鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液及其製備方法
2023-05-28 22:36:26
專利名稱：鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液及其製備方法
技術領域：
本發明涉及電動自行車專用的鉛酸蓄電池膠體電解液生產技術。
背景技術：
現有的鉛酸蓄電池用膠體電解液主要有兩類製備方法第一類是以矽酸鈉作為成膠劑，可以防止酸液洩漏，改善工作環境，但是生成的膠體不穩定，在深放電的循環工作模式下，膠體容易出現水化，和分層現象，失去原有的膠體特性，縮短了電池的使用壽命。由於矽酸鈉的加入，使鉛酸蓄電池的容量降低。另外矽酸鈉膠體黏度大，灌注電池的難度較大，限制了應用範圍。
第二類是以汽相二氧化矽納米粉末為成膠劑，製備的膠體電解液灌注電池後，雖然可以改善鉛酸蓄電池的電性能，延長循環使用壽命，防止酸液洩漏。但是該類膠體的凝膠性能和流變性受工藝條件的影響，變化極為顯著，常常使電解液的灌注無法正常進行，使該類膠體的推廣應用受到了一定的限制。
發明內容
本發明目的第一個目的在於發明一種鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液，以改善其成膠特性，提高蓄電池的容量，延長深放電循環使用壽命。
本發明中除去離子水外，其他有效化學成份佔總重量的百分比為硫酸30％～40％、汽相二氧化矽納米粉末0.9％～3.2％、凝膠調整劑聚丙烯醯胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸鈉0.002％～0.05％，電解液中還含有硫酸鑭0.0001％～0.2％、硫酸鈰0.0001％～0.2％、氧化鎢0.0001％～0.2％、氧化鉬0.0001％～0.2％。
本發明的另一個目的是為上述電解液提供製備的方法。
以鉛酸分析純硫酸、汽相氧化矽納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配製成納米氧化矽膠體電解液，混合後，加入聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配製而成。
本發明避免了使用矽酸鈉膠體所出現的不利影響，以汽相二氧化矽納米粉末作為凝膠劑，加入了一些微量的化學成分，形成新型的膠體電解液，改善了成膠特性，提高蓄電池的容量，延長深放電循環使用壽命。作為電解液替代原有的硫酸水溶液電解液，改善了膠體電解液的流變性，在電池循環充電末期，能夠有效控制水分的電解過程。
具體步驟是a、將汽相二氧化矽納米粉末與去離子水混合，配製成汽相二氧化矽含量為8％～10％的汽相二氧化矽懸浮液；b、將分析純濃硫酸加到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水混合液中，溶解後得到稀硫酸混合溶液；c、將稀硫酸混合溶液與汽相二氧化矽懸浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液與汽相二氧化矽懸浮液的重量比為2～3∶1；d、將聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉的濃度分別是0.005％～4％的聚丙烯醯胺水溶液和聚丙烯酸鈉混合水溶液；e、將聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液與混合液A混合攪拌半小時以上，形成混合液B，其中兩種液體的重量比為1∶1.8～2.2；f、將無水硫酸鈉加入到混合液B中，無水硫酸鈉與混合液B的重量比為0.2～2.2∶100。
該方法配製的膠體電解液是一種性能優良的電解液，它避免了矽酸鈉法製備的膠體，由於粒度太細，顆粒表面存在大量的矽醇鍵，容易在使用過程中發生縮聚脫水化學反應，導致膠體水化和凝膠過程的不可逆性。因此穩定了電解液的凝膠性能和流變性。
上述的汽相二氧化矽為納米級，其目的是在膠體電解液中形成以氫鍵結合為主的納米氧化矽顆粒骨架。氫鍵結合優點在於膠體流變性具有可逆性，沒有水化現象。而矽酸鈉法製備的膠體，由於粒度太細，顆粒表面存在大量的矽醇鍵，容易在使用過程中發生縮聚脫水化學反應，導致膠體中氧化矽顆粒骨架收縮，引起水化和凝膠的不可逆性。
本發明的步驟b中，先將硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬和去離子水溶解，再將濃硫酸加入含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水溶液中，製得硫酸濃度為70％的水溶液。
以灌注DZM-12Ah型號的膠體鉛酸蓄電池為例，得到的鉛酸蓄電池電性能指標如下；電池初容量放電終了電壓10.5v；放電電流5安培；放電時間130min～140min。小電流5循環容量衰減性能將電壓恆壓充電至14.7v；1.2安培放電電流，放電終了電壓10.8v，經過5次充放電循環後，第二次放電時間長度和第五次放電時間長度的變化小於5分鐘。自然電荷保持率89％；環境溫度25℃，保持時間30天。
具體實施例1、稱取4.35～5.56克汽相二氧化矽納米粉末，加入50克水，攪拌30分鐘，配製成汽相二氧化矽含量為8％～10％的汽相二氧化矽懸浮液。
2、將0.001～0.05克硫酸鑭、0.001～0.05克硫酸鈰、0.001～0.05克氧化鎢、0.001～0.05克氧化鉬和去離子水混合，形成40克去離子水混合液。
3、將105.6克分析純濃硫酸加入到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的40克去離子水混合液中去，得到145.6克稀硫酸水溶液。
