一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液制造技术

一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，涉及铅酸蓄电池。提供可显著提高铅酸蓄电池的性能，其中包括提高电池的比能量、循环寿命、改善快速充电性能，以及提高电池的高温和常温储存性能等，生产工艺简单、性能稳定、可靠性高，易于推广使用的一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液。按质量百分比的组成包括：硫酸35％～53％；甜菜碱型表面活性剂0.001％～2％；无机类添加剂0.01％～1％或有机类添加剂0.05％～2％；余量为溶剂。

【技术实现步骤摘要】
一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液
本专利技术涉及铅酸蓄电池，尤其是涉及一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液。
技术介绍
铅酸蓄电池自专利技术至今已经历了150多年的发展，工艺技术与理论研究已日趋成熟。当今的可充电电池行业中，铅酸蓄电池在产量和产值上，仍然占据着主导地位，并保持着旺盛的生命力。随着新技术的发展，铅酸蓄电池面临着其它新型化学电源的严峻挑战。这对铅酸蓄电池的性能提出了新的要求，如：提高比能量、提高循环使用寿命、改善快速充电性能以及提高高温储存性能等，这些都是适应新形势急需解决的问题。铅酸电池由正极、负极、电解液、隔板及电池槽盖(包括连接附件)等五大部分组成。其中的电解液是影响电池性能的主要因素之一。普通铅酸蓄电池的电解液一般为硫酸溶液(溶剂为去离子水)，不同的厂家的浓度不一样，基本在38wt％～48wt％的浓度范围。电解液对铅酸电池性能的影响很大，通过在电解液中加入少量添加剂可以较大幅度地改善电池性能。中国专利CN102945981B报道了在电解液中添加N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、苯胺、酰胺、松香胺、硫脲及硫脲衍生物、肉桂醛、糠醛、戊基1，2-双(二甲基胺)-丙酮、杂环酮胺、脱氢松香咪唑啉、N-乙烯基吡啶聚合物、烷基吡啶鎓黄原酸盐、吡啶及吡啶衍生物、喹啉、异喹啉、异喹啉衍生物中的一种或任意两种的混合物来作为析氢抑制剂。中国专利CN103811822公开了在电解液中添加β-萘酚或香兰素作为动力型蓄电池氢气析出抑制剂。中国专利CN103594739A公开了在电解液中添加3，5-二氨基苯甲酸作为电解液添加剂来减缓板栅合金在充放电过程中钝化膜的生长。中国专利CN104064816A公开了在电解液中添加琥珀酸，其可以吸附的铅电极表面，使氢离于不容易获得电子而生成中性的氢分子，相当于提高氢的析出电位，可以减少氢的析出。中国专利CN103219547A报道了在电解液中使用了EDTA、抗老化剂、香兰素、表面活性剂，以及硫酸亚锡等作为电解液添加剂，提高电池的充电接受能力。表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型以及两性表面活性剂4种类型。两性表面活性剂的特点是亲水基部分同时含有碱性阳离子和酸性阴离子。阳离子可以是胺基阳离子，也可以是季铵、吡啶阳离子，阴离子可以是羧酸基、磺酸基或硫酸酯基等。甜菜碱是两性表面活性剂的一种主要类型。别名：三甲基乙内酯，甜菜素，三甲铵乙内酯，甘氨酸三甲胺内盐。分子式:C5H11NO2，分子量:117.15。甜菜碱结构式为CH2N+(CH3)2CH2COO-，也可以用如下方式所示：
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述不足，提供可显著提高铅酸蓄电池的性能，其中包括提高电池的比能量、循环寿命、改善快速充电性能，以及提高电池的高温和常温储存性能等，生产工艺简单、性能稳定、可靠性高，易于推广使用的一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液。所述含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液按质量百分比的组成包括：硫酸35％～53％；甜菜碱型表面活性剂0.001％～2％；无机类添加剂0.01％～1％或有机类添加剂0.05％～2％；余量为溶剂。所述含有甜菜碱型表面活性剂可作为添加剂直接加入硫酸中，或用水、醇、酸、酮、醚、醛等中的至少一种作溶剂，以质量百分比浓度为10％～90％的溶液形式加入到硫酸中。所述无机类添加剂包括：硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硫酸钴、硫酸镉、硫酸铜、硫酸锌、硫酸镍、硫酸铋、硫酸铝、硫酸镁、硫酸亚锡、磷酸、碳素悬浮液等中的至少一种；所述有机类添加剂包括：柠檬酸、柠檬酸钠、天冬氨酸、氨基酸、谷氨酸、酒石酸、氮川三醋酸三钠、次氮川三醋酸二钠、铜铁灵、硝化纤维素、樟脑、胺、醇、醚、醛、EDTA、喹啉、苯胺及苯胺衍生物、吡啶及吡啶衍生物、噻吩及噻吩衍生物、全氟辛烷磺酸铵、烟酰胺轻基胺族化合物、不饱和脂肪族化合物、巴豆醛等中的至少一种。所述甜菜碱型表面活性剂的结构式为Rf(CH2N+(CH3)2CH2COO-)，其中(CH2N+(CH3)2CH2COO-)为甜菜碱特征基团，Rf表示有机碳链，长度为4～50。碳链上的氢部分或全部被氟取代，即所述甜菜碱型表面活性剂是一种含氟的甜菜碱型表面活性剂，该含氟的甜菜碱型表面活性剂，可以是一种两性离子表面活性剂，碳链上含有氯取代基、磺酸基、季铵盐基团等中的至少一种取代基团。