一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法与流程

本发明属于铅酸电池，具体涉及一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法。

背景技术：

1、现代社会对化石燃料的消耗越来越多，环境污染严重。新的清洁能源如太阳能、潮汐能、风能、地热能等越来越受到人们的关注，但该类能源需要储存在电池中才能更好的使用。铅酸蓄电池具有较高的能量密度、较长的使用寿命、较低的自放电率、较高的充放电效率、较低的成本、较好的环境适应性以及安全可靠等优点。这些优点使得铅酸蓄电池成为广泛应用于各个领域的重要能源储存解决方案。

2、铅酸电池中电解质液体硫酸存在着易泄漏酸液、酸液挥发等缺点而造成腐蚀设备和人体，特别是在倾斜和振、晃动条件下使用其危害尤为突出。因此人们首先想到的是改变电解质在电池中的形态，且又不影响电解质中离子的运动。胶体电解质技术则是为了解决铅酸液态电池缺点而应运而生的一种新技术。胶体电解质是通过将一定的比例的二氧化硅或硅溶胶等凝胶剂分散在硫酸溶液中制得，结合铅酸电池的特性一般会加入适量的添加剂，从而得到与该电池体系匹配的具有一定触变性的胶体电解质。目前胶体电解质的凝胶剂大多是硅溶胶，电解质体系中微观三维网络结构不稳定，电解质易发生水化分层，限制的胶体电解质的应用。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法，胶体电解质添加改性玻璃纤维使电解质三维网状结构更加稳定，提高了凝胶强度，能够有效防止胶体电解质出现水化分层现象，导致电池性能不佳，降低电池的寿命。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明提供了一种铅酸电池高分子胶体电解质，所述铅酸电池高分子胶体电解质包括以下重量份原料：稀硫酸100～120份、气相二氧化硅4～8份、硼酸10～15份、表面活性剂0.1～0.5份、硫酸盐0.1～0.5份、l-半胱氨酸0.05～0.2份、改性玻璃纤维1～3份和去离子水20～30份；所述稀硫酸的浓度为37～42wt％；所述改性玻璃纤维为玻璃纤维经过活化处理后化学接枝有机硅季铵盐，所述有机硅季铵盐的结构式如下：

4、

5、进一步优选地，所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素中的一种或几种。

6、进一步优选地，所述硫酸盐为硫酸亚锡、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钴、硫酸镍和硫酸铬中的一种或几种。

7、进一步优选地，所述有机硅季铵盐由异佛尔酮二异氰酸酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷和氯化胆碱反应制得，具体包括以下步骤：

8、s1、向反应器中加入异佛尔酮二异氰酸酯和溶剂乙腈，在冰浴条件下搅拌溶解，控制温度0～5℃，

9、s2、在n2保护下缓慢滴加3-氨丙基三乙氧基硅烷，1～3h滴加完毕，继续反应1h；

10、s3、加入氯化胆碱和催化剂二月桂酸二丁基锡，控制温度在40～45℃反应2～4h，减压蒸馏除去乙腈，得到所述有机硅季铵盐。

11、进一步优选地，所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：

12、(1)将双氧水按一定比例缓慢加入浓硫酸中，得到预处理液，然后将待处理的玻璃纤维浸入预处理溶液中浸泡10～30s，去离子水清洗3～5遍，氮气吹干，得到活化玻璃纤维；

13、(2)将有机硅季铵盐与硅酸四乙酯按1：3～4的质量比混合，然后将混合液按照质量比1:19～20加入水解液中，于30～35℃恒温水浴条件下反应3～5h，得到有机硅季铵盐改性处理液；

14、(3)将活化玻璃纤维浸入有机硅季铵盐改性处理液中浸泡3～5min，取出后放入100～120℃烘箱中反应1～3h，反应结束后取出玻璃纤维用去离子水洗涤3～5遍，氮气吹干，得到所述改性增强玻璃。

15、进一步优选地，所述步骤(1)双氧水的质量分数为30％，双氧水和浓硫酸的体积比为3:7。

16、进一步优选地，所述步骤(2)中水解液由乙醇和去离子水按体积比9～10：1混合。

17、一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法，包括以下步骤：

18、步骤一、将气相二氧化硅加入去离子水中，于20～25℃恒温水条件下，搅拌8～10min，至气相二氧化硅完全分散得到分散液；

19、步骤二、将硼酸、表面活性剂、硫酸盐和l-半胱氨酸加入稀硫酸中，充分搅拌至完全溶解，得到稀硫酸电解液；

20、步骤三、将稀硫酸电解液加入二氧化硅分散液中，搅拌混合5～10min，再加入改性玻璃纤维，继续搅拌5～10min，冷却至室温，得到所述铅酸电池高分子胶体电解质。

21、本发明的有益效果：

22、本发明铅酸电池高分子胶体电解质中添加硼酸和金属硫酸盐，减少电解液对板栅的腐蚀来延长电池的使用寿命，可以提高电解液的电导率，增强深度放电循环后铅酸电池的充电接受能力。添加气相二氧化硅和表面活性剂，表面活性剂可以与二氧化硅粒子结合，防止二氧化硅粒子之间发生聚集，阻止部分二氧化硅粒子与溶剂分子以及二氧化硅粒子之间的相互作用，延长胶体电解质的凝胶时间，利于向电池中灌胶。添加改性玻璃纤维使电解质三维网状结构更加稳定，提高了凝胶强度，能够有效防止胶体电解质出现水化分层现象，导致电池性能不佳，降低电池的寿命。同时为了防止玻璃纤维在胶体电解质中团聚，导致电解质阻抗增加，采用活化处理后再进行季铵盐接枝改性，使玻璃纤维表面的zeta电位提高，减少玻璃纤维团聚，能够更加均匀的分散在胶体电解质中，降低对胶体电解质阻抗的影响。

技术特征：

1.一种铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述铅酸电池高分子胶体电解质包括以下重量份原料：稀硫酸100～120份、气相二氧化硅4～8份、硼酸10～15份、表面活性剂0.1～0.5份、硫酸盐0.1～0.5份、l-半胱氨酸0.05～0.2份、改性玻璃纤维1～3份和去离子水20～30份；所述稀硫酸的浓度为37～42wt％；所述改性玻璃纤维为玻璃纤维经过活化处理后化学接枝有机硅季铵盐，所述有机硅季铵盐的结构式如下：

2.根据权利要求1所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸亚锡、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钴、硫酸镍和硫酸铬中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述有机硅季铵盐由异佛尔酮二异氰酸酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷和氯化胆碱反应制得，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述步骤(1)双氧水的质量分数为30％，双氧水和浓硫酸的体积比为3:7。

7.根据权利要求5所述的铅酸电池高分子胶体电解质，其特征在于，所述步骤(2)中水解液由乙醇和去离子水按体积比9～10：1混合。

8.如权利要求1～7任一项所述的铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法，铅酸电池高分子胶体电解质包括以下重量份原料：稀硫酸100～120份、气相二氧化硅4～8份、硼酸10～15份、表面活性剂0.1～0.5份、硫酸盐0.1～0.5份、L‑半胱氨酸0.05～0.2份、改性玻璃纤维1～3份和去离子水20～30份，改性玻璃纤维为玻璃纤维经过活化处理后化学接枝有机硅季铵盐。本发明胶体电解质添加改性玻璃纤维使电解质三维网状结构更加稳定，提高了凝胶强度，能够有效防止胶体电解质出现水化分层现象，导致电池性能不佳，降低电池的寿命。

技术研发人员：戴德兵,乔卫建,王志明,潘家正,吴堰均,吴本祥
受保护的技术使用者：旭派电源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5