铅酸蓄电池电解液及其配制方法

摘要

本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池电解液及其配制方法。所述电解液包括电解液母液和添加剂，其中，所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：硫酸45‑50份；纳米气相二氧化硅10‑15份；硫酸钾3‑4份；硫酸镁3‑4份；硫酸亚锡0.3‑0.5份；硫酸锂6‑8份；硫酸铈0.01‑0.05份；去离子水80‑100份；所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：羟乙基纤维素2‑3份；羧甲基壳聚糖0.1‑0.5份；二氧化硅晶须0.1‑0.5份；所述的添加剂的用量为电解液母液质量的8‑12％。本发明的铅酸蓄电池电解液能够将蓄电池的循环寿命提高至620次以上；所述的配制方法，科学合理、简单易行。

权利要求

1.一种铅酸蓄电池电解液，其特征在于：包括电解液母液和添加剂，其中，所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：羟乙基纤维素         2-3份；

羧甲基壳聚糖         0.1-0.5份；

二氧化硅晶须         0.1-0.5份；

所述的添加剂的用量为电解液母液质量的8-12％。

2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述的硫酸的质量浓度为

70-80％。

3.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述的纳米气相二氧化硅的粒径为25-40nm。

4.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池电解液，其特征在于：所述的二氧化硅晶须直径为

0.1-0.5μm，长度为0.1-2μm。

5.一种权利要求1-4任一所述的铅酸蓄电池电解液的配制方法，其特征在于：步骤如下：(1)电解液母液的制备：

a、向搅拌釜中加入30-45份去离子水，分批加入纳米气相二氧化硅，搅拌，得二氧化硅母液；

b、向搅拌釜中加入余下的去离子水，加入硫酸钾、硫酸镁、硫酸亚锡、硫酸锂和硫酸铈，搅拌至溶解后加入硫酸，搅拌，得硫酸母液；

c、将二氧化硅母液加入到硫酸母液中，搅拌均匀，得电解液母液；

(2)将羟乙基纤维素和羧甲基壳聚糖加入电解液母液中，升温至30-35℃，搅拌3-4小时，得胶体分散液；

(3)不断搅拌下，加入二氧化硅晶须，加完后，继续搅拌1-2小时，得所述的铅酸蓄电池电解液。

6.根据权利要求5所述的铅酸蓄电池电解液的配制方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的搅拌转速为500-1000转/分钟。

7.根据权利要求5所述的铅酸蓄电池电解液的配制方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的搅拌转速为3000-4000转/分钟。

说明书

铅酸蓄电池电解液及其配制方法

技术领域

[0001] 本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池电解液及其配制方法。

背景技术

[0002] 铅酸蓄电池自1859年被发明以来，至今已有一百五十多年的历史。铅酸蓄电池具有结构简单、性能稳定、安全性高、使用方便、原料易得、价格低廉等优点，被广泛应用于交通运输、通讯和国防等国民经济中的众多领域，已成为社会生产和人类生活中不可缺少的能源产品。

[0003] 虽然目前有许多新型电池开始出现，但铅酸电池在许多领域还是有着无可替代的地位。铅酸蓄电池的五大组成部分为正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳，其中，电解液是影响电池性能的主要因素之一。

[0004] 目前，铅酸蓄电池在使用一段时间后，充电接受能力会变差，实际充入的容量及储存量变少，严重影响实际应用。另外，负极表面硫酸盐化严重，大颗粒的硫酸盐造成极板机械变形和膨胀，造成电池性能损失；不能有效的转换回海绵状铅，使电池循环寿命受限。因此，如何提高电池的使用寿命是目前亟待解决的问题。

[0005] 中国专利CN 104681881A公开了一种铅酸蓄电池电解液，通过加入多种添加剂，添加了所述电解液的电池循环200次之后寿命才终止，提高了电池的使用寿命。但是，所述的添加剂中含有大量有机物，在铅酸蓄电池电解液中不稳定，并且在电解液中的溶解度有限，对电池使用寿命的提高非常有限。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铅酸蓄电池电解液，能够有效延长蓄电池的使用寿命；本发明还提供其配制方法，科学合理、简单易行。

[0007] 本发明所述的铅酸蓄电池电解液，包括电解液母液和添加剂，其中，所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：

[0008]

