專利名稱：鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)鉛酸蓄電池，具體說，是ー種鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液及其制備方法。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池和蓄電池組，也稱為循環(huán)使用的二次化學(xué)電源蓄電池和蓄電池組，由于其價格低廉、安全可靠、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用到國防、醫(yī)療衛(wèi)生、電訊、通訊基站、電力、鉄路、交通、銀行、發(fā)電、交通、風(fēng)能太陽能儲能等領(lǐng)域。鉛酸蓄電池電解液，鉛酸蓄電池充放電過程中會出現(xiàn)電極極化現(xiàn)象和電解液濃差極化現(xiàn)象。因此，蓄電池在不同的使用環(huán)境中影響蓄電池特性和性能，尤其是在低溫_20°C放電時蓄電池容量降低50% ;在高溫55°C以上使用時電池發(fā)熱失水，所以，需要開發(fā)更加適合蓄電池在不同的環(huán)境和使用條件下的電解液，符合蓄電池電極特性和性能品質(zhì)的需要與提聞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供ー種給蓄電池使用中提供穩(wěn)定的電解液密度，電解液不水化，不分層，不龜裂，耐低溫，高倍率充放電電池溫升小的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成
質(zhì)量比濃度98%的濃靜υ酸36-45%
納米氣相ニ氧化硅I. 5-3, 5%
域·酸訥O, 5-1, 0%質(zhì)量比濃度85%的磷酸O, 1-0. 5%
硫酸亞錫O. 01-0. 05%
聚丙烯酰胺O. 02-0. 5%
硅烷偶聯(lián)劑O. 5-0. 8%余量為去離子水。所述納米氣相ニ氧化硅粒徑為10_20nm。所述納米氣相ニ氧化硅為10nm氣相ニ氧化硅重量占加入量60%、20nm氣相ニ氧化娃重量占加入量40%。優(yōu)先為，由以下成分按重量百分比混合配制而成
質(zhì)量比濃度98ye的濃較酸37-45%
納米氣相ニ氧化硅I· 5-3. 5%
硫酸鈉O. 5-1. 0%
質(zhì)量比濃度85%磷酸O. 1-0. 5%
硫酸亞錫O. 02-0. 05%
聚丙烯觥驗O. 02-0. 5% 硅烷偶聯(lián)劑O. 6-0. 8%余量為去離子水。更優(yōu)先為，由以下成分按重量百分比混合配制而成
質(zhì)量比濃度9 8%的濃硫酸4 5%
納米氣相ニ氧化娃2. 5%
硫酸鈉O. 51
質(zhì)量比濃度85%嶙酸0,21
硫酸亞錫O. 03%
聚丙晞酰胺O. 3%
硅烷偶聯(lián)劑O. 5%
去離子水50. 97β4所述娃燒偶聯(lián)劑為氣基娃燒偶聯(lián)劑。所述硫酸和磷酸為分析純。上述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，包括以下步驟( I)按重量比稱好各種組分；(2)將納米氣相ニ氧化娃與去尚子水按重量比1:4在分散桶內(nèi)分散混合,分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散溫度35-40°C，分散40-60min，配制成納米氣相ニ氧化硅懸浮液A ；(3)將濃硫酸加入剰余的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將硫酸鈉、磷酸、硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)將納米氣相ニ氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和娃燒偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20-30min,得到鉛酸蓄電池用納米娃高分子復(fù)合物膠體電解液。所述步驟(2)中納米氣相ニ氧化硅為10nm氣相ニ氧化硅重量占60%、20nm氣相ニ氧化硅重量占40%。
所述步驟(2)為將20nm納米氣相ニ氧化硅與去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，初期分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm氣相ニ氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在 1700_2400r/min，分散 40_60min。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的電解液，具有抗高低溫性能好，大電流放電倍率高，提高蓄電池額定容量，可接受快速充電模式，可保證蓄電池良好的深循環(huán)使用壽命；提高重量比能量，擴大對電池使用環(huán)境條件和性能要求。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步詳細說明本發(fā)明的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成
質(zhì)量比濃度98%的濃硫酸36-45%
納米氣相ニ氣化硅I. 5-3. 5%
疏酸納O. 5-1. 0%
質(zhì)量比濃度85 的磷酸O.卜O, 51
