一种铅酸蓄电池用胶体电解液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及胶体铅蓄电池电解液的技术领域，特别涉及一种纳米气相Si02胶体电解液的配制方法。
【背景技术】
[0002]与传统的铅酸蓄电池相比，胶体电池具有电解液不流动、不易漏酸、无需定期维护等优点，有着广泛的应用前景。胶体蓄电池的核心技术之一是制胶工艺，目前国内的制胶工艺尚不成熟，如胶体易于水化分层、容量低、触变性不好导致无法正常灌注等，使胶体电池的推广应用受到了一定的限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种能有效改善水化分层、减少内阻、提高触变性的铅酸蓄电池胶体电解液。气相二氧化硅表面残留有大量的硅羟基，使其呈现出较强的极性，将一定量的气相二氧化硅添加到硫酸溶液中，能使硫酸溶液发生固化，形成具有触变性的固态电解液。聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂的加入，不但可以对胶体起到增稠作用，还能保持水分，减少放置过程中酸液的析出，使溶胶稳定。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案实现:电解液以稀硫酸、气相二氧化硅粉末、去离子水为主要原料，再加入聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂作为胶体稳定剂，磷酸作为助电解质。各组分配比为:气相二氧化硅(Si02) 6-20%,聚丙烯酰胺(PAM) 0.005-0.2%，硅烷偶联剂
0.5-4%，硫酸(H2S04 ) 32-38%，磷酸(Η3Ρ04) 0.1_1%。
[0005]所述的铅酸蓄电池用胶体电解液，其制备方法包括以下步骤:
(1)配制质量分数为1-5%的聚丙烯酰胺水溶液；
(2)将气相二氧化硅粉末分多次加入到去离子水中，在高速剪切作用下配置成质量分数为15%-40%的二氧化硅溶胶；
(3)将步骤(2)的二氧化硅溶胶加入到预先配制的硫酸溶液中，进行高速搅拌；
(4)将适量步骤(1)配制的聚丙烯酰胺水溶液、硅烷偶联剂和磷酸加入到步骤(3)得到的分散液中，进一步高速搅拌。
[0006]步骤(2)所述的二氧化硅溶胶的配制过程，高速剪切机的转速为2000-8000 r/min,剪切时间为20-60 min。
[0007]步骤(3)所述的硫酸溶液的浓度为50-70%，硫酸溶液与二氧化硅水溶胶的质量比为1?3:1。
[0008]步骤(3)和(4)所述的搅拌为机械搅拌，搅拌桨为聚四氟乙烯材质，转速为800-1500 r/min，搅拌时间均为 20-40 min。
[0009]与现有技术相比，本发明具有以下优势:
(1)以纳米级气相二氧化硅为原料，利用其氢键作用形成具有触变可逆性的三维网状结构。
[0010](2)采用聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂为添加剂，对硅溶胶起到增稠和保水的作用，避免了胶体的水化分层问题，提高了胶体的稳定性。
[0011](3)添加剂成本低廉，配胶方法简单易行，得到的胶体电解液电性能优良，稳定性好。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
步骤1利用浓硫酸(1.84 g/mL)和去离子水配制质量分数为70.0%的硫酸溶液；
步骤2配制质量分数为1%的聚丙烯酰胺水溶液；
步骤3量取150 ml的去离子水倒进不锈钢制成的高速分散桶，盖上盖子以防工作过程中液体飞溅，将高速剪切机转速调到4000 r/min，边剪切边分多次加入100 g气相Si02，加料完毕后高速剪切30 min ；
步骤4称取250 g 70.0%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步骤3中配制的S1^K溶胶，利用机械搅拌机和聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，搅拌时间为20 min,转速为1000 r/min ；
步骤5称取10 g 0.5%的聚丙烯酰胺水溶液，10 g氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，和1.5 g磷酸，在搅拌状态下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后继续搅拌20 min。
[0013]实施例2
步骤1利用浓硫酸(1.84 g/mL)和去离子水配制质量分数为59.85%的硫酸溶液； 步骤2配制质量分数为2%的聚丙烯酰胺水溶液；
步骤3量取140 ml的去离子水倒进不锈钢制成的高速分散桶，盖上盖子以防工作过程中液体飞溅，将高速剪切机转速调到5000 r/min，边剪切边分多次加入60 g气相Si02，加料完毕后高速剪切60 min ；
步骤4称取400 g 57.0%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步骤3中配制的S1^K溶胶，利用机械搅拌机和聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，搅拌时间为30 min,转速为800 r/min ；
步骤5称取5 g 2%的聚丙烯酰胺水溶液，18.5 g乙烯基三乙氧基硅烷(A171)，和6.5g磷酸，在搅拌状态下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后继续搅拌20 min。
[0014]实施例3
步骤1利用浓硫酸(1.84g/mL)和去离子水配制质量分数为50%的硫酸溶液；
步骤2配制质量分数为5%的聚丙烯酰胺水溶液；
步骤3量取118 ml的去离子水倒进不锈钢制成的高速分散桶，盖上盖子以防工作过程中液体飞溅，将高速剪切机转速调到2000 r/min，边剪切边分多次加入32 g气相Si02，加料完毕后高速剪切60 min ；
步骤4称取350 g 50%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步骤3中配制的Si02水溶胶，利用机械搅拌机和聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，搅拌时间为20 min，转速为1500 r/min ；
