多微孔纳米SiO2电解液在铅酸蓄电池中的应用

申屠超，童建颖，李显杨，王芳权*

（1.浙江树人大学生物与环境工程学院,浙江杭州 310015； 2.江西京九电源科技有限公司,江西南昌 330200）

随着国际原油价格的上升，电动车这种交通工具越来越受到重视。铅酸蓄电池是电动车用动力电池领域的主导产品，尽管近年来陆续出现了锂电池等新型电池，但是铅酸蓄电池的市场优势丝毫未受影响。因此，如何提高铅酸蓄电池的质量与寿命备受研究者们的关注。近年来，纳米SiO2胶体电解液在铅酸蓄电池的应用方面取得了一些进展，但目前均以气相SiO2为添加剂[1-4]。迄今未见有关多微孔纳米SiO2作为铅酸蓄电池电解液添加剂方面的报道。因此，本文对沉淀法制备的多微孔纳米SiO2胶体电解液在铅酸蓄电池中的应用作了研究与探索。

1 实验

1.1 仪器与材料

1.1.1 仪器

E-CDQ12 V电动车蓄电池专用充电仪（三组独立输出）；μC-XCF50 A/12 V微电脑蓄电池循环充放电测试仪。

1.1.2 材料

6-DZM-12 AH蓄电池；SP1多微孔纳米SiO2；HL-200气相纳米 SiO2；H2SO4（分析纯）。

1.2 纳米SiO2胶体电解液的制备

1.2.1 SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液的制备

在965 g相对密度为1.335（25℃）的H2SO4中加入35 g SP1多微孔纳米SiO2，充分搅拌均匀，配制成相对密度约为1.38（25℃）的多微孔纳米SiO2胶体电解液，备用。

1.2.2 HL-200纳米SiO2胶体电解液的制备

在965 g相对密度为1.335（25℃）的H2SO4中加入35 g HL-200气相纳米SiO2，充分搅拌均匀，配制成相对密度约为1.38（25℃）的HL-200纳米SiO2胶体电解液，备用。

1.3 实验方法

分别用SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液、HL-200气相纳米SiO2胶体电解液、以及比重为1.335（25℃）的H2SO4电解液制备实验用6-DZM-12AH蓄电池（抽真空灌装），用E-CDQ12V电动车蓄电池专用充电仪进行初次充电（充电过程中视情况及时补充电解液），充满电且静置24 h后，将极群上面的自由电解液吸出，盖上胶帽与盖板。再用μC-XCF50A/12V微电脑蓄电池循环充放电测试仪进行循环充放电实验（5.0 A放电、10.50 V终止）。

2 结果与讨论

2.1 SP1多微孔纳米SiO2、HL-200纳米SiO2胶体电解液的蓄电池循环寿命实验

按上述实验方法分别进行SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液、HL-200气相纳米SiO2胶体电解液、以及相对密度为1.335的H2SO4电解液的6-DZM-12AH铅酸蓄电池充放电的循环寿命实验，实验数据结果见表1与图1。

从表1与图1可见，SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液灌

表1 不同电解液的6-DZM-12AH蓄电池循环寿命实验的放电时间(25 ℃、5.0 A放电、10.50 V 终止)min

图1 不同电解液的6-DZM-12AH铅酸蓄电池循环寿命实验（25℃、5.0 A放电、10.50 V终止）装的铅酸蓄电池充放电的循环寿命较高，可达400次以上（按不低于额定容量的80%计[5]）。以行业标准新铅酸蓄电池的循环使用寿命250次计，SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液的铅酸蓄电池循环使用寿命已达行业标准寿命的160%左右（由于循环寿命实验的周期较长，其重现性有待进一步验证）。

2.2 SP1多微孔纳米SiO2添加量的实验

分别以SP1多微孔纳米SiO2添加量为1%、2%、3%、3.5%、4%（质量分数）所制备的电解液进行铅酸蓄电池循环寿命的实验，其充放电的循环寿命依次分别为325、362、387、400、403次。实验结果表明，当电解液中SP1多微孔纳米SiO2含量为1%～3.5%时，随着SP1多微孔纳米SiO2含量的增加铅酸蓄电池的充放电循环寿命也提高，当电解液中SP1多微孔纳米SiO2含量达3.5%以上时，铅酸蓄电池的充放电循环寿命已基本不变。因此，以SP1多微孔纳米SiO2添加量为3.5%时的电解液为最佳。故选用SP1多微孔纳米SiO2添加量与HL-200气相纳米SiO2添加量均为3.5%的电解液作对比实验。

2.3 SP1多微孔纳米SiO2胶体电解液作用机理探讨

一般认为，纳米SiO2胶体电解液中的硫酸和水被“存贮”在硅凝胶网络中，当电池被充电时，由于电解液中的硫酸浓度增加使之“增稠”并伴有裂隙产生，充电后期的“电解水”反应使正极产生的氧气通过这无数的裂隙到达负极被吸收并还原成水；放电时电解液中的硫酸浓度降低使之“变稀”，又成为灌注电池前的稀胶状态[1-2]。SP1多微孔纳米SiO2有较大的比表面积(640±20)m2/g[HL-200气相纳米SiO2的比表面积为(200±20)m2/g]。由于SP1多微孔纳米SiO2具有较大的比表面积和独特的多微孔结构，易形成以多微孔纳米SiO2为骨架的三维网状结构，所制备的胶体电解液具有更高的活性和更强的保酸、保水能力，减少了酸雾气体的逸出，尤其是减少了水分的损失，从而延缓了铅酸蓄电池的不可逆硫酸盐化的产生，提高了铅酸蓄电池的循环使用寿命。

3 结论

以SP1多微孔纳米SiO2所制备的胶体电解液具有活性高、载酸能力强、保水性能好的优势，减少了酸雾气体的逸出，尤其是减少了水分的损失，从而延缓了铅酸蓄电池的不可逆硫酸盐化的产生，提高了铅酸蓄电池的循环使用寿命。用SP1多微孔纳米SiO2添加量为3.5%（质量分数）的电解液所制备的铅酸蓄电池循环使用寿命可达行业标准寿命的160%左右。

[1] 龙成坤,刘莉,段先健,等.气相二氧化硅在胶体蓄电池中的应用[J].蓄电池,2006(2):70-72.

[2] 王景川.胶体蓄电池及其电解质中的气相二氧化硅[J].蓄电池,2002(2):65-67.

[3] 徐庞连,陈妹琼,陈红雨.气相二氧化硅含量对胶体电解质性能的影响[J].蓄电池,2007(4):161-163.

[4] 罗红宇,张杰.纳米SiO2作为蓄电池添加剂的研究[J].浙江海洋学院学报,2003,22(2):155-157.

[5] 朱松然.铅酸蓄电池技术[M].第二版.北京:机械工业出版社,2003:74-80.