一種膠體電池電解液及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為：二氧化硅4?8％；無水硫酸鈉0.6?2％；磷酸0.2?0.8％；硫酸21.5?38.4％；其余為水。本發(fā)明還公開了所述膠體電池電解液的制備方法，包括：(1)將二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置膠體母液；(2)配置稀硫酸水溶液，并加入無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；(3)將所得膠體母液加入所述混合溶液中，快速攪拌后得所述膠體電池電解液。本發(fā)明通過所述比例的各物料協(xié)同配合及合理的添加順序，制備的電解液能有效杜絕水化分層、循環(huán)壽命長、低溫環(huán)境充放電性能優(yōu)越、電解液體系穩(wěn)定、成本低、使用性能好。
【專利說明】
一種膠體電池電解液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池電解液及其制備方法，具體涉及一種膠體電池電解液及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)AGM電池具有以下缺陷：（1)隔板中酸含量低，使用過程中失水較多，容易形成 熱失控，導(dǎo)致單只電池鼓肚，最終導(dǎo)致整組電池報廢。（2)低溫性能較差，低溫充放電內(nèi)阻 大，充電接受能力差，放電容量低。（3)深循環(huán)使用壽命短，AGM電池含酸量比膠體電池含酸 量要少，電池在使用一段時間后，AGM電池水分的消失，導(dǎo)致酸密度上升，加快了極板板柵腐 蝕速度，然而，縮短電池使用壽命。（4)電解液分層現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，極板形成硫酸鹽，造成電 池充放電困難，最終導(dǎo)致電池壽命終止。
[0003] 在國家政府的倡導(dǎo)下，光伏產(chǎn)業(yè)日漸形成規(guī)?；?。光伏產(chǎn)業(yè)帶動了膠體電池的規(guī) 模化，膠體電池的生產(chǎn)也形成了規(guī)模，膠體電池是光伏系統(tǒng)主要部件之一。膠體電池不僅在 光伏系統(tǒng)得到了應(yīng)用，還在風(fēng)能儲能系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)等有廣泛應(yīng)用。
[0004] 電解液是膠體電池的關(guān)鍵組分，其主要成分為凝膠劑和硫酸，凝膠劑通過其表面 的羥基形成氫鍵，在體系中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將硫酸和水包裹在其中，因此膠體電解液在 靜止不動時呈固體狀。當(dāng)受到一定的剪切力時，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)迅速解體，膠體電解液呈水 溶液狀。
[0005] 目前國內(nèi)膠體電池廠家越來越多，但其質(zhì)量參差不齊，膠體電解液性能還存在很 多問題。公開號為CN1128807A的中國發(fā)明專利文獻公開了一種膠體電解液，這種由水玻璃、 硫酸、硫酸鋁、硫酸鎘、硫酸鎂、蒸餾水組成的膠體電解液，具有導(dǎo)電性能好，抗腐蝕，耐高 溫、抗嚴(yán)寒、長期擱置不用也能保持一定的電量，并且成本低的特點。但采用傳統(tǒng)的硅溶膠 配制膠體電解液，存在內(nèi)阻大、放電性能下降，電解液容易水化分層，不適合與AGM隔板組裝 等缺陷。
[0006] 公開號為CN1750312的中國發(fā)明專利文獻公開了一種鉛酸蓄電池膠體電解液，其 組分由納米級二氧化硅、羧甲基纖維素鈉鹽(CMC)、硫酸亞錫、硫酸以及水組成。該發(fā)明的優(yōu) 點是改進膠體電解液，提高充電接受能力，提高蓄電池容量，保證蓄電池一致性，并減少失 水量，保護極板，提高了蓄電池的循環(huán)壽命。但該方法成本較高，制作的膠體電解液仍存在 長期使用后膠體電解液水化分層、電阻大、壽命短等缺點。
[0007] 電解液的均勻性和膠體的觸變性、穩(wěn)定性對電池的一致性、和循環(huán)壽命等有著至 關(guān)重要的作用。而純粹的采用普通的機械攪拌方法配制的膠體電解液，容易出現(xiàn)各組分溶 解不充分導(dǎo)致電解液不均勻，原材料的浪費，膠體穩(wěn)定性不好，易出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，使用這 樣的電解液制作的電池一致性較難控制，各組分難以完全發(fā)揮其在電池中的作用。因此，需 要提供一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點作出改進，提供一種能有效杜絕水化分層、 循環(huán)壽命長、低溫環(huán)境充放電性能優(yōu)越、電解液體系穩(wěn)定、成本低、使用性能好的膠體電池 電解液及其制備方法。
[0009] -種膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-8% 無水硫酸鈉 0.6-2%
