一种触变性胶体电解质及其制备方法和胶体蓄电池技术

本发明专利技术公开了一种触变性胶体电解质，其能够替代气相二氧化硅，且造价偏低。还公开了上述触变性胶体电解质的制备方法以及应用有上述触变性胶体电解质的胶体蓄电池。本发明专利技术制备的触变性胶体电解质，其性能与昂贵的气相二氧化硅相当，但是其造价却比气相二氧化硅低很多，可有效降低胶体蓄电池的制造成本，从而为胶体蓄电池胶体蓄电池市场竞争提供强有力的保障，大大地利于胶体蓄电池的推广以及应用，具备十分高的经济和科技价值。

【技术实现步骤摘要】
一种触变性胶体电解质及其制备方法和胶体蓄电池
本专利技术涉及一种蓄电池，特别是涉及一种触变性胶体电解质的制备方法以及应用该触变性胶体电解质的电池。
技术介绍
铅酸蓄电池从专利技术至今已经有一百五十余年的历史，但是由于其具有电池电动势高，结构简单，适用范围大以及原材料丰富，性价比较高等优点，铅蓄电池在市场上仍占据主导地位。近年来，铅酸电池的技术不断提高，是一种广泛使用的化学电源。阀控式电池、胶体电池等已经成为国民经济发展中重要的基础性产业，同时，也是后备电源、电力系统储能电源、内燃机储能电源等大型储备电源的核心部件，铅蓄电池业的发展对其所配套的上述产业产生着重要影响，与这些行业一同在国民经济发展中发挥了重要作用。目前，铅酸电池也仍然是军用和民用工业、交通运输装备等重要的电源装置，汽车用蓄电池技术的发展为我国成为世界主要汽车生产国起到重要支撑作用。中国电池产量超过世界电池总产量的1/2，是世界电池主要的生产基地，也是世界上最大的电池消耗国。目前我国铅酸蓄电池技术与国际水平差距不明显。蓄电池产业发展较快，国内大型企业也达到了相当的生产规模和很高的技术水平。国际市场需求不断加大，我国已成为最大的铅酸蓄电池出口国之一。铅酸蓄电池一般分为三种类型：（1）电解液类；（2）超细玻璃纤维隔板吸附电解质类；（3）使用有机或者无机触变剂使电解质不流动类，如硅溶胶。其中后面的两种属于免维护铅蓄电池。胶体电池电解质是由一定大小颗粒的胶态二氧化硅等凝胶剂与一定浓度的硫酸按一定比例配制而成的。电解液中硫酸被硅凝胶网络包裹吸附，静置时电解质不流动，当加入剪切力之后，胶体电解质又恢复流动性。以胶体电解质作为电解液的铅酸蓄电池称为“胶体蓄电池”，是近年国内外蓄电池的发展方向。胶体蓄电池具有良好的使用特性，电池接近于密封工作，几乎不失水，电解质不流动，可以任意方位放置，无溢漏酸，使用安全方便。胶体蓄电池自放电小，深放电性能好，充电接受能力强，上下电位差小，电容量大，深循环放电状态下有良好的使用可靠性，功率密度大，工作温度范围宽，在较高温度环境下，胶体电池使用寿命长。由于胶体蓄电池工作不会产生酸雾，不污染环境，所以利于环保，是符合国家节能减排的无公害电源产品，属于真正意义上的绿色电源。研究证明，胶体铅酸蓄电池非常适合中等电流放电和快速充放电的使用场合，如电动自行车、电动汽车的车用铅酸蓄电池，而且胶体铅酸蓄电池比常规铅酸蓄电池循环寿命增加25%左右。铅酸蓄电池由正极、负极、隔板、硫酸电解液、蓄电池槽和盖构成。它的正负极分别焊接成极群并使用一定浓度的硫酸电解液。隔板的作用是将正负极隔开，它是电绝缘体（如橡胶、塑料、玻璃纤维等），耐氧化，耐硫酸腐蚀，并且要有足够的孔率和孔径以便电解液和离子自由穿过。蓄电池槽体也是电绝缘体，一般使用耐酸、耐温范围宽，机械强度高的材料。国内生产胶体蓄电池的厂家普遍被电池放电容量低，胶体老化严重和电池循环寿命差等问题所困扰，使用进口气相二氧化硅的胶体效果虽好，但是价格昂贵，灌胶困难，使得国内的实践者在此方面停滞不前。胶体电池内阻大、容量略低的缺点在受到广大实践者的关注。