所述含氟的甜菜碱型表面活性剂具体物质可以是全氟烷基甜菜碱，其结构式可表示为：(C8F17SO2NHCH2CH2)(CH2N+(CH3)2CH2COO-)，其中的C8F17可以是直链，也可以是带有支链的结构。所述含氟的甜菜碱型表面活性剂具体物质还可以是杜邦公司出品的FSK(以下简称FSK，为甜菜碱型两性离子氟碳表面活性剂)，其主体成分结构式可表示为：(R"fCH2CH2(OOCCH3))(CH2N+(CH3)2CH2COO-)，其中R"f表示含有氟等取代基的有机碳链。FSK的组份为47％表面活性剂，53％醋酸。本专利技术所述甜菜碱型表面活性剂作为电解液添加剂)也可以直接采用FSK主体表面活性剂成分(R"fCH2CH2(OOCCH3))(CH2N+(CH3)2CH2COO-)加到硫酸电解液中，也可以将其配制成水、醇、酸、酮、醚、醛等其中的一种或多种混合物作溶剂的形式加入到硫酸电解液中。因此，本专利技术所述(R"fCH2CH2(OOCCH3))(CH2N+(CH3)2CH2COO-)，不仅仅局限于FSK这种固定产品，也可以代表其它符合本专利技术所述特征的其它类型的甜菜碱型两性离子氟碳表面活性剂。R"f的特征为有机碳链长度范围4～50，除含有氟外，R"f上还至少含有磺酸基、季铵盐基团、-Cl等一种取代基团。本专利技术公开的铅酸蓄电池用电解液主体成分为硫酸溶液(包括硫酸和去离子水)，其浓度范围为35％～53％(按电解液密度换算为20℃下1.260～1.425g/cm3)。其中除添加所述甜菜碱型表面活性剂外，还含有无机类和有机类添加剂。本专利技术所述含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液加入到电池中的工艺方法与铅酸蓄电池用常规电解液注入普通电池的方法相同。以下给出本专利技术所述含氟的甜菜碱型表面活性剂及其电解液能够改善电池性能的原理：1)本专利技术所述含氟的甜菜碱型表面活性剂的特点在于具有高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性及憎水憎油性等特性，可以降低界面张力，改善电解液的润湿性和铺展性。2)在铅酸蓄电池电解液中添加本专利技术所述含氟的甜菜碱型表面活性剂，有利于反应离子的扩散，有利于正负极放电产物硫酸铅晶粒的细化和均匀分布，起到分散剂的作用，因而可以提高固液界面的电化学反应效率，即提高蓄电池的放电容量；同时还可以稳定活性物质在反应转化过程中的晶体结构，延长电池的使用寿命。3)所述添加剂能够吸附在电极表面，稳定反应过程中的电压变化。与现有技术相比，本专利技术所述含有甜菜碱型两性离子表面活性剂电解液的优点在于：只需添加极少添加剂就可以起到明显的效果，显著提高电池的放电容量、循环寿命和高倍率放电性能，以及电池的储存性能。它既可以应用于普通的铅酸电池以提高性能，更可应用于双极性铅酸电池、胶体电池、卷绕式铅酸电池、管式铅酸电池、超级铅酸电池、铅碳电池等新型铅蓄电池体系。对电池的生产工艺而言，本专利技术公开的这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于其按质量百分比的组成包括：硫酸 35％～53％；甜菜碱型表面活性剂 0.001％～2％；无机类添加剂 0.01％～1％或有机类添加剂 0.05％～2％；余量为溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于其按质量百分比的组成包括：硫酸35％～53％；甜菜碱型表面活性剂0.001％～2％；无机类添加剂0.01％～1％或有机类添加剂0.05％～2％；余量为溶剂。2.如权利要求1所述一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于所述含有甜菜碱型表面活性剂作为添加剂直接加入硫酸中，或用水、醇、酸、酮、醚、醛中的至少一种作溶剂，以质量百分比浓度为10％～90％的溶液形式加入到硫酸中。3.如权利要求1所述一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于所述无机类添加剂包括：硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硫酸钴、硫酸镉、硫酸铜、硫酸锌、硫酸镍、硫酸铋、硫酸铝、硫酸镁、硫酸亚锡、磷酸、碳素悬浮液中的至少一种。4.如权利要求1所述一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于所述有机类添加剂包括：柠檬酸、柠檬酸钠、天冬氨酸、氨基酸、谷氨酸、酒石酸、氮川三醋酸三钠、次氮川三醋酸二钠、铜铁灵、硝化纤维素、樟脑、胺、醇、醚、醛、EDTA、喹啉、苯胺及苯胺衍生物、吡啶及吡啶衍生物、噻吩及噻吩衍生物、全氟辛烷磺酸铵、烟酰胺轻基胺族化合物、不饱和脂肪族化合物、巴豆醛中的至少一种。5.如权利要求1所述一种含有甜菜碱型表面活性剂的铅酸电池电解液，其特征在于所述甜菜碱型表面活性剂的结构式为Rf(CH2N+(CH3)2CH2COO-)，其中(CH2N+(CH3)2CH2COO-)为甜菜碱特征基团，Rf表示有机碳链，长度为4～50，碳链上的氢部分或全部被氟取代，即所述甜菜碱型表面活性剂是一种含氟的甜菜碱型表面活性剂，该含氟的甜菜碱型表面活性剂，是一种两性离子表面活...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军，蔡跃宗，陈学能，杨勇，唐承志，黄连清，黄建国，谢旭东，
申请(专利权)人：福建省闽华电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35