[0010]磷酸 0.2-().8% 硫酸 21.5-38.4% 其余為水。
[0011] 二氧化硅含量過高，電解液形成的凝膠致密，難切稀且空腔??；二氧化硅含量過 低，無法形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較弱，不能將硫酸和水分子包裹在其中，切稀后難 復(fù)凝。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為：
[0013] 二氧化硅 4-7.5% 無水硫酸鈉 0.6-2% 磷酸 0.2-0.8%
[0014] 硫酸 2:1.5-38.4% 其余為水。
[0015] 無水硫酸鈉的加入可以提高電池深放電后的恢復(fù)能力，同時會影響電解液的凝膠 過程。但其含量過高時，膠粒間排斥力過小，膠粒間容易結(jié)合，發(fā)生凝聚。
[0016] 進一步優(yōu)選，所述的膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-7,5% 無水硫酸鈉 0.8:-1.5%
[0017]磷酸 0.2-().8% 硫酸 21.5-38.4% 其余為水。
[0018]進一步優(yōu)選，所述的膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-6.5% 無水硫酸鈉 0.8-1.5%
[0019]磷酸 0,3-0.8% 硫酸 27-38.4% 其余為水。
[0020]經(jīng)過優(yōu)選，本發(fā)明技術(shù)方案中，二氧化硅含量適中，可以形成穩(wěn)定的凝膠，對電解 液有良好的固定作用，同時改善電池的性能；酸含量較多，使電池不會發(fā)生熱失控現(xiàn)象;硫 酸和水分子被包裹在二氧化硅形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，呈現(xiàn)固態(tài)性質(zhì)，防止硫酸的下沉，杜 絕分層現(xiàn)象。
[0021 ]所述二氧化硅為氣相法制備。
[0022] 所述二氧化娃粒徑為10-80nm。氣相二氧化娃的粒徑越小，其比表面積越大，粒子 間結(jié)合凝聚越容易，但當(dāng)粒徑過小時，凝膠速度過快，凝膠硬度過大，觸變性變差，難切稀， 不易灌入到電池中，而且容易水化分層；當(dāng)粒徑過大時，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成緩慢甚至不凝 膠，水化現(xiàn)象嚴(yán)重。作為優(yōu)選，所述二氧化硅粒徑為15-38nm。
[0023] 所述膠體電池電解液的制備方法，包括：
[0024] (1)將二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置膠體母液；
[0025] (2)配置稀硫酸水溶液，并加入無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0026] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，快速攪拌后得所述膠體電池電解液。 [0027] 所述二氧化硅和水的質(zhì)量比為：1:5-10。
[0028] 所述高速剪切的速度為3500-5500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為5-60min。
[0029] 普通膠體電解液在長期使用后會發(fā)生水化分層現(xiàn)象，二氧化硅顆粒在電解液中聚 集沉淀，影響了膠體電解液性能。本發(fā)明采用高速剪切的方法，當(dāng)剪切速度為3500-5500轉(zhuǎn)/ min時，二氧化娃顆粒粒徑可均勾細化到100nm以下，較大或團聚的二氧化娃顆粒得到充分 分散，提高了膠體電解液的穩(wěn)定性。當(dāng)剪切速度過低時，會發(fā)成分層現(xiàn)象。
[0030] 配置稀硫酸水溶液的步驟為:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀 硫酸水溶液的密度為1.15-1.29g/ml。
[0031]無水硫酸鈉必須在加入膠體母液之前添加到體系當(dāng)中，否則會結(jié)晶。無水硫酸鈉 在電解液中可為電化學(xué)反應(yīng)提供一定量的硫酸根，降低硫酸鉛結(jié)晶的過飽和度，防止生成 致密的導(dǎo)電性差的硫酸鉛層。
[0032]磷酸可細化電池放電時析出的硫酸鉛晶粒的粒徑。
[0033] 所述快速攪拌的速度為4500-6000轉(zhuǎn)/min，攪拌時間為10-30min。攪拌的速度過快 會導(dǎo)致體系的溫度升高，影響膠體電池的溫升;過慢會影響體系的粘稠度，影響極板鉛膏的 吸收。
[0034]制成的膠體電池電解液密度為1.20-1.28g/ml。
[0035]通過所述比例的各物料協(xié)同配合及合理的添加順序，本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 1、將膠體電池電解液灌注電池后，化成充電膠體形成果凍狀，并形成裂縫，導(dǎo)致充 電時正極析出的氧氣被負(fù)極吸收，形成氧復(fù)合，電池失水少，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命延長。
