专利名称：铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电化学铅酸蓄电池，具体说，是ー种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法。
背景技术：
铅酸蓄电池和蓄电池组，也称为循环使用的二次化学电源蓄电池和蓄电池组，由于其价格低廉、安全可靠、循环使用寿命长等优点，被广泛的应用到国防、医疗卫生、电讯、通讯基站、电力、鉄路、交通、银行、发电、交通、风能太阳能储能等领域。铅酸蓄电池电解液，铅酸蓄电池充放电过程中会出现电极极化现象和电解液浓差极化现象。因此，蓄电池在不同的使用环境中影响蓄电池特性和性能，尤其是在低温_20°C放电时蓄电池容量降低50% ;在高温55°C以上使用时电池发热失水，所以，需要开发更加适合蓄电池在不同的环境和使用条件下的电解液，符合蓄电池电极特性和性能品质的需要与提闻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供ー种给蓄电池使用中提供稳定的电解液密度，电解液不水化，不分层，不龟裂，耐低温，高倍率充放电电池温升小的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成
质量比浓度98%的浓靜υ酸36-45%
纳米气相ニ氧化硅I. 5-3, 5%
域·酸訥O, 5-1, 0%质量比浓度85%的磷酸O, 1-0. 5%
硫酸亚锡O. 01-0. 05%
聚丙烯酰胺O. 02-0. 5%
硅烷偶联剂O. 5-0. 8%余量为去离子水。所述纳米气相ニ氧化硅粒径为10_20nm。所述纳米气相ニ氧化硅为10nm气相ニ氧化硅重量占加入量60%、20nm气相ニ氧化娃重量占加入量40%。优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成
质量比浓度98ye的浓较酸37-45%
纳米气相ニ氧化硅I· 5-3. 5%
硫酸钠O. 5-1. 0%
质量比浓度85%磷酸O. 1-0. 5%
硫酸亚锡O. 02-0. 05%
聚丙烯觥驗O. 02-0. 5% 硅烷偶联剂O. 6-0. 8%余量为去离子水。更优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成
质量比浓度9 8%的浓硫酸4 5%
纳米气相ニ氧化娃2. 5%
硫酸钠O. 51
质量比浓度85%嶙酸0,21
硫酸亚锡O. 03%
聚丙晞酰胺O. 3%
硅烷偶联剂O. 5%
去离子水50. 97β4所述娃烧偶联剂为氣基娃烧偶联剂。所述硫酸和磷酸为分析纯。上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤( I)按重量比称好各种组分；(2)将纳米气相ニ氧化娃与去尚子水按重量比1:4在分散桶内分散混合,分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散温度35-40°C，分散40-60min，配制成纳米气相ニ氧化硅悬浮液A ；(3)将浓硫酸加入剰余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)将纳米气相ニ氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和娃烧偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min,得到铅酸蓄电池用纳米娃高分子复合物胶体电解液。所述步骤(2)中纳米气相ニ氧化硅为10nm气相ニ氧化硅重量占60%、20nm气相ニ氧化硅重量占40%。
所述步骤(2)为将20nm纳米气相ニ氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm气相ニ氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在 1700_2400r/min，分散 40_60min。本发明的有益效果是本发明的电解液，具有抗高低温性能好，大电流放电倍率高，提高蓄电池额定容量，可接受快速充电模式，可保证蓄电池良好的深循环使用寿命；提高重量比能量，扩大对电池使用环境条件和性能要求。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进ー步详细说明本发明的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量百分比混合配制而成
质量比浓度98%的浓硫酸36-45%
纳米气相ニ氣化硅I. 5-3. 5%
疏酸納O. 5-1. 0%
质量比浓度85 的磷酸O.卜O, 51
硫酸亚锡O. 01-0. 05%
聚丙烯酰胺O. 02-0. 5%
娃烷偶联剂O. 5-0. 8%余量为去离子水。所述纳米气相ニ氧化硅粒径为10_20nm。所述纳米气相ニ氧化硅为10nm气相ニ氧化硅重量占加入量60%、20nm气相ニ氧化娃重量占加入量40%。优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成
质量比浓度9辟《的浓硫酸 37-45%
纳米气相ニ氣化硅I. 5-3. 5%
硫酸钠O. 5-1. 0%
质量比浓度85%磷酸0.1-0. 5%
硫酸亚锡O. 02-0. 05%
聚丙燁酰胺O. 02-0. 5%
藥綻偶联割ο. 6-0. η余量为去离子水。更优先为，由以下成分按重量百分比混合配制而成质量比浓度98%的浓龜酸45%
纳米气相ニ氧化硅2.5%
硫酸傭O. %
质量比浓度85%磷酸O. 2%
硫酸亚锡O. 03%聚丙烯銑胺O. 3%
硅烷偶联剂O. 5%
去离子水50· 97% 所述娃烧偶联剂为氣基娃烧偶联剂。所述硫酸和磷酸为分析纯。
