專利名稱：：蓄電池的電解質(zhì)組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于鉛一酸蓄電池的電解質(zhì)材料及其制備方法，特別涉及用于鉛一酸蓄電池的膠體電解質(zhì)組合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，在鉛一酸蓄電池生產(chǎn)中普遍使用膠體電解質(zhì)，其中一種的主要制備方法是以氣相納米二氧化硅納米粉末為成膠劑，將該膠體電解液應(yīng)用于鉛酸蓄電池中，可以改善鉛酸電池的電性能，延長使用壽命。由于氣相二氧化硅納米粉末具有良好的觸變性、流動性、增稠性，近年來被廣泛作為改善蓄電池電解液功能的首選材料。例如，申請?zhí)枮?2152351.7的中國專利申請中公開了一種蓄電池膠體電解質(zhì)，該電解質(zhì)采用粒徑為5nm—50nm的二氧化硅2X—12y。、聚丙烯酰胺0.01%—0.2%、磷酸0.1%—1.0%和硫酸溶液配制，目的在于克服因膠體觸變性差、易水化、老化快、易發(fā)干及產(chǎn)生龜裂而導(dǎo)致的蓄電池內(nèi)阻增加、自放電快速、電池容量下降、壽命短的問題。又如，申請?zhí)枮?3112132.2的中國專利申請中公開了一種鉛酸蓄電池膠體電解質(zhì)，其主要由稀硫酸電解質(zhì)、納米級氣相二氧化硅、聚丙烯酰胺、磷酸、多元醇活性劑配制而成，目的是提高膠體電解質(zhì)的觸變性、膠凝性和流變性。但是，由于納米二氧化硅粒徑小且比表面積大，極易相互吸附產(chǎn)生團(tuán)聚而沉降，應(yīng)用到蓄電池電解液中，會因不能良好的分散和沉降分層而影響使用效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對上述問題而提供一種鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物及其制備方法，具有良好的分散性，長時間使用后無沉降、無絮凝和無分層，有效改善和提升蓄電池環(huán)保和使用性能。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供用于鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物，包括以下重量份配比的原料分散介質(zhì)25—35、無機(jī)酸溶液60—75、納米級氣二氧化硅1.5-2.5、分散劑0.01-0.2、消泡劑0.01-0.2。其中，原料的重量份配比優(yōu)選分散介質(zhì)28-32、無機(jī)酸溶液66-70、納米級氣相二氧化硅1.8-2.1、分散劑0.02-0.1、消泡劑0.02-0.1。其中，分散介質(zhì)為去離子水，在25'C下其電阻率大于或等于16兆歐/厘米。其中，無機(jī)酸溶液為硫酸溶液和磷酸溶液，特別是，硫酸溶液與磷酸溶液的重量份配比為30-70:1。其中，硫酸溶液在25。C下的密度為1.4-1.8，磷酸溶液在25'C下的密度為1.0-1.3;特別是，硫酸溶液在25'C下密度為1.5-1.6，磷酸溶液在25'C下密度為1.05-1.12。其中，納米級氣相二氧化硅的粒徑為20—40nm，比表面積為300m2/g以上。其中，分散劑為Y-氨丙基三乙氧基硅垸、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物、聚醚改性聚有機(jī)硅烷分散劑SF-722中的一種或多種。特別是，分散劑優(yōu)選Y-氨丙基三乙氧基硅垸。特別是，聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯為吐溫-60;脂肪醇聚氧乙烯醚為平平加-O;聚丙烯酸選擇聚丙烯酸分散劑FD-324;丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物選擇聚羧酸分散劑ZF321TY211。其中，消泡劑為聚醚類消泡劑、有機(jī)硅類消泡劑、酯類消泡劑中的一種或多種。特別是，聚醚類消泡劑選自聚醚消泡劑PPG、聚醚消泡劑PPE、聚醚消泡劑GP、聚醚消泡劑GPE中的一種；特別是，有機(jī)硅類消泡劑選擇有機(jī)硅消泡劑FAG470、有機(jī)硅消泡劑XPJ284、有機(jī)硅消泡劑FD-863、有機(jī)硅消泡劑SF-815中的一種；特別是，酯類消泡劑選擇磷酸三丁酯。本發(fā)明的另一方面提供一種制備上述用于鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物的制備方法，按照以下重量份配比備料分散介質(zhì)25-35、無機(jī)酸溶液60-75、納米級氣相二氧化硅1.5-2.5、分散劑0.01-0.2、消泡劑0,01-0.2，其中無機(jī)酸溶液為硫酸溶液和磷酸溶液，按照如下順序進(jìn)行制備1)用70-80%的分散介質(zhì)與分散劑、消泡劑和納米級氣相二氧化硅混合均勻，對其進(jìn)行分散處理形成納米二氧化硅混合分散液；2)向混合分散液中，攪拌下加入無機(jī)酸溶液中的硫酸溶液，攪拌均勻后加入余量的分散介質(zhì)；3)邊攪拌邊投入無機(jī)酸溶液中的磷酸溶液，使其混合均勻。