一種鉛酸蓄電池石墨烯電解液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池領(lǐng)域，具體涉及一種鉛酸蓄電池石墨烯電解液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池具有使用性能可靠、貯存壽命較長、價格低廉和原料易得等優(yōu)點，一直被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，尤其是動力用途、電信領(lǐng)域、備用電源、儲能電源等。鉛酸蓄電池的五大組成部分為正極、負極、隔板、電解液和電池外殼，其中電解液是影響電池性能的主要因素之一。普通的電解液內(nèi)阻大，固酸能力差、使用壽命短，所以選擇、使用合適的電解液添加劑，可以在很大程度上改進電池性能。
[0003]電解液作為電池的重要組成部分，在鉛酸蓄電池的正、負極之間起著輸送金屬離子的作用，號稱鉛酸蓄電池的“血液”。它對電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關(guān)重要的作用;選擇合適的電解液是獲得高能量密度、長循環(huán)壽命和安全性良好的鉛酸蓄電池的關(guān)鍵，因此在開發(fā)出滿足鉛酸蓄電池需求的電解液非常重要；目前鉛酸蓄電池存在高溫下容量損失迅速，循環(huán)性能差，不能滿足動力電池經(jīng)常處于高溫(大于45°C)條件下工作的需要;為滿足上述需求，開發(fā)滿足鉛酸蓄電池在高溫條件下工作的電解液，電解液的開發(fā)傾向于優(yōu)化溶劑的組成及加入合適的添加劑，從而提高電解液的高壓下、耐氧化、耐尚溫性能，提尚鉛酸蓄電池在尚壓下的循環(huán)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池的電解液內(nèi)阻大，固酸能力差、使用壽命短的缺陷而提供一種改善電池性能，提高電池循環(huán)使用壽命的鉛酸蓄電池石墨烯電解液。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是為了提供該鉛酸蓄電池石墨烯電解液的制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種鉛酸蓄電池石墨烯電解液，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:0.2-5%石墨烯水溶液，
0.9-5.7%硫酸鹽，5-30%硅溶膠，0.5-6%羧甲基纖維素鈉，余量為硫酸溶液。在本技術(shù)方案中，石墨烯能夠在電解液中分散均勻，其高比表面積的特性具有毛細滲透能力，保證電解液在電池充放電過程中保持一定液位，流動活性增強。石墨烯附著于電極表面，降低界面阻抗，提升離子擴散能力，減少鉛表面的硫酸鉛膜對電子傳導(dǎo)的阻礙，增加氧循環(huán)效率，抑制負極硫酸鹽化，有利于延長深循環(huán)的使用壽命。
[0007]作為優(yōu)選，所述石墨烯水溶液的石墨烯含量為0.5X10—3 -10X10—3 g/ml。
[0008]作為優(yōu)選，所述硫酸鹽為硫酸亞錫與硫酸鋁、硫酸銅、硫酸鎂、硫酸鉻、硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸鋇、硫酸鋅、硫酸鉀、硫酸鈉中的一種或多種的混合物。
[0009]作為優(yōu)選，所述硅溶膠中的S12的質(zhì)量百分含量為10-23%。
[0010]作為優(yōu)選，石墨烯在配置成石墨烯水溶液前進行改性包括以下步驟: 1)將石墨烯顆粒、質(zhì)量濃度15-20%的二丁基萘磺酸鈉溶液及酸溶液按照Ig:45-55mL:18-23mL的料液比混合，控制溫度95_120 °C下攪拌混合10_25min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，180-220°C下真空干燥15-25min得初級改性石墨烯顆粒；
2)將初級改性石墨烯物顆粒與化學剪切液按照Ig:45-65mL的料液比混合，加熱至180-2200C，水熱反應(yīng)2-3h，冷卻，水洗，得次級改性石墨烯顆粒；
3)次級改性石墨烯顆粒與質(zhì)量濃度65-75%的高氯酸按照lg:35-55mL的料液比混合均勻，加熱至200-240°C保持12小時，冷卻，過濾，水洗，真空干燥后得改性石墨烯顆粒。在本技術(shù)方案中，步驟I)將石墨烯顆粒與二丁基萘磺酸鈉溶液及酸溶液混合，同時輔以攪拌，以擴大石墨烯顆粒與液體的接觸面，使得石墨烯顆粒分散均勻，二丁基萘磺酸鈉溶液及酸溶液的特定溶劑組合體系，能夠使得石墨烯顆粒能在體系中分散更均勻，有效避免石墨烯顆粒團聚。
