CN1663984A - 改性聚硅氧烷电解质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚硅氧烷电解质及其制备方法，含有多种改性聚硅氧烷，还包括正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯；水溶性聚丙烯酸；高纯硫酸和工业纯水。利用其官能团使聚硅氧烷胶体－硫酸体系电解质具有多种优良的性能，适用于铅蓄电池，可提高电容量，增大低温放电能力，延长寿命，防止酸渗漏，减缓极板腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚硅氧烷电解质及其制备方法。
背景技术
众所周知，二氧化硅胶体电池已经应用于铅蓄电池，专利GB 2088623、CN 86104708、CN 1051107、CN 1080435、US 5202196等对该项技术已有描述，虽然酸渗漏和污染等方面取得很大进展，但在提高电容量等技术指标方面效果不理想。
近年，在锂离子电池中，成功的应用聚硅氧烷作为固体电解质，大大提高了电解质的离子电导率，并且以聚硅氧烷为主体的电解质有很好的弹性，专利US 5824280、US 6180287、US 6447952、US 6162563等对此进行了详述，但是，如何将聚硅氧烷以胶体形式用于铅蓄电池的硫酸电导液，还存在着许多问题，
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，采用多种改性聚硅氧烷，制造出一种胶体电解质，在某些方面类似于聚电解质(Polyelectrolyte)，其分子链上带有许多可解离和键合的基团，对聚硅氧烷进行改性，以使其能够达到如下目的：
1.具有亲水性，
2.可形成溶胶，便于灌液操作，
3.灌注后形成凝胶，具有良好的固液性，
4.形成H+离子通道，对有害杂质离子进行螯合，
5.与H2SO4形成络合盐，化成时消除酸雾。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明采用四类聚硅氧烷，即含有A、B、C和D四类聚硅氧烷：
A、聚醚改性硅氧烷，其结构通式为：
式中Me为甲基、R为碳1-6的烷基，分子量为1000-3000。
B、羟基封端硅油，其结构通式为：
HO(Me2SiO)mH
其分子量为500-2500。
C、带有三官能度链节T
和
二官能度链节M(M为
)的聚硅氧烷，T/M为1/3-1/10，使聚硅氧烷有较低的交联度。该类聚硅氧烷分子量为2000-5000。
D、碳官能硅氧烷，其结构通式为：
R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2
其中R1为-CH2COOH，R2为-R’-ω，其中R’为亚烷基，-ω为螯合基，R1有利于在胶体颗粒表面上形成H+离子的导电通道，R2可螯合Fe3+等有害金属离子，抑制电池自放电。其分子量为1500-2500。
改性硅氧烷电解质中还包括正硅酸乙脂、正硅酸丙脂或正硅酸丁脂；水溶性聚丙稀酸；高纯硫酸和工业纯水。
上述改性聚硅氧烷电解质的制备方法的过程是：
(1)量取A 1-3重量份，
量取B 0.2-1重量份，
量取C 1-2重量份，
量取D 2-3重量份，
A+B+C+D为4-9重量份，
量取正硅酸脂2-25重量份。
(2)将A、B、C和D分别加入正硅酸脂中，搅拌、混合。
(3)加入10-15重量份，比重为1.50-1.60硫酸，充分搅拌。
(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10重量份工业纯水，充分搅拌。
(5)加入40-100重量份，比重为1.50-1.60硫酸，搅拌均匀。
本发明的有益效果是：本发明涉及一种改性聚硅氧烷电解质，其特点是含有多种改性聚硅氧烷，在硫酸中分散形成溶胶，然后形成凝胶，适用于铅蓄电池，可提高电容量，增大低温放电能力，延长寿命，防止酸渗漏，减缓对极板腐蚀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：本发明采用多种改性聚硅氧烷，制造出一种胶体电解质，在某些方面类似于聚电解质(Polyelectrolyte)，其分子链上带有许多可解离的基团，本发明采用四类聚硅氧烷：
A.聚醚改性硅氧烷(或称聚醚改性硅油)。
其结构中包括性能差别很大的聚醚链段和聚硅氧链段，聚醚链段通过Si-C侧链相联，赋予其水溶性和亲水性，起到乳化作用，并能与电极板有很好的润湿作用。其结构通式为：
式中Me为甲基，R为碳1-6的烷基，分子量为1000-3000。
B.羟基封端硅油。
其端部分别为Si-OH基和Si-H基，它们可以与其他官能团反应形成聚合体，有利于凝胶化。其结构通式为：
HO(Me2SiO)mH
其分子量为500-2500。
C.带有三官能度链节T(T为
)和
二官能度链节M(M为
)的聚硅氧烷。
由于三官能度链节T的存在，聚合后，链状分子可交联成网状、支链状或骨架状，T链节的增加有利于凝胶的稳定，适当量的T链节使凝胶胶粒形成足够的空间容纳更多的硫酸，并且形成对硫酸离子有序排列的结构，有利于提高电导率，降低内阻。其结构形态为：
本发明需要较低的交联度，因为，交联度太大会使黏度增大到难以溶解的程度，甚至形成为固体。本发明要求T与二官能度链节M(M为
)之比T/M为T/M为1/3-1/10，该类聚硅氧烷分子量为2000-5000。
D.碳官能硅氧烷
其结构中带有-OH基或-COOH基，它们可以在凝胶颗粒表面形成有利于H+离子的导电通道，其分子量为1500-2500。其结构通式为：
R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2
