一種鉛酸蓄電池用膠體電解液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膠體鉛蓄電池電解液的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米氣相Si02膠體電解液的配制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，膠體電池具有電解液不流動、不易漏酸、無需定期維護(hù)等優(yōu)點，有著廣泛的應(yīng)用前景。膠體蓄電池的核心技術(shù)之一是制膠工藝，目前國內(nèi)的制膠工藝尚不成熟，如膠體易于水化分層、容量低、觸變性不好導(dǎo)致無法正常灌注等，使膠體電池的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種能有效改善水化分層、減少內(nèi)阻、提高觸變性的鉛酸蓄電池膠體電解液。氣相二氧化硅表面殘留有大量的硅羥基，使其呈現(xiàn)出較強的極性，將一定量的氣相二氧化硅添加到硫酸溶液中，能使硫酸溶液發(fā)生固化，形成具有觸變性的固態(tài)電解液。聚丙烯酰胺和硅烷偶聯(lián)劑的加入，不但可以對膠體起到增稠作用，還能保持水分，減少放置過程中酸液的析出，使溶膠穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):電解液以稀硫酸、氣相二氧化硅粉末、去離子水為主要原料，再加入聚丙烯酰胺和硅烷偶聯(lián)劑作為膠體穩(wěn)定劑，磷酸作為助電解質(zhì)。各組分配比為:氣相二氧化硅(Si02) 6-20%,聚丙烯酰胺(PAM) 0.005-0.2%，硅烷偶聯(lián)劑
0.5-4%，硫酸(H2S04 ) 32-38%，磷酸(Η3Ρ04) 0.1_1%。
[0005]所述的鉛酸蓄電池用膠體電解液，其制備方法包括以下步驟:
(1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5%的聚丙烯酰胺水溶液；
(2)將氣相二氧化硅粉末分多次加入到去離子水中，在高速剪切作用下配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-40%的二氧化硅溶膠；
(3)將步驟(2)的二氧化硅溶膠加入到預(yù)先配制的硫酸溶液中，進(jìn)行高速攪拌；
(4)將適量步驟(1)配制的聚丙烯酰胺水溶液、硅烷偶聯(lián)劑和磷酸加入到步驟(3)得到的分散液中，進(jìn)一步高速攪拌。
[0006]步驟(2)所述的二氧化硅溶膠的配制過程，高速剪切機的轉(zhuǎn)速為2000-8000 r/min,剪切時間為20-60 min。
[0007]步驟(3)所述的硫酸溶液的濃度為50-70%，硫酸溶液與二氧化硅水溶膠的質(zhì)量比為1?3:1。
[0008]步驟(3)和(4)所述的攪拌為機械攪拌，攪拌槳為聚四氟乙烯材質(zhì)，轉(zhuǎn)速為800-1500 r/min，攪拌時間均為 20-40 min。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
(1)以納米級氣相二氧化硅為原料，利用其氫鍵作用形成具有觸變可逆性的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0010](2)采用聚丙烯酰胺和硅烷偶聯(lián)劑為添加劑，對硅溶膠起到增稠和保水的作用，避免了膠體的水化分層問題，提高了膠體的穩(wěn)定性。
[0011](3)添加劑成本低廉，配膠方法簡單易行，得到的膠體電解液電性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
步驟1利用濃硫酸(1.84 g/mL)和去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.0%的硫酸溶液；
步驟2配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的聚丙烯酰胺水溶液；
步驟3量取150 ml的去離子水倒進(jìn)不銹鋼制成的高速分散桶，蓋上蓋子以防工作過程中液體飛濺，將高速剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到4000 r/min，邊剪切邊分多次加入100 g氣相Si02，加料完畢后高速剪切30 min ；
步驟4稱取250 g 70.0%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步驟3中配制的S1^K溶膠，利用機械攪拌機和聚四氟乙烯攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌時間為20 min,轉(zhuǎn)速為1000 r/min ；
步驟5稱取10 g 0.5%的聚丙烯酰胺水溶液，10 g氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，和1.5 g磷酸，在攪拌狀態(tài)下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后繼續(xù)攪拌20 min。
[0013]實施例2
步驟1利用濃硫酸(1.84 g/mL)和去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.85%的硫酸溶液； 步驟2配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的聚丙烯酰胺水溶液；
步驟3量取140 ml的去離子水倒進(jìn)不銹鋼制成的高速分散桶，蓋上蓋子以防工作過程中液體飛濺，將高速剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到5000 r/min，邊剪切邊分多次加入60 g氣相Si02，加料完畢后高速剪切60 min ；
步驟4稱取400 g 57.0%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步驟3中配制的S1^K溶膠，利用機械攪拌機和聚四氟乙烯攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌時間為30 min,轉(zhuǎn)速為800 r/min ；
步驟5稱取5 g 2%的聚丙烯酰胺水溶液，18.5 g乙烯基三乙氧基硅烷(A171)，和6.5g磷酸，在攪拌狀態(tài)下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后繼續(xù)攪拌20 min。
[0014]實施例3
步驟1利用濃硫酸(1.84g/mL)和去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸溶液；
步驟2配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚丙烯酰胺水溶液；
步驟3量取118 ml的去離子水倒進(jìn)不銹鋼制成的高速分散桶，蓋上蓋子以防工作過程中液體飛濺，將高速剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到2000 r/min，邊剪切邊分多次加入32 g氣相Si02，加料完畢后高速剪切60 min ；
步驟4稱取350 g 50%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步驟3中配制的Si02水溶膠，利用機械攪拌機和聚四氟乙烯攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌時間為20 min，轉(zhuǎn)速為1500 r/min ；