4、將聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到含有聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉的重量百分比分別是0.005％～4％的聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液。
5 將得到的145.6克稀硫酸混合溶液，加入到步驟1製成的汽相二氧化矽納米懸浮液中，攪拌均勻後，再加入100克聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉濃度分別是100ppm和30ppm的混合去離子水溶液；同時攪拌。
6、攪拌均勻後再加入2.416克無水硫酸鈉；最後得到303克膠體電解液。
7、檢驗標準要求懸浮液上層出現清夜的時間應該在30分鐘～5小時。電解液中硫酸鑭的重量百分比為0.0001％～0.2％、硫酸鈰為0.0001％～0.2％、氧化鎢為0.0001％～0.2％、氧化鉬為0.0001％～0.2％，硫酸為32％～38％、汽相二氧化矽納米粉末1.0％～3.2％。
製備的電解液在灌注前，需要將膠體電解液攪拌10分鐘以上，全部電解液分為兩次灌注。第一次灌注量為70％～80％，灌注後抽真空，使電解液充分浸透極板和隔膜。第二次灌注剩餘的電解液，抽真空。再補充適量稀硫酸，即可進行化成作業。
權利要求
1.鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液，其特徵在於，鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液中除去離子水外，其他有效化學成份佔總重量的百分比為硫酸30％～40％、汽相二氧化矽納米粉末1.0％～3.2％、凝膠調整劑聚丙烯醯胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸鈉0.002％～0.05％、硫酸鑭0.0001％～0.2％、硫酸鈰0.0001％～0.2％、氧化鎢0.0001％～0.2％、氧化鉬0.0001％～0.2％。
2.鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液的製備方法，其特徵在於以鉛酸分析純硫酸、汽相二氧化矽納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配製成納米氧化矽膠體電解液，混合後，加入聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配製而成。
3.根據權利要求2所述鉛酸蓄電池用氧化矽膠體電解液的製備方法，其特徵在於包括以下步驟a、將汽相二氧化矽粉末與去離子水混合，配製成汽相二氧化矽含量為8％～10％的汽相二氧化矽懸浮液；b、將分析純濃硫酸加入到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水混合液中，溶解後得到稀硫酸混合溶液；c、將稀硫酸混合溶液與汽相二氧化矽懸浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液與汽相二氧化矽懸浮液的重量比為2～3∶1；d、將聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉的濃度分別是0.005％～4％的聚丙烯醯胺水溶液和聚丙烯酸鈉混合水溶液；e、將聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液與混合液A混合攪拌半小時以上，形成混合液B，其中兩種液體的重量比為1∶1.8～2.2；f、將無水硫酸鈉加入到混合液B中，無水硫酸鈉與混合液B的重量比為0.2～2.2∶100。
4.根據權利要求2或3所述鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液的製備方法，其特徵在於步驟b中，先將硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬和去離子水溶解，然後再將濃硫酸加入含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水溶液中，製得硫酸濃度為70％的水溶液。
全文摘要
鉛酸蓄電池用納米氧化矽膠體電解液及其製備方法，涉及電動自行車專用的鉛酸蓄電池膠體電解液生產技術。以鉛酸分析純硫酸、汽相二氧化矽納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配製成納米氧化矽膠體電解液，混合後，加入聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配製而成。避免了使用矽酸鈉膠體所出現的不利影響，以汽相二氧化矽納米粉末作為凝膠劑，加入了一些微量的化學成分，形成新型的膠體電解液，改善了成膠特性，提高蓄電池的容量，延長深放電循環使用壽命。作為電解液替代原有的硫酸水溶液電解液，改善了膠體電解液的流變性，在電池循環充電末期，能夠有效控制水分的電解過程。
文檔編號H01M10/10GK1738092SQ200510041079
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年7月13日
發明者居春山, 陳小川, 魏相庚 申請人:揚州華富實業有限公司