其中R1和R2为碳官能团，R1为-CH2COOH，R2为-R’-ω，其中R’为亚烷基，-ω为螯合基，可螯合Fe3等有害金属离子。
为使上述四种聚硅氧烷相互作用，形成胶体溶液，并且聚合成凝胶。本发明还采用一种正硅酸脂类，其作用是首先将各种聚硅氧烷类溶解，然后在硫酸溶液作用下水解，并与官能团成链。
本发明还采用纯硫酸和去离子纯水，其杂质含量达到铅蓄电池应用标准。为提高电导性能和水溶性，加入聚甲基丙稀酸。
本发明聚硅氧烷电解质的制备方法如下：
(1)量取A 1-3重量份，
量取B 0.2-1重量份，
量取C 1-2重量份，
量取D 2-3重量份，
A+B+C+D为4-9重量份，
量取正硅酸脂2-25重量份。
(2)将A、B、C、和D分别加入正硅酸脂中，搅拌、混合。
(3)加入10-15重量份，比重为1.50-1.60硫酸，充分搅拌。
(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10份重量工业纯水，充分搅拌。
(5)加入40-100重量份，比重为1.50-1.60硫酸，搅拌均匀。
实施例1
制备一种可用于高容量、低温启动型铅蓄电池用胶体电解液。
(1)量取A为25克。
量取B为5克，
量取C为20克，
量取D为10克，
A+B+C+D共为60克，
再量取正硅酸丙脂150克。
(2)将A、B、C、和D分别加入正硅酸丙脂中，搅拌均匀。
(3)加入比重1.55硫酸溶液500克，充分搅拌。
(4)加入纯水1000克和聚丙稀酸20克搅拌。
(5)加入比重1.55硫酸溶液1000克搅拌，溶液呈微乳白透明，3小时后形成凝胶。
在形成凝胶之前灌入铅畜电池，测试结果表明，电容量低温启动性能等主要技术指标均超过同类硅胶体电池。
实施例2
(1)量取A为25克，
量取B为10克，
量取C为5克，
量取D为30克，
A+B+C+D共70克，
再量取正硅酸乙脂120克。
(2)将A、B、C和D分别加入正硅酸乙脂中，搅拌均匀。
(3)加入比重1.50硫酸溶液1000克，充分搅拌。
(4)加入纯水1000克和聚丙烯酸30克和8重量份工业纯水，搅拌。
(5)加入比重1.50硫酸溶液1200克，搅拌，溶液呈微乳白透明状，2.5小时后形成凝胶。
测试结果与实施例1相同。
Claims (2)
1.一种改性聚硅氧烷电解质，其特征是，含有A、B、C和D四类聚硅氧烷：
A、聚醚改性硅氧烷，其结构通式为：
式中Me为甲基、R为碳1-6的烷基，分子量为1000-3000。
B、羟基封端硅油，其结构通式为：
HO(Me2SiO)mH
其分子量为500-2500。
C、带有三官能度链节T(T为
)
和二官能度链节M(M为
)的聚硅氧烷，
T/M为1/3-1/10，使聚硅氧烷有较低的交联度。该类聚硅氧烷分子量为2000-5000。
D、碳官能硅氧烷，其结构通式为：
R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2
其中R1为-CH2COOH，R2为-R’-ω，其中R’为亚烷基，-ω为螯合基，R1有利于在胶体颗粒表面上形成H+离子的导电通道，R2可螯合Fe3+等有害金属离子，抑制电池自放电。其分子量为1500-2500。
改性硅氧烷电解质中还包括正硅酸乙脂、正硅酸丙脂或正硅酸丁脂；水溶性聚丙稀酸；高纯硫酸和工业纯水。
2.根据权利要求1所述的改性聚硅氧烷电解质的制备方法，其特征是，制备过程如下：
(1)量取A 1-3重量份，
量取B 0.2-1重量份，
量取C 1-2重量份，
量取D 2-3重量份，
A+B+C+D为4-9重量份，
量取正硅酸脂2-25重量份。
(2)将A、B、C和D分别加入正硅酸脂中，搅拌、混合。
(3)加入10-15重量份，比重为1.50-1.60硫酸，充分搅拌。
(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10重量份工业纯水，充分搅拌。
(5)加入40-100重量份，比重为1.50-1.60硫酸，搅拌均匀。
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| CN1663984A true CN1663984A (zh) | 2005-09-07 |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN103972451A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-06 | 北京印刷学院 | 电池隔膜的表面改性处理方法 |
| CN104538679A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-22 | 山东大学 | 一种有机硅化合物作为添加剂在胶体蓄电池中的应用 |
| CN105680101A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-15 | 天能电池集团有限公司 | 一种铅酸蓄电池胶体电解液及其制备方法 |
| CN108258328A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-07-06 | 天能集团（河南）能源科技有限公司 | 一种铅酸蓄电池胶体电解液的制备方法 |
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2004
- 2004-03-03 CN CN2004100187086A patent/CN1663984A/zh active Pending
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