申屠超，童建穎，李顯楊，王芳權(quán)*

（1.浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院,浙江杭州 310015； 2.江西京九電源科技有限公司,江西南昌 330200）

隨著國際原油價格的上升，電動車這種交通工具越來越受到重視。鉛酸蓄電池是電動車用動力電池領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品，盡管近年來陸續(xù)出現(xiàn)了鋰電池等新型電池，但是鉛酸蓄電池的市場優(yōu)勢絲毫未受影響。因此，如何提高鉛酸蓄電池的質(zhì)量與壽命備受研究者們的關(guān)注。近年來，納米SiO2膠體電解液在鉛酸蓄電池的應(yīng)用方面取得了一些進(jìn)展，但目前均以氣相SiO2為添加劑[1-4]。迄今未見有關(guān)多微孔納米SiO2作為鉛酸蓄電池電解液添加劑方面的報(bào)道。因此，本文對沉淀法制備的多微孔納米SiO2膠體電解液在鉛酸蓄電池中的應(yīng)用作了研究與探索。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與材料

1.1.1 儀器

E-CDQ12 V電動車蓄電池專用充電儀（三組獨(dú)立輸出）；μC-XCF50 A/12 V微電腦蓄電池循環(huán)充放電測試儀。

1.1.2 材料

6-DZM-12 AH蓄電池；SP1多微孔納米SiO2；HL-200氣相納米 SiO2；H2SO4（分析純）。

1.2 納米SiO2膠體電解液的制備

1.2.1 SP1多微孔納米SiO2膠體電解液的制備

在965 g相對密度為1.335（25℃）的H2SO4中加入35 g SP1多微孔納米SiO2，充分?jǐn)嚢杈鶆?，配制成相對密度約為1.38（25℃）的多微孔納米SiO2膠體電解液，備用。

1.2.2 HL-200納米SiO2膠體電解液的制備

在965 g相對密度為1.335（25℃）的H2SO4中加入35 g HL-200氣相納米SiO2，充分?jǐn)嚢杈鶆?，配制成相對密度約為1.38（25℃）的HL-200納米SiO2膠體電解液，備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

分別用SP1多微孔納米SiO2膠體電解液、HL-200氣相納米SiO2膠體電解液、以及比重為1.335（25℃）的H2SO4電解液制備實(shí)驗(yàn)用6-DZM-12AH蓄電池（抽真空灌裝），用E-CDQ12V電動車蓄電池專用充電儀進(jìn)行初次充電（充電過程中視情況及時補(bǔ)充電解液），充滿電且靜置24 h后，將極群上面的自由電解液吸出，蓋上膠帽與蓋板。再用μC-XCF50A/12V微電腦蓄電池循環(huán)充放電測試儀進(jìn)行循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)（5.0 A放電、10.50 V終止）。

2 結(jié)果與討論

2.1 SP1多微孔納米SiO2、HL-200納米SiO2膠體電解液的蓄電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)

按上述實(shí)驗(yàn)方法分別進(jìn)行SP1多微孔納米SiO2膠體電解液、HL-200氣相納米SiO2膠體電解液、以及相對密度為1.335的H2SO4電解液的6-DZM-12AH鉛酸蓄電池充放電的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表1與圖1。

從表1與圖1可見，SP1多微孔納米SiO2膠體電解液灌

表1 不同電解液的6-DZM-12AH蓄電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)的放電時間(25 ℃、5.0 A放電、10.50 V 終止)min

圖1 不同電解液的6-DZM-12AH鉛酸蓄電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)（25℃、5.0 A放電、10.50 V終止）裝的鉛酸蓄電池充放電的循環(huán)壽命較高，可達(dá)400次以上（按不低于額定容量的80%計(jì)[5]）。以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)新鉛酸蓄電池的循環(huán)使用壽命250次計(jì)，SP1多微孔納米SiO2膠體電解液的鉛酸蓄電池循環(huán)使用壽命已達(dá)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壽命的160%左右（由于循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)的周期較長，其重現(xiàn)性有待進(jìn)一步驗(yàn)證）。

2.2 SP1多微孔納米SiO2添加量的實(shí)驗(yàn)

分別以SP1多微孔納米SiO2添加量為1%、2%、3%、3.5%、4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）所制備的電解液進(jìn)行鉛酸蓄電池循環(huán)壽命的實(shí)驗(yàn)，其充放電的循環(huán)壽命依次分別為325、362、387、400、403次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電解液中SP1多微孔納米SiO2含量為1%～3.5%時，隨著SP1多微孔納米SiO2含量的增加鉛酸蓄電池的充放電循環(huán)壽命也提高，當(dāng)電解液中SP1多微孔納米SiO2含量達(dá)3.5%以上時，鉛酸蓄電池的充放電循環(huán)壽命已基本不變。因此，以SP1多微孔納米SiO2添加量為3.5%時的電解液為最佳。故選用SP1多微孔納米SiO2添加量與HL-200氣相納米SiO2添加量均為3.5%的電解液作對比實(shí)驗(yàn)。

2.3 SP1多微孔納米SiO2膠體電解液作用機(jī)理探討

一般認(rèn)為，納米SiO2膠體電解液中的硫酸和水被“存貯”在硅凝膠網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)電池被充電時，由于電解液中的硫酸濃度增加使之“增稠”并伴有裂隙產(chǎn)生，充電后期的“電解水”反應(yīng)使正極產(chǎn)生的氧氣通過這無數(shù)的裂隙到達(dá)負(fù)極被吸收并還原成水；放電時電解液中的硫酸濃度降低使之“變稀”，又成為灌注電池前的稀膠狀態(tài)[1-2]。SP1多微孔納米SiO2有較大的比表面積(640±20)m2/g[HL-200氣相納米SiO2的比表面積為(200±20)m2/g]。由于SP1多微孔納米SiO2具有較大的比表面積和獨(dú)特的多微孔結(jié)構(gòu)，易形成以多微孔納米SiO2為骨架的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所制備的膠體電解液具有更高的活性和更強(qiáng)的保酸、保水能力，減少了酸霧氣體的逸出，尤其是減少了水分的損失，從而延緩了鉛酸蓄電池的不可逆硫酸鹽化的產(chǎn)生，提高了鉛酸蓄電池的循環(huán)使用壽命。

3 結(jié)論

以SP1多微孔納米SiO2所制備的膠體電解液具有活性高、載酸能力強(qiáng)、保水性能好的優(yōu)勢，減少了酸霧氣體的逸出，尤其是減少了水分的損失，從而延緩了鉛酸蓄電池的不可逆硫酸鹽化的產(chǎn)生，提高了鉛酸蓄電池的循環(huán)使用壽命。用SP1多微孔納米SiO2添加量為3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的電解液所制備的鉛酸蓄電池循環(huán)使用壽命可達(dá)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壽命的160%左右。

[1] 龍成坤,劉莉,段先健,等.氣相二氧化硅在膠體蓄電池中的應(yīng)用[J].蓄電池,2006(2):70-72.

[2] 王景川.膠體蓄電池及其電解質(zhì)中的氣相二氧化硅[J].蓄電池,2002(2):65-67.

[3] 徐龐連,陳妹瓊,陳紅雨.氣相二氧化硅含量對膠體電解質(zhì)性能的影響[J].蓄電池,2007(4):161-163.

[4] 羅紅宇,張杰.納米SiO2作為蓄電池添加劑的研究[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào),2003,22(2):155-157.

[5] 朱松然.鉛酸蓄電池技術(shù)[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:74-80.