一種鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑及其在改善鉛酸蓄電池容量性能中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池用添加劑木質(zhì)素磺酸鹽技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，經(jīng)過調(diào)pH、雙氧水氧化、甲醛聚合、亞硫酸鈉磺化、調(diào)節(jié)pH、酸析干燥制得。反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡單，容易操作，利于車間生產(chǎn)；通過控制磺化反應(yīng)溫度及時(shí)間，得到了分子量分布更為集中的木鈉，省去其他手段進(jìn)一步分離不同分子量；可以使鉛酸電池具有較低負(fù)極電位，性能優(yōu)異。
【專利說明】
-種鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑及其在改善鉛酸蓄電池容量性能 中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及鉛酸蓄電池用添加劑木質(zhì)素橫酸鹽技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種鉛酸蓄電池負(fù) 極膨脹劑，還設(shè)及鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑在改善鉛酸蓄電池容量性能中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鉛酸電池用有機(jī)添加劑領(lǐng)域，木素橫酸鋼已在全球蓄電池工業(yè)應(yīng)用了 40多年，成為 應(yīng)用最廣泛的活性物質(zhì)。
[0003] 木素橫酸鹽一般為黃褐色或棟褐色粉末狀，易溶于水，分散效果明顯，抑為7-10， 是一種含有多種活性基團(tuán)的陰離子型表面活性劑。主要活性基團(tuán)包括橫酸基(-S03H)、簇基 (-C00H)、酪徑基(Ar-OH)、甲氧基(-0C冊)等，通過改性作為鉛酸電池負(fù)極膨脹劑。其機(jī)理為 木素橫酸鋼促進(jìn)了氧化鉛顆粒的凝聚，提高了顆粒之間的黏結(jié)強(qiáng)度，抑制了活性物質(zhì)在和 膏、干燥過程中方由于毛細(xì)表面張力而產(chǎn)生的收縮、板結(jié)現(xiàn)行，有利于負(fù)極形成多孔隙的穩(wěn) 定結(jié)構(gòu)，提高負(fù)極容量，從而改善了負(fù)極長期的硫酸鉛純化形成致密層而導(dǎo)致電池失效。
[0004] 現(xiàn)今社會(huì)能源為危機(jī)和環(huán)境問題變得越來越棘手，而交通運(yùn)輸作為化石燃料消耗 和人為溫室氣體排放的主要方面。運(yùn)使得發(fā)展"綠色交通"變的刻不容緩。零排放、無污染的 電動(dòng)汽車等發(fā)展有著廣闊的前景，而電車汽車等的核屯、在于作為動(dòng)力的電池。而作為動(dòng)力 電池的主要是:裡電池、儀氨電池、燃料電池、鉛酸電池等。其中裡離子電池資源有限，并且 生產(chǎn)存在嚴(yán)重污染等問題制約了發(fā)展、而儀氨電池也同樣因成本、資源問題無法滿足需求， 燃料電池在近期很難商業(yè)化。運(yùn)樣鉛酸電池具有工作電壓高、高倍率放電性能好、工作范圍 寬(-40°C~60°C)，能懸浮使用，沒有記憶效應(yīng)，可制作多尺寸電池。價(jià)格低廉、原料易得，使 用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，使得在經(jīng)歷150多年的發(fā)展后仍具有勃勃生機(jī)。那么專口用作鉛酸電池 負(fù)極有機(jī)添加劑，來提高電池的容量、低溫啟動(dòng)能力和循環(huán)壽命等性能顯得至關(guān)重要。
[0005] 公開號為CN105186001A的中國發(fā)明專利申請公開了一種高吸附性改性木素的制 備方法，包括將適量木素溶于堿性水溶液中，攬拌至完全溶解;然后加熱并攬拌往溶液中緩 慢加入一定量雙氧水、濃硫酸及化2S化，持續(xù)攬拌至所需時(shí)間，停止攬拌，靜置冷卻；待溶液 恢復(fù)室溫后，進(jìn)行抽濾，收集濾渣，過濾、干燥，研磨，過篩。本發(fā)明選用一種被很多廠家使 用、價(jià)格便宜、低溫性能不好的木素對其進(jìn)行改性，簡單可行、無污染、成本低;改性木素具 有比表面積大，易于分散、對Pb 2+吸附性強(qiáng)、溶解性低等特點(diǎn)，既可W作為鉛酸電池負(fù)極添加 劑使用，又可W作為污水中重金屬離子Pb2+的吸附劑使用，效果更為突出。但并未提及對鉛 酸電池容量性能的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決W上現(xiàn)有技術(shù)中鉛酸電池存在的容量性能差的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N能夠 有效改進(jìn)鉛酸電池容量性能的負(fù)極膨脹劑。
