一种铅晶蓄电池的电解液及其制备方法和铅晶蓄电池技术

本发明专利技术提供一种铅晶蓄电池的电解液及其制备方法和铅晶蓄电池。所述电解液包括硅溶胶和沉淀二氧化硅，两者的质量比为1：(0.005～0.05)，以二氧化硅的净含量计算，电解液中总二氧化硅含量为1～4％，电解液中还包括0.1～2％的氢氧化锂，基于电解液总量计算。电池化成工序结束后所述电解液由流动态变为含有晶体颗粒的凝固态。本发明专利技术通过选择使用特定的凝胶剂组合并且在电解液中添加相对大量的氢氧化锂，促进电解液在充放电循环后变成含有晶体颗粒的凝固态，能够将极板的活性物质牢牢固定，提高电池深循环能力；多孔结构还给离子运动提供了足够的空间，延长电池的使用寿命，提高低温性能和荷电保持能力。

【技术实现步骤摘要】
一种铅晶蓄电池的电解液及其制备方法和铅晶蓄电池
本专利技术属于蓄电池
，更具体地，本专利技术涉及一种铅晶蓄电池。
技术介绍
电池工业是新能源领域的重要组成部分，目前已成为全球经济发展的一个新热点，铅酸蓄电池产业与电力、交通、信息产业息息相关，与国防、计算机、科研、港口等国民经济各领域不可分割，从销售收入来看，目前铅酸电池在整个化学电源领域占据收入总量的80％以上。国内铅酸蓄电池产业发展较快，大型企业也达到了相当的生产规模和很高的技术水平。再加上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。传统铅酸蓄电池是富液式电池，它使用大量的液态可流动的电解液，导致运输不便，容易析出酸雾，对环境有害。随着通讯事业的发展，对铅酸蓄电池提出比能量大、易维护、无污染等要求，阀控式密封铅酸蓄电池(ValveRegulatedLeadAcid，VRLA)在富液式电池基础上产生。该电池采用贫液式设计，其使用硫酸水溶液作为电解液，将大部分电解液贮存在吸液式玻璃纤维隔膜(AbsorbedGlassMat，AGM)中，小部分电解液贮存在正、负极板活性物质孔隙中，使电池壳内基本无流动的电解液，故称为贫液式电池(简称“AGM-VRLA蓄电池”)。但在实际使用中由于其贫液式设计导致存在电解液失水严重，电池深放电后再充电，在电池底部容易引起酸分层，容易发生热失控等问题。与此同时在欧洲还兴起了胶体蓄电池(简称“GEL-VRLA蓄电池”)的研究。胶体蓄电池恰恰能解决AGM-VRLA蓄电池的贫液问题。早期胶体电池通过加入水玻璃作为凝胶剂构成三维网状结构，将硫酸和水包裹在其中，电解液在静止不动时是呈固体状，多数胶体蓄电池当受到一定的剪切力时，三维网状结构迅速解体，胶体电解液呈水溶液状，而当剪切力停止时，胶体电解液静置又会恢复到原先的固体状。这种触变性赋予了胶体铅酸蓄电池便于运输和不易漏液的优点，而且由于胶体本身的固定作用，使得胶体电池内部几部不存在电解液的分层现象。胶体电池采用富液式设计，有较好的深放电恢复性能，能有效地防止胶体电解液干涸现象的发生。但由于硅酸钠电解质在使用中容易失水硬化，导致电池的容量和寿命均不理想。后来德国阳光公司利用亲水性的气相二氧化硅作为凝胶剂研发出电池性能提高的商品化的胶体密封铅酸蓄电池，由于气相二氧化硅凝胶力强，表面活性高，目前国外大型铅酸蓄电池公司绝大多数都采用气相二氧化硅作为凝胶剂。但是气相二氧化硅在国内主要依靠进口导致原料成本过高，并且气相二氧化硅所配胶液的粘度过大对灌胶技术要求高，由于国外技术封锁，目前国内研发的胶体电池多数存在灌胶困难、正极活性物质易于软化脱落、电池内阻大、寿命短等问题，综合电池性能仍然不佳。为了解决胶体电池的上述问题，专利文献1公开添加高分子稳定剂和亲水性超细玻璃纤维与硫酸、水建立较强网络结构，防止胶体电解质水化，提高循环寿命。专利文献2公开了在加入气相二氧化硅后加入少量的沉淀二氧化硅制得胶体电解液以改善胶液流动性、提高稳定性。但专利文献1和2均主要使用气相二氧化硅作为凝胶剂，成本较高，并且由于得到的是胶体电池，仍然存在正极活性物质易于软化脱落、电池内阻大等问题。近些年，国内提出固态电解质的概念。专利文献3、专利文献4均公开了一种用于制造铅晶或微晶蓄电池的电解液，其采用纳米级气相二氧化硅为凝胶剂，乳化结构后进行磁化获得呈弱酸性的电解液，在化成后电解液呈现结晶态以阻止正极活性物质的软化脱落、延长电池使用寿命。但上述文献仍存在成本高、工艺复杂且电解质性质不稳定、电池容量低等缺陷。而本专利技术人为了解决上述问题，利用高导硅酸盐电解质作为凝胶剂代替气相二氧化硅，大大降低生产成本，制备得到不漏液、寿命长的铅晶蓄电池。本专利技术人的在先申请专利文献5公开了一种环保、免维护的二氧化硅晶态电解质及其制备方法，该电解质采用硅酸钠作为凝胶剂，加入了有机和无机添加剂，使得参与反应的硫酸含量大幅降低，细硅晶颗粒提高板表面压力降低电池内阻，提高电池的大电流和高低温性能，同时抑制正极板活性物质的软化脱落，电池经充电固化为固体电池无液体泄漏，专利文献6则公开了铅晶蓄电池的正负极板配方和电解质的配方。但是上述文献公开的技术对形成细硅晶颗粒要求非常严格，组分用量微小的变化或者隔板、电池装配方法的改变容易出现灌注困难、灌注量不足或者不完全固化的现象，因此仍然具有改进的余地。专利文献1：CN101291002B专利文献2：CN102412421B专利文献3：CN103456999A专利文献4：CN106207279A专利文献5：CN100382376C专利文献6：CN106252746A
