CN110380137B - 一种铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法 - Google Patents

一种铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池电解液及制备方法，所述每升铅酸蓄电池电解液中含有硫酸盐3000‑4000mg/L、三聚磷酸钠3000‑4000mg/L、二巯基丁二酸钠2000‑5000mg/L、α‑氨基酸4000‑8000mg/L、甲磺酸1000‑4000mg/L。余量为硫酸。使用本发明提供的上述电解液，能有效减少铅酸蓄电池极板的硫酸盐化，提高铅酸蓄电池在低温环境下的放电容量和充电接受能力。

Description

一种铅酸蓄电池电解液添加剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铅酸电池电解液，尤其涉及一种提高铅酸蓄电池低温性能的电解液添加剂及制备方法。
背景技术：
铅酸蓄电池有近150年的历史，是一种非常重要的二次电池，如今在电池市场仍然占有较大的市场份额。铅酸蓄电池应用范围广，在电信、储能、汽车、备用电源等行业被大量使用。铅酸蓄电池工作环境的温度变化较大，经常需要在0℃以下的低温环境下工作，低温环境会导致铅酸蓄电池充电接受能力下降，放电容量降低。
针对铅酸蓄电池在低温环境下性能降低的问题，主要是通过向铅酸蓄电池电极、电解液中加入添加剂来解决。向铅酸蓄电池正极中加入石墨可以增加正极的导电性，可以降低电池电阻，提高活性物质的孔隙率，增大容量；在铅酸蓄电池负极和电解液中加入硫酸亚锡，可以改善铅酸电池充电接受能力，提高循环寿命；向铅酸电池负极中加入木素磺酸钠，木素磺酸钠是一种阴离子型表面活性剂，可以影响负极硫酸铅晶体的结晶过程，抑制低温下的硫酸盐化，提高充电接受能力。中国专利CN 109148844公开了一种用于超低温环境下铅酸电池负极铅膏的制备方法，配方为铅粉81.3％-83.5％；木素磺酸盐0.10％-0.15％；短纤维0.05％-0.08％；硫酸钡0.06％-0.07％；腐植酸0.40％-0.45％；乙炔黑0.17％-0.19％；表面活性剂0.25％-0.40％；稀硫酸7.0％-8.0％；纯水8.5％-9.5％，这种铅膏配方可以改善活性物质和板栅之间的界面结构，有效提高铅酸电池在超低温环境下的大电流放电能力。CN 106099209公开了一种动力铅酸蓄电池电解液添加剂及制备方法，添加剂组成为明矾、一水合硫酸锂、三氟甲基磺酸基季铵盐型离子液体P、L-色氨酸，可以在不牺牲动力铅酸电池放电能力的情况下大幅提高充电接受能力。
发明内容：
本发明的目的在于使用电解液添加剂来减少铅酸蓄电池的硫酸盐化，提高铅酸蓄电池在低温环境中的充电接受能力和放电容量。
本发明的另一个目的在于提供一种铅酸电池电解液添加剂的制备方法。
为了达到上述目的，本发明使用以下技术方法：
一种铅酸电池电解液添加剂，包含以下成分：硫酸盐、三聚磷酸钠、二巯基丁二酸钠、α-氨基酸、甲磺酸。
进一步，每升铅酸蓄电池电解液中含有硫酸盐3000-4000mg/L、三聚磷酸钠3000-4000mg/L、二巯基丁二酸钠2000-5000mg/L、α-氨基酸4000-8000mg/L、甲磺酸1000-4000mg/L，余量为硫酸。
作为优选，所述硫酸溶液密度为1.01-1.31g/cm3。
作为优选，所述硫酸盐为硫酸锂、硫酸钠、硫酸亚锡、硫酸钴或硫酸铝中的一种。
作为优选，所述α-氨基酸为半胱氨酸、天门冬氨酸或苏氨酸中的一种。
一种铅酸电池电解液添加剂的制备方法包含以下步骤：
a、向浓硫酸中加入超纯水，将浓硫酸的密度稀释为1.01-1.31g/cm3，依次向稀硫酸溶液中加入硫酸盐、三聚磷酸钠、二巯基丁二酸钠、α-氨基酸、甲磺酸，配制比例为每升铅酸蓄电池电解液中含有硫酸盐3000-4000mg/L、三聚磷酸钠3000-4000mg/L、二巯基丁二酸钠2000-5000mg/L、α-氨基酸4000-8000mg/L、甲磺酸1000-4000mg/L，余量为硫酸。
b、配制铅酸蓄电池电解液添加剂时将稀硫酸加热到30-40℃，并搅拌，搅拌转速为100-500rpm，快速搅拌3-7分钟。
本发明达到的有益效果：
(1)硫酸盐的加入可以增大电解液电导率，降低低温环境下电解液的电阻，提高铅酸蓄电池的低温性能。
(2)三聚磷酸钠、二巯基丁二酸钠、α-氨基酸都可以作为Pb2+的络合剂，三聚磷酸钠中的P3O10 5-，二巯基丁二酸钠中的巯基以及α-氨基酸中的羧基都可以与Pb2+形成络合物，提高硫酸铅在低温电解液中的溶解度，减少硫酸铅析出，有效抑制硫酸盐化，增大铅酸蓄电池在低温环境下的放电容量，提高充电接受能力。
(3)甲磺酸可以作用在正极PbO2晶体的形成过程，使PbO2的晶粒更加规则，提高铅酸蓄电池在低温环境下的充电接受能力。
附图说明：
图1是实施例1与对比例1的-20℃放电容量对比图。
图2是实施例2与对比例1的-20℃充电接受能力对比图。
图3是实施例3与对比例1的-10℃放电容量对比图。
具体实施方式：
为了进一步了解本发明，下面结合实例对本发明的优选方案进行进一步说明。但是应当理解，下面的实例仅是为了进一步对本发明的优点和特征进行说明，所描述的实例仅仅是本发明实例的一部分，而不是全部实例。
实施例1
