專利名稱：鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車專用的鉛酸蓄電池膠體電解液生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鉛酸蓄電池用膠體電解液主要有兩類制備方法第一類是以硅酸鈉作為成膠劑，可以防止酸液泄漏，改善工作環(huán)境，但是生成的膠體不穩(wěn)定，在深放電的循環(huán)工作模式下，膠體容易出現(xiàn)水化，和分層現(xiàn)象，失去原有的膠體特性，縮短了電池的使用壽命。由于硅酸鈉的加入，使鉛酸蓄電池的容量降低。另外硅酸鈉膠體黏度大，灌注電池的難度較大，限制了應(yīng)用范圍。
第二類是以汽相二氧化硅納米粉末為成膠劑，制備的膠體電解液灌注電池后，雖然可以改善鉛酸蓄電池的電性能，延長(zhǎng)循環(huán)使用壽命，防止酸液泄漏。但是該類膠體的凝膠性能和流變性受工藝條件的影響，變化極為顯著，常常使電解液的灌注無(wú)法正常進(jìn)行，使該類膠體的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的第一個(gè)目的在于發(fā)明一種鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液，以改善其成膠特性，提高蓄電池的容量，延長(zhǎng)深放電循環(huán)使用壽命。
本發(fā)明中除去離子水外，其他有效化學(xué)成份占總重量的百分比為硫酸30％～40％、汽相二氧化硅納米粉末0.9％～3.2％、凝膠調(diào)整劑聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸鈉0.002％～0.05％，電解液中還含有硫酸鑭0.0001％～0.2％、硫酸鈰0.0001％～0.2％、氧化鎢0.0001％～0.2％、氧化鉬0.0001％～0.2％。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為上述電解液提供制備的方法。
以鉛酸分析純硫酸、汽相氧化硅納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配制成納米氧化硅膠體電解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調(diào)整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配制而成。
本發(fā)明避免了使用硅酸鈉膠體所出現(xiàn)的不利影響，以汽相二氧化硅納米粉末作為凝膠劑，加入了一些微量的化學(xué)成分，形成新型的膠體電解液，改善了成膠特性，提高蓄電池的容量，延長(zhǎng)深放電循環(huán)使用壽命。作為電解液替代原有的硫酸水溶液電解液，改善了膠體電解液的流變性，在電池循環(huán)充電末期，能夠有效控制水分的電解過(guò)程。
具體步驟是a、將汽相二氧化硅納米粉末與去離子水混合，配制成汽相二氧化硅含量為8％～10％的汽相二氧化硅懸浮液；b、將分析純濃硫酸加到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水混合液中，溶解后得到稀硫酸混合溶液；c、將稀硫酸混合溶液與汽相二氧化硅懸浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液與汽相二氧化硅懸浮液的重量比為2～3∶1；d、將聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的濃度分別是0.005％～4％的聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯酸鈉混合水溶液；e、將聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液與混合液A混合攪拌半小時(shí)以上，形成混合液B，其中兩種液體的重量比為1∶1.8～2.2；f、將無(wú)水硫酸鈉加入到混合液B中，無(wú)水硫酸鈉與混合液B的重量比為0.2～2.2∶100。
該方法配制的膠體電解液是一種性能優(yōu)良的電解液，它避免了硅酸鈉法制備的膠體，由于粒度太細(xì)，顆粒表面存在大量的硅醇鍵，容易在使用過(guò)程中發(fā)生縮聚脫水化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致膠體水化和凝膠過(guò)程的不可逆性。因此穩(wěn)定了電解液的凝膠性能和流變性。
上述的汽相二氧化硅為納米級(jí)，其目的是在膠體電解液中形成以氫鍵結(jié)合為主的納米氧化硅顆粒骨架。氫鍵結(jié)合優(yōu)點(diǎn)在于膠體流變性具有可逆性，沒(méi)有水化現(xiàn)象。而硅酸鈉法制備的膠體，由于粒度太細(xì)，顆粒表面存在大量的硅醇鍵，容易在使用過(guò)程中發(fā)生縮聚脫水化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致膠體中氧化硅顆粒骨架收縮，引起水化和凝膠的不可逆性。
本發(fā)明的步驟b中，先將硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬和去離子水溶解，再將濃硫酸加入含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水溶液中，制得硫酸濃度為70％的水溶液。
以灌注DZM-12Ah型號(hào)的膠體鉛酸蓄電池為例，得到的鉛酸蓄電池電性能指標(biāo)如下；電池初容量放電終了電壓10.5v；放電電流5安培；放電時(shí)間130min～140min。小電流5循環(huán)容量衰減性能將電壓恒壓充電至14.7v；1.2安培放電電流，放電終了電壓10.8v，經(jīng)過(guò)5次充放電循環(huán)后，第二次放電時(shí)間長(zhǎng)度和第五次放電時(shí)間長(zhǎng)度的變化小于5分鐘。自然電荷保持率89％；環(huán)境溫度25℃，保持時(shí)間30天。
具體實(shí)施例1、稱取4.35～5.56克汽相二氧化硅納米粉末，加入50克水，攪拌30分鐘，配制成汽相二氧化硅含量為8％～10％的汽相二氧化硅懸浮液。
2、將0.001～0.05克硫酸鑭、0.001～0.05克硫酸鈰、0.001～0.05克氧化鎢、0.001～0.05克氧化鉬和去離子水混合，形成40克去離子水混合液。
