一种蓄电池溶胶电解质的制备方法

摘要

本发明公开了一种蓄电池溶胶电解质的制备方法，属于电池材料技术领域。本发明首先利用酒糟接种醋酸菌发酵产生酸性清液，将其滴加至聚乙二醇辛基苯基醚等混合液中，制得微乳液，再将正硅酸乙酯滴加至微乳液中，发生水解，以丙酮为破乳剂，过滤后将沉淀物洗涤干燥后煅烧，得白色无定形超细粉末，将其与硫酸等混合均匀制得蓄电池溶胶电解质。本发明充分利用微乳液制备得到的无定形超细粉末在电解质中形成网络结构，其无定形状态使电解质不易水化，稳定性得到大大提高，触变性优异，使用寿命较常规蓄电池提高2倍以上。

权利要求

1.一种蓄电池溶胶电解质的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取酒糟2～3kg，加入盛有3～5L去离子水的发酵罐中，以300～500r/min转速搅拌混合20～30min，随后按接种量的6～8%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵5～7天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；

（2）依次量取200～220mL聚乙二醇辛基苯基醚，150～180mL正己醇，600～650mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40～45℃，转速为400～500r/min条件下，恒温搅拌混合15～20min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加50～

60mL上述所得上层酸性清液，控制在15～20min内滴完；

（3）待滴加完毕，继续搅拌混合8～12min，得微乳液，随后升温至50～55℃，调节转速至

600～800r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加80～100mL正硅酸乙酯，控制在10～

15min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应3～5h；

（4）待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入50～70mL丙酮，以350～400r/min转速搅拌混合3～5min，静置45～60min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼3～5次，再将滤饼转入烘箱中，于105～110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于680～750℃条件下，煅烧60～90min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；

（5）按重量份数计，在混料机中，依次加入85～100份质量分数为58～60%硫酸，6～8份上述所得白色无定形超细粉末，1～3份聚丙烯酰胺，0.6～0.8份甘油，以1600～1800r/min转速高速搅拌混合8～10h，即得蓄电池溶胶电解质。

说明书

一种蓄电池溶胶电解质的制备方法

技术领域

[0001] 本发明公开了一种蓄电池溶胶电解质的制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

[0002] 目前电动自行车用蓄电池绝大多数使用12V/12Ah阀控密封铅蓄电池，每组两只或三只，其电性能基本能满足要求，要求继续改进和提高的呼声是针对电池的使用寿命。现在多数厂家生产的阀控铅蓄电池寿命在一年左右，且波动范围较大。对于提高循环寿命突破性的举措几乎到了山穷水尽的地步，唯一的希望是采用胶体电解质。若干年来，对于胶体电解质进行了很多研究，并取得了可喜的进步，达到了真正可以扩大使用的地步。

[0003] 胶体电解质实际上是一种硅凝胶，它由硅溶胶和一定浓度的纯硫酸混合配置而成。当硅溶胶产生聚合反应形成网络结构时，将大量硫酸溶液裹在其内部而形成凝胶，这就是胶体电解质。

[0004] 目前，胶体铅蓄电池的电解液主要是由一定量的硅溶胶或气相二氧化硅分散在硫酸中形成的胶体。胶体电解液性能的好坏是影响胶体蓄电池容量和循环寿命的关键因素。以硅溶胶制备的胶体电解质存在稳定性差、触变性不佳、易水化、易龟裂等缺点。气相二氧化硅制备的胶体电解质成本较高，电解液的性能很大程度上取决于气相二氧化硅的利用程度，而且用这种胶体灌注的蓄电池易出现电池容量低、内阻大、胶体易水化等问题。

发明内容

[0005] 本发明主要解决的技术问题是：针对传统蓄电池电解质在制备和使用过程中出现的稳定性差，胶体易水化，且触变性不佳，导致使用寿命较短的问题，提供了一种蓄电池溶胶电解质的制备方法，本发明首先利用酒糟接种醋酸菌发酵产生酸性清液，将其滴加至聚乙二醇辛基苯基醚等混合液中，制得微乳液，再将正硅酸乙酯滴加至微乳液中，发生水解，以丙酮为破乳剂，过滤后将沉淀物洗涤干燥后煅烧，得白色无定形超细粉末，将其与硫酸等混合均匀制得蓄电池溶胶电解质。本发明充分利用微乳液制备得到的无定形超细粉末在电解质中形成网络结构，其无定形状态使电解质不易水化，稳定性得到大大提高，触变性优异，使用寿命较常规蓄电池提高2倍以上。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0007] （1）称取酒糟2～3kg，加入盛有3～5L去离子水的发酵罐中，以300～500r/min转速搅拌混合20～30min，随后按接种量的6～8%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵5～7天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；