[0009] 所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：

[0010] 羟乙基纤维素         2-3份；

[0011] 羧甲基壳聚糖         0.1-0.5份；

[0012] 二氧化硅晶须         0.1-0.5份；

[0013] 所述的添加剂的用量为电解液母液质量的8-12％。

[0014] 其中：

[0015] 所述的硫酸的质量浓度为70-80％。

[0016] 所述的纳米气相二氧化硅的粒径为25-40nm。

[0017] 所述的二氧化硅晶须直径为0.1-0.5μm，长度为0.1-2μm。

[0018] 本发明所述的铅酸蓄电池电解液的配制方法，步骤如下：

[0019] (1)电解液母液的制备：

[0020] a、向搅拌釜中加入30-45份去离子水，分批加入纳米气相二氧化硅，搅拌，得二氧化硅母液；

[0021] b、向搅拌釜中加入余下的去离子水，加入硫酸钾、硫酸镁、硫酸亚锡、硫酸锂和硫酸铈，搅拌至溶解后加入硫酸，搅拌，得硫酸母液；

[0022] c、将二氧化硅母液加入到硫酸母液中，搅拌均匀，得电解液母液；

[0023] (2)将羟乙基纤维素和羧甲基壳聚糖加入电解液母液中，升温至30-35℃，搅拌3-4小时，得胶体分散液；

[0024] (3)不断搅拌下，加入二氧化硅晶须，加完后，继续搅拌1-2小时，得所述的铅酸蓄电池电解液。

[0025] 步骤(2)中，所述的搅拌转速为500-1000转/分钟。

[0026] 步骤(3)中，所述的搅拌转速为3000-4000转/分钟。

[0027] 纳米气相二氧化硅，在胶体电解液中形成以氢键结合为主的纳米二氧化硅颗粒骨架。氢键结合的优点在于胶体的流变性具有可逆性，不会发生水化分层的现象。

[0028] 羟乙基纤维素是一种非离子型表面活性剂，具有较强的保水能力和良好的流动调节性，能够有效减少电池使用过程中电解液水分的流失，从而提高蓄电池的循环寿命。

[0029] 羧甲基壳聚糖是一种聚电解质，在酸性环境中，分子上的氨基转化为正离子。电池放电过程中，正离子在电场作用下迁移至负极表面。迁移过程中，由于羧甲基壳聚糖聚电解质与硫酸氢根的配位作用，有效带动了硫酸氢根迁移至负极，提高了硫酸氢根迁移的速度，改善了蓄电池的充放电性能，也增大了负极处硫酸氢根负离子的浓度，提高了负极活性物质的利用率，从而提高电池容量。羧甲基壳聚糖的加入改善了电极界面层处胶体电解质内硫酸浓度的响应速度，有效提高了活性物质的利用效率，抑制了活性物质的硫酸盐化。

[0030] 二氧化硅晶须，与电解液体系形成氢键缔合，在转速为3000-4000转/分钟的剪切力下，二氧化硅晶须粒子沿外力快速取向，使胶体电解质体系瓦解，粘度迅速降低。极大的改善了灌胶的流畅性，得到凝胶性能良好的胶体电解质，延长了凝胶化时间，电解质制成后有充分的时间保持流动态，便于灌注，使用过程不水化分层，稳定性较好。

[0031] 综上所述，本发明的有益效果如下：

[0032] (1)本发明所述的铅酸蓄电池电解液包括添加剂，羟乙基纤维素、羧甲基壳聚糖和二氧化硅晶须，三者协同作用延长了电池的使用寿命，能够将蓄电池的循环寿命提高至620次以上。

[0033] (2)本发明所述的铅酸蓄电池电解液中含有二氧化硅晶须，纳米气相二氧化硅与二氧化硅晶须共同作用，形成了更稳定的互相交织的网状结构，对胶水分离现象的抑制能力更强，并且具有良好的分散性，延长了蓄电池的循环寿命。

[0034] (3)添加剂用量少，采用的添加剂在铅酸蓄电池中稳定，不会被氧化而失去作用。

[0035] (4)所述的配制方法，科学合理、简单易行，适合工业化大规模生产。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0037] 实施例中采用的所有原料均为市购。

[0038] 实施例1

[0039] 所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：

[0040]

[0041] 所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：

[0042] 羟乙基纤维素         2.5份；

[0043] 羧甲基壳聚糖         0.3份；

[0044] 二氧化硅晶须         0.3份；

[0045] 所述的添加剂的用量为电解液母液质量的10％。

[0046] 所述的硫酸的质量浓度为75％。

[0047] 所述的纳米气相二氧化硅的粒径为25-40nm。

[0048] 所述的二氧化硅晶须直径为0.1-0.5μm，长度为0.1-2μm。

[0049] 其配制方法如下：

[0050] (1)电解液母液的制备：

[0051] a、向搅拌釜中加入36份去离子水，分批加入纳米气相二氧化硅，搅拌，得二氧化硅母液；

[0052] b、向搅拌釜中加入余下的去离子水，加入硫酸钾、硫酸镁、硫酸亚锡、硫酸锂和硫酸铈，搅拌至溶解后加入硫酸，搅拌，得硫酸母液；

[0053] c、将二氧化硅母液加入到硫酸母液中，搅拌均匀，得电解液母液；

[0054] (2)将羟乙基纤维素和羧甲基壳聚糖加入电解液母液中，升温至35℃，搅拌3小时，得胶体分散液；

[0055] (3)不断搅拌下，加入二氧化硅晶须，加完后，继续搅拌2小时，得所述的铅酸蓄电池电解液。

[0056] 步骤(2)中，所述的搅拌转速为800转/分钟。

[0057] 步骤(3)中，所述的搅拌转速为3500转/分钟。

[0058] 实施例2

[0059] 所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：

[0060]

