一种胶体电池电解液及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种胶体电池电解液，质量百分比组成为：二氧化硅4?8％；无水硫酸钠0.6?2％；磷酸0.2?0.8％；硫酸21.5?38.4％；其余为水。本发明还公开了所述胶体电池电解液的制备方法，包括：(1)将二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置胶体母液；(2)配置稀硫酸水溶液，并加入无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；(3)将所得胶体母液加入所述混合溶液中，快速搅拌后得所述胶体电池电解液。本发明通过所述比例的各物料协同配合及合理的添加顺序，制备的电解液能有效杜绝水化分层、循环寿命长、低温环境充放电性能优越、电解液体系稳定、成本低、使用性能好。
【专利说明】
一种胶体电池电解液及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铅酸蓄电池电解液及其制备方法，具体涉及一种胶体电池电解液及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 传统AGM电池具有以下缺陷：（1)隔板中酸含量低，使用过程中失水较多，容易形成 热失控，导致单只电池鼓肚，最终导致整组电池报废。（2)低温性能较差，低温充放电内阻 大，充电接受能力差，放电容量低。（3)深循环使用寿命短，AGM电池含酸量比胶体电池含酸 量要少，电池在使用一段时间后，AGM电池水分的消失，导致酸密度上升，加快了极板板栅腐 蚀速度，然而，缩短电池使用寿命。（4)电解液分层现象经常发生，极板形成硫酸盐，造成电 池充放电困难，最终导致电池寿命终止。
[0003] 在国家政府的倡导下，光伏产业日渐形成规模化。光伏产业带动了胶体电池的规 模化，胶体电池的生产也形成了规模，胶体电池是光伏系统主要部件之一。胶体电池不仅在 光伏系统得到了应用，还在风能储能系统、备用电源系统等有广泛应用。
[0004] 电解液是胶体电池的关键组分，其主要成分为凝胶剂和硫酸，凝胶剂通过其表面 的羟基形成氢键，在体系中形成空间网状结构，将硫酸和水包裹在其中，因此胶体电解液在 静止不动时呈固体状。当受到一定的剪切力时，其三维网状结构迅速解体，胶体电解液呈水 溶液状。
[0005] 目前国内胶体电池厂家越来越多，但其质量参差不齐，胶体电解液性能还存在很 多问题。公开号为CN1128807A的中国发明专利文献公开了一种胶体电解液，这种由水玻璃、 硫酸、硫酸铝、硫酸镉、硫酸镁、蒸馏水组成的胶体电解液，具有导电性能好，抗腐蚀，耐高 温、抗严寒、长期搁置不用也能保持一定的电量，并且成本低的特点。但采用传统的硅溶胶 配制胶体电解液，存在内阻大、放电性能下降，电解液容易水化分层，不适合与AGM隔板组装 等缺陷。
[0006] 公开号为CN1750312的中国发明专利文献公开了一种铅酸蓄电池胶体电解液，其 组分由纳米级二氧化硅、羧甲基纤维素钠盐(CMC)、硫酸亚锡、硫酸以及水组成。该发明的优 点是改进胶体电解液，提高充电接受能力，提高蓄电池容量，保证蓄电池一致性，并减少失 水量，保护极板，提高了蓄电池的循环寿命。但该方法成本较高，制作的胶体电解液仍存在 长期使用后胶体电解液水化分层、电阻大、寿命短等缺点。
[0007] 电解液的均匀性和胶体的触变性、稳定性对电池的一致性、和循环寿命等有着至 关重要的作用。而纯粹的采用普通的机械搅拌方法配制的胶体电解液，容易出现各组分溶 解不充分导致电解液不均匀，原材料的浪费，胶体稳定性不好，易出现分层的现象，使用这 样的电解液制作的电池一致性较难控制，各组分难以完全发挥其在电池中的作用。因此，需 要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对现有技术的缺点作出改进，提供一种能有效杜绝水化分层、 循环寿命长、低温环境充放电性能优越、电解液体系稳定、成本低、使用性能好的胶体电池 电解液及其制备方法。
[0009] -种胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-8% 无水硫酸钠 0.6-2%
[0010]磷酸 0.2-().8% 硫酸 21.5-38.4% 其余为水。
[0011] 二氧化硅含量过高，电解液形成的凝胶致密，难切稀且空腔小；二氧化硅含量过 低，无法形成网络结构或形成的网络结构较弱，不能将硫酸和水分子包裹在其中，切稀后难 复凝。
[0012] 作为优选，所述的胶体电池电解液，质量百分比组成为：
[0013] 二氧化硅 4-7.5% 无水硫酸钠 0.6-2% 磷酸 0.2-0.8%
[0014] 硫酸 2:1.5-38.4% 其余为水。
[0015] 无水硫酸钠的加入可以提高电池深放电后的恢复能力，同时会影响电解液的凝胶 过程。但其含量过高时，胶粒间排斥力过小，胶粒间容易结合，发生凝聚。
[0016] 进一步优选，所述的胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-7,5% 无水硫酸钠 0.8:-1.5%
[0017]磷酸 0.2-().8% 硫酸 21.5-38.4% 其余为水。
[0018]进一步优选，所述的胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-6.5% 无水硫酸钠 0.8-1.5%
[0019]磷酸 0,3-0.8% 硫酸 27-38.4% 其余为水。
[0020]经过优选，本发明技术方案中，二氧化硅含量适中，可以形成稳定的凝胶，对电解 液有良好的固定作用，同时改善电池的性能；酸含量较多，使电池不会发生热失控现象;硫 酸和水分子被包裹在二氧化硅形成的三维网络结构中，呈现固态性质，防止硫酸的下沉，杜 绝分层现象。