基于这些问题，本案主要研究硅溶胶制备胶体电解质。目前需要研究的方向主要有：1.胶体电解质中最佳二氧化硅含量；2.最佳硫酸含量；3.胶体的粒径大小和分布对胶体电解质性能的影响。胶体电解质蓄电池虽然有任意取向放置、排放酸雾较少等优点，但由于胶体电解质本身固有的扩散阻力、离子迁移速度慢的缺点，必将影响蓄电池的放电性能，故不宜用于高倍率起动的应用领域。如果能开发出理想的电解质材料，并对其制备方法、灌胶工艺以及蓄电池结构加以改进，使之向阀控密封蓄电池系列发展，用在浮充、轻负荷等领域作为备用电源或者牵引动力电源。尤其是近年来，随着胶体电解质的进一步发展，胶体铅蓄电池的应用越来越广泛。由于能源紧张和环境污染，今后电动车的发展将越来越受到重视，而胶体电解质蓄电池适用于电动车的使用。我国是电动自行车的生产、使用和出口大国，电动自行车势必成为新世纪经济上的一个新热点，从而进一步带动了胶体铅蓄电池的发展。另外，由于我国生产白炭黑的厂家极少，主要依赖进口，昂贵的价格使得胶体蓄电池实践者停滞不前。为了实现胶体蓄电池在国内的推广应用，降低胶体蓄电池的生产成本，寻找一种质优价廉的硫酸凝胶剂来代替昂贵的气相二氧化硅是十分有必要的。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种触变性胶体电解质，其能够替代气相二氧化硅，且造价偏低。本专利技术还公开了上述触变性胶体电解质的制备方法以及应用有上述触变性胶体电解质的胶体蓄电池。为实现上述目的，本专利技术提供了一种触变性胶体电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、硅溶胶的制备S11、称取一定量的硅酸钠溶解稀释至二氧化硅的摩尔含量为4～6%，然后通过强酸性阳离子树脂进行离子交换，制得活性硅酸，该硅酸PH值为2～3；S12、离子交换后生成的聚硅酸溶液稳定性差，其PH约为2～4，需加入少量的0.1mol/L的NaOH溶液作为硅溶胶稳定剂，加稳定剂必须快速的一次性加完，并迅速搅拌，以尽快超越中性区使溶胶很快达到PH=8.5～10.5，即溶液呈稳定状态的区域；S13、将S12中聚硅酸溶胶进行浓缩，使其所含二氧化硅浓缩至摩尔浓度为5%~8%，获得硅溶胶；S3、胶体电解质的制备S31、使用去离子水或者高纯水将密度为1.84g/cm3的浓硫酸稀释至密度为1.40g/cm3,1.50g/cm3,1.60g/cm3的酸液，静止，冷却至室温备用；S32、根据胶体电解质中的硫酸和二氧化硅的比例，计算加入硫酸和硅溶胶的量；S33、将S13中获得的硅溶胶和S31中制备的硫酸按照S32中计算的比例加入并搅拌混合均匀后，静置一定时间就制得所需要的胶体电解质。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S11和S12间增加如下操作：把从阳离子交换树脂流出的聚硅酸溶液稀液通过强碱型阴离子树脂交换树脂，去除液体中的阴离子，使体系达到更加稳定的状态。作为本专利技术的进一步改进，S13中的浓缩方式为：采用加热蒸发浓缩，将S12中经过离子交换的聚硅酸溶胶置于电热恒温鼓风干燥箱，60℃浓缩蒸发至所需浓度，浓缩过程中，要不断取样化验，待达到浓度要求时即制得硅溶胶，冷却备用。作为本专利技术的进一步改进，S33中还可加入了添加剂。作为本专利技术的进一步改进，所述的添加剂为：分子量为1000万的PAM、分子量为300万的PAM、PVA。作为本专利技术的进一步改进，S33中搅拌混合方式如下：恒温磁力搅拌器以一定的搅拌速度搅拌硅溶胶，然后往硅溶胶中依次加入添加剂和硫酸，搅拌2min，混合均匀后，静置一定时间就制得所需要的胶体电解质。