[0007] 本申請還提供了所述鉛酸蓄電池在改善鉛酸蓄電池容量性能中的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明是通過W下措施實(shí)現(xiàn)的： 一種鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，是通過W下步驟得到的： (1) 將木質(zhì)素與水混合，攬拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為8.5-11.5，優(yōu)選9-11; (2) 加入雙氧水進(jìn)行反應(yīng)； (3) 加入甲醒進(jìn)行聚合反應(yīng)； (4) 加入亞硫酸鋼進(jìn)行橫化反應(yīng)， 巧）降溫至室溫，加入液堿進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)完成后將至室溫，加入酸液調(diào)節(jié)pH至8-9,然后進(jìn)行酸析，抽濾干燥即得。
[0009] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選酸析時(shí)酸的濃度為15-35%，采用階梯溫度， 50-75°C和80-100°C進(jìn)行酸析，各酸析化。
[0010] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟（1)中木質(zhì)素與水的質(zhì)量比為1:3-10,優(yōu) 選1:4-7,優(yōu)選1:4。
[0011] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟（2)中雙氧水與木質(zhì)素的質(zhì)量比為 0.372-0.54:50，室溫反應(yīng)，時(shí)間為IOmin-Ih，優(yōu)選20-50min，此〇2配制成濃度27%-50%，優(yōu) 選27%-35%，優(yōu)選27%的雙氧水溶液。
[0012] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟（3)中甲醒與木質(zhì)素的質(zhì)量比為0.9-1.2 :50，反應(yīng)溫度40-90°C，優(yōu)選80°C，時(shí)間為IOmin-化，優(yōu)選20-50min，甲醒配制成濃度 20-40%，優(yōu)選27-37%的甲醒溶液。
[0013] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟（4)中亞硫酸鋼與木質(zhì)素的質(zhì)量比為 6.5-7: 50，橫化反應(yīng)溫度為90-120°C，優(yōu)選95-110°C，優(yōu)選90°C，時(shí)間為1-5小時(shí)，優(yōu)選2-4 小時(shí)，優(yōu)選化，亞硫酸鋼配制成濃度10-40%，優(yōu)選20-30%的亞硫酸鋼溶液。
[0014] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟(5)中液堿與木質(zhì)素的質(zhì)量比為5.25-12: 50，堿水解的溫度為70-120°C，優(yōu)選80-100°C，優(yōu)選80°C，時(shí)間為0.5-3小時(shí)，優(yōu)選1 -2小 時(shí)，優(yōu)選1.5-化，液堿配制成濃度為15-40%，優(yōu)選20-30%的溶液。
[0015] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟巧）中酸析用的酸為硫酸、鹽酸、憐酸。
[0016] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，優(yōu)選步驟巧）中酸析的階梯溫度為60-70°C和85-95°C，優(yōu)選為60°C和90°C，各酸析化。
[0017] 所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑在改善鉛酸蓄電池容量性能中的應(yīng)用。
