一种铅酸蓄电池用电解液添加剂、电解液及制备方法

1.本发明属于铅酸蓄电池添加剂技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池用电解液添加剂、电解液及制备方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.为了提高铅酸电池的性能及寿命，往往需要在铅酸电池正极、负极及电解液中加入合适的添加剂。其中，电解液添加剂由于成本较低且无需改变电池制作工艺，受到了人们的关注。常用的电解液添加剂包括硫酸盐、无机酸(如磷酸、硼酸)以及有机物等。
4.铅酸电池在低温工作环境下性能下降往往很严重，电解液是导致这一问题的主要因素之一。由于低温时电解液电导率下降，电解液粘度增加，发生分层，电荷转移速度降低，致使低温充电接受、放电时间及放电容量等指标均出现下降。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种铅酸蓄电池用电解液添加剂、电解液及制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供一种铅酸蓄电池用电解液添加剂，包括有机磺酸，所述有机磺酸为含有芳香基团或脂肪基团或亲水基团的有机磺酸。
8.第二方面，本发明提供一种铅酸蓄电池用电解液，其包括所述电解液用添加剂。
9.第三方面，本发明提供所述铅酸蓄电池用电解液的制备方法，包括如下步骤：
10.向稀硫酸溶液中按比例加入所述有机磺酸和其他组分，搅拌，得电解液。
11.上述本发明的一个或多个实施例取得的有益效果如下：
12.有机磺酸类化合物作为和硫酸同源的强酸，含有体积较大的芳香基团或脂肪基团的磺酸及含有亲水基如羟基的磺酸对低温性能的提升较明显。
13.同时，有机结构部分可以与负极膨胀剂木素中的芳环部分形成分子间离子键、氢键相互作用，改变电解液、电极界面活性物质形貌，防止负极硫酸盐化。硫酸盐可以提高电解液的电导率，提高电池容量，抑制电池自放电。氨基酸也可与pb
2+
络合，提高pbso4溶解度，防止负极硫酸盐化。几种添加剂成分的协同效应对电池的低温性能如放电时间、充电接受、低温容量等带来了显著提高。
具体实施方式
14.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
15.正如本发明要解决的低温时铅酸蓄电池电解液电导率下降，电解液粘度增加，发
生分层，电荷转移速度降低，致使低温充电接受、放电时间以及放电容量等指标出现下降等问题，本发明提供了一种铅酸蓄电池用电解液添加剂，该添加剂对电池的低温性能，如充放电时间、充电接受以及低温容量等均带来了显著提高。
16.第一方面，本发明提供一种铅酸蓄电池用电解液添加剂，包括以下重量份的组分：包括有机磺酸，所述有机磺酸为含有芳香基团或脂肪基团或亲水基团的有机磺酸。
17.在一些实施例中，所述有机磺酸选自苯磺酸一水合物、苯磺酸钠、3-羧基苯磺酸钠、2-羟乙基磺酸、2-羟乙基磺酸钠、羟甲基磺酸钠、牛磺酸、喹啉-8-磺酸或10-樟脑磺酸。
18.在一些实施例中，所述电解液添加剂还包括硫酸盐和/或氨基酸。
19.进一步的，所述硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钾、硫酸铵或硫酸铝中的一种或多种。
20.进一步的，所述氨基酸选自谷氨酸或缬氨酸。
21.第二方面，本发明提供一种铅酸蓄电池用电解液，其包括所述电解液用添加剂。
22.在一些实施例中，所述电解液中，有机磺酸的浓度为2-10g/l；
23.或，硫酸盐的浓度为3-5g/l；
24.或，氨基酸的浓度为2-10g/l。
25.在一些实施例中，所述电解液的溶剂为稀硫酸。
26.进一步的，所述稀硫酸的密度为1-1.41g/cm3。
27.第三方面，本发明提供所述铅酸蓄电池用电解液的制备方法，包括如下步骤：
28.向稀硫酸溶液中按比例加入所述有机磺酸和其他组分，搅拌，得电解液。
29.在一些实施例中，所述其他组分为硫酸盐和/或氨基酸。
30.在一些实施例中，搅拌转速为100-500rpm，搅拌时间为2-5min。
31.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
32.实施例1
33.配制密度为1.245g/cm3的稀硫酸溶液，称取配制好的稀硫酸溶液495g，将苯磺酸一水合物5g加入到稀硫酸中，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解。
34.实施例2
