CN108550922B - 一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于蓄电池技术领域，尤其是一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用，解决了现有技术铅酸蓄电池的稳定性差，电阻大，循环寿命低，且铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂原料对人体健康及生态环境都具有极大的危害性的问题，所述铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下原料：1‑丁基‑3‑甲基咪唑十二烷基硫酸酯、1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯、乙炔黑、硫酸盐、润滑脂、聚丙烯酰胺、硫酸溶液、蒸馏水。本发明所得添加剂用于铅酸蓄电池，能够有效的降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力，可大大提高铅酸蓄电池的铅酸蓄电池的容量及其循环寿命，值得推广。

Description

一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用
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胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
在蓄电池中，铅酸蓄电池有技术成熟、价格便宜、充放电性能良好、使用安全等优点，并且作为最主要的稳定电源和直流电源，被广泛应用于航空、铁路、汽车、船舶、通讯、金融、国防等各个行业中，已成为社会生产和人类生活中不可缺少的能源产品。铅酸蓄电池指电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。铅酸蓄电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。现有技术中，铅酸蓄电池一般采用铅锑合金做为板栅，但锑的存在及迁移降低了铅酸蓄电池负极析氢过电位，加大了负极析氢量。胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善，其是对铅酸蓄电池的一个较大的革新改造。铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂能有效的降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力。中国专利授权公告号CN1172396C，公告时间2004年10月20日，名称为一种复合型铅酸蓄电池电解液添加剂，包括碳素、硫酸钠、硫酸镁、乙酸钠、乙酸钴、2,6-二叔丁基对家苯酚、5-磷酸吡哆醛和蒸馏水，该添加剂虽然起到了降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力的作用。但其不足之处在于，使用该添加剂制得的铅酸蓄电池的稳定性差，电阻大，循环寿命低，且其原料中所用的乙酸钴具有强致癌性，对人体健康及生态环境都具有极大的危害性。基于上述陈述，本发明提出了一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂。
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的稳定性差，电阻大，循环寿命低，且铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂原料对人体健康及生态环境都具有极大的危害性的问题，而提出的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂及其制备方法和应用。
一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯1～5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2～20份、纳米氧化硼2～7份、亚氧化钛5～9份、纳米二硼化钛8～15份、石墨烯1～8份、乙炔黑8～1份、硫酸盐4～10份、润滑脂7～13份、聚丙烯酰胺1～3份、硫酸溶液2～8份、蒸馏水28～35份。
优选的，所述铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯2～4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4～16份、纳米氧化硼3～6份、亚氧化钛6～8份、纳米二硼化钛9～14份、石墨烯2～7份、乙炔黑7～2份、硫酸盐5～9份、润滑脂8～12份、聚丙烯酰胺1.5～2.5份、硫酸溶液3～7份、蒸馏水30～34份。
优选的，所述铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯3份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐10份、纳米氧化硼5份、亚氧化钛7份、纳米二硼化钛12份、石墨烯4份、乙炔黑4份、硫酸盐7份、润滑脂10份、聚丙烯酰胺2份、硫酸溶液5份、蒸馏水32份。
优选的，所述硫酸溶液的浓度为1.02～1.17g/cm3。
优选的，所述1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1:2～4。
本发明还提出了一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、硫酸盐、润滑脂和蒸馏水共同加入到搅拌器中，以450～650r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液A；
S2、将所述比重的亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯和乙炔黑共同加入到所述比重的硫酸中，在55～70℃的温度下，以1200～1500r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液B；
S3、将步骤S1中所得的混合液A和步骤S2中所得的混合液B共同加入到超声振荡器中，在40～48℃的温度下，振荡混合5～8min后，加入所述比重的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和聚丙烯酰胺，保温振荡至混合均匀即得。
本发明还提出了一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的应用，所述铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂与纳米二氧化硅、硫酸溶液按质量比0.5～0.8:2～3:8.5～10.5混合配制成胶体电解液用于铅酸蓄电池。
本发明提出的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，具有以下有益效果：本发明配方科学、配比严谨，配方中选用的原料绿色环保，解决了现有技术中铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂对人体健康及生态环境都具有极大危害性的弊端；配方中添加的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐能够提高析氢过电位，起到抑制析氢的作用，能够促进表面活性剂分子吸附在活性物质颗粒表面，提高晶体的成核率，从而有效抑制不可逆硫酸盐化，提高电池的循环寿命；1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和纳米氧化硼的添加能够减少铅酸蓄电池工作过程中的水损失，加快硫酸铅氧化成二氧化铅的速度，增加正极活性物质的利用率；石墨烯和乙炔黑共同作用，能够在电极中形成导电的网络，使电池寿命增加；硫酸盐的加入能够有效的阻止硫酸盐化，增加电极的实际表面积，增强其耐腐蚀性，抑制铅酸蓄电池的早期容量衰竭，提高电池的深循环寿命；亚氧化钛和纳米二硼化钛的添加能够提高析氢析氧过电位，提高铅酸蓄电池电极的化学稳定性和耐蚀性，亚氧化钛还可以提高正极活性物的成形性和利用率，从而提高铅酸蓄电池的容量；本发明制备方法简单，制备条件温和，制备成本低，易于工业化生产，所得铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂与纳米二氧化硅、硫酸溶液混合配制成胶体电解液后，即可用于铅酸蓄电池，能够有效的降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力，可大大提高铅酸蓄电池的铅酸蓄电池的容量及其循环寿命，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胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯1份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2份、纳米氧化硼2份、亚氧化钛5份、纳米二硼化钛8份、石墨烯1份、乙炔黑8份、硫酸盐4份、润滑脂7份、聚丙烯酰胺1份、硫酸2份、蒸馏水28份；其中硫酸溶液的浓度为1.02g/cm3。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、硫酸盐、润滑脂和蒸馏水共同加入到搅拌器中，以450r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液A；
S2、将所述比重的亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯和乙炔黑共同加入到所述比重的硫酸中，在55℃的温度下，以1200r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液B；
S3、将步骤S1中所得的混合液A和步骤S2中所得的混合液B共同加入到超声振荡器中，在40℃的温度下，振荡混合5min后，加入所述比重的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和聚丙烯酰胺，保温振荡至混合均匀即得。
实施例二
本发明提出的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯3份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐10份、纳米氧化硼5份、亚氧化钛7份、纳米二硼化钛12份、石墨烯4份、乙炔黑4份、硫酸盐7份、润滑脂10份、聚丙烯酰胺2份、硫酸5份、蒸馏水32份；其中硫酸溶液的浓度为1.10g/cm3。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、硫酸盐、润滑脂和蒸馏水共同加入到搅拌器中，以550r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液A；
S2、将所述比重的亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯和乙炔黑共同加入到所述比重的硫酸中，在62℃的温度下，以1350r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液B；
S3、将步骤S1中所得的混合液A和步骤S2中所得的混合液B共同加入到超声振荡器中，在44℃的温度下，振荡混合6min后，加入所述比重的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和聚丙烯酰胺，保温振荡至混合均匀即得。
实施例三
本发明提出的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐20份、纳米氧化硼7份、亚氧化钛9份、纳米二硼化钛15份、石墨烯8份、乙炔黑1份、硫酸盐10份、润滑脂13份、聚丙烯酰胺3份、硫酸8份、蒸馏水35份；其中硫酸溶液的浓度为1.17g/cm3。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、硫酸盐、润滑脂和蒸馏水共同加入到搅拌器中，以650r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液A；
S2、将所述比重的亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯和乙炔黑共同加入到所述比重的硫酸中，在70℃的温度下，以1500r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液B；
S3、将步骤S1中所得的混合液A和步骤S2中所得的混合液B共同加入到超声振荡器中，在48℃的温度下，振荡混合8min后，加入所述比重的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和聚丙烯酰胺，保温振荡至混合均匀即得。
将上述实施例一～三中制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂分别与纳米二氧化硅、硫酸溶液按质量比0.6:2.5:9混合配制成胶体电解液用于12V20Ah的铅酸蓄电池；在同等条件下，制备未加入任何添加剂的12V20Ah的铅酸蓄电池作对比例一；分别对实施例一～三和对比例一中的铅酸蓄电池进行测试，得出如下结果：
Figure BDA0001641509110000071
注：充电接受能力按GB/T22199-2010标准测试
由上述表格可知，添加本发明实施例一～三中制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的铅酸蓄电池的首次放电容量明显、循环15次的放电容量及充电接受能均明显优于未添加任何添加剂的铅酸蓄电池，且添加本发明实施例一～三中制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的铅酸蓄电池的循环寿命相比于未添加任何添加剂的铅酸蓄电池有了极大的提高。
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1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂；单独添加1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂；以及共同添加1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂；然后将上述制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂分别与纳米二氧化硅、硫酸溶液混合配制成胶体电解液用于12V20Ah的铅酸蓄电池，测得铅酸蓄电池的循环寿命如下：
Figure BDA0001641509110000081
Figure BDA0001641509110000091
由上表可知：在用量相同的情况下，单独使用1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂用于铅酸蓄电池，电池的循环寿命远远低于共同添加1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂制备的铅酸蓄电池。本发明制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂中的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐绿色环保，不仅能有效解决现有添加剂用料对人体及环境有极大危害的问题，还能显著的提高铅酸蓄电池的寿命，且制备的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂中1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1:3时，制得的铅酸蓄电池的循环寿命最长。
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)