[0037] 2、采用本發(fā)明電解液制作的膠體電池在低溫環(huán)境中比普通AGM電池充放電性能要 優(yōu)越。
[0038] 3、采用本發(fā)明電解液制作的膠體電池酸含量多，不會發(fā)生電池?zé)崾Э氐默F(xiàn)象。
[0039] 4、采用本發(fā)明電解液制作的膠體電池完全解決了 AGM高型電池極板硫酸分層的現(xiàn) 象。
【具體實施方式】：
[0040] 實施例1
[0041] 膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4% 無水硫酸鈉 0.6%
[0042] 磷酸 0.2% 硫酸 21.5% U:余為水；
[0043] 二氧化硅為氣相法制備，二氧化硅粒徑為10-50nm。
[0044] 具體通過如下步驟制備：
[0045] (1)將二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的質(zhì)量比為1: 5，在高速剪切作用下配置 膠體母液，高速剪切的速度為3500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為5min;
[0046] (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度為 1.15g/ml，加入所需量的無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0047] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，在4500轉(zhuǎn)/min下快速攪拌lOmin后制 得成品，所得成品膠體電池電解液密度為1.20g/ml。
[0048] 實施例2
[0049] 膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化桂 5% 無水硫酸鈉 1%
[0050] 磷酸 0.4% 硫酸 25.3% 其余為水；
[0051 ] 二氧化硅為氣相法制備，二氧化硅粒徑為20-60nm。
[0052] 具體通過如下步驟制備：
[0053] (1)將二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的質(zhì)量比為1:6，在高速剪切作用下配置 膠體母液，高速剪切的速度為4000轉(zhuǎn)/min，剪切時間為15min;
[0054] (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度為 1.19g/ml，加入所需量的無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0055] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，在5000轉(zhuǎn)/min下快速攪拌15min后制 得成品，所得成品膠體電池電解液密度為1.22g/ml。
[0056] 實施例3
[0057] 膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 6.5% 無水硫酸鈉 0.8%
[0058] 磷酸 0.6% 硫酸 38.4% 其余為水；
[0059] 二氧化硅為氣相法制備，二氧化硅粒徑為15-38nm。
[0000] 具體通過如下步驟制備：
[0061 ] (1)將二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的質(zhì)量比為1:8，在高速剪切作用下配置 膠體母液，高速剪切的速度為4500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為25min;
[0062] (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度為 1.19g/ml，加入所需量的無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0063] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，在5000轉(zhuǎn)/min下快速攪拌15min后制 得成品，所得成品膠體電池電解液密度為1.25g/ml。
[0064] 實施例4
[0065] 膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 6% 無水硫酸鈉 1.5%
[0066] 磷酸 0.6% 硫酸 32.5% 其余為水；
[0067] 二氧化硅為氣相法制備，二氧化硅粒徑為20-40nm。
[0068] 具體通過如下步驟制備：
[0069] (1)將二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的質(zhì)量比為1:8，在高速剪切作用下配置 膠體母液，高速剪切的速度為4500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為40min;
