专利名称：铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电动自行车专用的铅酸蓄电池胶体电解液生产技术。
背景技术：
现有的铅酸蓄电池用胶体电解液主要有两类制备方法第一类是以硅酸钠作为成胶剂，可以防止酸液泄漏，改善工作环境，但是生成的胶体不稳定，在深放电的循环工作模式下，胶体容易出现水化，和分层现象，失去原有的胶体特性，缩短了电池的使用寿命。由于硅酸钠的加入，使铅酸蓄电池的容量降低。另外硅酸钠胶体黏度大，灌注电池的难度较大，限制了应用范围。
第二类是以汽相二氧化硅纳米粉末为成胶剂，制备的胶体电解液灌注电池后，虽然可以改善铅酸蓄电池的电性能，延长循环使用寿命，防止酸液泄漏。但是该类胶体的凝胶性能和流变性受工艺条件的影响，变化极为显著，常常使电解液的灌注无法正常进行，使该类胶体的推广应用受到了一定的限制。
发明内容
本发明目的第一个目的在于发明一种铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液，以改善其成胶特性，提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。
本发明中除去离子水外，其他有效化学成份占总重量的百分比为硫酸30％～40％、汽相二氧化硅纳米粉末0.9％～3.2％、凝胶调整剂聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸钠0.002％～0.05％，电解液中还含有硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％。
本发明的另一个目的是为上述电解液提供制备的方法。
以铅酸分析纯硫酸、汽相氧化硅纳米粉末、硫酸钠、去离子水为主要原料，配制成纳米氧化硅胶体电解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠作为凝胶调整剂，再加入少量的硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼配制而成。
本发明避免了使用硅酸钠胶体所出现的不利影响，以汽相二氧化硅纳米粉末作为凝胶剂，加入了一些微量的化学成分，形成新型的胶体电解液，改善了成胶特性，提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。作为电解液替代原有的硫酸水溶液电解液，改善了胶体电解液的流变性，在电池循环充电末期，能够有效控制水分的电解过程。
具体步骤是a、将汽相二氧化硅纳米粉末与去离子水混合，配制成汽相二氧化硅含量为8％～10％的汽相二氧化硅悬浮液；b、将分析纯浓硫酸加到含有硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的去离子水混合液中，溶解后得到稀硫酸混合溶液；c、将稀硫酸混合溶液与汽相二氧化硅悬浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液与汽相二氧化硅悬浮液的重量比为2～3∶1；d、将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的浓度分别是0.005％～4％的聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯酸钠混合水溶液；e、将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠混合水溶液与混合液A混合搅拌半小时以上，形成混合液B，其中两种液体的重量比为1∶1.8～2.2；f、将无水硫酸钠加入到混合液B中，无水硫酸钠与混合液B的重量比为0.2～2.2∶100。
该方法配制的胶体电解液是一种性能优良的电解液，它避免了硅酸钠法制备的胶体，由于粒度太细，颗粒表面存在大量的硅醇键，容易在使用过程中发生缩聚脱水化学反应，导致胶体水化和凝胶过程的不可逆性。因此稳定了电解液的凝胶性能和流变性。
上述的汽相二氧化硅为纳米级，其目的是在胶体电解液中形成以氢键结合为主的纳米氧化硅颗粒骨架。氢键结合优点在于胶体流变性具有可逆性，没有水化现象。而硅酸钠法制备的胶体，由于粒度太细，颗粒表面存在大量的硅醇键，容易在使用过程中发生缩聚脱水化学反应，导致胶体中氧化硅颗粒骨架收缩，引起水化和凝胶的不可逆性。
本发明的步骤b中，先将硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼和去离子水溶解，再将浓硫酸加入含有硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的去离子水溶液中，制得硫酸浓度为70％的水溶液。
以灌注DZM-12Ah型号的胶体铅酸蓄电池为例，得到的铅酸蓄电池电性能指标如下；电池初容量放电终了电压10.5v；放电电流5安培；放电时间130min～140min。小电流5循环容量衰减性能将电压恒压充电至14.7v；1.2安培放电电流，放电终了电压10.8v，经过5次充放电循环后，第二次放电时间长度和第五次放电时间长度的变化小于5分钟。自然电荷保持率89％；环境温度25℃，保持时间30天。
具体实施例1、称取4.35～5.56克汽相二氧化硅纳米粉末，加入50克水，搅拌30分钟，配制成汽相二氧化硅含量为8％～10％的汽相二氧化硅悬浮液。
2、将0.001～0.05克硫酸镧、0.001～0.05克硫酸铈、0.001～0.05克氧化钨、0.001～0.05克氧化钼和去离子水混合，形成40克去离子水混合液。
3、将105.6克分析纯浓硫酸加入到含有硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的40克去离子水混合液中去，得到145.6克稀硫酸水溶液。
