一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓄电池技术领域，尤其是涉及一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法。
【背景技术】
[0002]硫酸电解液的凝胶化是阀控式铅酸蓄电池的重要发展方向，应用气相二氧化硅作为胶凝剂是目前各电池厂家的首选。应用过程涉及如何添加气相二氧化硅，其中包含着多个可能影响胶凝时间、凝胶强度，乃至最终电池电化学性能的影响因素。由于添加胶凝剂咋看很简单，因此未引起重视，但已经由此引发了不少问题。例如，迄今对气相二氧化硅的分散作用认识模糊，甚至还停留在原生粒径概念上，殊不知有效的剪切分散是及其重要的前处理步骤。由于气相二氧化硅的强触变性，温度影响也很明显，但在胶体电解液配制上尚不规范，导致不同批次的溶液性质不同。更加混乱的是，为了操作简便，甚至将气相二氧化硅直接分散在硫酸溶液中。
[0003]例如，申请公布号CN101771170A，申请公布日2010.07.07的中国专利公开了一种蓄电池胶体电解液及其制备方法，该电解液包括硫酸、纳米气相二氧化硅，它还加入重量百分含量为1-3%且用于提高纳米气相二氧化硅分散性的电解质添加剂。所述的添加剂是季戊四醇。所述的气相二氧化硅粒径是10±2纳米。所述纳米气相二氧化硅与硫酸的重量百分比是1: 7-7.5。在这种添加剂存在的情况下使用较短的分散时间制备的胶体电解液，其电化学性能与无添加剂情况下分散90分钟的胶体电解液的电化学性能相当，且气相二氧化硅分散时间增加或者缩短不会导致电解液电化学性能下降。该蓄电池胶体电解液在制备过程中，在量取好的硫酸溶液中边分散边加入气相二氧化硅，气相二氧化硅不易分散，而且制得的电解液凝胶时间短，难灌注。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有技术的蓄电池胶体电解液制备方法所存在的上述问题，提供了一种工艺步骤简单，过程稳定可控，可操作性强的制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，通过本发明的方法制得的胶体电解液中气相二氧化硅分散均匀，不同批次胶体电解液性能稳定，凝胶时间长，有利于灌注。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，具体步骤为:根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方:硫酸钠质量百分比为0.5-2%,硫酸亚锡质量百分比为
0.05-0.2%，气相二氧化硅质量百分比为0.5~5%，硫酸质量百分比为33~37%，先制备气相二氧化硅水溶液，再制备含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液，最后根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方，分别量取气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液所需量，将两者混合均匀，即得气相二氧化硅/硫酸胶体电解液；其中，气相二氧化硅水溶液的制备方法具体为:将气相二氧化硅溶于水中，剪切分散，冷却至l~10°c，得气相二氧化硅水溶液；含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液的制备方法具体为:在硫酸溶液中加入硫酸钠和硫酸亚锡，加热搅拌至溶解后，冷却至l~10°c，得含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液。本发明先将气相二氧化硅剪切分散制成气相二氧化硅水溶液，再将硫酸钠、硫酸亚锡溶于硫酸溶液中制成含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液，最后将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液混合，这样的操作步骤不仅可以保证气相二氧化硅的分散均匀性，而且还能有效避免硫酸根离子过早的强烈干预，从而延长电解液的胶凝时间，此外，将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液混合，并且在混合前将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液冷却至1~10°C，能大幅减少混合过程中硫酸的稀释热，从而最大限度地控制温度变化对电解液性能的影响，使得到的电解液性能更加稳定。
[0006]作为优选，制备气相二氧化硅水溶液时，剪切分散至气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径为150 ~ 240nm。气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径控制在150 ~ 240nm，兼顾分散均匀性、分散效率及电解液凝胶时间。
[0007]作为优选，制备气相二氧化硅水溶液时，控制气相二氧化硅与水的质量比为1:4?9 ο
[0008]因此，本发明具有如下有益效果:
(1)先将气相二氧化硅剪切分散制成气相二氧化硅水溶液，再将硫酸钠、硫酸亚锡溶于硫酸溶液中制成含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液，最后将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液混合，这样的操作步骤不仅可以保证气相二氧化硅的分散均匀性，而且还能有效避免硫酸根离子过早的强烈干预，从而延长电解液的胶凝时间；
(2)将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液混合，并且在混合前将气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液冷却至1~10°C，能大幅减少混合过程中硫酸的稀释热，从而最大限度地控制温度变化对电解液性能的影响，使得到的电解液性能更加稳定；
(3)工艺步骤简单，过程稳定可控，可操作性强，制得的胶体电解液中气相二氧化硅分散均匀，不同批次胶体电解液性能稳定，凝胶时间长，有利于灌注。
【具体实施方式】
[0009]下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0010]在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
[0011]实施例1
