专利名称：一种胶体电解质及其制备方法和应用
发明人：
孟祥辉、祁永军、王秋君、王新芳、王波、刘鸿志、黄东良、周冰
背景：
在铅酸蓄电池中，胶体铅酸蓄电池的性能优于阀控密封铅酸蓄电池，胶体铅酸蓄电池具有使用性能稳定，可靠性高，使用寿命长，对环境温度的适应能力(高、低温)强，承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力强， 有过充电及过放电自我保护等优点。
胶体铅酸蓄电池中提升胶体铅酸蓄电池性能的关键在于胶体电解质，胶体电解质是在电解液中凝胶剂的加入能使电解液凝固呈胶状物质，进而可以应用于胶体蓄电池中。目前常用的凝胶剂主要是二氧化硅，二氧化硅浓度高时可以充分发挥增稠触变的特性，虽然能够有效提高蓄电池的使用寿命，但是浓度高时网络结构也会变致密，从而导致凝胶网络结构会阻碍离子传递，从而降低电化学性能；但是在胶体电解质中二氧化硅凝胶剂浓度偏低时， 会导致胶体电解质稠度降低，从而影响蓄电池的使用寿命。因此，提供一种胶体电解质以提高胶体铅酸蓄电池的使用寿命、导电率和电池容量等性能具有重要意义。
河北奥冠电源有限责任公司孟祥辉、祁永军、王秋君等人针对现有技术中胶体铅酸蓄电池的导电率差、电池容量小、使用寿命短的问题，提出了一种胶体电解质及其制备和应用方法。其制备方法简单，所得胶体电解质具有优异的电导率和电池容量，且循环使用寿命能达到1926次。国家知识产权局2024年6月4日公开其发明专利申请号为202410258528.2。
技术特征：
该申请发明专利中提出的胶体电解质组分包括（质量百分含量）：改性二氧化硅1‑3％，分散剂0.4‑0.9％，硫酸盐（硫酸钴）1‑1.6％，交联剂1‑5％，添加剂（1,3二氧戊烷）3‑7％，焦磷酸盐（焦磷酸钴）0.2‑0.5％，硫酸47‑50％，余量为水。
其中的改性二氧化硅是由γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的二氧化硅，其制备包括如下步骤：（1）将二氧化硅于600‑800℃进行煅烧2‑5h，得介孔二氧化硅；（2）将磷酸二氢钠分散于乙醇水溶液中，然后加入γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，得分散液；（3）将所述介孔二氧化硅加入所述分散液中，于70‑100℃下反应10‑12h，洗涤，干燥，得所述改性二氧化硅。
交联剂为三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。添加剂为1,3二氧戊烷。分散剂为质量比1:(1‑1.2)羧甲基纤维素和微晶纤维素的混合物。
胶体电解质的制备方法，包括如下步骤：①按质量配比称取各组分，将称取的改性二氧化硅加入65‑70％的水中，得改性二氧化硅混合液；②将所述硫酸与剩余水混合，得稀硫酸溶液；③依次在改性二氧化硅混合液中加入分散剂和焦磷酸盐，得第一混合溶液；④在所述稀硫酸溶液中加入硫酸盐、交联剂和添加剂， 得第二混合溶液；⑤将第一混合溶液和第二混合溶液混合均匀（速率4800 ‑5200r/min、搅拌8‑12min），得胶体电解质。
数据对比：
对实施例和对比例制备的胶体电解质的粘度、电导率以及由胶体电解质制备的电池容量和循环使用寿命进行检测。其中100％DOD循环使用寿命检测方法为：25±2℃的实验室中，挑选容量检测结果中最一致的4只铅酸蓄电池组成1组用2.1A恒流，限定58.8V电压充电10hrs的电流对铅酸蓄电池组恒流放电至42.0V为一个循环周期，循环测试连续进行，放电时间连续3次低于96min为测试终止。测试结果如表1所示：
表1. 检测结果
其中，实施例1-3中为使用不同条件下制备的改性二氧化硅，实施例4是将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚替换为等量的三缩水甘油基对氨基苯酚，实施例5是将1,3二氧戊烷替换为等量的四氢呋喃。对比例1中将γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷替换为等量的乙烯基三甲氧基硅烷；对比例2中将改性二氧化硅替换为二氧化硅。
原理阐释：
相对于现有技术，本申请发明专利提出的胶体电解质中添加了改性二氧化硅，该改性二氧化硅中γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅反应能形成特定的末端环氧化结构；具有特定结构的改性二氧化硅在硫酸的作用下发生碳氧键的断裂，而末端环氧化结构断裂后形成的羟基与硫酸根离子聚集形成大分子团，与传统的二氧化硅相比，改性二氧化硅在一定程度上降低了加入的二氧化硅粒子的浓度，使胶体电解质内部离子交换更为迅捷，提高了铅酸蓄电池内部电解液的传输速率，进而提高了铅酸蓄电池的充放电速率；改性二氧化硅的支链还具有伸展的甲基，其在一定程度上提高了电解质的粘度，其较为复杂的胶体电解质结构大大提高了胶体电解质的稳定性，改性二氧化硅形成的稳定的交联网状结构还降低了胶体电解质因聚集体被破坏造成粘度增加的问题，从而极大地提高了铅酸蓄电池的使用寿命；特定的改性二氧化硅还能通过抑制电池负极的稳定性，而提高电池的容量稳定性。
更多铅酸电池专利（欢迎关注“铅酸电池新技术”）：
广东派顿吕松、陈杏英、陈杏峰申请的长寿命铅碳电池专利
衡阳瑞达夏朝阳、钟开强等申请的铅酸蓄电池正极专利
漳州华威柯志民、郭锡民等申请的铅碳电池负极专利
淄博火炬张杰、吴涛等铅酸蓄电池正极板栅预处理原位生成PbO2的申请专利（2024）
骆驼集团焦凯、刘长来等新申请的铅酸电池正极复合添加剂专利
旭派电源戴德兵等新申请的胶体铅酸电池专利：一种铅酸电池高分子胶体电解质及其制备方法
昆明理工大学专利：一种抑制铅炭电池负极不可逆硫酸盐化的添加剂
蓝固新能源申请专利：纳米Li3AlF6等用作铅酸电池电解液添加剂
海宝电池新申请的发明专利：一种储能铅酸电池负极铅膏及制备工艺
安徽艾克瑞德申请的一种铅碳电池负极添加剂专利
广东西力的一种铅酸蓄电池正极铅膏
天能集团以氨基磺酸为铅酸电池添加剂的两个专利