一种铅蓄电池用的电解液的制作方法

本发明属于铅蓄电池，具体涉及一种铅蓄电池用的电解液。

背景技术：

1、铅蓄电池自问世以来，在一个半世纪的漫长时期内，凭借其性能稳定、价格低廉、资源回收利用率高等优点，一直占据二次电池领域的主导地位，应用范围非常广泛，涵盖了起动、动力、储能等诸多领域。然而，铅蓄电池本身也存在诸多缺点，比如能量密度较低、寿命性能相对较差等缺点。目前，随着以锂电池为代表的高性能新型能源的快速兴起，铅蓄电池的部分应用领域正逐步被取代。尽管如此，在未来相当长的时间内，铅蓄电池必然会继续扮演重要角色，特别是低速电动汽车和电动自行车动力领域。传统的动力用铅蓄电池存在着早期容量衰减、循环使用寿命短等系列问题，其失效模式主要表现为正极板栅腐蚀、正极活性物质软化脱落、负极硫酸盐化等。正极板栅腐蚀的发生在极板固化、电池化成和循环使用的全过程中，既包括固相反应也包括液相反应。循环使用后产生更厚的腐蚀层，以硫酸铅以及非计量氧化铅的形式存在，腐蚀层结构上包含多种缺陷，产生多向性裂纹。腐蚀层的生长导致界面或内部电阻迅速增加，这是影响铅蓄电池循环寿命的主要因素。正极活性物质软化脱落的成因有界面钝化、α-pbo2的消耗等，它的演进受硫酸浓度、电解液分层、运行环境温度等诸多因素影响。负极硫酸盐化严格来讲应该称为负极不可逆硫酸盐化。在正常条件下，铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，在充电时能较容易地还原为铅。但是，如果电池由于使用和维护不当，而造成经常处于充电不足或过放电的状态时，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它重新转化为活性物质。这直接导致电池容量的降低，直至使电池寿命过早终止。

2、专利授权号cn103268966b的发明专利报告了一种延长铅钙电池寿命的电解液添加剂，电解液复合了有机硅烷、磷酸、甘露糖醇、聚氧乙烯醚、有机硅油、聚丙烯酰胺，可有效提升铅酸蓄电池循环寿命50％以上。

3、专利号cn1170396c发明专利公布了一种铅酸蓄电池电解液，包括碳素、硫酸钠、硫酸镁、硅酸钠、乙酸钠、乙酸钴、磷酸、2，6-二叔丁基对甲苯酚、2，5-磷酸吡哆醛，该添加剂可以有效降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力并延长电池循环寿命，适用于快充充电的蓄电池。

4、然而，上述现有技术中电解液配方的铅蓄电池循环寿命还是偏短。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种铅蓄电池用的电解液，采用硫酸钾、硫酸铝、四硼酸钠和全氟辛基磺酸胺按一定质量百分比添加到电解液中，通过硫酸钾和硫酸铝的共晶作用、四硼酸钠的缓冲作用和全氟辛基磺酸胺的吸附作用，抑制正极板栅腐蚀、负极硫酸盐化等现象，从而延长铅酸蓄电池，特别是电动自行车用铅酸蓄电池的循环寿命。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、一种铅蓄电池用的电解液，包括硫酸溶液和添加剂，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.2％～2％，硫酸铝0.2％～2％，四硼酸钠0.2％～2％，全氟辛基磺酸胺0.001％～0.01％。

4、本发明所涉及的电解液，除含有硫酸水溶液外，用四硼酸钠代替硫酸钠，除起到硫酸钠的缓冲作用外，还可缓解硫酸钠造成的板栅腐蚀现象，此外，还添加了硫酸钾、硫酸铝和全氟辛基磺酸胺。

5、所用的硫酸钾为无色透明结晶粉末，所用硫酸铝为十八水合硫酸铝，性状为白色粉末。

6、硫酸钾、硫酸铝在电池充电过程中，与pb共同沉积在负极板上，形成混晶，镶嵌在铅晶格中。放电时，钾和铝率先被氧化层成离子而进入溶液，从而在晶格内留下空位，使电极表面不能形成连续的粗大晶体，从而避免了硫酸盐化的发生，降低了电池内阻，大幅提高电池的电化学性能。同时防止了形成微细致密的硫酸铅，进而防止负极板收缩失效。此外，硫酸钾提高正极析氧过电位，促进充电反应，提高充电效率。硫酸铝增加活性物质凝胶区含水量，有利于生成无定型以及水合pbo2。细化颗粒尺寸，增加活性物质间的结合面积和结合强度。