4、将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到含有聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的重量百分比分别是0.005％～4％的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠混合水溶液。
5 将得到的145.6克稀硫酸混合溶液，加入到步骤1制成的汽相二氧化硅纳米悬浮液中，搅拌均匀后，再加入100克聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠浓度分别是100ppm和30ppm的混合去离子水溶液；同时搅拌。
6、搅拌均匀后再加入2.416克无水硫酸钠；最后得到303克胶体电解液。
7、检验标准要求悬浮液上层出现清夜的时间应该在30分钟～5小时。电解液中硫酸镧的重量百分比为0.0001％～0.2％、硫酸铈为0.0001％～0.2％、氧化钨为0.0001％～0.2％、氧化钼为0.0001％～0.2％，硫酸为32％～38％、汽相二氧化硅纳米粉末1.0％～3.2％。
制备的电解液在灌注前，需要将胶体电解液搅拌10分钟以上，全部电解液分为两次灌注。第一次灌注量为70％～80％，灌注后抽真空，使电解液充分浸透极板和隔膜。第二次灌注剩余的电解液，抽真空。再补充适量稀硫酸，即可进行化成作业。
权利要求
1.铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液，其特征在于，铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液中除去离子水外，其他有效化学成份占总重量的百分比为硫酸30％～40％、汽相二氧化硅纳米粉末1.0％～3.2％、凝胶调整剂聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸钠0.002％～0.05％、硫酸镧0.0001％～0.2％、硫酸铈0.0001％～0.2％、氧化钨0.0001％～0.2％、氧化钼0.0001％～0.2％。
2.铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液的制备方法，其特征在于以铅酸分析纯硫酸、汽相二氧化硅纳米粉末、硫酸钠、去离子水为主要原料，配制成纳米氧化硅胶体电解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠作为凝胶调整剂，再加入少量的硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼配制而成。
3.根据权利要求2所述铅酸蓄电池用氧化硅胶体电解液的制备方法，其特征在于包括以下步骤a、将汽相二氧化硅粉末与去离子水混合，配制成汽相二氧化硅含量为8％～10％的汽相二氧化硅悬浮液；b、将分析纯浓硫酸加入到含有硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的去离子水混合液中，溶解后得到稀硫酸混合溶液；c、将稀硫酸混合溶液与汽相二氧化硅悬浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液与汽相二氧化硅悬浮液的重量比为2～3∶1；d、将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠溶解在去离子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的浓度分别是0.005％～4％的聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯酸钠混合水溶液；e、将聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠混合水溶液与混合液A混合搅拌半小时以上，形成混合液B，其中两种液体的重量比为1∶1.8～2.2；f、将无水硫酸钠加入到混合液B中，无水硫酸钠与混合液B的重量比为0.2～2.2∶100。
4.根据权利要求2或3所述铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液的制备方法，其特征在于步骤b中，先将硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼和去离子水溶解，然后再将浓硫酸加入含有硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼的去离子水溶液中，制得硫酸浓度为70％的水溶液。
全文摘要
铅酸蓄电池用纳米氧化硅胶体电解液及其制备方法，涉及电动自行车专用的铅酸蓄电池胶体电解液生产技术。以铅酸分析纯硫酸、汽相二氧化硅纳米粉末、硫酸钠、去离子水为主要原料，配制成纳米氧化硅胶体电解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠作为凝胶调整剂，再加入少量的硫酸镧、硫酸铈、氧化钨、氧化钼配制而成。避免了使用硅酸钠胶体所出现的不利影响，以汽相二氧化硅纳米粉末作为凝胶剂，加入了一些微量的化学成分，形成新型的胶体电解液，改善了成胶特性，提高蓄电池的容量，延长深放电循环使用寿命。作为电解液替代原有的硫酸水溶液电解液，改善了胶体电解液的流变性，在电池循环充电末期，能够有效控制水分的电解过程。
文档编号H01M10/10GK1738092SQ200510041079
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者居春山, 陈小川, 魏相庚 申请人:扬州华富实业有限公司