其中，原料的重量份配比優(yōu)選分散介質(zhì)28-32、無機(jī)酸溶液66-70、納米級氣相二氧化硅1.8-2.1、分散劑0.02-0.1、消泡劑0.02-0.1。其中，分散介質(zhì)為去離子水，在25'C下其電阻率大于或等于16兆歐/厘米；其中，無機(jī)酸溶液為硫酸溶液和磷酸溶液，硫酸溶液與磷酸溶液的重量分配比為30-70:1。在25。C下，硫酸溶液的密度為1.4-1.8，磷酸溶液的密度為1,0-1.3，尤其是，硫酸溶液密度為1.5-1.6，磷酸溶液密度為1.05-1.12。其中，納米級氣相二氧化硅的粒徑為20-40nm，比表面積為300m2/g以上。其中，分散劑為Y-氨丙基三乙氧基硅垸、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物、聚醚改性聚有機(jī)硅烷分散劑SF-722中的一種或多種。特別是，分散劑優(yōu)選，氨丙基三乙氧基硅烷。特別是，聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯為吐溫-60;脂肪醇聚氧乙烯醚為平平加-O;聚丙烯酸選擇聚丙烯酸分散劑FD-324;丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物選擇聚羧酸分散劑ZF321TY211。其中，消泡劑為聚醚類消泡劑、有機(jī)硅類消泡劑、酯類消泡劑中的一種。特別是，聚醚類消泡劑選自聚醚消泡劑PPG、聚醚消泡劑PPE、聚醚消泡劑GP、聚醚消泡劑GPE中的一種或多種。特別是，有機(jī)硅類消泡劑選擇有機(jī)硅消泡劑FAG470、有機(jī)硅消泡劑XPJ284、有機(jī)硅消泡劑FD-863、有機(jī)硅消泡劑SF-815。特別是，酯類消泡劑選擇磷酸三丁酯。其中，在步驟l)中，采用線速度高于15米/秒的高速剪切方式進(jìn)行分散處理，使分散介質(zhì)與分散劑、消泡劑和納米級氣相二氧化硅混合均勻，高速剪切時間為10-35分鐘。其中，在歩驟2)和3)中，攪拌時采用風(fēng)冷或水冷方式控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度。特別是，采用鼓風(fēng)或循環(huán)水降溫的方式控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度。其中，在步驟2)和3)中，攪拌時間控制在20-40分鐘，攪拌速度控制在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面1、本發(fā)明的電解質(zhì)組合物的分散性好，徹底解決了氣相納米二氧化硅容易團(tuán)聚絮凝的問題，使納米二氧化硅的優(yōu)異性能包括良好的觸變性、流動性、增稠性得以充分釋放；2、本發(fā)明的電解質(zhì)組合物的穩(wěn)定性高，采用本發(fā)明的組合物和制備工藝，制備的電解液可放置48小時以上不發(fā)生沉降、絮凝和分層現(xiàn)象。3、用本發(fā)明的電解質(zhì)組合物制備的蓄電池的各項性能都得到有效提高，相對于JB/T10262-2001《電動助力車用密封鉛酸蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)，蓄電池容量平均增加10%以上；可減輕硫酸對板柵的腐蝕和抑制失水，蓄電池循環(huán)壽命平均增加15-20%以上；可改善蓄電池低溫性能，-20匸放電容量不低于80%;使蓄電池的內(nèi)阻降低，具有良好的大電流充放電功能；自放電小，且不易硫化，便于長時間存放。4、本發(fā)明的電解質(zhì)組合物可廣泛用于儲能、啟動、動力蓄電池的制造，制配和使用過程中無酸霧產(chǎn)生，堪稱綠色環(huán)保。具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例11、按照以下配方備料去離子水(電阻率^16兆歐/厘米)31.07kg硫酸溶液(25。C，密度1.56)65.6kg氣相二氧化硅(平均粒徑30nm)2kgY-氨丙基三乙氧基硅烷(分散劑)0.05kg聚醚消泡劑GP(消泡劑)0.025kg磷酸溶液(25°C，密度1.05)1.25kg其中，本發(fā)明的分散劑不限于Y-氨丙基三乙氧基硅烷，還可以選用聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸分散劑FD-324、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物分散劑ZF321TY211、聚醚改性聚有機(jī)硅烷分散劑SF-722。消泡劑不限于聚醚消泡劑GP，還可以選用聚醚消泡劑PPG、聚醚消泡劑PPE、聚醚消泡劑PG、聚醚消泡劑GPE、有機(jī)硅消泡劑FAG470、有機(jī)硅消泡劑XPJ284、有機(jī)硅消泡劑FD-863、有機(jī)硅消泡劑SF-815和磷酸三丁酯。