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1和S3之间还包括如下步骤：S2、硅溶胶理化性质测定S21、二氧化硅含量测定将坩埚置于马弗炉中，温度定于800～850℃，灼烧至恒重，干燥器中冷却干燥，用电子天平准确称量用离子交换法制备的硅溶胶约5g，质量记为m，精确至0.0002g，将坩埚置于电热恒温鼓风干燥箱中于105℃—110℃烘干，再将坩埚放入马弗炉中，与800—850℃灼烧2h，取出，放置于干燥器中30min，称重，质量记为m1，以质量分数表示二氧化硅的含量按式计算：X=m1/m×100%；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触变性胶体电解质的制备方法，其特征是：包括以下步骤：S1、硅溶胶的制备S11、称取一定量的硅酸钠溶解稀释至二氧化硅的摩尔含量为4～6%，然后通过强酸性阳离子树脂进行离子交换，制得活性硅酸，该硅酸PH值为2～3；S12、离子交换后生成的聚硅酸溶液稳定性差，其PH约为2～4，需加入少量的0.1mol/L的NaOH溶液作为硅溶胶稳定剂，加稳定剂必须快速的一次性加完，并迅速搅拌，以尽快超越中性区使溶胶很快达到PH=8.5～10.5，即溶液呈稳定状态的区域；S13、将S12中聚硅酸溶胶进行浓缩，使其所含二氧化硅浓缩至摩尔浓度为5%~8%，获得硅溶胶；S3、胶体电解质的制备S31、使用去离子水或者高纯水将密度为1.84g/cm

【技术特征摘要】
1.一种触变性胶体电解质的制备方法，其特征是：包括以下步骤：S1、硅溶胶的制备S11、称取一定量的硅酸钠溶解稀释至二氧化硅的摩尔含量为4～6%，然后通过强酸性阳离子树脂进行离子交换，制得活性硅酸，该硅酸PH值为2～3；S12、离子交换后生成的聚硅酸溶液稳定性差，其PH约为2～4，需加入少量的0.1mol/L的NaOH溶液作为硅溶胶稳定剂，加稳定剂必须快速的一次性加完，并迅速搅拌，以尽快超越中性区使溶胶很快达到PH=8.5～10.5，即溶液呈稳定状态的区域；S13、将S12中聚硅酸溶胶进行浓缩，使其所含二氧化硅浓缩至摩尔浓度为5%~8%，获得硅溶胶；S3、胶体电解质的制备S31、使用去离子水或者高纯水将密度为1.84g/cm3的浓硫酸稀释至密度为1.40g/cm3,1.50g/cm3,1.60g/cm3的酸液，静止，冷却至室温备用；S32、根据胶体电解质中的硫酸和二氧化硅的比例，计算加入硫酸和硅溶胶的量；S33、将S13中获得的硅溶胶和S31中制备的硫酸按照S32中计算的比例加入并搅拌混合均匀后，静置一定时间就制得所需要的胶体电解质。2.如权利要求1所述的触变性胶体电解质的制备方法，其特征是：在步骤S11和S12间增加如下操作：把从阳离子交换树脂流出的聚硅酸溶液稀液通过强碱型阴离子树脂交换树脂，去除液体中的阴离子，使体系达到更加稳定的状态。3.如权利要求1所述的触变性胶体电解质的制备方法，其特征是：S13中的浓缩方式为：采用加热蒸发浓缩，将S12中经过离子交换的聚硅酸溶胶置于电热恒温鼓风干燥箱，60℃浓缩蒸发至所需浓度，浓缩过程中，要不断取样化验，待达到浓度要求时即制得硅溶胶，冷却备用。4.如权利要求1所述的触变性胶体电解质的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江，
申请(专利权)人：大同新成新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14