步骤5称取20g 5%的聚丙烯酰胺水溶液，2.7 g正硅酸乙酯(TE0S)，和3g磷酸，在搅拌状态下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后继续搅拌40 min 实施例4
步骤1利用浓硫酸(1.84g/mL)和去离子水配制质量分数为50%的硫酸溶液；
步骤2配制质量分数为1.6%的聚丙烯酰胺水溶液；
步骤3量取90 ml的去离子水倒进不锈钢制成的高速分散桶，盖上盖子以防工作过程中液体飞溅，将高速剪切机转速调到8000 r/min,边剪切边分多次加入60 g气相Si02，加料完毕后高速剪切20 min ；
步骤4称取450 g 50%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步骤3中配制的Si02水溶胶，利用机械搅拌机和聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，搅拌时间为30 min，转速为1000 r/min ；
步骤5称取2 g 1.6%的聚丙烯酰胺水溶液，20 g 氯丙基三乙氧基硅烷(KBR-04)，和3 g磷酸，在搅拌状态下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后继续搅拌20 min
实施例5
步骤1利用浓硫酸(1.84g/mL)和去离子水配制质量分数为64%的硫酸溶液；
步骤2配制质量分数为4%的聚丙烯酰胺水溶液；
步骤3量取191.5 ml的去离子水倒进不锈钢制成的高速分散桶，盖上盖子以防工作过程中液体飞溅，将高速剪切机转速调到7000 r/min，边剪切边分多次加入33.75 g气相Si02，加料完毕后高速剪切20 min ；
步骤4称取250 g 64%的硫酸溶液，并倒入聚乙烯的分散桶中，加入步骤3中配制的Si02水溶胶，利用机械搅拌机和聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，搅拌时间为30 min，转速为1500 r/min ；
步骤5称取5 g 4%的聚丙烯酰胺水溶液，20 g 1，2-双三乙氧基硅基乙烷(KBR-106)，和0.5 g磷酸，在搅拌状态下分批次加入到聚乙烯分散桶中，加完后继续搅拌30 min。
【主权项】
1.一种铅酸蓄电池胶体电解液，其特征在于:电解液由稀硫酸、气相二氧化硅、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂和去离子水组成。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于各组分的质量比如下:气相二氧化硅(Si02) 6-20%,聚丙烯酰胺(PAM) 0.005-0.2%,硅烷偶联剂 0.5-4%,硫酸(H2S04 ) 32-38%，磷酸(Η3Ρ04) 0.1_1%，剩余成分为去离子水。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于所述的硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)，正硅酸乙酯(TEOS)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙烯基三乙氧基硅烷(A151)，乙烯基三乙氧基硅烷(A171), Y _氣丙基二甲氧基??圭烧(KBR-03), Υ _氣丙基二乙氧基??圭烧(KBR-04),异氛基丙基三乙氧基硅烷(KBR-103)，1，2-双三乙氧基硅基乙烷(KBR-106)中的一种或多种混合体系。4.根据权利要求1所述的电解液，其制备方法包括以下步骤: (1)配制质量分数为1-5%的聚丙烯酰胺水溶液； (2)将气相二氧化硅粉末分多次加入到去离子水中，在高速剪切作用下配置成质量分数为15%-40%的二氧化硅溶胶； (3)将步骤(2)的二氧化硅溶胶加入到预先配制的硫酸溶液中，进行高速搅拌； (4)将适量步骤(1)配制的聚丙烯酰胺水溶液、硅烷偶联剂和磷酸加入到步骤(3)得到的分散液中，进一步高速搅拌。5.如权利要求4所述的胶体电解液的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的二氧化硅溶胶的配制过程，高速剪切机的转速为2000-8000 r/min，剪切时间为20-60 min。6.如权利要求4所述的胶体电解液的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的硫酸溶液的浓度为50-70%。7.如权利要求4所述的胶体电解液的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的硫酸溶液与二氧化硅水溶胶的质量比为1~3:1。8.如权利要求4所述的胶体电解液的制备方法，其特征在于步骤(3)和(4)所述的搅拌为机械搅拌，搅拌桨为聚四氟乙烯材质，转速为800-1500 r/min,搅拌时间均为20-40 min。
【专利摘要】本发明属于铅酸蓄电池胶体电解质的技术领域，涉及一种铅酸蓄电池用的胶体电解液及其制备方法。以稀硫酸、气相二氧化硅粉末、去离子水为主要原料，再加入聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂作为胶体稳定剂，磷酸作为助电解质。本发明中采用聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂作为胶体稳定剂，可以对硅溶胶起到增稠的作用，形成的胶体电解质易龟裂，有利于气体在正负极之间的迁移，不易水化分层，提高了胶体的稳定性。
【IPC分类】H01M10/10
【公开号】CN105449293
【申请号】CN201410517097
【发明人】王丹, 彭新艳, 胡柱东
【申请人】佛山市高明区(中国科学院)新材料专业中心, 佛山中科邦达无机功能材料有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月30日