硫酸亞錫O. 01-0. 05%
聚丙烯酰胺O. 02-0. 5%
娃烷偶聯(lián)劑O. 5-0. 8%余量為去離子水。所述納米氣相ニ氧化硅粒徑為10_20nm。所述納米氣相ニ氧化硅為10nm氣相ニ氧化硅重量占加入量60%、20nm氣相ニ氧化娃重量占加入量40%。優(yōu)先為，由以下成分按重量百分比混合配制而成
質(zhì)量比濃度9辟《的濃硫酸 37-45%
納米氣相ニ氣化硅I. 5-3. 5%
硫酸鈉O. 5-1. 0%
質(zhì)量比濃度85%磷酸0.1-0. 5%
硫酸亞錫O. 02-0. 05%
聚丙燁酰胺O. 02-0. 5%
藥綻偶聯(lián)割ο. 6-0. η余量為去離子水。更優(yōu)先為，由以下成分按重量百分比混合配制而成質(zhì)量比濃度98%的濃龜酸45%
納米氣相ニ氧化硅2.5%
硫酸傭O. %
質(zhì)量比濃度85%磷酸O. 2%
硫酸亞錫O. 03%聚丙烯銑胺O. 3%
硅烷偶聯(lián)劑O. 5%
去離子水50· 97% 所述娃燒偶聯(lián)劑為氣基娃燒偶聯(lián)劑。所述硫酸和磷酸為分析純。
上述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，包括以下步驟( I)按重量比稱好各種組分；(2)將納米氣相ニ氧化娃與去尚子水按重量比1:4在分散桶內(nèi)分散混合,分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散溫度35-40°C，分散40-60min，配制成納米氣相ニ氧化硅懸浮液A ；(3)將濃硫酸加入剰余的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將硫酸鈉、磷酸、硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)將納米氣相ニ氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和娃燒偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20-30min,得到鉛酸蓄電池用納米娃高分子復(fù)合物膠體電解液。所述步驟(2)中納米氣相ニ氧化娃為IOnm氣相ニ氧化娃重量占60%、20nm氣相ニ氧化硅重量占40%。所述步驟(2)為將20nm納米氣相ニ氧化硅與去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，初期分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm氣相ニ氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在 1700_2400r/min，分散 40_60min。所述納米氣相ニ氧化硅為凝膠劑，硫酸鈉為鉛晶枝阻斷劑，磷酸為抗氧化劑，硫酸亞錫為導(dǎo)電劑，聚丙烯酰胺為穩(wěn)定劑，硅烷偶聯(lián)劑具有表面活性剤，提高復(fù)合物性能，起到有機和無機物質(zhì)之間“分子橋”作用，耐高低溫，提高電化學(xué)性能。本發(fā)明的型納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液是以Si02氫鍵形式構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)，水分子在兩氫鍵之間，三維氫鍵將酸分子包裹在三維氫鍵之中作為稀硫酸的載體；在無外力觸變下硫酸被ニ氧化硅形成凝膠狀態(tài)包裹起來，形成液體固態(tài)化，在有外力的作用下包裹硫酸液體的硅囊發(fā)生觸變失去剪切力，促成膠態(tài)液體的電化學(xué)反應(yīng)又重新建立起來；納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的凝膠和觸變膠態(tài)液體的可逆性與硫酸液體電解液的電化學(xué)反應(yīng)完全一致。納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的主要是功能高分子材料是硅烷偶聯(lián)劑起到了化學(xué)分子橋作用，促進了各種材料界面的結(jié)合，同時也促進了導(dǎo)電材料的導(dǎo)電速度；提高了大電流充放電的能力，由于膠態(tài)電解液的性質(zhì)解決了液體電解液的分層，電極表面形成膠態(tài)膜防止了電極合金的腐蝕，阻斷了活性物質(zhì)微粒流動造成的微短路和微電池的形成，大大的減少了電池的自放電；由于偶聯(lián)劑的加入，降低了膠態(tài)電解液的觸變電阻，充放電停止后納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液有非常好的凝膠速度，不水化、不龜裂和抗老化，具有極好的耐高低溫性能；大大的提高了電池性能和使用壽命。實施例I本實施例中得到的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，由以下成分按重量配比混合配制而成
質(zhì)量比濃度98%的濃 酸 45公斤IOnm納米氣相ニ氧化硅 L 5公斤2 Omii納米氣相ニ氧化娃 I公斤 硫酸鈉O. 5公斤
質(zhì)量比濃度85!4磷||O. 2公斤
硫酸亞錫O. 03公斤
聚丙締酰胺O. 3公斤
硅烷偶聯(lián)劑O. 5公斤