一种铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，将浓硫酸加入到超纯水中配制成体积为1L的稀硫酸，将稀硫酸的密度调节为1.24g/cm3，向稀硫酸中依次加入硫酸钠3500mg、三聚磷酸钠4000mg、二巯基丁二酸钠4000mg、天门冬氨酸5000mg、甲磺酸2000mg。将稀硫酸温度调节为37℃，转速为300rpm，快速搅拌5分钟。
实施例2
一种铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，将浓硫酸加入到超纯水中配制成体积为1L的稀硫酸，将稀硫酸的密度调节为1.24g/cm3，向稀硫酸中依次加入硫酸亚锡3000mg、三聚磷酸钠3500mg、二巯基丁二酸钠3500mg、半胱氨酸4000mg、甲磺酸2000mg。将稀硫酸温度调节为35℃，转速为400rpm，快速搅拌5分钟。
实施例3
一种铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，将浓硫酸加入到超纯水中配制成体积为1L的稀硫酸，将稀硫酸的密度调节为1.24g/cm3，向稀硫酸中依次加入硫酸钴3200mg、三聚磷酸钠3800mg、二巯基丁二酸钠3200mg、苏氨酸5000mg、甲磺酸3000mg。将稀硫酸温度调节为36℃，转速为320rpm，快速搅拌5分钟。
对比例1
密度为1.24g/cm3的稀硫酸溶液。
分别将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1中配制的铅酸蓄电池电解液加入到2V4Ah蓄电池中，按照相同条件化成，进行测试。
1、-20℃放电容量测试：
将加入实施例1、对比例1的2V4Ah铅酸蓄电池放置在低温箱中，低温箱温度为-20℃，放置时间为18小时。结束放置后，在-20℃环境下以0.5C电流放电，记录放电容量。将实施例1的放电容量记为实1，对比例1的放电容量记为对1。实施例1和对比例1的放电容量对比如图1。
2、-20℃充电接受能力测试：
将加入实施例1、对比例1的2V4Ah铅酸蓄电池放置在低温箱中，低温箱温度为-20℃，放置时间为18小时。结束放置后，在-20℃环境下对电池恒流充电，充电电流1200mA，截止电压为2.4V，接着对电池进行恒压充电，充电电压为2.4V，截止电流为200mA，记录充电效率。将实施例2的充电效率记为实2，对比例1的充电效率记为对1。实施例2和对比例1的充电效率对比如图2。
3、-10℃放电容量测试：
将加入实施例3、对比例1的2V4Ah铅酸蓄电池放置在低温箱中，低温箱温度为-10℃，放置时间为18小时。结束放置后，在-10℃环境下以0.5C电流放电，记录放电容量。将实施例3的放电容量记为实3，对比例1的放电容量记为对1。实施例3和对比例1的放电容量对比如图3。
通过实施例1、实施例2、实施例3与对比例1的实验结果进行对比，可以看出本发明能够有效提高铅酸蓄电池在低温条件下的放电容量和充电接受能力。
将实施例1中的硫酸钠，实施例2中的硫酸亚锡，实施例3中的硫酸钴替换成硫酸锂、硫酸钠、硫酸亚锡、硫酸钴、硫酸铝中的任何一种，在加入到2V4Ah电池中进行测试，发现电池在低温环境下的放电容量和充电接受能力与实施例的结果偏差不大。
将实施例1中的天门冬氨酸，实施例2中的半胱氨酸，实施例3中的苏氨酸替换成半胱氨酸、天门冬氨酸、苏氨酸中的任何一种，加入到2V4Ah电池中进行测试，发现电池在低温环境下的放电容量和充电接受能力与实施例的结果偏差不大。
以上实例仅为本发明全部实例中的部分较佳实施例，不应理解为对本发明的限制，技术人员还可据此对本发明做出多种变化，任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种铅酸蓄电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包含以下成分：硫酸盐、三聚磷酸钠、二巯基丁二酸钠、α-氨基酸、甲磺酸；每升铅酸蓄电池电解液中含有硫酸盐3000-4000mg/L、三聚磷酸钠3000-4000mg/L、二巯基丁二酸钠2000-5000mg/L、α-氨基酸4000-8000mg/L、甲磺酸1000-4000mg/L，余量为硫酸溶液；所述硫酸溶液密度为1.01-1.31g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电解液添加剂，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸锂、硫酸钠、硫酸亚锡、硫酸钴或硫酸铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电解液添加剂，其特征在于所述α-氨基酸为半胱氨酸、天门冬氨酸或苏氨酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，其特征在于，向浓硫酸中加入超纯水，将浓硫酸的密度稀释为1.01-1.31g/cm3，依次向硫酸溶液中加入硫酸盐、三聚磷酸钠、二巯基丁二酸钠、α-氨基酸、甲磺酸，配制比例为每升铅酸蓄电池电解液中含有硫酸盐3000-4000mg/L、三聚磷酸钠3000-4000mg/L、二巯基丁二酸钠2000-5000mg/L、α-氨基酸4000-8000mg/L、甲磺酸1000-4000mg/L。
5.根据权利要求4所述的一种铅酸蓄电池电解液添加剂的制备方法，其特征在于，配制铅酸蓄电池电解液时将稀硫酸加热到30-40℃并搅拌，搅拌转速为100-500rpm，快速搅拌3-7分钟。
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