2、先將納米級氣相二氧化硅置于高速剪切乳化機(jī)內(nèi)，取75%的去離子水，先用少量去離子水將二氧化硅潤濕，再后加入去離子水、分散劑和消泡劑，與納米級氣相二氧化硅混合均勻后開啟高速剪切乳化機(jī)，以線速度為25米/秒的速度進(jìn)行剪切分散處理，高速剪切分散處理20分鐘后形成混合分散液；3、將混合分散液加入反應(yīng)釜中，攪拌下加入全部的硫酸溶液，混合均勻后，再邊攪拌邊加入余量的分散介質(zhì)去離子水，攪拌20分鐘，其中攪拌速度為3000轉(zhuǎn)/分鐘，采用鼓風(fēng)降溫方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在8(TC以下；4、將磷酸溶液加入反應(yīng)釜中，邊加邊攪拌，其中攪拌速度為3000轉(zhuǎn)/分鐘，采用鼓風(fēng)降溫方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在8(TC以下，攪拌20分鐘，冷卻至室溫后出料，即獲得本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物。本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物為乳白色類似膠體溶液，靜置48小時后不沉淀、不絮凝、不分層。實施例21、按照以下配方備料去離子水(電阻率^16兆歐/厘米)29.9kg硫酸溶液(25°C，密度1.56)67kg氣相二氧化硅(平均粒徑30nm)1.5kg聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯(吐溫-60，分散劑)0.03kg脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加-O，分散劑)0.02kg有機(jī)硅消泡劑FAG470(消泡劑)0.05kg磷酸溶液(25°C，密度1.08)1.5kg2、先將納米級氣相二氧化硅置于高速剪切乳化機(jī)內(nèi)，取80%的去離子水，用少量去離子水將二氧化硅潤濕后，再加入去離子水、分散劑和消泡劑，與納米級氣相二氧化硅混合均勻后開啟高速剪切乳化機(jī)，以線速度為20米/秒的速度進(jìn)行剪切分散處理，高速剪切分散處理30分鐘后形成混合分散液；3、將混合分散液加入反應(yīng)釜中，攪拌下加入全部的硫酸溶液，混合均勻后，再邊攪拌邊加入余量的分散介質(zhì)去離子水，攪拌30分鐘，其中攪拌速度為2500轉(zhuǎn)/分鐘，采用循環(huán)水降溫方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在80'C以下；4、將磷酸溶液加入反應(yīng)釜中，邊加邊攪拌，其中攪拌速度為2500轉(zhuǎn)/分鐘，采用循環(huán)水降溫方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在8(TC以下，攪拌30分鐘，冷卻至室溫后出料，即獲得本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物。本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物為乳白色類似膠體溶液，靜置48小時后不沉淀、不絮凝、不分層。實施例31、按照以下配方備料去離子水(電阻率^16兆歐/厘米)30.92kg硫酸溶液(25°C，密度1.56)64.5kg氣相二氧化硅(平均粒徑30nm)2.5kg脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加-O，分散劑)0.04kg磷酸三丁酯(消泡劑)0.04kg磷酸溶液(25°C，密度1.12)2kg2、先將納米級氣相二氧化硅置于高速剪切乳化機(jī)內(nèi)，取70%的去離子水，用少量去離子水將二氧化硅潤濕后，再加入去離子水、分散劑和消泡劑，與納米級氣相二氧化硅混合均勻，然后開啟高速剪切乳化機(jī)，以線速度為30米/秒的速度進(jìn)行剪切分散處理，高速剪切分散處理15分鐘后形成混合分散液；3、將混合分散液加入反應(yīng)釜中，攪拌下加入全部的硫酸溶液，混合均勻后，再邊攪拌邊加入余量的分散介質(zhì)去離子水，攪拌40分鐘，其中攪拌速度為2000轉(zhuǎn)/分鐘，釆用鼓風(fēng)降溫方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在80'C以下；4、將磷酸溶液加入反應(yīng)釜中，邊加邊攪拌，其中攪拌速度為2000轉(zhuǎn)/分鐘，采用鼓風(fēng)方式，控制反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在80'C以下，攪拌40分鐘，冷卻至室溫后出料，即獲得本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物。本發(fā)明的蓄電池電解質(zhì)組合物為乳白色類是膠體溶液，靜置48小時后不沉淀、不絮凝、不分層。實驗例1用本發(fā)明實施例1-3制備的蓄電池電解質(zhì)，分別罐裝12V10Ah電動車電池，制成的蓄電池，按照J(rèn)B/T10262-2001《電動助力車用密封鉛蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，測試初始容量和低溫性能見表l:表1本發(fā)明電解質(zhì)灌裝電動車電池的性能指標(biāo)檢測<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>容量的101.7%。