min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为436次。
实施例3
将0.5g聚天冬氨酸钠盐溶于5kg去离子水，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间为8min，获得溶液A；加入31g硫酸锂升温至70℃后停止加温，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间为15min获得溶液B；加入5g甲基纤维素，，温度控制 55℃；搅拌转速为5000r/min，线速20m/s，搅拌时间为15min，获得溶液C；加入45kg去离子水，溶液达到室温，搅拌转速4000r/min，线速17m/s，搅拌时间为15min获得溶液D，边搅拌边往溶液D中添加300g气相二氧化硅，搅拌转速3500r/min，线速17m/s，搅拌时间为13min获得溶液E，添加完成后继续搅拌40min，往溶液E缓慢添加38kg硫酸，添加完成后继续搅拌60min，搅拌转速为90r/min获得所述胶体电解液。
所制得的电解液在25℃下密度约为1.260g/cm3，将上述电解液灌注到蓄电池(6-DZM-20)内，经过电池化成，检测到该蓄电池在荷电状态下内阻为12mΩ，首次两小时率容量放电为135min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环50次，容量放电137min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为472次。
使用本发明提供的配方和制作方法制作的抗分层电解液，经过多次试验可知能够延缓极板分层，极板上下部分强度一致没有出现上下分层现象，使极板上下部分等寿命，因此提高电池的使用寿命。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，包括如下按重量百分比计算的各组份：
2.根据权利要求1所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，包括如下按重量百分比计算的各组份：
3.根据权利要求1或2所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，所述气相二氧化硅的原生粒径为10-15nm，比表面积为200-250m2/g。
4.根据权利要求1或2所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，所述聚天冬氨酸钠盐的分子量小于30000，黏度小于1500mPa·s。
5.根据权利要求1或2所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，所述硫酸锂的分子量小于109.9。
6.根据权利要求1或2所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液，其特征在于，所述甲基纤维素的分子量小于50000，视密度为0.3—0.5g/cm3。
7.如上任意权利要求所述的铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚天冬氨酸钠盐溶于适量去离子水，搅拌均匀；获得溶液A；
(2)将硫酸锂加入溶液A，升温至60-80℃，搅拌均匀，获得溶液B；
(3)将甲基纤维素加入溶液B，升温至50-60℃，搅拌均匀，获得溶液C；
(4)将溶液C和去离子水混合，搅拌均匀，获得溶液D；
(5)边搅拌边往溶液D中添加气相二氧化硅，添加完成后继续搅拌均匀，获得溶液E；
(6)边搅拌边往溶液E添加硫酸，添加完成后继续搅拌均匀，获得胶体电解液。
8.根据权利要求7所述铅酸蓄电池用抗分层胶体电解液的制作方法，其特征在于，所述步骤(1)过程中的搅拌转速为1200-1700r/min，搅拌时间为5-10min；所述步骤(2)过程中的搅拌转速为1200-1700r/min，搅拌时间为10-20min；所述步骤(3)过程中的搅拌转速为4500-6000r/min，线速度15～30m/s，搅拌时间为10～20min；所述步骤(4)过程中的搅拌转速为3500-5000r/min，线速度15～20m/s，搅拌时间为10～20min；所述步骤(5)过程中的搅拌转速为3000-4000r/min，线速度15～20m/s，搅拌时间为10～15min；所述步骤(6)过程中的添加硫酸完成后继续搅拌30～90min，搅拌转速为60-150r/min。
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