[0021 ]所述二氧化硅为气相法制备。
[0022] 所述二氧化娃粒径为10-80nm。气相二氧化娃的粒径越小，其比表面积越大，粒子 间结合凝聚越容易，但当粒径过小时，凝胶速度过快，凝胶硬度过大，触变性变差，难切稀， 不易灌入到电池中，而且容易水化分层；当粒径过大时，三维网络结构形成缓慢甚至不凝 胶，水化现象严重。作为优选，所述二氧化硅粒径为15-38nm。
[0023] 所述胶体电池电解液的制备方法，包括：
[0024] (1)将二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置胶体母液；
[0025] (2)配置稀硫酸水溶液，并加入无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0026] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，快速搅拌后得所述胶体电池电解液。 [0027] 所述二氧化硅和水的质量比为：1:5-10。
[0028] 所述高速剪切的速度为3500-5500转/min，剪切时间为5-60min。
[0029] 普通胶体电解液在长期使用后会发生水化分层现象，二氧化硅颗粒在电解液中聚 集沉淀，影响了胶体电解液性能。本发明采用高速剪切的方法，当剪切速度为3500-5500转/ min时，二氧化娃颗粒粒径可均勾细化到100nm以下，较大或团聚的二氧化娃颗粒得到充分 分散，提高了胶体电解液的稳定性。当剪切速度过低时，会发成分层现象。
[0030] 配置稀硫酸水溶液的步骤为:将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀 硫酸水溶液的密度为1.15-1.29g/ml。
[0031]无水硫酸钠必须在加入胶体母液之前添加到体系当中，否则会结晶。无水硫酸钠 在电解液中可为电化学反应提供一定量的硫酸根，降低硫酸铅结晶的过饱和度，防止生成 致密的导电性差的硫酸铅层。
[0032]磷酸可细化电池放电时析出的硫酸铅晶粒的粒径。
[0033] 所述快速搅拌的速度为4500-6000转/min，搅拌时间为10-30min。搅拌的速度过快 会导致体系的温度升高，影响胶体电池的温升;过慢会影响体系的粘稠度，影响极板铅膏的 吸收。
[0034]制成的胶体电池电解液密度为1.20-1.28g/ml。
[0035]通过所述比例的各物料协同配合及合理的添加顺序，本发明的有益效果是：
[0036] 1、将胶体电池电解液灌注电池后，化成充电胶体形成果冻状，并形成裂缝，导致充 电时正极析出的氧气被负极吸收，形成氧复合，电池失水少，导致电池循环寿命延长。
[0037] 2、采用本发明电解液制作的胶体电池在低温环境中比普通AGM电池充放电性能要 优越。
[0038] 3、采用本发明电解液制作的胶体电池酸含量多，不会发生电池热失控的现象。
[0039] 4、采用本发明电解液制作的胶体电池完全解决了 AGM高型电池极板硫酸分层的现 象。
【具体实施方式】：
[0040] 实施例1
[0041] 胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 4% 无水硫酸钠 0.6%
[0042] 磷酸 0.2% 硫酸 21.5% U:余为水；
[0043] 二氧化硅为气相法制备，二氧化硅粒径为10-50nm。
[0044] 具体通过如下步骤制备：
[0045] (1)将二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的质量比为1: 5，在高速剪切作用下配置 胶体母液，高速剪切的速度为3500转/min，剪切时间为5min;
[0046] (2)将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度为 1.15g/ml，加入所需量的无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0047] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，在4500转/min下快速搅拌lOmin后制 得成品，所得成品胶体电池电解液密度为1.20g/ml。
[0048] 实施例2
[0049] 胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化桂 5% 无水硫酸钠 1%
[0050] 磷酸 0.4% 硫酸 25.3% 其余为水；
[0051 ] 二氧化硅为气相法制备，二氧化硅粒径为20-60nm。
[0052] 具体通过如下步骤制备：
[0053] (1)将二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的质量比为1:6，在高速剪切作用下配置 胶体母液，高速剪切的速度为4000转/min，剪切时间为15min;
[0054] (2)将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度为 1.19g/ml，加入所需量的无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0055] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，在5000转/min下快速搅拌15min后制 得成品，所得成品胶体电池电解液密度为1.22g/ml。
[0056] 实施例3
[0057] 胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 6.5% 无水硫酸钠 0.8%
[0058] 磷酸 0.6% 硫酸 38.4% 其余为水；
[0059] 二氧化硅为气相法制备，二氧化硅粒径为15-38nm。