檢測結(jié)果表明，用本發(fā)明電解質(zhì)組合物制備的鉛酸蓄電池性能指標(biāo)能夠達(dá)到了JB/T10262-2001《電動助力車用密封鉛酸蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。實驗例2:用本發(fā)明實施例1-3制備的蓄電池電解質(zhì)，罐裝6-M-6.5摩托車電池進(jìn)行低溫啟動能力測試及10h容量測試，制成的蓄電池經(jīng)測試啟動性能與美國ODYSSEY冷啟動電池標(biāo)準(zhǔn)比較數(shù)據(jù)如表2:表2本發(fā)明電解質(zhì)灌裝摩托車電池的性能指標(biāo)檢測<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>測試結(jié)果表明，采用本發(fā)明電解質(zhì)組合物制備的啟動型鉛酸蓄電池性能指標(biāo)能夠滿足美國ODYSSEY冷啟動電池標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。權(quán)利要求1、一種鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物，包括以下重量份配比的原料分散介質(zhì)25-35、無機(jī)酸溶液60-75、納米級氣相二氧化硅1.5-2.5、分散劑0.01-0.2、消泡劑0.01-0.2。2、如權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述的原料重量份配比選擇為分散介質(zhì)28-32、無機(jī)酸溶液66-70、納米級氣相二氧化硅1.8-2.1、分散劑0.02-0.1、消泡劑0.02-0.1。3、如權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述分散介質(zhì)為電阻率大于或等于16兆歐/厘米的去離子水。4、如權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述無機(jī)酸溶液為硫酸溶液和磷酸溶液，硫酸溶液與磷酸溶液的重量份配比為30-70:1。5、如權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述的硫酸溶液的密度為1.4-1.8;所述磷酸溶液的密度為1.0-1.3。6、如權(quán)利要求l所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述分散劑為Y-氨丙基三乙氧基硅垸、聚氧乙烯失水山梨糖醇硬脂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物、聚醚改性聚有機(jī)硅垸分散劑SF-722中的一種或多種。7、如權(quán)利要求l所述的電解質(zhì)組合物，其特征是所述消泡劑為聚醚類消泡劑、有機(jī)硅類消泡劑、酯類消泡劑中的一種或多種。8、一種如權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物的制備方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟1)用分散介質(zhì)的70-80%與分散劑、消泡劑和納米級氣相二氧化硅混合均勻，對其進(jìn)行分散處理形成分散液；2)將分散液裝入反應(yīng)釜，在攪拌下加入無機(jī)酸溶液中的硫酸溶液，攪拌均勻后加入余量的分散介質(zhì)；3)投入無機(jī)酸溶液中的磷酸溶液，使其混合均勻。9、如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征是在所述步驟1)中，其特征是采用線速度高于15米/秒的高速剪切方式進(jìn)行分散處理，高速剪切時間為10-35分鐘。10、如權(quán)利要求8或9所述的制備方法，其特征是在所述步驟2)和3)中，攪拌時間控制在20-40分鐘，攪拌速度控制在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘。全文摘要本發(fā)明提供一種鉛酸蓄電池的電解質(zhì)組合物及其制備方法，包括如下重量份配比的原料分散介質(zhì)25-35、無機(jī)酸溶液60-75、納米級氣相二氧化硅1.5-2.5、分散劑0.01-0.2、消泡劑0.01-0.2。首先取分散介質(zhì)的70-80％與分散劑、消泡劑和納米級氣相二氧化硅混合均勻，進(jìn)行分散處理形成分散液；接著將分散液裝入反應(yīng)釜，在攪拌下順序加入硫酸、余量的分散介質(zhì)和磷酸，使其混合均勻，制成本發(fā)明電解質(zhì)組合物。本發(fā)明的產(chǎn)品具有良好的分散性，長時間使用后無沉降、無絮凝和無分層，有效改善和提升蓄電池環(huán)保和使用性能。文檔編號H01M10/08GK101183728SQ200710302068公開日2008年5月21日申請日期2007年12月21日優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日發(fā)明者唐丁寧,毛金息,錢正新申請人:錢正新