上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤( I)按重量比称好各种组分；(2)将纳米气相ニ氧化娃与去尚子水按重量比1:4在分散桶内分散混合,分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散温度35-40°C，分散40-60min，配制成纳米气相ニ氧化硅悬浮液A ；(3)将浓硫酸加入剰余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)将纳米气相ニ氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和娃烧偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min,得到铅酸蓄电池用纳米娃高分子复合物胶体电解液。所述步骤(2)中纳米气相ニ氧化娃为IOnm气相ニ氧化娃重量占60%、20nm气相ニ氧化硅重量占40%。所述步骤(2)为将20nm纳米气相ニ氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm气相ニ氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在 1700_2400r/min，分散 40_60min。所述纳米气相ニ氧化硅为凝胶剂，硫酸钠为铅晶枝阻断剂，磷酸为抗氧化剂，硫酸亚锡为导电剂，聚丙烯酰胺为稳定剂，硅烷偶联剂具有表面活性剤，提高复合物性能，起到有机和无机物质之间“分子桥”作用，耐高低温，提高电化学性能。本发明的型纳米硅高分子复合物胶体电解液是以Si02氢键形式构成的三维网络，水分子在两氢键之间，三维氢键将酸分子包裹在三维氢键之中作为稀硫酸的载体；在无外力触变下硫酸被ニ氧化硅形成凝胶状态包裹起来，形成液体固态化，在有外力的作用下包裹硫酸液体的硅囊发生触变失去剪切力，促成胶态液体的电化学反应又重新建立起来；纳米硅高分子复合物胶体电解液的凝胶和触变胶态液体的可逆性与硫酸液体电解液的电化学反应完全一致。纳米硅高分子复合物胶体电解液的主要是功能高分子材料是硅烷偶联剂起到了化学分子桥作用，促进了各种材料界面的结合，同时也促进了导电材料的导电速度；提高了大电流充放电的能力，由于胶态电解液的性质解决了液体电解液的分层，电极表面形成胶态膜防止了电极合金的腐蚀，阻断了活性物质微粒流动造成的微短路和微电池的形成，大大的减少了电池的自放电；由于偶联剂的加入，降低了胶态电解液的触变电阻，充放电停止后纳米硅高分子复合物胶体电解液有非常好的凝胶速度，不水化、不龟裂和抗老化，具有极好的耐高低温性能；大大的提高了电池性能和使用寿命。实施例I本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成
质量比浓度98%的浓 酸 45公斤IOnm纳米气相ニ氧化硅 L 5公斤2 Omii纳米气相ニ氧化娃 I公斤 硫酸钠O. 5公斤
质量比浓度85!4磷||O. 2公斤
硫酸亚锡O. 03公斤
聚丙缔酰胺O. 3公斤
硅烷偶联剂O. 5公斤
去离子水50. 97公斤上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤( I)按重量称好各种组分；(2)将I公斤的20nm纳米气相ニ氧化硅与10公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再加入I. 5公斤的IOnm气相ニ氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40_60min，配制成纳米气相ニ氧化硅悬浮液A ；(3)将45公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的40. 97公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将O. 5公斤硫酸钠、O. 2公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、O. 03公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)将纳米气相ニ氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 3公斤聚丙烯酰胺和O. 5公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20_30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。实施例2本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成质量比浓度98X的浓疏酸36公斥
I Onm纳米气相ニ氧化娃O. 9公斤
2(tom纳米气相ニ氧化硅O. 6公斤
硫酸钠O. 5公斤
质量比浓度S5%磷酸O· I公斤 硫酸亚锡O. 01公斤
聚丙烯酰胺O. 02公斤
硅烷偶联剂O. 5公斤
去离子水61. 37公斤。上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤( I)按重量称好各种组分；(2)将O. 6公斤的20nm纳米气相ニ氧化硅与6公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度800r/min，分散温度25-28 °C，分散20_30min，再加入O. 9公斤的IOnm气相ニ氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40-60min,配制成纳米气相ニ氧化娃悬浮液A ；(3)将36公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的55. 37公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将O. 5公斤硫酸钠、O. I公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、O. 01公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ；(4)将纳米气相ニ氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 02公斤聚丙烯酰胺和O. 5公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20_30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。实施例3本实施例中得到的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，由以下成分按重量配比混合配制而成质量比浓度98X的浓疏酸45公斥
IOnm纳米气相ニ氧化娃2, I公斤
2Onm纳米气相ニ氧化娃I· 4公斤
硫酸钠I. O公斤
质量比浓度S5%磷酸O. 5公斤
