改性聚矽氧烷電解質及其製備方法
2024-04-07 09:10:05
專利名稱：改性聚矽氧烷電解質及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種聚矽氧烷電解質及其製備方法。
背景技術：
眾所周知，二氧化矽膠體電池已經應用於鉛蓄電池，專利GB 2088623、CN 86104708、CN 1051107、CN 1080435、US 5202196等對該項技術已有描述，雖然酸滲漏和汙染等方面取得很大進展，但在提高電容量等技術指標方面效果不理想。
近年，在鋰離子電池中，成功的應用聚矽氧烷作為固體電解質，大大提高了電解質的離子電導率，並且以聚矽氧烷為主體的電解質有很好的彈性，專利US 5824280、US 6180287、US 6447952、US 6162563等對此進行了詳述，但是，如何將聚矽氧烷以膠體形式用於鉛蓄電池的硫酸電導液，還存在著許多問題，發明內容本發明所要解決的技術問題是，採用多種改性聚矽氧烷，製造出一種膠體電解質，在某些方面類似於聚電解質(Polyelectrolyte)，其分子鏈上帶有許多可解離和鍵合的基團，對聚矽氧烷進行改性，以使其能夠達到如下目的1.具有親水性，2.可形成溶膠，便於灌液操作，3.灌注後形成凝膠，具有良好的固液性，4.形成H+離子通道，對有害雜質離子進行螯合，5.與H2SO4形成絡合鹽，化成時消除酸霧。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是本發明採用四類聚矽氧烷，即含有A、B、C和D四類聚矽氧烷A、聚醚改性矽氧烷，其結構通式為 式中Me為甲基、R為碳1-6的烷基，分子量為1000-3000。
B、羥基封端矽油，其結構通式為HO(Me2SiO)mH其分子量為500-2500。
C、帶有三官能度鏈節T 和二官能度鏈節M(M為 )的聚矽氧烷，T/M為1/3-1/10，使聚矽氧烷有較低的交聯度。該類聚矽氧烷分子量為2000-5000。
D、碳官能矽氧烷，其結構通式為R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2其中R1為-CH2COOH，R2為-R』-ω，其中R』為亞烷基，-ω為螯合基，R1有利於在膠體顆粒表面上形成H+離子的導電通道，R2可螯合Fe3+等有害金屬離子，抑制電池自放電。其分子量為1500-2500。
改性矽氧烷電解質中還包括正矽酸乙脂、正矽酸丙脂或正矽酸丁脂；水溶性聚丙稀酸；高純硫酸和工業純水。
上述改性聚矽氧烷電解質的製備方法的過程是(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為4-9重量份，量取正矽酸脂2-25重量份。
(2)將A、B、C和D分別加入正矽酸脂中，攪拌、混合。
(3)加入10-15重量份，比重為1.50-1.60硫酸，充分攪拌。
(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10重量份工業純水，充分攪拌。
(5)加入40-100重量份，比重為1.50-1.60硫酸，攪拌均勻。
本發明的有益效果是本發明涉及一種改性聚矽氧烷電解質，其特點是含有多種改性聚矽氧烷，在硫酸中分散形成溶膠，然後形成凝膠，適用於鉛蓄電池，可提高電容量，增大低溫放電能力，延長壽命，防止酸滲漏，減緩對極板腐蝕。
具體實施例方式
下面結合附圖
和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明本發明採用多種改性聚矽氧烷，製造出一種膠體電解質，在某些方面類似於聚電解質(Polyelectrolyte)，其分子鏈上帶有許多可解離的基團，本發明採用四類聚矽氧烷A.聚醚改性矽氧烷(或稱聚醚改性矽油)。
其結構中包括性能差別很大的聚醚鏈段和聚矽氧鏈段，聚醚鏈段通過Si-C側鏈相聯，賦予其水溶性和親水性，起到乳化作用，並能與電極板有很好的潤溼作用。其結構通式為 式中Me為甲基，R為碳1-6的烷基，分子量為1000-3000。
B.羥基封端矽油。
其端部分別為Si-OH基和Si-H基，它們可以與其他官能團反應形成聚合體，有利於凝膠化。其結構通式為HO(Me2SiO)mH其分子量為500-2500。
C.帶有三官能度鏈節T(T為 )和二官能度鏈節M(M為 )的聚矽氧烷。
由於三官能度鏈節T的存在，聚合後，鏈狀分子可交聯成網狀、支鏈狀或骨架狀，T鏈節的增加有利於凝膠的穩定，適當量的T鏈節使凝膠膠粒形成足夠的空間容納更多的硫酸，並且形成對硫酸離子有序排列的結構，有利於提高電導率，降低內阻。其結構形態為
本發明需要較低的交聯度，因為，交聯度太大會使黏度增大到難以溶解的程度，甚至形成為固體。本發明要求T與二官能度鏈節M(M為 )之比T/M為T/M為1/3-1/10，該類聚矽氧烷分子量為2000-5000。