[0008] （2）依次量取200～220mL聚乙二醇辛基苯基醚，150～180mL正己醇，600～650mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40～45℃，转速为400～500r/min条件下，恒温搅拌混合15～20min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加50～60mL上述所得上层酸性清液，控制在15～20min内滴完；

[0009] （3）待滴加完毕，继续搅拌混合8～12min，得微乳液，随后升温至50～55℃，调节转速至600～800r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加80～100mL正硅酸乙酯，控制在10～15min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应3～5h；

[0010] （4）待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入50～70mL丙酮，以350～400r/min转速搅拌混合3～5min，静置45～60min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼3～5次，再将滤饼转入烘箱中，于105～110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于680～750℃条件下，煅烧60～90min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；

[0011] （5）按重量份数计，在混料机中，依次加入85～100份质量分数为58～60%硫酸，6～8份上述所得白色无定形超细粉末，1～3份聚丙烯酰胺，0.6～0.8份甘油，以1600～1800r/min转速高速搅拌混合8～10h，即得蓄电池溶胶电解质。

[0012] 本发明的应用方法：将本发明所得蓄电池溶胶电解质倒入蓄电池电解池中，直至胶体液面超过极板群2～4cm，补加溶胶电解质质量0.2～0.4%的磷酸（质量分数为85%），静置，待电池内胶体凝固约2～4h，进行充电3～5h，即可。所得蓄电池经400～500次充放电循环后，电解质未出现干裂和胶液分离现象，将蓄电池向四个方向倾斜，表面无电解液渗漏，经后续检测，循环耐久能力可达800～900次，具有广阔的市场应用前景。

[0013] 本发明的有益效果是：

[0014] （1）本发明所得蓄电池溶胶电解质应用于蓄电池中，可有效改善蓄电池稳定性差，易水化，触变性差的问题，具有自放电小，容量高，耐深放电等优势；

[0015] （2）利用本发明电解质制备的蓄电池，使用寿命较常规蓄电池提高了2倍以上，可有效减少电动车、汽车电瓶的损耗和更换频率，使蓄电池材料得到充分利用，具有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

[0016] 称取酒糟2～3kg，加入盛有3～5L去离子水的发酵罐中，以300～500r/min转速搅拌混合20～30min，随后按接种量的6～8%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵5～7天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；依次量取200～220mL聚乙二醇辛基苯基醚，150～180mL正己醇，600～650mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40～45℃，转速为400～500r/min条件下，恒温搅拌混合15～20min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加50～60mL上述所得上层酸性清液，控制在15～20min内滴完；待滴加完毕，继续搅拌混合8～12min，得微乳液，随后升温至50～55℃，调节转速至600～800r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加80～100mL正硅酸乙酯，控制在10～
15min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应3～5h；待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入50～70mL丙酮，以350～400r/min转速搅拌混合3～5min，静置45～60min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼3～5次，再将滤饼转入烘箱中，于105～110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于680～750℃条件下，煅烧60～90min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；按重量份数计，在混料机中，依次加入85～100份质量分数为58～
60%硫酸，6～8份上述所得白色无定形超细粉末，1～3份聚丙烯酰胺，0.6～0.8份甘油，以
1600～1800r/min转速高速搅拌混合8～10h，即得蓄电池溶胶电解质。

[0017] 实例1

[0018] 称取酒糟2kg，加入盛有3L去离子水的发酵罐中，以300r/min转速搅拌混合20min，随后按接种量的6%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵5天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；依次量取200mL聚乙二醇辛基苯基醚，150mL正己醇，600mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合15min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加50mL上述所得上层酸性清液，控制在15min内滴完；待滴加完毕，继续搅拌混合8min，得微乳液，随后升温至50℃，调节转速至600r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加80mL正硅酸乙酯，控制在10min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应3h；待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入50mL丙酮，以350r/min转速搅拌混合3min，静置45min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼3次，再将滤饼转入烘箱中，于105℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于680℃条件下，煅烧60min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；按重量份数计，在混料机中，依次加入85份质量分数为58%硫酸，6份上述所得白色无定形超细粉末，1份聚丙烯酰胺，0.6份甘油，以1600r/min转速高速搅拌混合8h，即得蓄电池溶胶电解质。