3、將105.6克分析純濃硫酸加入到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的40克去離子水混合液中去，得到145.6克稀硫酸水溶液。
4、將聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到含有聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的重量百分比分別是0.005％～4％的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液。
5 將得到的145.6克稀硫酸混合溶液，加入到步驟1制成的汽相二氧化硅納米懸浮液中，攪拌均勻后，再加入100克聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉濃度分別是100ppm和30ppm的混合去離子水溶液；同時(shí)攪拌。
6、攪拌均勻后再加入2.416克無(wú)水硫酸鈉；最后得到303克膠體電解液。
7、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求懸浮液上層出現(xiàn)清夜的時(shí)間應(yīng)該在30分鐘～5小時(shí)。電解液中硫酸鑭的重量百分比為0.0001％～0.2％、硫酸鈰為0.0001％～0.2％、氧化鎢為0.0001％～0.2％、氧化鉬為0.0001％～0.2％，硫酸為32％～38％、汽相二氧化硅納米粉末1.0％～3.2％。
制備的電解液在灌注前，需要將膠體電解液攪拌10分鐘以上，全部電解液分為兩次灌注。第一次灌注量為70％～80％，灌注后抽真空，使電解液充分浸透極板和隔膜。第二次灌注剩余的電解液，抽真空。再補(bǔ)充適量稀硫酸，即可進(jìn)行化成作業(yè)。
權(quán)利要求
1.鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液，其特征在于，鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液中除去離子水外，其他有效化學(xué)成份占總重量的百分比為硫酸30％～40％、汽相二氧化硅納米粉末1.0％～3.2％、凝膠調(diào)整劑聚丙烯酰胺0.002％～0.2％、聚丙烯酸鈉0.002％～0.05％、硫酸鑭0.0001％～0.2％、硫酸鈰0.0001％～0.2％、氧化鎢0.0001％～0.2％、氧化鉬0.0001％～0.2％。
2.鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液的制備方法，其特征在于以鉛酸分析純硫酸、汽相二氧化硅納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配制成納米氧化硅膠體電解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調(diào)整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配制而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉛酸蓄電池用氧化硅膠體電解液的制備方法，其特征在于包括以下步驟a、將汽相二氧化硅粉末與去離子水混合，配制成汽相二氧化硅含量為8％～10％的汽相二氧化硅懸浮液；b、將分析純濃硫酸加入到含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水混合液中，溶解后得到稀硫酸混合溶液；c、將稀硫酸混合溶液與汽相二氧化硅懸浮液混合形成混合液A，其中稀硫酸水溶液與汽相二氧化硅懸浮液的重量比為2～3∶1；d、將聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉溶解在去離子水中，得到聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的濃度分別是0.005％～4％的聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯酸鈉混合水溶液；e、將聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉混合水溶液與混合液A混合攪拌半小時(shí)以上，形成混合液B，其中兩種液體的重量比為1∶1.8～2.2；f、將無(wú)水硫酸鈉加入到混合液B中，無(wú)水硫酸鈉與混合液B的重量比為0.2～2.2∶100。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液的制備方法，其特征在于步驟b中，先將硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬和去離子水溶解，然后再將濃硫酸加入含有硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬的去離子水溶液中，制得硫酸濃度為70％的水溶液。
全文摘要
鉛酸蓄電池用納米氧化硅膠體電解液及其制備方法，涉及電動(dòng)自行車專用的鉛酸蓄電池膠體電解液生產(chǎn)技術(shù)。以鉛酸分析純硫酸、汽相二氧化硅納米粉末、硫酸鈉、去離子水為主要原料，配制成納米氧化硅膠體電解液，混合后，加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉作為凝膠調(diào)整劑，再加入少量的硫酸鑭、硫酸鈰、氧化鎢、氧化鉬配制而成。避免了使用硅酸鈉膠體所出現(xiàn)的不利影響，以汽相二氧化硅納米粉末作為凝膠劑，加入了一些微量的化學(xué)成分，形成新型的膠體電解液，改善了成膠特性，提高蓄電池的容量，延長(zhǎng)深放電循環(huán)使用壽命。作為電解液替代原有的硫酸水溶液電解液，改善了膠體電解液的流變性，在電池循環(huán)充電末期，能夠有效控制水分的電解過(guò)程。
文檔編號(hào)H01M10/10GK1738092SQ200510041079
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者居春山, 陳小川, 魏相庚 申請(qǐng)人:揚(yáng)州華富實(shí)業(yè)有限公司