7、所用的四硼酸钠为十水合四硼酸钠，性状为无色透明结晶粉末。

8、四硼酸钠在硫酸中分解为钠离子合硼酸根离子，其中钠离子能起到传统硫酸钠添加剂的防枝晶短路合增加导电性的作用，而硼酸根离子因其弱酸性能缓解正极板栅的腐蚀。同时也具有细化晶粒合降低自放电的作用。

9、所用的全氟辛基磺酸胺为无色粉末，含量≥95％。

10、全氟辛基磺酸胺是一种阴离子表面活性剂，可以通过吸附作用，放电时与pb2+离子形成“铅-磺酸盐”复合中间体，防止在基底金属表面生成致密硫酸铅层，充电时改变pbo2晶体的形态，使其粒径更小，孔率更高，扩大了电极的表面积，从而提高了正极活性物质利用率，进而提高电池容量。

11、优选的，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.5％～1.5％，硫酸铝0.5％～1.5％，四硼酸钠0.8％～1.2％，全氟辛基磺酸胺0.002％～0.008％。

12、更为优选的，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.5％，硫酸铝1.5％，四硼酸钠0.8％，全氟辛基磺酸胺0.008％；

13、或者，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾1.5％，硫酸铝0.5％，四硼酸钠1.2％，全氟辛基磺酸胺0.002％。

14、所述硫酸溶液密度为1.245g/cm3。

15、本发明还提供了所述铅蓄电池用的电解液的制备方法，将四硼酸钠、硫酸铝、硫酸钾、全氟辛基磺酸胺依次加入到硫酸溶液中，添加过程中持续搅拌。优选的，将四硼酸钠、硫酸铝、硫酸钾、全氟辛基磺酸胺依次加入到硫酸溶液中，前一种完全溶解后，再加下一种。

16、本发明还提供了一种铅蓄电池，包括电解液，使用所述铅蓄电池用的电解液。所述铅蓄电池用于电动自行车。

17、本发明的有益效果：

18、本发明通过采用硫酸钾、硫酸铝、四硼酸钠和全氟辛基磺酸胺作为添加剂加入到铅蓄电池用的电解液中，通过硫酸钾和硫酸铝的共晶作用、四硼酸钠的缓冲作用和全氟辛基磺酸胺的吸附作用，协同作用抑制正极板栅腐蚀、负极硫酸盐化等现象，从而延长铅蓄电池。

技术特征：

1.一种铅蓄电池用的电解液，包括硫酸溶液和添加剂，其特征在于，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.2％～2％，硫酸铝0.2％～2％，四硼酸钠0.2％～2％，全氟辛基磺酸胺0.001％～0.01％。

2.根据权利要求1所述铅蓄电池用的电解液，其特征在于，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.5％～1.5％，硫酸铝0.5％～1.5％，四硼酸钠0.8％～1.2％，全氟辛基磺酸胺0.002％～0.008％。

3.根据权利要求2所述铅蓄电池用的电解液，其特征在于，所述添加剂按占总电解液总量的质量比计，包括以下组分：硫酸钾0.5％，硫酸铝1.5％，四硼酸钠0.8％，全氟辛基磺酸胺0.008％；

4.根据权利要求1所述铅蓄电池用的电解液，其特征在于，所述硫酸溶液密度为1.215～1.256g/cm3。

5.权利要求1～4任一所述铅蓄电池用的电解液的制备方法，其特征在于，将四硼酸钠、硫酸铝、硫酸钾、全氟辛基磺酸胺依次加入到硫酸溶液中，添加过程中持续搅拌。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将四硼酸钠、硫酸铝、硫酸钾、全氟辛基磺酸胺依次加入到硫酸溶液中，前一种完全溶解后，再加下一种。

7.一种铅蓄电池，包括电解液，其特征在于，使用权利要求1～4任一所述铅蓄电池用的电解液。

8.如权利要求7所述铅蓄电池，其特征在于，所述铅蓄电池用于电动自行车。

技术总结
本发明公开了一种铅蓄电池用的电解液，属于铅蓄电池技术领域。本发明通过采用硫酸钾、硫酸铝、四硼酸钠和全氟辛基磺酸胺作为添加剂加入到铅蓄电池用的电解液中，通过硫酸钾和硫酸铝的共晶作用、四硼酸钠的缓冲作用和全氟辛基磺酸胺的吸附作用，协同作用抑制正极板栅腐蚀、负极硫酸盐化等现象，从而延长铅蓄电池。

技术研发人员：任春福,王卫东,张峰博,闫鑫金,王杜友,李江,郭志刚
受保护的技术使用者：天能电池集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15