[0019] 将本发明所得蓄电池溶胶电解质倒入蓄电池电解池中，直至胶体液面超过极板群2cm，补加溶胶电解质质量0.2%的磷酸（质量分数为85%），静置，待电池内胶体凝固约2h，进行充电3h，即可。所得蓄电池经400次充放电循环后，电解质未出现干裂和胶液分离现象，将蓄电池向四个方向倾斜，表面无电解液渗漏，经后续检测，循环耐久能力可达800次，具有广阔的市场应用前景。

[0020] 实例2

[0021] 称取酒糟2.5kg，加入盛有4L去离子水的发酵罐中，以400r/min转速搅拌混合25min，随后按接种量的7%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵6天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；依次量取210mL聚乙二醇辛基苯基醚，160mL正己醇，620mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为42℃，转速为450r/min条件下，恒温搅拌混合18min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加55mL上述所得上层酸性清液，控制在18min内滴完；待滴加完毕，继续搅拌混合10min，得微乳液，随后升温至52℃，调节转速至700r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加90mL正硅酸乙酯，控制在
12min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应4h；待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入60mL丙酮，以380r/min转速搅拌混合4min，静置55min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼4次，再将滤饼转入烘箱中，于108℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于700℃条件下，煅烧80min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；按重量份数计，在混料机中，依次加入95份质量分数为59%硫酸，7份上述所得白色无定形超细粉末，2份聚丙烯酰胺，0.7份甘油，以1700r/min转速高速搅拌混合9h，即得蓄电池溶胶电解质。

[0022] 将本发明所得蓄电池溶胶电解质倒入蓄电池电解池中，直至胶体液面超过极板群3cm，补加溶胶电解质质量0.3%的磷酸（质量分数为85%），静置，待电池内胶体凝固约3h，进行充电4h，即可。所得蓄电池经450次充放电循环后，电解质未出现干裂和胶液分离现象，将蓄电池向四个方向倾斜，表面无电解液渗漏，经后续检测，循环耐久能力可达860次，具有广阔的市场应用前景。

[0023] 实例3

[0024] 称取酒糟3kg，加入盛有5L去离子水的发酵罐中，以500r/min转速搅拌混合30min，随后按接种量的8%将醋酸菌接种至发酵罐物料中，静置发酵7天，离心分离，除去下层沉淀，收集得上层酸性清液；依次量取220mL聚乙二醇辛基苯基醚，180mL正己醇，650mL环己烷，加入烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合20min，在恒温搅拌状态下，向烧杯中缓慢滴加60mL上述所得上层酸性清液，控制在20min内滴完；待滴加完毕，继续搅拌混合12min，得微乳液，随后升温至55℃，调节转速至800r/min，在恒温搅拌状态下，向微乳液中滴加100mL正硅酸乙酯，控制在15min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应5h；待反应结束，在搅拌状态下，向烧杯中加入70mL丙酮，以400r/min转速搅拌混合5min，静置60min，抽滤，除去滤液，用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将滤饼转入烘箱中，于110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤饼转入马弗炉，于750℃条件下，煅烧90min，随炉冷却至室温，得白色无定形超细粉末；按重量份数计，在混料机中，依次加入100份质量分数为60%硫酸，8份上述所得白色无定形超细粉末，3份聚丙烯酰胺，0.8份甘油，以1800r/min转速高速搅拌混合10h，即得蓄电池溶胶电解质。

[0025] 将本发明所得蓄电池溶胶电解质倒入蓄电池电解池中，直至胶体液面超过极板群4cm，补加溶胶电解质质量0.4%的磷酸（质量分数为85%），静置，待电池内胶体凝固约4h，进行充电5h，即可。所得蓄电池经500次充放电循环后，电解质未出现干裂和胶液分离现象，将蓄电池向四个方向倾斜，表面无电解液渗漏，经后续检测，循环耐久能力可达900次，具有广阔的市场应用前景。