CN1222070C

CN1222070C - 蓄电池胶体电解质

Info

Publication number: CN1222070C
Application number: CNB021523517A
Authority: CN
Inventors: 毛贤仙; 张华�; 徐根财
Original assignee: Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: CN1503393A

Abstract

灌装方便，可延长电池使用寿命，提高电池大电流放电性能的蓄电池胶体电解质，以该胶体电解质重量计，由以下重量百分数的组分组成：纳米级二氧化硅2%～12%，聚丙烯酰胺0.01%～0.2%，磷酸0.1%～1.0%，余量为重量百分浓度35%～40%的硫酸水溶液。本发明适合作为蓄电池电解质。

Description

蓄电池胶体电解质

技术领域

本发明涉及蓄电池的电解质。

背景技术

目前国内生产阀控铅酸蓄电池有两类技术，其一是玻璃纤维隔板技术，其二是胶体(Gel)技术。由于玻璃纤维隔板技术生产的阀控铅酸蓄电池存在相对使用寿命短和可靠性差等缺陷，所以近年来不少专家纷纷转向胶体技术的研究。由于胶体电解质具有不流动性、不易漏酸、可防止活性物质脱落、减少自放电、延长电池寿命等优点，在应用过程中具有明显的优势。然而就胶体电池而言，最关键的技术是胶体电解质配方，不同的配方对胶体电解质的性能影响很大。目前，国内生产的胶体电解质主要以硫酸和硅溶胶为主要原料配制，如公告号CN1061113A、CN1169040A、CN1163492A的中国发明专利申请公开说明书披露的。用硅溶胶制成的胶体大多存在触变性差、易水化、老化快、易发干及产生龟裂等现象，导致蓄电池内阻增加，大电流放电性能下降，自放电快速，电池容量下降，循环使用寿命缩短。

发明内容

本发明要解决已知蓄电池胶体电解质因上述缺陷导致电池大电流放电性能差、自放电快速、使用寿命短的问题，为此而提供本发明的蓄电池胶体电解质。

为解决上述问题，本发明蓄电池胶体电解质其特殊之处是以该胶体电解质重量计，由以下重量百分数的组分组成：纳米级二氧化硅2％～12％，聚丙烯酰胺0.01％～0.2％，磷酸0.1％～1.0％，余量为硫酸水溶液。

所述重量百分数的组分，优选为：纳米级二氧化硅4％～8％，聚丙烯酰胺0.1％～0.2％，磷酸0.1％～1.0％，余量为硫酸水溶液。

所述的硫酸水溶液优选重量百分浓度为35％～40％的。

本发明所用纳米级二氧化硅(SiO₂)，为“气相法”所生产，业内常称之为“气相二氧化硅”，成粉末状。

本发明所用气相二氧化硅，其粒径大小很重要，粒径小于5nm时，胶体的凝胶速度非常快，形成凝胶致密、坚硬、强度大，切稀后触变性能差，不利于灌装；而当粒径大于50nm时，表面活性降低，凝胶时间非常长，尽管凝胶切稀性好，但三维网络形成很慢，难以获得优质凝胶体，且胶体水化现象严重。为兼顾凝胶的软度与强度，所采用的二氧化硅其粒径应粗细适当，胶体才能形成稳定的三维网络，凝胶柔软而有弹性，触变性较好。本发明所用二氧化硅其粒径优选为10nm～50nm，其中粒径为20nm～30nm的占50％(重量)。

纳米级二氧化硅为本胶体电解质的凝胶物质，也可称之为凝胶剂。二氧化硅含量在一定范围(所述2％～12％)内变化，对胶体电解质触变性、粘度、凝胶强度、稳定性和导电性影响较大，本发明二氧化硅含量为4％～8％制成的胶体电解质具有较好的综合性能。

加入表面活性剂能改变凝胶剂二氧化硅粒子的表面状态，起到阻止凝胶剂粒子聚集，延缓胶凝过程的作用，由此而稳定胶体性态，故本发明中的表面活性剂可视为胶体稳定剂。表面活性剂为高分子聚合物，其分子中同时存在对吸附剂有强烈亲合性的A结构体和对分散剂有很好相容性的B结构体，当把它们加到溶胶体系中时，结构A牢固地吸附在胶体粒子(二氧化硅)的表面，而结构B则伸展到分散介质中，这样在胶体粒子表面就形成了一个稳定的吸附层，在粒子靠近时，由于大分子的存在，形成了位阻障碍，使粒子间难以发生反应，因此有这种起稳定作用的表面活性剂的存在，胶体凝胶速度减慢，凝胶性能得以改善，使胶体始终处于性能稳定状态，由此，既提高了电池的性能，又便于胶体的灌装。表面活性剂的用量有要求。本发明的表面活性剂可采用聚丙烯酰胺，其加入量为胶体总重量的0.01％～0.2％，优选0.1％～0.2％。

