阅读说明：本技术 一种铅酸蓄电池用电解液及包含该电解液的铅酸蓄电池 (Electrolyte for lead-acid storage battery and lead-acid storage battery comprising electrolyte ) 是由 李焙 杨富麟 蒋岚 于 2020-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种解决电池化成过程中产生过多气泡的问题,既保护环境、设备及工作人员安全,又能降低化成过程中电解液的温度,提升电池性能的铅酸蓄电池用电解液及包含该电解液的铅酸蓄电池,包括胶体酸与二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)。本发明中,二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)性质稳定,不参与化成过程中的化学反应；而且解决了铅酸蓄电池化成过程中产生气泡过多的问题,即使电池在低温或者高温环境条件下使用,本发明的电解液均不会受影响；使用本发明的电解液,能使电池性能得到提升,并对环境、设备、人身安全起到了保护作用。(The invention relates to an electrolyte for a lead-acid storage battery and the lead-acid storage battery containing the electrolyte, which solve the problem of excessive bubbles generated in the formation process of the battery, protect the safety of the environment, equipment and workers, reduce the temperature of the electrolyte in the formation process and improve the performance of the battery, and comprises colloidal acid and diphenyl (siloxane and polysiloxane). In the invention, diphenyl (siloxane and polysiloxane) has stable property and does not participate in chemical reaction in the formation process; the problem of excessive bubbles generated in the formation process of the lead-acid storage battery is solved, and the electrolyte of the invention is not affected even if the battery is used under the low-temperature or high-temperature environment condition; the electrolyte can improve the performance of the battery and protect the environment, equipment and personal safety.)

一种铅酸蓄电池用电解液及包含该电解液的铅酸蓄电池

技术领域

本发明属于蓄电池领域，涉及一种蓄电池电解液，尤其涉及一种解决电池化成过程中产生过多气泡的问题，既保护环境、设备及工作人员安全，又能降低化成过程中电解液的温度，提升电池性能的铅酸蓄电池用电解液及包含该电解液的铅酸蓄电池。

背景技术

近年来，随着光伏发电行业、风力发电行业的发展，市场普遍需求大容量的蓄电池作储能配套用，但常规蓄电池在户外使用中表现出寿命短，废弃率较高，制约了光伏储能系统的商业应用。业界普遍认同，在铅蓄电池的硫酸液中加入适量的胶体物质，可有效地提升在户外使用的寿命。

铅蓄电池行业传统使用的胶体材料为气相二氧化硅，使用时通过工业纯水或其他溶剂方法将气相二氧化硅充分液化；在中国发明专利ZL01109623.3中，公开了一种由聚元素硅氧烷、有机硅橡胶和稀释用水混合的硅氧烷组合物，该组合物与硫酸液混聚用作铅蓄电池的电解液或化成液。通过十数年应用，业界普遍认为气相二氧化硅胶体和硅氧烷组合物胶体各有千秋，前者粘度高、工艺性差且铅蓄电池无降低内阻、增加容量的收益，但寿命衰减较平稳，后者粘度低、工艺性好且铅蓄电池可获得降低内阻、增加容量的收益，但稳定性不如前者。

在铅酸蓄电池化成过程中，由于大电流充电，水会被电解，产生很多气泡，而这些气泡夹带着硫酸，容易形成酸雾，污染环境，会腐蚀化成水槽、防护栏、充电线等设备，而且不利于工作人员的安全防护；气泡过多也会导致电解液温度升高，影响铅酸蓄电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有铅酸蓄电池化成过程中，产生气泡，腐蚀设备、污染环境且不利于工作人员的安全的缺陷而提供一种解决电池化成过程中产生过多气泡的问题，既保护环境、设备及工作人员安全，又能降低化成过程中电解液的温度，提升电池性能的铅酸蓄电池用电解液。

本发明的另一个目的是为了提供包含该电解液的铅酸蓄电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铅酸蓄电池用电解液，所述电解液包括胶体酸与硅氧烷类材料。

作为优选，所述硅氧烷类材料的加入量为胶体酸重量的0.01-0.8％。

作为优选，所述硅氧烷类材料的加入量为胶体酸重量的0.05-0.5％。

作为优选，所述硅氧烷类材料的加入量为胶体酸重量的0.1-0.3％。

作为优选，所述硅氧烷类材料为二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，密度为1.1-1.3g/cm³。

为了解决铅酸蓄电池化成过程中产生气泡过多的问题，从而提升电池性能，本发明提供了一种蓄电池电解液配方，该配方中加入了二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，CAS号：63148-59-4。