[001引本發(fā)明的有益效果： 1、 本文利用高純度木素進(jìn)行反應(yīng)，得到高純度的木鋼； 2、 反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡單，容易操作，利于車間生產(chǎn);通過控制橫化反應(yīng)溫度及時(shí)間， 得到了分子量分布更為集中的木鋼，省去其他手段進(jìn)一步分離不同分子量； 3、 成本低，利于大規(guī)模生產(chǎn)，通過噴霧干燥設(shè)備得到了粒徑分布更為均一的木鋼。
【附圖說明】
[0019] 圖I為實(shí)施例1得到的產(chǎn)品的紅外譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。
[0021] 實(shí)施例1: (1) 將50g絕干木質(zhì)素，200g水加入到反應(yīng)容器中，開啟攬拌，當(dāng)攬拌均勻后，開始調(diào)節(jié) 物料的抑值至10.0， (2) 在室溫下，滴加2g(27%)雙氧水，室溫反應(yīng)35min， (3) 然后滴加3g甲醒(37%)，開始升溫至80°C，然后反應(yīng)35min， (4) 接著滴加35g(20%)的亞硫酸鋼溶液，繼續(xù)升溫至90°C，反應(yīng)化， 巧）降溫至室溫，加入50g20%的液堿，升溫至80°C，反應(yīng)1.化，然后降溫至室溫，根據(jù)料 液情況滴適量鹽酸來進(jìn)行pH值調(diào)解至8.0，接著分別在60°C、90°C溫度下各酸析化，最終抽 濾、干燥、粉碎。
[0022] 實(shí)施例2: (1) 將50g絕干木質(zhì)素，200g水加入到反應(yīng)容器中，開啟攬拌。當(dāng)攬拌均勻后，開始調(diào)節(jié) 物料的抑值至10.0， (2) 在室溫下，滴加2g(27%)雙氧水，室溫反應(yīng)35min， (3) 然后滴加3g甲醒(37%)，開始升溫至80°C，然后反應(yīng)35min， (4) 接著滴加35g(20%)的亞硫酸鋼溶液，繼續(xù)升溫至90°C，反應(yīng)化， 巧）降溫至室溫，加入40g30%的液堿，升溫至80°C，反應(yīng)1.化，然后降溫至室溫，根據(jù)料 液情況滴適量鹽酸來進(jìn)行pH值調(diào)解至8.0，接著分別在60°C、90°C溫度下各酸析化，最終抽 濾、干燥、粉碎。
[0023] 實(shí)施例3: (1) 將500g絕干木質(zhì)素，2000g水加入到反應(yīng)容器中，開啟攬拌。當(dāng)攬拌均勻后，開始調(diào) 節(jié)物料的抑值至10.0， (2) 在室溫下，滴加16g(27%)雙氧水，室溫反應(yīng)35min， (3) 然后滴加25g甲醒(37%)，開始升溫至80°C，然后反應(yīng)35min， (4) 接著滴加300g(20%)的亞硫酸鋼溶液，繼續(xù)升溫至90°C，反應(yīng)化， 巧）降溫至室溫，加入500g20%的液堿，升溫至80°C，反應(yīng)化，然后降溫至室溫，根據(jù)料液 情況滴適量鹽酸來進(jìn)行pH值調(diào)解至8.0，接著分別在60°C、90°C溫度下各酸析化，最終抽濾、 干燥、粉碎。
[0024] 實(shí)施例4: (1) 將100g絕干木質(zhì)素，400g水加入到反應(yīng)容器中，開啟攬拌。當(dāng)攬拌均勻后，開始調(diào)節(jié) 物料的抑值至10.0， (2) 在室溫下，滴加3.5g(27%)雙氧水，室溫反應(yīng)35min， (3) 然后滴加5g甲醒(37%)，開始升溫至80°C，然后反應(yīng)35min， (4) 接著滴加65g(20%)的亞硫酸鋼溶液，繼續(xù)升溫至90°C，反應(yīng)化， 巧）降溫至室溫，加入35的0%的液堿，升溫至80°C，反應(yīng)化，然后降溫至室溫，根據(jù)料液 情況滴鹽酸來進(jìn)行pH值調(diào)解至8.0,接著分別在60°C、9(rC溫度下各酸析化，最終抽濾、干 燥、粉碎。
[002引對比實(shí)施例1 同實(shí)施例1相比，步驟巧）中不經(jīng)過液堿水解，其余操作同實(shí)施例1完全一致。
[00%]對比實(shí)施例2 同實(shí)施例1相比，步驟巧）中不進(jìn)行酸析處理，而是直接降溫噴霧干燥，其余操作同實(shí)施 例1完全一致。
[0027] 效果驗(yàn)證試驗(yàn) 常溫環(huán)境下試驗(yàn)，按化r容量即為25Ah，放電時(shí)按化r放電，I3/C3=8.325A，放電到 化Smin時(shí)，測試負(fù)極平均電位。結(jié)果見下表。