磷酸作为一种添加剂，加入磷酸能有效降低电解质内阻，有利于离子扩散，改善胶体电解质与极板的接触性能，并有效地减少电池自放电，可以使电池容量提高10％左右。

本发明所用纳米级二氧化硅为进口的国外产品，聚丙烯酰胺、磷酸和硫酸取国产的即可。

将所述的组分按二氧化硅、表面活性剂、磷酸和硫酸溶液加料顺序置于容器中，搅拌、混合均匀，即得本发明的胶体电解质。

本发明的胶体电解质，由于由纳米级二氧化硅、表面活性剂、添加剂(磷酸)和起电解作用的硫酸溶液组成，各组分取量恰当，故胶体触变性和稳定性良好，并可直接灌注用于蓄电池生产，不必实行烦琐的灌装工艺(普遍的灌装工艺采用在灌注胶体电解质前，先注入所用的稀硫酸，浸泡30分钟，稀硫酸浸透极板及隔板后，倒去电池内多余的酸液，分别注入含有不同添加剂的胶体电解质)。用本发明的胶体电解质制成的蓄电池，使用寿命长。本发明的胶体电解质在电池循环过程中可以减缓极板活性物质的脱落，以阻滞脱落的活性物质的游离，减少电池微短路的可能性，避免出现电解液分层现象，克服了极板束均匀腐蚀，减缓电池容量衰减，故极大地延长了电池的寿命。其次是具有优良的低温大电流放电性能，一般情况下低温时活性物质反应速度减小，离子的扩散迁移速度减慢，并产生负极钝化，从而影响低温大电流放电性能。用发明的胶体电解质灌注制成的电池低温放电性能好，这是由于硅凝胶的吸附作用，降低了电极附近PbSO₄过饱和度，使负极表面形成的PbSO₄晶粒相对粗大，相对延长了对负极表面的覆盖，从而改善了负极板的低温放电性能。本发明的胶体电解质能有效抑制二氧化铅自发还原反应，减缓蓄电池自放电反应速度，使电池的自放电明显减缓，电池放置一年，实际保持的容量仍为额定容量的85％，且电池内阻小。试用表明，利用本发明的胶体电解质制成的12V10AH动力电池，100％DOD循环寿命达600次，是普通AGM电池循环寿命的3倍，其它性能符合机械行业标准JB/T10262的要求，作为电动自行车的配套电源，其实际使用寿命达2年以上。

具体实施方式

例1蓄电池胶体电解质，每100克该胶体电解质由纳米级二氧化硅6.5克、聚丙烯酰胺0.15克、磷酸0.5克和浓度36％(W/W)的硫酸水溶液92.85克均匀混合而成。

例2蓄电池胶体电解质，每100克该胶体电解质由纳米级二氧化硅9.0克、聚丙烯酰胺0.2克、磷酸1.0克和浓度38％(W/W)的硫酸水溶液89.8克均匀混合而成。

例3蓄电池胶体电解质，每100克该胶体电解质由纳米级二氧化硅3.0克、聚丙烯酰胺0.08克、磷酸0.15克和浓度40％(W/W)的硫酸水溶液96.77克均匀混合而成。

例4蓄电池胶体电解质，每100克该胶体电解质由纳米级二氧化硅11.0克、聚丙烯酰胺0.03克、磷酸0.5克和浓度36％(W/W)的硫酸水溶液88.47克均匀混合而成。

Claims

1、蓄电池胶体电解质，其特征在于该胶体电解质重量计，由以下重量百分数的组分组成：粒径5nm～50nm的二氧化硅2％～12％，聚丙烯酰胺0.01％～0.2％，磷酸0.1％～1.0％，余量为硫酸水溶液。

2、如权利要求1所述的蓄电池胶体电解质，其特征在于所述重量百分数的组分为：粒径5nm～50nm的二氧化硅4％～8％，聚丙烯酰胺0.01％～0.2％，磷酸0.1％～1.0％，余量为硫酸水溶液。

3、如权利要求1或2所述的蓄电池胶体电解质，其特征在于所述硫酸水溶液的重量百分浓度为35％～40％。

4、如权利要求3所述的蓄电池胶体电解质，其特征在于所述二氧化硅的粒径为10nm～50nm。

5、如权利要求4所述的蓄电池胶体电解质，其特征在于所述二氧化硅，其中粒径为20nm～30nm的占二氧化硅总重量的50％。