一种纳米硅溶胶及其制备方法与在铅酸蓄电池中的应用与流程

本发明涉及铅酸蓄电池领域，具体涉及一种纳米硅溶胶及其制备方法与在铅酸蓄电池中的应用。

背景技术：

1、铅酸蓄电池在储能使用时，主要的寿命衰减和失效模式是热失控和充电接受能力差。其实质是铅膏结晶体的变化，导致铅膏极度软化失效。因此，为此设计一种高循环不饱和充电而设计如何保护铅膏结晶体在循环使用过程不变化，是提高铅酸蓄电池循环寿命的关键。

2、目前比较常见的提高铅酸蓄电池循环寿命的方法是在电解液中按一定比例添加二氧化硅溶胶。二氧化硅溶胶是一种极细的二氧化硅超微粒子胶状水溶液，二氧化硅溶胶与电解液（硫酸）混合后，凝聚在反应物质铅膏表面形成一种网状结构。这种网状结构有着保护铅膏结晶，延长铅膏软化的作用，有一定的提高循环寿命的效果。而且，二氧化硅溶胶网状结构的致密度与二氧化硅粒子径的大小有直接关系。研究结果显示，电解液中添加的二氧化硅粒子径越小，网状结构越致密，电池的循环性能越好、寿命越长。

3、纳米硅溶胶呈弱碱性，因其粒子之间带有相同电荷而呈现出高度分散的状态。

4、当纳米硅溶胶与电解液（稀硫酸）混合后，由于水性体系环境的 ph 值发生了改变，在硫酸根粒子作为凝胶触发剂的影响下，sio2粒子之间开始聚合，随后产生电解液凝胶化过程。硅烷醇基团是形成粒子间连接桥的必要的活性基团，要促使 sio2粒子之间通过si－o－si 键彼此紧密相连的凝胶体，必须要有润湿的表面和大量的硅烷醇基团。凝胶持续的过程中，sio2粒子相互交联成立体网状结构，原呈现液态的混合溶液逐步变化为有一定强度的凝胶体。纳米硅溶胶中单分散的 sio2是粒径相近的粒子，这种结构的空隙大小一致并包裹了电解液（稀硫酸），从而使凝胶体系获得了导电特性。

5、与气相二氧化硅制备的凝胶体一致的是，电解液温度、浓度和 sio2含量是影响电解液凝胶速度的主要因素，其变化及程度呈现出显著的正比关系，即温度、浓度和 sio2含量越高时，电解液凝胶速度越快。反之，则电解液凝胶速度越慢。与气相二氧化硅制备的凝胶体不同的是，纳米硅溶胶中的单分散的 sio2粒子呈球形而不是无定形，具有比气相二氧化硅更强的比表面活性。常用的气相二氧化硅的比表面积最大为 300m2/g，而纳米硅溶胶中 sio2粒子的比表面积最大为 1000m2/g。

6、随着储能等使用用途的不断扩展，对铅酸蓄电池的循环性能提出了更高的要求，电解液在使用过程中容易出现分层，需要针对这一现象对电池电解液进行改进，进而提高蓄电池的循环寿命。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种铅酸蓄电池电解液中加入纳米级添加剂，能最大限度抑制负极硫酸盐化，大幅提升充电接受能力psoc循环寿命，显著提高铅酸蓄电池的循环寿命，同时也增加了充电接受能力以及拓宽了电池使用温度范围。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种铅酸蓄电池给常规电解液加入。一种纳米级二氧化硅溶胶采用质量浓度为15～30%、二氧化硅粒子的比表面面积大于1000m2/g（平均粒径小于4纳米）的二氧化硅溶胶。与气相二氧化硅相比，其使用方便，在铅粉中的分散性好，而且是在和膏工序中硫酸与铅粉中的氧化铅充分反应后混入铅膏，能均匀散布在铅膏中。

4、本发明的铅酸蓄电池在电解液中加入纳米胶，适用于所有型号的铅酸蓄电池。

5、本发明提供的一种纳米硅溶胶的制备方法包含以下步骤：

6、步骤1：将纳米sio2置于反应器中，密封状态下抽真空，再将4-二甲氨基吡啶加入到反应器中，加入聚乙二醇，密闭状态下抽真空并通氮气保护，搅拌并加热到70-80°c进行反应，反应时间为2-4h，再加入硅烷偶联剂继续反应1-2h，得到溶液a；