[0028] 檢測依據(jù):IN EN 60095-1-2006《啟動(dòng)用鉛酸蓄電池第1部分:一般要求和試驗(yàn)方 法》。
[00巧]GB/T 18332.1《電動(dòng)道路車輛用鉛酸蓄電池》
在^25/3=8.325A(3小時(shí)率放電電流)放電到化Smin時(shí)，負(fù)極平均電位對比實(shí)施例1為 0.275V，而實(shí)施例1為0.237V，可W看出使用對比實(shí)施例1膨脹劑的鉛酸電池電位較高，正移 速度較快，最先到達(dá)電池的終止電位。而使用實(shí)施例1膨脹劑的鉛酸電池，放電平臺(tái)較好，具 有較好的放電性能。
[0030] 備注：電位參照于儒電極。
[0031] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受實(shí)施例的限 審IJ，其它任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、組合、替代、簡化均應(yīng)為 等效替換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于是通過以下步驟得到的： (1) 將木質(zhì)素與水混合，攪拌均勾，調(diào)節(jié)pH值為8.5-11.5; (2) 加入雙氧水進(jìn)行反應(yīng)； (3) 加入甲醛進(jìn)行聚合反應(yīng)； (4) 加入亞硫酸鈉進(jìn)行磺化反應(yīng)， (5) 降溫至室溫，加入堿進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)完成后將至室溫，調(diào)節(jié)pH至8-9，然后進(jìn)行 酸析干燥即得。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于酸析時(shí)酸的濃度為15-35%，采用階梯溫度，在50-75 °C和80-100 °C分別進(jìn)行酸析1小時(shí)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟（1)中木質(zhì)素與水的 質(zhì)量比為1:3-10。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(2)中雙氧水與木質(zhì) 素的質(zhì)量比為0.372-0.54: 50,室溫反應(yīng)，時(shí)間為10分鐘-1小時(shí)，雙氧水配制成濃度27%-50%的雙氧水溶液。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(3)中甲醛與木質(zhì)素 的質(zhì)量比為〇. 9-1.2:50，反應(yīng)溫度60-80°C，時(shí)間為10分鐘-1小時(shí)，甲醛配制成濃度20-40% 的甲醛溶液。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(4)中亞硫酸鈉與木 質(zhì)素的質(zhì)量比為6.5-7 :50,磺化反應(yīng)溫度為90-120°C，時(shí)間為1-5小時(shí)，亞硫酸鈉配制成濃 度10-40%的亞硫酸鈉溶液。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(5)中液堿與木質(zhì)素 的質(zhì)量比為5.25-12:50，反應(yīng)溫度為70-120°C，時(shí)間為0.5-3小時(shí)，液堿配制成濃度為15- 40%的溶液。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(5)中酸析用的酸為 硫酸、鹽酸、磷酸。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑，其特征在于步驟(5)中酸析的階梯溫 度為60-70 °C 和85-95 °C。10. -種權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的鉛酸蓄電池負(fù)極膨脹劑在改善鉛酸蓄電池容量 性能中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01M4/14GK105845941SQ201610339518
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】祝建勛, 江成真, 高紹豐, 王芳芳
【申請人】濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司