[0011]步驟I)先將石墨烯顆粒分散均勻，這樣利于步驟2)的剪切，將步驟I)分散均勻的石墨烯顆粒與本發(fā)明特定的化學剪切液水熱反應(yīng)，能有效切斷石墨烯顆粒，獲得長度較均一(長度大約在100-150nm)左右的均一化石墨稀顆粒，這樣的石墨稀顆粒在用于電極材料時，可以用更少的量發(fā)揮更優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱效果。
[0012]步驟3)將步驟2)得到的均一化石墨烯顆粒在高氯酸中水熱反應(yīng)，高氯酸分子能夠插層、溶脹石墨烯顆粒，使石墨烯顆粒彼此分開并將其表面高反應(yīng)活性暴露出來，從而實現(xiàn)選擇性功能化。與表面活性劑類似，具有兩親性，協(xié)助石墨烯顆粒分散，從而大大提高石墨烯顆粒在電解液中的均勻分散性能。
[0013]作為優(yōu)選，化學剪切液為濃度1-1.2moL/L的鉬酸鈉溶液與濃度0.6-1.3moL/L的硅鉬酸溶液按照I: 2的體積比的混合物。
[0014]—種鉛酸蓄電池石墨烯電解液的制備方法，，包括以下步驟:
1)按上述配比準確稱量各組分后，在耐腐蝕耐高溫的容器內(nèi)，先加純水和石墨烯水溶液，后加硫酸，再依次添加硫酸鹽與羧甲基纖維素鈉，超聲狀態(tài)下攪拌，混合均勻后得酸液；
2)將酸液和硅溶膠注入攪拌容器中進行攪拌，混合均勻，最后加入純化水攪拌均勻即得鉛酸蓄電池石墨烯電解液。
[0015]作為優(yōu)選，所述酸液中硫酸的密度為1.2-1.5g/mlo
[0016]作為優(yōu)選，所述攪拌混合過程，溫度為4-15 °C，超聲頻率為45-55HZ。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
1)石墨烯水溶液的添加，不會影響電池反應(yīng)機制，能夠增強電解液的流動活性，增加電解液與活性物質(zhì)的反應(yīng)能力，增加電極表面的活化能，減少鉛表面的硫酸鉛膜對電子傳導(dǎo)的阻礙，增加氧循環(huán)效率，抑制負極硫酸鹽化，延長深循環(huán)的使用壽命；
2)制備方法簡單，只需將各組分按次序混合進行常規(guī)攪拌即可，可操作性強，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0018]下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述說明。
[0019]如果無特殊說明，本發(fā)明的實施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0020] 實施例1
一種鉛酸蓄電池石墨烯電解液，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:0.2%石墨烯水溶液，
0.8%硫酸鈉，0.1%硫酸亞錫，5%硅溶膠，0.5%羧甲基纖維素鈉，余量為硫酸溶液，所述石墨烯水溶液的石墨烯含量為0.5 X 10—3g/ml;所述硅溶膠中的S12的質(zhì)量百分含量為10%。
[0021 ]石墨烯在配置成石墨烯水溶液前進行改性包括以下步驟:
1)將石墨烯顆粒、質(zhì)量濃度15%的二丁基萘磺酸鈉溶液及酸溶液按照Ig:45mL: 18mL的料液比混合，控制溫度95°C下攪拌混合1min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，180 °C下真空干燥15min得初級改性石墨稀顆粒；
2)將初級改性石墨烯物顆粒與化學剪切液按照lg:45mL的料液比混合，加熱至180°C，水熱反應(yīng)2h，冷卻，水洗，得次級改性石墨烯顆粒;化學剪切液為濃度ImoL/L的鉬酸鈉溶液與濃度0.6moL/L的硅鉬酸溶液按照1:2的體積比的混合物；
3)次級改性石墨稀顆粒與質(zhì)量濃度65%的高氯酸按照lg:35mL的料液比混合均勾，加熱至200 °C保持12小時，冷卻，過濾，水洗，真空干燥后得改性石墨烯顆粒。
[0022]—種鉛酸蓄電池石墨烯電解液的制備方法，包括以下步驟:
1)按上述配比準確稱量各組分后，在耐腐蝕耐高溫的容器內(nèi)，先加純水和石墨烯水溶液，后加硫酸，再依次添加硫酸鹽與羧甲基纖維素鈉，超聲狀態(tài)下攪拌，攪拌時溫度為4°C，超聲頻率為45Hz，混合均勻后得酸液;硫酸的密度為1.2g/ml;
2)將酸液和硅溶膠注入攪拌容器中進行攪拌，攪拌時溫度為4°C，超聲頻率為45Hz，混合均勻，最后加入純化水攪拌均勻即得鉛酸蓄電池石墨烯電解液。