1.一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯1～5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2～20份、纳米氧化硼2～7份、亚氧化钛5～9份、纳米二硼化钛8～15份、石墨烯1～8份、乙炔黑8～1份、硫酸盐4～10份、润滑脂7～13份、聚丙烯酰胺1～3份、硫酸溶液2～8份、蒸馏水28～35份。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯2～4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4～16份、纳米氧化硼3～6份、亚氧化钛6～8份、纳米二硼化钛9～14份、石墨烯2～7份、乙炔黑7～2份、硫酸盐5～9份、润滑脂8～12份、聚丙烯酰胺1.5～2.5份、硫酸溶液3～7份、蒸馏水30～34份。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯3份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐10份、纳米氧化硼5份、亚氧化钛7份、纳米二硼化钛12份、石墨烯4份、乙炔黑4份、硫酸盐7份、润滑脂10份、聚丙烯酰胺2份、硫酸溶液5份、蒸馏水32份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度为1.02～1.17g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂，其特征在于，所述1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1:2～4。
6.根据权利要求1-5任一项所述的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将备好的重量份的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、纳米氧化硼、硫酸盐、润滑脂和蒸馏水共同加入到搅拌器中，以450～650r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液A；
S2、将备好的重量份的亚氧化钛、纳米二硼化钛、石墨烯和乙炔黑共同加入到所述比重的硫酸中，在55～70℃的温度下，以1200～1500r/min的转速搅拌混合均匀后得混合液B；
S3、将步骤S1中所得的混合液A和步骤S2中所得的混合液B共同加入到超声振荡器中，在40～48℃的温度下，振荡混合5～8min后，加入备好的重量份的1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯和聚丙烯酰胺，保温振荡至混合均匀即得。
7.根据权利要求6所述的铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂的应用，其特征在于，所述铅酸蓄电池胶体电解液用添加剂与纳米二氧化硅、硫酸溶液按质量比0.5～0.8:2～3:8.5～10.5混合配制成胶体电解液用于铅酸蓄电池。
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