去離子水50. 97公斤上述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，包括以下步驟( I)按重量稱好各種組分；(2)將I公斤的20nm納米氣相ニ氧化硅與10公斤去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再加入I. 5公斤的IOnm氣相ニ氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40_60min，配制成納米氣相ニ氧化硅懸浮液A ；(3)將45公斤分析純的質(zhì)量比濃度98%的濃硫酸加入剩余的40. 97公斤的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將O. 5公斤硫酸鈉、O. 2公斤分析純的質(zhì)量比濃度85%的磷酸、O. 03公斤硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)將納米氣相ニ氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 3公斤聚丙烯酰胺和O. 5公斤硅烷偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20_30min，得到鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液。實施例2本實施例中得到的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，由以下成分按重量配比混合配制而成質(zhì)量比濃度98X的濃疏酸36公斥
I Onm納米氣相ニ氧化娃O. 9公斤
2(tom納米氣相ニ氧化硅O. 6公斤
硫酸鈉O. 5公斤
質(zhì)量比濃度S5%磷酸O· I公斤 硫酸亞錫O. 01公斤
聚丙烯酰胺O. 02公斤
硅烷偶聯(lián)劑O. 5公斤
去離子水61. 37公斤。上述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，包括以下步驟( I)按重量稱好各種組分；(2)將O. 6公斤的20nm納米氣相ニ氧化硅與6公斤去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，分散速度800r/min，分散溫度25-28 °C，分散20_30min，再加入O. 9公斤的IOnm氣相ニ氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40-60min,配制成納米氣相ニ氧化娃懸浮液A ；(3)將36公斤分析純的質(zhì)量比濃度98%的濃硫酸加入剩余的55. 37公斤的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將O. 5公斤硫酸鈉、O. I公斤分析純的質(zhì)量比濃度85%的磷酸、O. 01公斤硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)將納米氣相ニ氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 02公斤聚丙烯酰胺和O. 5公斤硅烷偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20_30min，得到鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液。實施例3本實施例中得到的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，由以下成分按重量配比混合配制而成質(zhì)量比濃度98X的濃疏酸45公斥
IOnm納米氣相ニ氧化娃2, I公斤
2Onm納米氣相ニ氧化娃I· 4公斤
硫酸鈉I. O公斤
質(zhì)量比濃度S5%磷酸O. 5公斤
硫酸亞錫O. 05公斤
聚丙烯酰胺O. 5公斤
硅烷偶聯(lián)劑O. 8公斤
去離子水48. 65公斤。上述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，包括以下步驟( I)按重量稱好各種組分；(2)將I. 4公斤的20nm納米氣相ニ氧化硅與14公斤去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，分散速度800r/min，分散溫度25-28°C，分散20_30min，再加入2. I公斤的IOnm氣相ニ氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40-60min,配制成納米氣相ニ氧化娃懸浮液A ；(3)將45公斤分析純的質(zhì)量比濃度98%的濃硫酸加入剩余的34. 65公斤的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將I公斤硫酸鈉、O. 5公斤分析純的質(zhì)量比濃度85%的磷酸、O. 05公斤硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ;(4)將納米氣相ニ氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 5公斤聚丙烯酰胺和O. 8公斤硅烷偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20_30min，得到鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液。