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胶体阀控密封铅酸(GEL-VRLA)蓄电池具有较小的自放电速率、较强的深循环能力、较长的使用寿命等优点,在通信、电力和电动车用电源等领域发挥着越来越重要的作用。胶体电解液是影响GEL-VRLA蓄电池性能的关键因素之一。胶体电解液是由硫酸溶液、硅凝胶剂和某些添加剂组成。特别是以气相二氧化硅为硅凝胶剂形成的胶体电解液,可表现出较好的触变性,且在深循环条件下具有较好的稳定性,但该胶体电解液也有一定的不足。 本论文针对国内制备的气相二氧化硅胶体电解液粘度大、流动性差和灌胶难的问题,选择了添加硅溶胶和沉淀二氧化硅来改性气相二氧化硅胶体电解液,并较系统地分析和研究了其物理性质和电化学性能。通过流动性、粘度、稳定性等一般分析测试手段衡量改性后胶体电解液的物理性质,通过循环伏安、电化学阻抗等多种电化学测试评价改性后胶体电解液的性能,再辅助红外光谱、热重分析、扫描电镜分析等表征手段分析改性前后胶体电解质结构的变化,在理论层次上得出胶体电解质成胶机理,从实际应用的角度得出优化的胶体电解质,以用于实际生产,从而解决一般气相二氧化硅胶体电解液粘度大、流动性差的弊端,提高胶体电解液的稳定性,改善电解液的综合性能,更好地为生产实际服务。 实验结果表明:将硅溶胶与气相二氧化硅配成硅混溶胶胶体电解液,其物理性质得到明显改善。硅混溶胶与单一凝胶剂胶体电解液相比,粘度降低,流动性增强,凝胶时间延长,有利于胶体电解液的灌注以及胶体电解液与极板活性物质的充分接触。硅混溶胶能有效改善胶体三维网络结构,提高胶体电解质的稳定性。同时硅混溶胶也能一定程度地改善了单一凝胶剂胶体电解液的电化学性质:硅混溶胶能抑制析氧减少水损失;能降低胶体电解液中的铅电极在开路电位下的电化学阻抗,利于电荷传递。且由硅混溶胶胶体电解液灌注的电池较单一凝胶剂胶体电池表现出更高的初始容量,有较好的大电流放电性能,并且电池的荷电保持率较高,能一定程度改善电池自放电。 此外,本文还研究了沉淀二氧化硅的添加对气相二氧化硅胶体电解液的物理和电化学性质的影响。结果显示:适量的沉淀二氧化硅的添加,能够增大气相二氧化硅所配胶体电解液的流动性,降低其粘度,有效改善胶体电解液灌胶困难的局面。且能提高胶体分散体系的稳定性,可延长胶体电池的使用寿命。其中以添加0.5%沉淀二氧化硅为佳。形貌分析以及BET测试发现,沉淀二氧化硅的添加也能够改变胶体电解质所形成的网络结构,适量添加剂可使此结构更加疏松多孔,促进电解液向电极活性物质的渗透。但是沉淀二氧化硅在改善气相二氧化硅胶体电解液电化学性能方面效果不如硅溶胶。添加沉淀二氧化硅对于降低开路电位下胶体电解液的内阻有利,以添加0.1%沉淀二氧化硅为最佳;添加沉淀二氧化硅有利于电池的浮充使用,但不利于深度循环,且对胶体电解液的析氢析氧反应的抑制作用也不明显。电化学性能方面,还有待配合其他多组分铅基合金共同完善。 在以硅溶胶和沉淀二氧化硅改性气相二氧化硅胶体电解液体系实验的基础上,本论文还对放电过程气相二氧化硅胶体电解液胶体结构的变化进行了初步探讨。实验结果表明,放电过程中硫酸溶液浓度降低的同时伴随着胶体结构的改变。胶体结构也是影响胶体电解液性能的关键。