[0061] 所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：

[0062] 羟乙基纤维素          3份；

[0063] 羧甲基壳聚糖          0.1份；

[0064] 二氧化硅晶须         0.1份；

[0065] 所述的添加剂的用量为电解液母液质量的8％。

[0066] 所述的硫酸的质量浓度为70％。

[0067] 所述的纳米气相二氧化硅与二氧化硅晶须同实施例1。

[0068] 其配制方法如下：

[0069] (1)电解液母液的制备：

[0070] a、向搅拌釜中加入45份去离子水，分批加入纳米气相二氧化硅，搅拌，得二氧化硅母液；

[0071] b、向搅拌釜中加入余下的去离子水，加入硫酸钾、硫酸镁、硫酸亚锡、硫酸锂和硫酸铈，搅拌至溶解后加入硫酸，搅拌，得硫酸母液；

[0072] c、将二氧化硅母液加入到硫酸母液中，搅拌均匀，得电解液母液；

[0073] (2)将羟乙基纤维素和羧甲基壳聚糖加入电解液母液中，升温至30℃，搅拌4小时，得胶体分散液；

[0074] (3)不断搅拌下，加入二氧化硅晶须，加完后，继续搅拌1小时，得所述的铅酸蓄电池电解液。

[0075] 步骤(2)中，所述的搅拌转速为500转/分钟。

[0076] 步骤(3)中，所述的搅拌转速为4000转/分钟。

[0077] 实施例3

[0078] 所述的电解液母液由如下重量份数的原料制成：

[0079]

[0080] 所述的添加剂由如下重量份数的原料制成：

[0081] 羟乙基纤维素          2份；

[0082] 羧甲基壳聚糖          0.5份；

[0083] 二氧化硅晶须          0.5份；

[0084] 所述的添加剂的用量为电解液母液质量的12％。

[0085] 所述的硫酸的质量浓度为80％。

[0086] 所述的纳米气相二氧化硅与二氧化硅晶须同实施例1。

[0087] 其配制方法如下：

[0088] (1)电解液母液的制备：

[0089] a、向搅拌釜中加入30份去离子水，分批加入纳米气相二氧化硅，搅拌，得二氧化硅母液；

[0090] b、向搅拌釜中加入余下的去离子水，加入硫酸钾、硫酸镁、硫酸亚锡、硫酸锂和硫酸铈，搅拌至溶解后加入硫酸，搅拌，得硫酸母液；

[0091] c、将二氧化硅母液加入到硫酸母液中，搅拌均匀，得电解液母液；

[0092] (2)将羟乙基纤维素和羧甲基壳聚糖加入电解液母液中，升温至35℃，搅拌3小时，得胶体分散液；

[0093] (3)不断搅拌下，加入二氧化硅晶须，加完后，继续搅拌2小时，得所述的铅酸蓄电池电解液。

[0094] 步骤(2)中，所述的搅拌转速为1000转/分钟。

[0095] 步骤(3)中，所述的搅拌转速为3000转/分钟。

[0096] 对比例1

[0097] 不采用添加剂，其余与实施例1相同。

[0098] 对比例2

[0099] 添加剂中不采用羟乙基纤维素，其余与实施例1相同。

[0100] 对比例3

[0101] 添加剂中不采用羧甲基壳聚糖，其余与实施例1相同。

[0102] 对比例4

[0103] 添加剂中不采用二氧化硅晶须，其余与实施例1相同。

[0104] 效果测试：

[0105] 1、将实施例1-3、对比例1-4制备的铅酸蓄电池电解液加入到按传统工艺组装成2V，400mAh的单体电池，化成后进行循环寿命测试。

[0106] 2、循环条件如下：

[0107] 1)C20检测合格的电池，完全充电后按照以下循环制度进行；

[0108] 5I20的电流进行2小时放电和0.5C20充电至2.45V后0.2C20充电至120％C20，静置30分钟，如此为一循环。

[0109] 2)循环终止条件：

[0110] 每20次循环后，用5I20的电流放电至1.75V，测定容量C。当容量降低到0.5C20以下后终止实验。

[0111] 3、测试结果见表1。

[0112] 表1电池的寿命终止次数

[0113]实施例1 655次
实施例2 638次
实施例3 624次
对比例1 432次
对比例2 531次
对比例3 515次
对比例4 481次

[0114] 4、结果分析：

[0115] 不采用添加剂的电解液制成的电池在循环432次后电池寿命终止，添加部分添加剂的寿命有所增长，但是效果远远不如添加所有添加剂成分的。本申请采用的添加剂三者之间存在协同作用，能够显著改善电池的使用寿命。