[0000] 具体通过如下步骤制备：
[0061 ] (1)将二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的质量比为1:8，在高速剪切作用下配置 胶体母液，高速剪切的速度为4500转/min，剪切时间为25min;
[0062] (2)将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度为 1.19g/ml，加入所需量的无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0063] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，在5000转/min下快速搅拌15min后制 得成品，所得成品胶体电池电解液密度为1.25g/ml。
[0064] 实施例4
[0065] 胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 6% 无水硫酸钠 1.5%
[0066] 磷酸 0.6% 硫酸 32.5% 其余为水；
[0067] 二氧化硅为气相法制备，二氧化硅粒径为20-40nm。
[0068] 具体通过如下步骤制备：
[0069] (1)将二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的质量比为1:8，在高速剪切作用下配置 胶体母液，高速剪切的速度为4500转/min，剪切时间为40min;
[0070] (2)将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度为 1.22g/ml，加入所需量的无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0071] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，在5500转/min下快速搅拌25min后制 得成品，所得成品胶体电池电解液密度为1.25g/ml。
[0072] 实施例5
[0073] 胶体电池电解液，质量百分比组成为： 二氧化硅 8% 无水硫酸钠 2%
[0074] 磷酸 0.8% 硫酸 38 4% 其余为水；
[0075] 二氧化硅为气相法制备，二氧化硅粒径为20-80nm。
[0076] 具体通过如下步骤制备：
[0077] (1)将二氧化硅和水混合，二氧化硅和水的质量比为1:10,在高速剪切作用下配置 胶体母液，高速剪切的速度为5500转/min，剪切时间为60min;
[0078] (2)将质量分数为98%的浓硫酸缓慢加入水中，所得稀硫酸水溶液的密度为 1.29g/ml，加入所需量的无水硫酸钠和磷酸得混合溶液；
[0079] (3)将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，在6000转/min下快速搅拌30min后制 得成品，所得成品胶体电池电解液密度为1.28g/ml。
[0080] 将实施例1-5制备的电解液加入6-DZM-12电池中，按照国标进行初期性能测试，测 试数据见表1。
[0081] 表1不同实施例电池测试数据
[0083]从表中可以看出，本发明制得的胶体电池电解液能有效杜绝水化分层，具有循环 寿命长、低温环境充放电性能优越的优点。
【主权项】
1. 一种胶体电池电解液，其特征在于，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-8% 无水硫酸钠 0.6-2% 磷酸 0.2-0.8% 硫酸 21.5-38 4% 其余为水。2. 如权利要求1所述的胶体电池电解液，其特征在于，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-7.5% 无水硫酸钠 0 6-2% 磷酸 Q.2-O.8% 硫酸 21.5-38.4% 其余为水。3. 如权利要求1所述的胶体电池电解液，其特征在于，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-7.5% 无水硫酸钠 0.8-1.5% 磷酸 0.2-0.8% 硫酸 21.5-38.4% 其余为水。4. 如权利要求1所述的胶体电池电解液，其特征在于，质量百分比组成为： 二氧化硅 4-6.5% 无水硫酸钠 0.8-1.5% 磷酸 0.3-0.8% 硫酸 27-38.4% 其余为水。5. 如权利要求1所述的胶体电池电解液，其特征在于，所述二氧化硅为气相法制备。6. 如权利要求1所述的胶体电池电解液，其特征在于，所述二氧化硅粒径为10-80nm。7. 如权利要求1~6任一项所述的胶体电池电解液的制备方法，其特征在于，包括： (1) 将二氧化硅和水混合，在高速剪切作用下配置胶体母液； (2) 配置稀硫酸水溶液，并加入无水硫酸钠和磷酸得混合溶液； (3) 将所得胶体母液加入到所述混合溶液中，快速搅拌后得所述胶体电池电解液。8. 如权利要求7所述的胶体电池电解液的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅和水的 质量比为1:5-10。9. 如权利要求7所述的胶体电池电解液的制备方法，其特征在于，所述高速剪切的速度 为 3500-5500转/min，剪切时间为 5-60min。10.如权利要求7所述的胶体电池电解液的制备方法，其特征在于，所述快速搅拌的速 度为4500-6000转/min，搅拌时间为10-30min。
【文档编号】H01M10/10GK106025379SQ201610429650
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】张林山, 陈建丰, 杨滔
【申请人】浙江天能动力能源有限公司