目前市场上的消泡剂主要为有机硅类、聚醚类、高碳醇类，缺点是：聚醚类消泡剂的消泡速度相对较慢，高碳醇类消泡剂会参与反应，二者均不适合作为铅酸蓄电池化成过程消泡的助剂。有机硅类使用较多的是聚二甲基硅氧烷，具有疏水性，无毒，性质稳定，在-50℃～200℃长期使用，具有较小的表面张力，可在泡沫中扩散，扩散肘在泡沫壁上形成双层膜，在此扩散过程中将具稳定作用的表面活性剂排开，而降低泡沫局都表面的张力，破坏泡沫的自愈效应，使泡沫破裂；聚二甲基硅氧烷液体的密度小于1.0g/cm³(25℃)，而铅酸蓄电池的电解液在放完电时密度最低状态，仍是大于1.0g/cm³(25℃)，充电状态最高能达到1.36g/cm³(25℃)，故聚二甲基硅氧烷只能作用于电解液表面的气泡，在表面进行消泡，不能起到抑制电解液内部产生的气泡。

二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)与聚二甲基硅氧烷的对比，优点有以下几点：1)二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)具有聚二甲基硅氧烷同为有机硅类，具有相似的物理化学性质，受对称苯基的影响，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)相较于聚二甲基硅氧烷，具有更低的凝固点、更高的沸点、化学性质更加稳定，不会因为铅酸蓄电池电解液在极端条件下的使用而凝固或被氧化失效；2)二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)液体的密度在1.2g/cm³左右(25℃)，在化成过程中，随着电解液密度的变化，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)在电解液中不断与分子接触，抑制气泡的产生，更好的降低电解液温度，达到消泡抑泡的效果；3)另外，聚苯基甲基硅氧烷密度在1.09g/cm³左右(25℃)，抑制气泡的能力比二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)差，更不如其性质稳定；而苯基含量过高，例如三苯基、四苯基等，液体粘度较大，疏水性更强，在电解液中的分散性很差，反而很难起到消泡的作用。故这种铅酸蓄电池配方具有不可替代的消泡抑泡的能力。

作为优选，所述胶体酸的制备方法包括：将去离子水加入至气相二氧化硅中搅拌40-60min得到胶体母液，然后加入稀硫酸并搅拌得到。

作为优选，所述胶体母液中气相二氧化硅的质量分数为15％。

作为优选，所述去离子水的电导率≤1.5μs/cm。

作为优选，所述稀硫酸的密度为1.260g/cm³，所述胶体酸的密度为1.250g/cm³。

一种铅酸蓄电池，包括正极、负极、隔板和上述的电解液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)具有聚二甲基硅氧烷同为有机硅类，具有相似的物理化学性质，受对称苯基的影响，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)相较于聚二甲基硅氧烷，具有更低的凝固点、更高的沸点、化学性质更加稳定，不会因为铅酸蓄电池电解液在极端条件下的使用而凝固或被氧化失效；

2)二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)液体的密度在1.2g/cm³左右(25℃)，在化成过程中，随着电解液密度的变化，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)在电解液中不断与分子接触，抑制气泡的产生，更好的降低电解液温度，达到消泡抑泡的效果；

3)，聚苯基甲基硅氧烷密度在1.09g/cm³左右(25℃)，抑制气泡的能力比二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)差，更不如其性质稳定；而苯基含量过高，例如三苯基、四苯基等，液体粘度较大，疏水性更强，在电解液中的分散性很差，反而很难起到消泡的作用。故这种铅酸蓄电池配方具有不可替代的消泡抑泡的能力；

4)二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)性质稳定，不参与化成过程中的化学反应；而且解决了铅酸蓄电池化成过程中产生气泡过多的问题，即使电池在低温或者高温环境条件下使用，本发明的电解液均不会受影响；使用本发明的电解液，能使电池性能得到提升，并对环境、设备、人身安全起到了保护作用。

附图说明

图1是本发明的电解液的工艺流程图。

图2是本发明实施例1-2与对比例1-2的循环测试图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中所用的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，CAS号：63148-59-4，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)液体的密度在1.2g/cm³左右(25℃)，可从市场购得。

本发明其余所用的原料均可从市场购得。

实施例1

本实施例提供了一种铅酸蓄电池用电解液，该电解液中包括胶体酸与二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)的加入量为胶体酸质量的0.3％。