7、步骤2：往另一个反应器中往环氧树脂中加入己二酸二辛酯，通氮气保护，并升温至48～52°c，在搅拌下继续反应7～8h，将反应物加入溶液a，超声加热40-60min，离心分离，洗涤，烘干，再进行研磨制得纳米硅溶胶；

8、所述纳米sio2、4-二甲氨基吡啶和聚乙二醇的重量比为14-17:1-3:6-8；

9、所述环氧树脂、己二酸二辛酯的重量份比为2-4:0.5-1。

10、优选地，所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、kh792和氨丙基三乙氧基硅烷组成，乙烯基硅烷、kh792和氨丙基三乙氧基硅烷的重量份之比为1:3:5-7:2-5。

11、优选地，步骤2所述的反应物与溶液a的质量比为1-3:9-11。

12、优选地，步骤2所述的超声加热频率为20-40khz，温度为50-70℃。

13、优选地，所述的洗涤为用无水乙醇进行洗涤2-3次。

14、本发明所述的纳米硅溶胶面积最大为 1000m2/g。

15、优选地，所述的纳米硅溶胶在制备铅酸蓄电池中的应用。

16、优选地，将所述的纳米级硅胶加入到铅酸蓄电池电解液中。

17、更优选地，所述的纳米级硅胶在电解液中添加的重量分数为0.5%～0.8%。

18、本发明的有益效果：提供一种纳米级硅溶胶，其特点是面积最大为 1000m2 /g，按重量分数为0.5%～0.8%在电解液添加混合后制备的凝胶体可以更快地形成硅烷醇基团，并促使凝胶体迅速获得刚性，本发明在电解液加入纳米硅溶胶使电解液分布更均匀、并有效消除电解液分层；放电过程硫酸根离子的扩散速度均匀、扩散深度得到控制，从而显著提高铅酸蓄电池的长寿命，充电接受能力增加，同时也拓宽了电池低温使用范围。

技术特征：

1.一种纳米硅溶胶的制备方法包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纳米硅溶胶制备方法，其特征在于，纳米sio2、4-二甲氨基吡啶和聚乙二醇的重量比为14-17:1-3:6-8。

3.根据权利要求1所述的一种纳米硅溶胶制备方法，其特征在于，所述环氧树脂、己二酸二辛酯的重量份比为2-4:0.5-1。

4.根据权利要求1所述的一种纳米硅溶胶制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、kh792和氨丙基三乙氧基硅烷组成，乙烯基硅烷、kh792和氨丙基三乙氧基硅烷的重量份之比为1:3:5-7:2-5。

5.根据权利要求1所述的一种纳米硅溶胶制备方法，其特征在于，步骤2所述的反应物与溶液a的质量比为1-3:9-11。

6.根据权利要求1所述的一种纳米硅溶胶制备方法，其特征在于，步骤2所述的超声加热频率为20-40khz，温度为50-70℃。

7.权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到的纳米硅溶胶。

8.权利要求7所述的纳米硅溶胶在制备铅酸蓄电池中的应用。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述的纳米级硅胶加入到铅酸蓄电池电解液中。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的纳米级硅胶在电解液中添加的重量分数为0.5%～0.8%。

技术总结
本发明涉及铅酸蓄电池领域，提供一种纳米级硅溶胶，其特点是面积最大为1000m2/g，按重量分数为0.5%～0.8%在电解液添加混合后制备的凝胶体可以更快地形成硅烷醇基团，并促使凝胶体迅速获得刚性，本发明在电解液加入纳米硅溶胶使电解液分布更均匀、并有效消除电解液分层；放电过程硫酸根离子的扩散速度均匀、扩散深度得到控制，从而显著提高铅酸蓄电池的长寿命，充电接受能力增加，同时也拓宽了电池低温使用范围。

技术研发人员：程养辉,何玉娟,邵双喜
受保护的技术使用者：广东奥克莱集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12