一种胶体蓄电池电解液及其制备方法与流程

本发明属于胶体蓄电池的技术领域，特别涉及胶体蓄电池电解液的生产技术领域。

背景技术：

胶体铅酸蓄电池是在传统的铅酸蓄电池基础上发展起来的一种新型电池，又称“免维护蓄电池”。 常规的胶体蓄电池电解液组成是：气相二氧化硅占胶体蓄电池电解液总质量的4～6%，硫酸占胶体蓄电池电解液总质量的36～40%，其余为去离子水。

胶体铅酸蓄电池与其他铅酸蓄电池相比，主要不同点在于电解液。胶体蓄电池的电解液中加入了凝胶剂，当气相二氧化硅分散在硫酸溶液中时，独立硅羟基之间容易以氢键相互连接，形成三维网络结构，包裹了硫酸和水，形成不流动的凝胶，不会出现电解液分层的情况。且凝胶结构中有缝隙，可以使离子自由地穿过，以保证电池的正常充放电。

胶体电池是准富液式设计，保证了较好的深放电恢复特性，有效地防止了电解液干涸现象的发生。胶体电解液凝胶后可以提供氧气复合的通道，而且凝胶后的胶体电解液有一定的强度，使气体逸出时的阻力更大，促进气体通过缝隙在负极复合还原，从而减少气体的逸出。胶体电池安全又环保的。如今人们的安全环保意识越来越高，在选择电池时不仅考虑电池的性能，而且注重电池的安全性、环保性。胶体电解液可以防止枝晶短路；失水少，免维护，没有热失控现象；酸雾少，不漏酸，即使电池壳有微小裂纹，电池也能正常工作，运输安全方便。

但是，胶体铅酸蓄电池也有自身显著的缺点，如胶体铅酸蓄电池的内阻相对较大，容量较小。在胶体电解液中加入合适的胶体稳定剂，添加剂和助电解质，可以改善其内阻过大，容量较小的缺点。因此，加入合适的胶体稳定剂，添加剂和助电解质是改善胶体电池性能的主要途径。申请号为201410207589.2的专利提供的电解液配方使用的胶体稳定剂为聚丙烯酰胺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使胶体电池内阻较小，容量更大的胶体蓄电池电解液。

本发明包括气相二氧化硅、硫酸和去离子水，还包括聚乙烯吡咯烷酮、硫酸锂和磷酸。

本发明采用聚乙烯吡咯烷酮为胶体稳定剂，硫酸锂为添加剂，磷酸为助电解质，通过大量实验证明聚乙烯吡咯烷酮较聚丙烯酰胺的稳定性效果更佳，使电解液长时间放置不分层。硫酸锂的加入使电池的内阻减小，磷酸的加入则延长了电池的使用寿命。在电解液中加入了助电解质——磷酸，磷酸的加入能降低正极活性物质PbO₂的软化速度，减少其脱落，还能减轻电池的自放电，从而提高胶体电池的循环寿命。

进一步地，本发明所述聚乙烯吡咯烷酮、硫酸锂和磷酸分别占胶体蓄电池电解液总质量的0.04～0.16%、0.4～1.6%和0.3～1.2%。通过以上各成分的添加量制成的电解液，可使胶体蓄电池的内阻较小，容量更大，以提高电池的性能。且稳定剂，添加剂和助电解质用量少，成本低，制备工艺简单易行，具有较高的可行性。

当聚乙烯吡咯烷酮占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%时，电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小。

当硫酸锂占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%时，电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小，容量较大。

当磷酸占胶体蓄电池电解液总质量的0.9%时，电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小，容量较大。

本发明的另一目的是提出以上胶体蓄电池电解液的制备方法。

方法如下：将气相二氧化硅分散在去离子水中，配成气相二氧化硅水溶胶。然后，向气相二氧化硅水溶胶中加入经冷冻处理的硫酸溶液，充分混合。然后再依次将聚乙烯吡咯烷酮、硫酸锂和磷酸加入混合液中，充分搅拌混合，形成胶体蓄电池电解液。

本发明制备电解液工艺简单，过程稳定可控，成本低廉，使用该电解液制备出的胶体电池应用范围广。

附图说明

图1为本发明胶体电解液和现有胶体电解液的交流阻抗图。

图2为本发明胶体电解液和现有胶体电解液的循环伏安图。

具体实施方案

一、制备胶体电解液的示例：

实施例1：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.04%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例2：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.08%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例3：

称取12.48ml水于50ml小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20ml比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例4：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.16%的聚乙烯吡咯烷酮，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

由实施例1～4得出：当称取的聚乙烯吡咯烷酮占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%时，由此电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小。

实施例5：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.4%的硫酸锂，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例6：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%的硫酸锂，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例7：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的1.2%的硫酸锂，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例8：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的1.6%的硫酸锂，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

由实施例5～8得出：当称取的硫酸锂占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%时，由此电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小，容量较大。

实施例9：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%的硫酸锂，占胶体蓄电池电解液总质量的0.3%的磷酸，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例10：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%的硫酸锂，占胶体蓄电池电解液总质量的0.6%的磷酸，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

实施例11：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%的硫酸锂，占胶体蓄电池电解液总质量的0.9%的磷酸，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

图1反映了实施例11制成的胶体蓄电池电解液（图中曲线1）与现有胶体电解液（图中曲线2）的交流阻抗图。从图1可以看出，由实施例11制备出的胶体电解液的阻抗更小，也就意味着电解液的电化学反应电阻越小。

图2反映了实施例11制成的胶体蓄电池电解液（图中曲线1）与现有胶体电解液（图中曲线2）的循环伏安图。从图2中可以看出，由实施例11制备出的胶体电解液的峰高和峰面积都比现有胶体电解液大，说明制备出的胶体电解液放电电流和容量都比现有胶体电解液大。

实施例12：

称取12.48mL水于50mL小烧杯中，并称量1.8791g气相二氧化硅加入小烧杯中，配成气相二氧化硅水溶胶（必要时进行超声）。将98%的浓硫酸用去离子水稀释成比重为1.37的硫酸水溶液，静置使其冷却至室温并进行冷冻处理。将20mL比重为1.37的硫酸水溶液加入配成的气相二氧化硅水溶胶中，充分混合。称取占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%的聚乙烯吡咯烷酮，占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%的硫酸锂，占胶体蓄电池电解液总质量的1.2%的磷酸，加入上述混合液中，充分搅拌混合，制成胶体蓄电池电解液。

由实施例9～12得出：当称取的磷酸占胶体蓄电池电解液总质量的0.9%时，由此电解液制备出的胶体蓄电池内阻较小，容量较大。