参见图1，该电解液的制备方法为：

一、胶体母液的配制

1)将去离子水(电导率≤1.5μs/cm)加入到配制一定胶体的高速搅拌不锈钢配胶桶中；

2)每次配制胶体含量15％的胶体母液500kg，其中先加入去离子水425kg，气相二氧化硅75kg；

3)用高速搅拌器进行搅拌，搅拌时间需要40分钟以上；

4)将搅拌好的胶体母液全部放出，用另一个盛胶桶装好；

二、稀硫酸的配制

1)打开纯水阀，待纯水进储酸桶水位到规定的位置(储酸桶透明指示管有标志，放水大约分钟)，关闭纯水阀；

2)把所有的岀酸阀关闭(循环酸阀—直保持开启状态)；

3)打开浓酸阀(不能全部打开，开到一半)；

4)打开循环酸阀，然后打开空压气开关(循环配酸机进入配酸工作状态)；

5)放酸大约2小时，酸液会达到储酸桶透明指示管顶端的标志线，然后关闭储酸桶与储酸桶透明指示管连接的阀，再开启透明管上的放酸阀；

6)待透明管中的酸液完全放完，关闭透明管上的放酸阀，开启储酸桶与储酸桶透明指示管连接的阀；

7)待酸液再次达到储酸桶透明指示管顶端的标志线，关闭浓酸阀；

8)整个配酸过程工作大约小时后，检测酸液密度和温度(在循环冷却配酸机放酸阀处放酸测量)，是否满足工艺要求，如果不满足，则需继续配制(密度偏高则继续加水，密度偏低继续加硫酸)，直到满足工艺要求为止；

三、胶体酸的配制

1)将配置好的所需要的密度的稀硫酸放入容积5m³的储酸桶中(稀硫酸密度一定要大于所需密度的胶体酸)；

2)加入200kg配制好的胶体母液，加入到已经装有稀硫酸的容积5m³储酸桶中，进行胶体酸配制；

3)均匀搅拌胶体酸以后，用密度计测量胶体酸密度；

4)用水或浓酸进行调整所需要的胶体酸，直到调整到所需要胶体酸密度为止即可；

四、新电解液的配制

1)向装有配制好胶体酸的储酸桶中，加入储酸桶中液体总重量的0.3％的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)；

2)均匀搅拌后备用。

采用常规化成工艺进行化成，制作出成品铅酸蓄电池。

实施例2

本实施例提供了一种铅酸蓄电池用电解液，该电解液中包括胶体酸与二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)的加入量为胶体酸质量的0.1％。

该电解液的制备方法为：

一、胶体母液的配制

1)将去离子水(电导率≤1.5μs/cm)加入到配制一定胶体的高速搅拌不锈钢配胶桶中；

2)每次配制胶体含量15％的胶体母液500kg，其中先加入去离子水425kg，气相二氧化硅75kg；

3)用高速搅拌器进行搅拌，搅拌时间需要40分钟以上；

4)将搅拌好的胶体母液全部放出，用另一个盛胶桶装好；

二、稀硫酸的配制

1)打开纯水阀，待纯水进储酸桶水位到规定的位置(储酸桶透明指示管有标志，放水大约分钟)，关闭纯水阀；

2)把所有的岀酸阀关闭(循环酸阀—直保持开启状态)；

3)打开浓酸阀(不能全部打开，开到一半)；

4)打开循环酸阀，然后打开空压气开关(循环配酸机进入配酸工作状态)；

5)放酸大约2小时，酸液会达到储酸桶透明指示管顶端的标志线，然后关闭储酸桶与储酸桶透明指示管连接的阀，再开启透明管上的放酸阀；

6)待透明管中的酸液完全放完，关闭透明管上的放酸阀，开启储酸桶与储酸桶透明指示管连接的阀；

7)待酸液再次达到储酸桶透明指示管顶端的标志线，关闭浓酸阀；

8)整个配酸过程工作大约小时后，检测酸液密度和温度(在循环冷却配酸机放酸阀处放酸测量)，是否满足工艺要求，如果不满足，则需继续配制(密度偏高则继续加水，密度偏低继续加硫酸)，直到满足工艺要求为止；

三、胶体酸的配制

1)将配置好的所需要的密度的稀硫酸放入容积5m³的储酸桶中(稀硫酸密度一定要大于所需密度的胶体酸)；

2)加入200kg配制好的胶体母液，加入到已经装有稀硫酸的容积5m³储酸桶中，进行胶体酸配制；

3)均匀搅拌胶体酸以后，用密度计测量胶体酸密度；

4)用水或浓酸进行调整所需要的胶体酸，直到调整到所需要胶体酸密度为止即可；

四、新电解液的配制

1)向装有配制好胶体酸的储酸桶中，加入储酸桶中液体总重量的0.1％的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)；

2)均匀搅拌后备用。

采用常规化成工艺进行化成，制作出成品铅酸蓄电池。

对比例1，与实施例1相同，唯一不同的是未加入二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)。

对比例2，与实施例2相同，唯一不同的是加入胶体酸总重量0.1％的聚二甲基硅氧烷。

将实施例1-2和对比例1-2化成完成后的电池进行循环检测显示，使用含有二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)的电解液化成的电池，相较于使用普通电解液进行化成的电池性能有明显提升，循环检测结果见图2，由对比例1与对比例2比较发现，加入胶体酸总重量0.1％的聚二甲基硅氧烷，对电池性能未有明显提升；由实施例2与对比例2比较发现，加入等质量的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)比加入聚二甲基硅氧烷更有利于电池性能的提升；由实施例1与实施例2比较发现，加入胶体酸总重量0.3％的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)比加入胶体酸总重量0.1％的二苯基(硅氧烷和聚硅氧烷)，更由利于提升电池性能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。