制备10g气相二氧化硅/硫酸胶体电解液，气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方为:硫酸钠质量百分比为0.5%，硫酸亚锡质量百分比为0.05%，气相二氧化硅质量百分比为0.5%，硫酸质量百分比为33%，该气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体制备步骤为:
(I)称取12g气相二氧化硅N20，溶解于108g水中，分散剪切后冷却至1°C，得10wt%气相二氧化硅水溶液120g，气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径为150 nm。
[0012](2)称取31.17wt%的硫酸溶液94.45g，加入0.5g硫酸钠，0.05g硫酸亚锡，加热搅拌至溶解后，冷却至I°C，得含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液95g。
[0013](3)称取5g步骤(I)制备的气相二氧化硅水溶液与95g步骤(2)制备的含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液，将两者剪切混合，即得10g所述气相二氧化硅/硫酸胶体电解液。
[0014]实施例2
制备10g气相二氧化硅/硫酸胶体电解液，气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方为:硫酸钠质量百分比为2%，硫酸亚锡质量百分比为0.2%，气相二氧化硅质量百分比为5%，硫酸质量百分比为37%，具体制备步骤为:
(I)称取24g气相二氧化硅N20，溶解于96g水中，分散剪切后冷却至10°C，得20wt%气相二氧化硅水溶液120g，气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径为240nm。
[0015](2)称取50.82wt%的硫酸溶液72.8g，加入2g硫酸钠，0.2g硫酸亚锡，加热搅拌至溶解后，冷却至10°C，得含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液75g。
[0016](3)称取25g步骤(I)制备的气相二氧化硅水溶液与75g步骤(2)制备的含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液，将两者剪切混合，即得10g所述气相二氧化硅/硫酸胶体电解液。
[0017]实施例3
制备10g气相二氧化硅/硫酸胶体电解液，气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方为:硫酸钠质量百分比为1%，硫酸亚锡质量百分比为0.1%，气相二氧化硅质量百分比为
1.5%，硫酸质量百分比为35%，具体制备步骤为:
(I)称取15g气相二氧化硅N20，溶解于75g水中，分散剪切后冷却至3°C，得18.75wt%气相二氧化硅水溶液80g，气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径为160nm。
[0018](2)称取38.5wt%的硫酸溶液90.9g，加入Ig硫酸钠，0.1g硫酸亚锡，加热搅拌至溶解后，冷却至3°C，得含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液92g。
[0019](3)称取Sg步骤(I)制备的气相二氧化硅水溶液与92g步骤(2)制备的含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液，将两者剪切混合，即得10g所述气相二氧化硅/硫酸胶体电解液。
[0020]以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【主权项】
1.一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，其特征在于，具体步骤为:根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方:硫酸钠质量百分比为0.5~2%，硫酸亚锡质量百分比为0.05-0.2%，气相二氧化硅质量百分比为0.5-5%,硫酸质量百分比为33~37%，先制备气相二氧化硅水溶液，再制备含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液，最后根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方，分别量取气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液所需量，将两者混合均匀，即得气相二氧化硅/硫酸胶体电解液；其中，气相二氧化硅水溶液的制备方法具体为:将气相二氧化硅溶于水中，剪切分散，冷却至l~10°c，得气相二氧化硅水溶液；含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液的制备方法具体为:在硫酸溶液中加入硫酸钠和硫酸亚锡，加热搅拌至溶解后，冷却至l~10°c，得含硫酸钠和硫酸亚锡盐的硫酸溶液。2.根据权利要求1所述的一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，其特征在于，制备气相二氧化硅水溶液时，剪切分散至气相二氧化硅水溶液中的气相二氧化硅胶粒粒径为 150 ~ 240nm。3.根据权利要求1所述的一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，其特征在于，制备气相二氧化硅水溶液时，控制气相二氧化硅与水的质量比为1:4~9。
【专利摘要】本发明公开了一种制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，具体步骤为：根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方先制备气相二氧化硅水溶液，再制备含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液，最后根据气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的具体配方，分别量取气相二氧化硅水溶液和含硫酸钠和硫酸亚锡的硫酸溶液所需量，将两者混合均匀即可。本发明的方法工艺步骤简单，过程稳定可控，可操作性强的制备气相二氧化硅/硫酸胶体电解液的方法，通过本发明的方法制得的胶体电解液中气相二氧化硅分散均匀，不同批次胶体电解液性能稳定，凝胶时间长，有利于灌注。
【IPC分类】H01M10/10
【公开号】CN105140572
【申请号】CN201510453618
【发明人】赵剑曦, 孙小祥, 刘孝伟, 沈浩宇
【申请人】超威电源有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月29日