[0070] (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度為 1.22g/ml，加入所需量的無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0071] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，在5500轉(zhuǎn)/min下快速攪拌25min后制 得成品，所得成品膠體電池電解液密度為1.25g/ml。
[0072] 實施例5
[0073] 膠體電池電解液，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 8% 無水硫酸鈉 2%
[0074] 磷酸 0.8% 硫酸 38 4% 其余為水；
[0075] 二氧化硅為氣相法制備，二氧化硅粒徑為20-80nm。
[0076] 具體通過如下步驟制備：
[0077] (1)將二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的質(zhì)量比為1:10,在高速剪切作用下配置 膠體母液，高速剪切的速度為5500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為60min;
[0078] (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸緩慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度為 1.29g/ml，加入所需量的無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液；
[0079] (3)將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，在6000轉(zhuǎn)/min下快速攪拌30min后制 得成品，所得成品膠體電池電解液密度為1.28g/ml。
[0080] 將實施例1-5制備的電解液加入6-DZM-12電池中，按照國標(biāo)進行初期性能測試，測 試數(shù)據(jù)見表1。
[0081] 表1不同實施例電池測試數(shù)據(jù)
[0083]從表中可以看出，本發(fā)明制得的膠體電池電解液能有效杜絕水化分層，具有循環(huán) 壽命長、低溫環(huán)境充放電性能優(yōu)越的優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1. 一種膠體電池電解液，其特征在于，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-8% 無水硫酸鈉 0.6-2% 磷酸 0.2-0.8% 硫酸 21.5-38 4% 其余為水。2. 如權(quán)利要求1所述的膠體電池電解液，其特征在于，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-7.5% 無水硫酸鈉 0 6-2% 磷酸 Q.2-O.8% 硫酸 21.5-38.4% 其余為水。3. 如權(quán)利要求1所述的膠體電池電解液，其特征在于，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-7.5% 無水硫酸鈉 0.8-1.5% 磷酸 0.2-0.8% 硫酸 21.5-38.4% 其余為水。4. 如權(quán)利要求1所述的膠體電池電解液，其特征在于，質(zhì)量百分比組成為： 二氧化硅 4-6.5% 無水硫酸鈉 0.8-1.5% 磷酸 0.3-0.8% 硫酸 27-38.4% 其余為水。5. 如權(quán)利要求1所述的膠體電池電解液，其特征在于，所述二氧化硅為氣相法制備。6. 如權(quán)利要求1所述的膠體電池電解液，其特征在于，所述二氧化硅粒徑為10-80nm。7. 如權(quán)利要求1~6任一項所述的膠體電池電解液的制備方法，其特征在于，包括： (1) 將二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置膠體母液； (2) 配置稀硫酸水溶液，并加入無水硫酸鈉和磷酸得混合溶液； (3) 將所得膠體母液加入到所述混合溶液中，快速攪拌后得所述膠體電池電解液。8. 如權(quán)利要求7所述的膠體電池電解液的制備方法，其特征在于，所述二氧化硅和水的 質(zhì)量比為1:5-10。9. 如權(quán)利要求7所述的膠體電池電解液的制備方法，其特征在于，所述高速剪切的速度 為 3500-5500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為 5-60min。10.如權(quán)利要求7所述的膠體電池電解液的制備方法，其特征在于，所述快速攪拌的速 度為4500-6000轉(zhuǎn)/min，攪拌時間為10-30min。
【文檔編號】H01M10/10GK106025379SQ201610429650
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】張林山, 陳建豐, 楊滔
【申請人】浙江天能動力能源有限公司