一種膠體蓄電池電解液及其製備方法與流程

2023-05-16 07:12:46 1

本發明屬於膠體蓄電池的技術領域，特別涉及膠體蓄電池電解液的生產技術領域。

背景技術：

膠體鉛酸蓄電池是在傳統的鉛酸蓄電池基礎上發展起來的一種新型電池，又稱「免維護蓄電池」。 常規的膠體蓄電池電解液組成是：氣相二氧化矽佔膠體蓄電池電解液總質量的4～6%，硫酸佔膠體蓄電池電解液總質量的36～40%，其餘為去離子水。

膠體鉛酸蓄電池與其他鉛酸蓄電池相比，主要不同點在於電解液。膠體蓄電池的電解液中加入了凝膠劑，當氣相二氧化矽分散在硫酸溶液中時，獨立矽羥基之間容易以氫鍵相互連接，形成三維網絡結構，包裹了硫酸和水，形成不流動的凝膠，不會出現電解液分層的情況。且凝膠結構中有縫隙，可以使離子自由地穿過，以保證電池的正常充放電。

膠體電池是準富液式設計，保證了較好的深放電恢復特性，有效地防止了電解液乾涸現象的發生。膠體電解液凝膠後可以提供氧氣複合的通道，而且凝膠後的膠體電解液有一定的強度，使氣體逸出時的阻力更大，促進氣體通過縫隙在負極複合還原，從而減少氣體的逸出。膠體電池安全又環保的。如今人們的安全環保意識越來越高，在選擇電池時不僅考慮電池的性能，而且注重電池的安全性、環保性。膠體電解液可以防止枝晶短路；失水少，免維護，沒有熱失控現象；酸霧少，不漏酸，即使電池殼有微小裂紋，電池也能正常工作，運輸安全方便。

但是，膠體鉛酸蓄電池也有自身顯著的缺點，如膠體鉛酸蓄電池的內阻相對較大，容量較小。在膠體電解液中加入合適的膠體穩定劑，添加劑和助電解質，可以改善其內阻過大，容量較小的缺點。因此，加入合適的膠體穩定劑，添加劑和助電解質是改善膠體電池性能的主要途徑。申請號為201410207589.2的專利提供的電解液配方使用的膠體穩定劑為聚丙烯醯胺。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種使膠體電池內阻較小，容量更大的膠體蓄電池電解液。

本發明包括氣相二氧化矽、硫酸和去離子水，還包括聚乙烯吡咯烷酮、硫酸鋰和磷酸。

本發明採用聚乙烯吡咯烷酮為膠體穩定劑，硫酸鋰為添加劑，磷酸為助電解質，通過大量實驗證明聚乙烯吡咯烷酮較聚丙烯醯胺的穩定性效果更佳，使電解液長時間放置不分層。硫酸鋰的加入使電池的內阻減小，磷酸的加入則延長了電池的使用壽命。在電解液中加入了助電解質——磷酸，磷酸的加入能降低正極活性物質PbO2的軟化速度，減少其脫落，還能減輕電池的自放電，從而提高膠體電池的循環壽命。

進一步地，本發明所述聚乙烯吡咯烷酮、硫酸鋰和磷酸分別佔膠體蓄電池電解液總質量的0.04～0.16%、0.4～1.6%和0.3～1.2%。通過以上各成分的添加量製成的電解液，可使膠體蓄電池的內阻較小，容量更大，以提高電池的性能。且穩定劑，添加劑和助電解質用量少，成本低，製備工藝簡單易行，具有較高的可行性。

當聚乙烯吡咯烷酮佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%時，電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小。

當硫酸鋰佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%時，電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小，容量較大。

當磷酸佔膠體蓄電池電解液總質量的0.9%時，電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小，容量較大。

本發明的另一目的是提出以上膠體蓄電池電解液的製備方法。

方法如下：將氣相二氧化矽分散在去離子水中，配成氣相二氧化矽水溶膠。然後，向氣相二氧化矽水溶膠中加入經冷凍處理的硫酸溶液，充分混合。然後再依次將聚乙烯吡咯烷酮、硫酸鋰和磷酸加入混合液中，充分攪拌混合，形成膠體蓄電池電解液。

本發明製備電解液工藝簡單，過程穩定可控，成本低廉，使用該電解液製備出的膠體電池應用範圍廣。

附圖說明

圖1為本發明膠體電解液和現有膠體電解液的交流阻抗圖。

圖2為本發明膠體電解液和現有膠體電解液的循環伏安圖。

具體實施方案

一、製備膠體電解液的示例：

實施例1：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.04%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例2：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.08%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例3：

稱取12.48ml水於50ml小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20ml比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例4：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.16%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

由實施例1～4得出：當稱取的聚乙烯吡咯烷酮佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%時，由此電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小。

實施例5：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.4%的硫酸鋰，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例6：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%的硫酸鋰，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例7：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的1.2%的硫酸鋰，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例8：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的1.6%的硫酸鋰，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

由實施例5～8得出：當稱取的硫酸鋰佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%時，由此電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小，容量較大。

實施例9：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%的硫酸鋰，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.3%的磷酸，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例10：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%的硫酸鋰，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.6%的磷酸，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

實施例11：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%的硫酸鋰，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.9%的磷酸，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

圖1反映了實施例11製成的膠體蓄電池電解液（圖中曲線1）與現有膠體電解液（圖中曲線2）的交流阻抗圖。從圖1可以看出，由實施例11製備出的膠體電解液的阻抗更小，也就意味著電解液的電化學反應電阻越小。

圖2反映了實施例11製成的膠體蓄電池電解液（圖中曲線1）與現有膠體電解液（圖中曲線2）的循環伏安圖。從圖2中可以看出，由實施例11製備出的膠體電解液的峰高和峰面積都比現有膠體電解液大，說明製備出的膠體電解液放電電流和容量都比現有膠體電解液大。

實施例12：

稱取12.48mL水於50mL小燒杯中，並稱量1.8791g氣相二氧化矽加入小燒杯中，配成氣相二氧化矽水溶膠（必要時進行超聲）。將98%的濃硫酸用去離子水稀釋成比重為1.37的硫酸水溶液，靜置使其冷卻至室溫並進行冷凍處理。將20mL比重為1.37的硫酸水溶液加入配成的氣相二氧化矽水溶膠中，充分混合。稱取佔膠體蓄電池電解液總質量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，佔膠體蓄電池電解液總質量的0.8%的硫酸鋰，佔膠體蓄電池電解液總質量的1.2%的磷酸，加入上述混合液中，充分攪拌混合，製成膠體蓄電池電解液。

由實施例9～12得出：當稱取的磷酸佔膠體蓄電池電解液總質量的0.9%時，由此電解液製備出的膠體蓄電池內阻較小，容量較大。