上述的硅烷偶聯(lián)劑可以選用氨基硅烷偶聯(lián)劑，廣州穗博化工助劑有限公司銷售美國道康寧氨基偶聯(lián)劑產(chǎn)品。本發(fā)明的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液與現(xiàn)有的普通的電解液性能對比如下12V-100AH電池試驗各項性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成質(zhì)量比濃度98%的濃硫酸36-45 納米氣相二氧化砝I. 5-3. 5%硫酸鈉0. 5-1. 0%質(zhì)量比濃度85%的磷酸0. 1-0. 51硫酸亞傷0. 01-0. 05%聚丙晞酰胺0. 02-0. 5%桂烷偶聯(lián)劑0. 5-0. 8% 余量為去尚子水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，所述納米氣相二氧化娃粒徑為10-20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，所述納米氣相二氧化硅為IOnm氣相二氧化硅重量占加入量60%、20nm氣相二氧化硅重量占加入量40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成質(zhì)量比濃度98X的濃硫酸 37-45%納米氣相二氧化硅I. 5-3. 5%硫酸鈉0. 5-1. 0%質(zhì)量比濃I %麵激(11-0. 5%疏酸亞錫0. 02-0. 05%聚丙婦醜胺0. 02-0. 5%硅*偶聯(lián)鶴0. 6-0. 8% 余量為去尚子水。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成質(zhì)量比濃度98%的濃磽酸45%納米氣相二氧化硅2.5 硫麵0. S I質(zhì)量比濃度85%磷酸0.21硫酸亞錫0. 03%聚丙烯酰胺0. 31硅烷偶聯(lián)則0. 5%去離子水50.97%.
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，所述娃燒偶聯(lián)劑為氣基娃燒偶聯(lián)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛酸蓄電池納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液，其特征在于，所述硫酸和磷酸為分析純。
8.如權(quán)利要求I所述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)按重量比稱好各種組分； (2)將納米氣相二氧化娃與去尚子水按重量比1:4在分散桶內(nèi)分散混合,分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散溫度35-400C，分散40-60min，配制成納米氣相二氧化硅懸浮液A ； (3)將濃硫酸加入剩余的去離子水中，配制成稀硫酸溶液，冷卻后，再將硫酸鈉、磷酸、硫酸亞錫加入稀硫酸溶液中，充分攪拌后，形成稀硫酸混合液B ； (4)將納米氣相二氧化硅懸浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和硅燒偶聯(lián)劑，在1700-2400r/min攪拌20-30min,得到鉛酸蓄電池用納米娃高分子復(fù)合物膠體電解液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中納米氣相二氧化娃為IOnm氣相二氧化娃重量占60%、20nm氣相二氧化硅重量占40%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)為將20nm納米氣相二氧化硅與去離子水在分散桶內(nèi)分散混合，初期分散速度800r/min，分散溫度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm氣相二氧化硅，分散溫度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40_60min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉛酸蓄電池用納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液及其制備方法，所述納米高分散性二氧化硅,平均粒徑10nm-20nm,其配制方法如下步驟1)將納米氣相二氧化硅與去離子水混合成膠體母液；2)配制稀硫酸溶液，在加入硫酸鈉、磷酸和硫酸亞錫；3)將納米膠體母液加入稀硫酸2)中充分攪拌后形成納米硅膠體電解液，加入聚丙烯酰胺作為絮凝劑，再加入高分子氨基硅烷偶聯(lián)劑混合成納米硅高分子復(fù)合物膠體電解液。本發(fā)明的電解液改善了凝膠特性，降低了蓄電池內(nèi)阻，觸變性好，并具有抗高低溫性能和過放電恢復(fù)能力；從而提高了蓄電池深循環(huán)充放電特性和蓄電池容量，延長了蓄電池的使用壽命等優(yōu)點。
文檔編號H01M10/10GK102856595SQ20121036671
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者張俊蕓, 王國強, 趙勇國 申請人:藝永盛(天津)電源電器科技有限公司