技术实现思路
专利技术要解决的问题为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供能够用于制备低温性能好、深放电恢复能力和荷电保持能力高且生产成本降低的铅晶蓄电池的电解液以及基于该电解液制造的铅晶电池。用于解决问题的方案本专利技术的专利技术人对电解液的凝胶剂以及添加剂进行了深入研究，获得含有晶体颗粒的凝固态电解液，使用其制备的电池的电性能(尤其低温性能、深放电恢复能力和荷电保持能力)得到了改善。本专利技术包括如下技术方案：[1]一种铅晶蓄电池的电解液，所述电解液包括硫酸、凝胶剂和氢氧化锂，所述凝胶剂包括硅溶胶和沉淀二氧化硅，两者的质量比为1：(0.005～0.05)，以二氧化硅的净含量计算电解液中总二氧化硅含量为1～4％，基于电解液总质量计算氢氧化锂的含量为0.1～2％，灌注所述电解液的电池在化成工序结束后电解液由流动态变为含有晶体颗粒的凝固态的电解液，所述凝固态电解液使用X射线衍射测定具有晶体的特征峰。[2]根据[1]所述的电解液，所述凝固态的电解液使用X射线衍射测定具有晶体的特征峰。[3]根据[1]或[2]任一技术方案所述的电解液，所述硅溶胶含有SiO2％(重量)＝28～35％，所述硅溶胶的粒径8～15nm。[4]根据[1]-[3]任一技术方案所述的电解液，所述电解液包括密度为1.35～1.37g/cm3的硫酸(25℃时)，配制得到的电解液的初始粘度为50～350mPa·s(20℃)。[5]根据[1]-[4]任一技术方案所述的电解液，将所述凝固态电解液在105℃烘干使用X射线衍射测定在衍射角2θ＝26.80±0.20°的位置有特征峰。[6]根据[1]-[5]任一技术方案所述的电解液，所述凝固态电解液含有α-石英晶体。[7]根据[1]-[6]任一技术方案所述的电解液，所述化成工序的充电电流在0.01～0.5C范围内。[8]一种制备[1]-[7]任一技术方案所述的电解液的制备方法，包括以下步骤：在硫酸溶液中加入氢氧化锂及其他辅料，然后再加入硅溶胶和沉淀二氧化硅，在700～1500r/min搅拌50～70min。[9]一种铅晶蓄电池，包括电池容器、[1]-[7]任一技术方案所述的电解液或[8]所述方法制备得到的电解液、正负极板和隔板。[10]根据[9]所述的铅晶蓄电池，所述隔板为AGM隔板。专利技术的效果本专利技术通过选择使用特定的凝胶剂组合并且在电解液中添加相对大量的氢氧化锂，促进电解液在充放电循环后变成含有晶体颗粒的凝固态，能够将极板的活性物质牢牢固定，延缓极板的软化和脱落，提高电池深循环能力；多孔结构还给离子运动提供了足够的空间，能够有效地减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅晶蓄电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括硫酸、凝胶剂和氢氧化锂，所述凝胶剂包括硅溶胶和沉淀二氧化硅，两者的质量比为1：(0.005～0.05)，以二氧化硅的净含量计算电解液中总二氧化硅含量为1～4％，基于电解液总质量计算氢氧化锂的含量为0.1～2％，灌注所述电解液的电池在化成工序结束后电解液由流动态变为含有晶体颗粒的凝固态的电解液。

【技术特征摘要】
1.一种铅晶蓄电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括硫酸、凝胶剂和氢氧化锂，所述凝胶剂包括硅溶胶和沉淀二氧化硅，两者的质量比为1：(0.005～0.05)，以二氧化硅的净含量计算电解液中总二氧化硅含量为1～4％，基于电解液总质量计算氢氧化锂的含量为0.1～2％，灌注所述电解液的电池在化成工序结束后电解液由流动态变为含有晶体颗粒的凝固态的电解液。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述凝固态的电解液使用X射线衍射测定具有晶体的特征峰。3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于：所述硅溶胶含有SiO2％(重量)＝28～35％，所述硅溶胶的粒径8～15nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液，其特征在于：所述电解液包括密度为1.35～1.37g/cm3的硫酸(25℃时)，配制得到的电解液的初始粘度为50～350mPa·...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建民，
申请(专利权)人：浙江天地之光电池制造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33