硫酸亚锡O. 05公斤
聚丙烯酰胺O. 5公斤
硅烷偶联剂O. 8公斤
去离子水48. 65公斤。上述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，包括以下步骤( I)按重量称好各种组分；(2)将I. 4公斤的20nm纳米气相ニ氧化硅与14公斤去离子水在分散桶内分散混合，分散速度800r/min，分散温度25-28°C，分散20_30min，再加入2. I公斤的IOnm气相ニ氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40-60min,配制成纳米气相ニ氧化娃悬浮液A ；(3)将45公斤分析纯的质量比浓度98%的浓硫酸加入剩余的34. 65公斤的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将I公斤硫酸钠、O. 5公斤分析纯的质量比浓度85%的磷酸、O. 05公斤硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ;(4)将纳米气相ニ氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入O. 5公斤聚丙烯酰胺和O. 8公斤硅烷偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20_30min，得到铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液。上述的硅烷偶联剂可以选用氨基硅烷偶联剂，广州穗博化工助剂有限公司销售美国道康宁氨基偶联剂产品。本发明的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液与现有的普通的电解液性能对比如下12V-100AH电池试验各项性能指标
权利要求
1.一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成质量比浓度98%的浓硫酸36-45 纳米气相二氧化砝I. 5-3. 5%硫酸钠0. 5-1. 0%质量比浓度85%的磷酸0. 1-0. 51硫酸亚傷0. 01-0. 05%聚丙晞酰胺0. 02-0. 5%桂烷偶联剂0. 5-0. 8% 余量为去尚子水。
2.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述纳米气相二氧化娃粒径为10-20nm。
3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述纳米气相二氧化硅为IOnm气相二氧化硅重量占加入量60%、20nm气相二氧化硅重量占加入量40%。
4.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成质量比浓度98X的浓硫酸 37-45%纳米气相二氧化硅I. 5-3. 5%硫酸钠0. 5-1. 0%质量比浓I %麵激(11-0. 5%疏酸亚锡0. 02-0. 05%聚丙婦醜胺0. 02-0. 5%硅*偶联鶴0. 6-0. 8% 余量为去尚子水。
5.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，由以下成分按重量百分比混合配制而成质量比浓度98%的浓硗酸45%纳米气相二氧化硅2.5 硫麵0. S I质量比浓度85%磷酸0.21硫酸亚锡0. 03%聚丙烯酰胺0. 31硅烷偶联則0. 5%去离子水50.97%.
6.根据权利要求1、4或5所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述娃烧偶联剂为氣基娃烧偶联剂。
7.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池纳米硅高分子复合物胶体电解液，其特征在于，所述硫酸和磷酸为分析纯。
8.如权利要求I所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)按重量比称好各种组分； (2)将纳米气相二氧化娃与去尚子水按重量比1:4在分散桶内分散混合,分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再在分散速度1700_2400r/min，分散温度35-400C，分散40-60min，配制成纳米气相二氧化硅悬浮液A ； (3)将浓硫酸加入剩余的去离子水中，配制成稀硫酸溶液，冷却后，再将硫酸钠、磷酸、硫酸亚锡加入稀硫酸溶液中，充分搅拌后，形成稀硫酸混合液B ； (4)将纳米气相二氧化硅悬浮液A加入稀硫酸混合液B中，再依次加入聚丙烯酰胺和硅烧偶联剂，在1700-2400r/min搅拌20-30min,得到铅酸蓄电池用纳米娃高分子复合物胶体电解液。
9.根据权利要求8所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中纳米气相二氧化娃为IOnm气相二氧化娃重量占60%、20nm气相二氧化硅重量占40%。
10.根据权利要求9所述的铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)为将20nm纳米气相二氧化硅与去离子水在分散桶内分散混合，初期分散速度800r/min，分散温度25_28°C，分散20_30min，再加入IOnm气相二氧化硅，分散温度35-40°C，分散速度800r/min，加完后在1700_2400r/min，分散40_60min。
全文摘要
本发明公开了一种铅酸蓄电池用纳米硅高分子复合物胶体电解液及其制备方法，所述纳米高分散性二氧化硅,平均粒径10nm-20nm,其配制方法如下步骤1)将纳米气相二氧化硅与去离子水混合成胶体母液；2)配制稀硫酸溶液，在加入硫酸钠、磷酸和硫酸亚锡；3)将纳米胶体母液加入稀硫酸2)中充分搅拌后形成纳米硅胶体电解液，加入聚丙烯酰胺作为絮凝剂，再加入高分子氨基硅烷偶联剂混合成纳米硅高分子复合物胶体电解液。本发明的电解液改善了凝胶特性，降低了蓄电池内阻，触变性好，并具有抗高低温性能和过放电恢复能力；从而提高了蓄电池深循环充放电特性和蓄电池容量，延长了蓄电池的使用寿命等优点。
文档编号H01M10/10GK102856595SQ20121036671
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者张俊芸, 王国强, 赵勇国 申请人:艺永盛(天津)电源电器科技有限公司