D.碳官能矽氧烷其結構中帶有-OH基或-COOH基，它們可以在凝膠顆粒表面形成有利於H+離子的導電通道，其分子量為1500-2500。其結構通式為R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2其中R1和R2為碳官能團，R1為-CH2COOH，R2為-R』-ω，其中R』為亞烷基，-ω為螯合基，可螯合Fe3等有害金屬離子。
為使上述四種聚矽氧烷相互作用，形成膠體溶液，並且聚合成凝膠。本發明還採用一種正矽酸脂類，其作用是首先將各種聚矽氧烷類溶解，然後在硫酸溶液作用下水解，並與官能團成鏈。
本發明還採用純硫酸和去離子純水，其雜質含量達到鉛蓄電池應用標準。為提高電導性能和水溶性，加入聚甲基丙稀酸。
本發明聚矽氧烷電解質的製備方法如下(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為4-9重量份，量取正矽酸脂2-25重量份。
(2)將A、B、C、和D分別加入正矽酸脂中，攪拌、混合。
(3)加入10-15重量份，比重為1.50-1.60硫酸，充分攪拌。
(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10份重量工業純水，充分攪拌。
(5)加入40-100重量份，比重為1.50-1.60硫酸，攪拌均勻。
實施例1製備一種可用於高容量、低溫啟動型鉛蓄電池用膠體電解液。
(1)量取A為25克。
量取B為5克，量取C為20克，量取D為10克，A+B+C+D共為60克，再量取正矽酸丙脂150克。
(2)將A、B、C、和D分別加入正矽酸丙脂中，攪拌均勻。
(3)加入比重1.55硫酸溶液500克，充分攪拌。
(4)加入純水1000克和聚丙稀酸20克攪拌。
(5)加入比重1.55硫酸溶液1000克攪拌，溶液呈微乳白透明，3小時後形成凝膠。
在形成凝膠之前灌入鉛畜電池，測試結果表明，電容量低溫啟動性能等主要技術指標均超過同類矽膠體電池。
實施例2(1)量取A為25克，量取B為10克，量取C為5克，量取D為30克，A+B+C+D共70克，再量取正矽酸乙脂120克。
(2)將A、B、C和D分別加入正矽酸乙脂中，攪拌均勻。
(3)加入比重1.50硫酸溶液1000克，充分攪拌。
(4)加入純水1000克和聚丙烯酸30克和8重量份工業純水，攪拌。
(5)加入比重1.50硫酸溶液1200克，攪拌，溶液呈微乳白透明狀，2.5小時後形成凝膠。
測試結果與實施例1相同。
權利要求
1.一種改性聚矽氧烷電解質，其特徵是，含有A、B、C和D四類聚矽氧烷A、聚醚改性矽氧烷，其結構通式為 式中Me為甲基、R為碳1-6的烷基，分子量為1000-3000。B、羥基封端矽油，其結構通式為HO(Me2SiO)mH其分子量為500-2500。C、帶有三官能度鏈節T(T為 )和二官能度鏈節M(M為 )的聚矽氧烷，T/M為1/3-1/10，使聚矽氧烷有較低的交聯度。該類聚矽氧烷分子量為2000-5000。D、碳官能矽氧烷，其結構通式為R2Me2SiO(R1Me2SiO)nSiMe2R2其中R1為-CH2COOH，R2為-R』-ω，其中R』為亞烷基，-ω為螯合基，R1有利於在膠體顆粒表面上形成H+離子的導電通道，R2可螯合Fe3+等有害金屬離子，抑制電池自放電。其分子量為1500-2500。改性矽氧烷電解質中還包括正矽酸乙脂、正矽酸丙脂或正矽酸丁脂；水溶性聚丙稀酸；高純硫酸和工業純水。
2.根據權利要求1所述的改性聚矽氧烷電解質的製備方法，其特徵是，製備過程如下(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為4-9重量份，量取正矽酸脂2-25重量份。(2)將A、B、C和D分別加入正矽酸脂中，攪拌、混合。(3)加入10-15重量份，比重為1.50-1.60硫酸，充分攪拌。(4)加入1-2重量份水溶性聚丙稀酸和5-10重量份工業純水，充分攪拌。(5)加入40-100重量份，比重為1.50-1.60硫酸，攪拌均勻。
全文摘要
本發明公開了一種改性聚矽氧烷電解質及其製備方法，含有多種改性聚矽氧烷，還包括正矽酸乙酯、正矽酸丙酯或正矽酸丁酯；水溶性聚丙烯酸；高純硫酸和工業純水。利用其官能團使聚矽氧烷膠體－硫酸體系電解質具有多種優良的性能，適用於鉛蓄電池，可提高電容量，增大低溫放電能力，延長壽命，防止酸滲漏，減緩極板腐蝕。
文檔編號H01M10/08GK1663984SQ200410018708
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月3日 優先權日2004年3月3日
發明者董世強, 聶春生 申請人:天津市潤澤化工有限公司