步驟5稱取20g 5%的聚丙烯酰胺水溶液，2.7 g正硅酸乙酯(TE0S)，和3g磷酸，在攪拌狀態(tài)下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后繼續(xù)攪拌40 min 實施例4
步驟1利用濃硫酸(1.84g/mL)和去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸溶液；
步驟2配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6%的聚丙烯酰胺水溶液；
步驟3量取90 ml的去離子水倒進(jìn)不銹鋼制成的高速分散桶，蓋上蓋子以防工作過程中液體飛濺，將高速剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到8000 r/min,邊剪切邊分多次加入60 g氣相Si02，加料完畢后高速剪切20 min ；
步驟4稱取450 g 50%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步驟3中配制的Si02水溶膠，利用機械攪拌機和聚四氟乙烯攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌時間為30 min，轉(zhuǎn)速為1000 r/min ；
步驟5稱取2 g 1.6%的聚丙烯酰胺水溶液，20 g 氯丙基三乙氧基硅烷(KBR-04)，和3 g磷酸，在攪拌狀態(tài)下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后繼續(xù)攪拌20 min
實施例5
步驟1利用濃硫酸(1.84g/mL)和去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%的硫酸溶液；
步驟2配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的聚丙烯酰胺水溶液；
步驟3量取191.5 ml的去離子水倒進(jìn)不銹鋼制成的高速分散桶，蓋上蓋子以防工作過程中液體飛濺，將高速剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到7000 r/min，邊剪切邊分多次加入33.75 g氣相Si02，加料完畢后高速剪切20 min ；
步驟4稱取250 g 64%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步驟3中配制的Si02水溶膠，利用機械攪拌機和聚四氟乙烯攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌時間為30 min，轉(zhuǎn)速為1500 r/min ；
步驟5稱取5 g 4%的聚丙烯酰胺水溶液，20 g 1，2-雙三乙氧基硅基乙烷(KBR-106)，和0.5 g磷酸，在攪拌狀態(tài)下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后繼續(xù)攪拌30 min。
【主權(quán)項】
1.一種鉛酸蓄電池膠體電解液，其特征在于:電解液由稀硫酸、氣相二氧化硅、聚丙烯酰胺、硅烷偶聯(lián)劑和去離子水組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于各組分的質(zhì)量比如下:氣相二氧化硅(Si02) 6-20%,聚丙烯酰胺(PAM) 0.005-0.2%,硅烷偶聯(lián)劑 0.5-4%,硫酸(H2S04 ) 32-38%，磷酸(Η3Ρ04) 0.1_1%，剩余成分為去離子水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑包括氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，縮水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)，正硅酸乙酯(TEOS)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙烯基三乙氧基硅烷(A151)，乙烯基三乙氧基硅烷(A171), Y _氣丙基二甲氧基??圭燒(KBR-03), Υ _氣丙基二乙氧基??圭燒(KBR-04),異氛基丙基三乙氧基硅烷(KBR-103)，1，2-雙三乙氧基硅基乙烷(KBR-106)中的一種或多種混合體系。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其制備方法包括以下步驟: (1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5%的聚丙烯酰胺水溶液； (2)將氣相二氧化硅粉末分多次加入到去離子水中，在高速剪切作用下配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-40%的二氧化硅溶膠； (3)將步驟(2)的二氧化硅溶膠加入到預(yù)先配制的硫酸溶液中，進(jìn)行高速攪拌； (4)將適量步驟(1)配制的聚丙烯酰胺水溶液、硅烷偶聯(lián)劑和磷酸加入到步驟(3)得到的分散液中，進(jìn)一步高速攪拌。5.如權(quán)利要求4所述的膠體電解液的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的二氧化硅溶膠的配制過程，高速剪切機的轉(zhuǎn)速為2000-8000 r/min，剪切時間為20-60 min。6.如權(quán)利要求4所述的膠體電解液的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的硫酸溶液的濃度為50-70%。7.如權(quán)利要求4所述的膠體電解液的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的硫酸溶液與二氧化硅水溶膠的質(zhì)量比為1~3:1。8.如權(quán)利要求4所述的膠體電解液的制備方法，其特征在于步驟(3)和(4)所述的攪拌為機械攪拌，攪拌槳為聚四氟乙烯材質(zhì)，轉(zhuǎn)速為800-1500 r/min,攪拌時間均為20-40 min。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鉛酸蓄電池膠體電解質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鉛酸蓄電池用的膠體電解液及其制備方法。以稀硫酸、氣相二氧化硅粉末、去離子水為主要原料，再加入聚丙烯酰胺和硅烷偶聯(lián)劑作為膠體穩(wěn)定劑，磷酸作為助電解質(zhì)。本發(fā)明中采用聚丙烯酰胺和硅烷偶聯(lián)劑作為膠體穩(wěn)定劑，可以對硅溶膠起到增稠的作用，形成的膠體電解質(zhì)易龜裂，有利于氣體在正負(fù)極之間的遷移，不易水化分層，提高了膠體的穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01M10/10
【公開號】CN105449293
【申請?zhí)枴緾N201410517097
【發(fā)明人】王丹, 彭新艷, 胡柱東
【申請人】佛山市高明區(qū)(中國科學(xué)院)新材料專業(yè)中心, 佛山中科邦達(dá)無機功能材料有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月30日