35.配制密度为1.245g/cm3的稀硫酸溶液，称取配制好的稀硫酸溶液492.5g，将苯磺酸一水合物5g，硫酸钠2.5g依次分别加入到稀硫酸中，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解。
36.实施例3
37.配制密度为1.245g/cm3的稀硫酸溶液，称取配制好的稀硫酸溶液492.5g，将苯磺酸一水合物5g，谷氨酸2.5g依次分别加入到稀硫酸中，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解。
38.实施例4
39.将实施例2中的苯磺酸一水合物替换为苯磺酸钠，其他均与实施例2相同。
40.实施例5
41.将实施例2中的苯磺酸一水合物替换为3-羧基苯磺酸钠，其他均与实施例2相同。
42.实施例6
43.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为羟甲基磺酸钠，其他均与实施例1相同。
44.实施例7
45.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为2-羟乙基磺酸，其他均与实施例1相同。
46.实施例8
47.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为羟乙基磺酸钠，其他均与实施例1相同。
48.实施例9
49.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为(
±
)-10-樟脑磺酸，其他均与实施例1相同。
50.实施例10
51.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为喹啉-8-磺酸，其他均与实施例1相同。
52.实施例11
53.将实施例1中的苯磺酸一水合物替换为牛磺酸，其他均与实施例1相同。
54.实施例12
55.将实施例2中的硫酸钠替换为硫酸铝，其他均与实施例2相同。
56.实施例13
57.将实施例2中的硫酸钠替换为硫酸钾，其他均与实施例2相同。
58.实施例14
59.将实施例2中的硫酸钠替换为硫酸氢钾，其他均与实施例2相同。
60.实施例15
61.将实施例2中的硫酸钠替换为硫酸铵，其他均与实施例2相同。
62.实施例16
63.将实施例3中的谷氨酸替换为缬氨酸，其他均与实施例3相同。
64.对比例1(空白对照)
65.配制密度为1.245g/cm3的稀硫酸溶液。称取配制好的稀硫酸溶液495g，将硫酸钠5g加入到稀硫酸中，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解。
66.对比例2
67.配制密度为1.245g/cm3的稀硫酸溶液。称取配制好的稀硫酸溶液495g，将甲磺酸5g加入到稀硫酸中，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解。
68.将实施例1-16及对比例1-2中的电解液分别加入准备好的5ah电池中，使用arbin电池测试系统，选择预先设定好的程序进行化成。
69.每种添加剂制备五只电池进行低温性能实验，包括-18℃低温启动、充电接受及低温容量测试，实验结果取五次数据的平均值。
[0070]-18℃低温启动：
[0071]
电池放入低温箱内，温度设定为-18℃，20小时以后取下电池选择程序进行低温放电。记录放电至1v的时间，电池恢复至室温后进行充电。
[0072]
充电接受能力：
[0073]
选取最大放电容量除以10作为电流值，进行充电接受放电，5小时后取下电池，放入低温箱内，温度设定为0℃。20小时以后取下电池选择充电接受程序，2.4v恒压充电10min，记录充电接受电流a。电池恢复至室温后进行充电。
[0074]-18℃低温容量：
[0075]
电池放入低温箱内，温度设定为-18℃，20小时以后，在-18℃低温环境下进行低温放电，记录容量值。电池恢复至室温后进行充电。
[0076]
测试结果如表1、表2、表3和表4所示。
[0077]
表1
[0078][0079][0080]
表2
[0081][0082]
表3
[0083][0084]
表4
[0085]
[0086][0087]
可以看出，测试实施例1-16中电池的低温放电时间、充电接受及低温容量均有不同程度的提高，证明电解液添加剂对低温性能有明显改善。综合考虑，含有体积较大的芳香基团或脂肪基团的磺酸及含有亲水基如羟基的磺酸对低温性能的提升较明显，复合硫酸盐或氨基酸使用时效果进一步提升。而甲磺酸对比例对电池低温性能有负面影响。
[0088]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。