一種複合增強型膠體蓄電池隔板及其製備方法
2023-07-24 21:16:31
專利名稱：一種複合增強型膠體蓄電池隔板及其製備方法
技術領域：
本發明涉及蓄電池隔板，具體是一種膠體蓄電池專用微孔隔板。
背景技術：
隔板是鉛酸蓄電池中的重要組成部件，號稱電池的「第三電極」，它置於電池正負極極板之間，可以防止正負極在電解液中發生短路，同時還保證電解液在正負極之間具有良好的導電性，還具有減輕極板彎曲、防止正極活性物質脫落、良好的保液性、提供氣體通道等作用。隨著鉛酸蓄電池用途越來越廣泛，作為鉛酸蓄電池四大組件之一的隔板，其性能的好壞，直接影響著鉛酸蓄電池質量的高低。優質的隔板應具有孔隙率高、厚度均勻、耐酸性強、回彈性和可壓縮性良好的特性。目前我國常用的鉛酸蓄電池隔板有:PP型、PVC燒結型、PVC微孔型，IOG型及AGM型。由於電池在充放電過程中活性物質的轉化將涉及到活性物質的膨脹和收縮，難免給隔板產生一定的應力，如果沒有一定強度保證，在機械包裝時，隔板就有可能會發生斷裂，從而造成電池過早失效，這對於連續的電池生產是不允許的。因此，為了滿足蓄電池的自動化裝配要求，提高隔板的強度是必要的。雖然目前國內外也有以PVC樹脂為材料生產的隔板，但是其質地脆，強度低，在運輸、裝配及使用過程中容易破碎或破裂。因此，為了促進鉛酸蓄電池行業發展，急需開發一種具有優良機械強度的隔板。
發明內容
本發明的目的在利用無紡布增強制備一種具有三層結構的隔板材料，從而為膠體蓄電池提供一種具有良好機械性能的複合增強型隔板。本發明的技術方案如下:
一種複合增強型膠體蓄電池隔板，其特徵在於隔板具有三層結構，其中間層為無紡布，隔板的重量組成為
PVC 樹脂20-45%
氣相納米二氧化矽30-52%
孔隙調節劑5-10%
增強劑0.1-5%
無紡布2.2-22.9%。進一步的，所述氣相納米二氧化矽的比表面積為100_380m2/g。進一步的，孔隙調節劑的目數在200目以上，選自沉澱二氧化矽、埃洛石或蒙脫土。進一步的，所述增強劑選自炭黑、碳納米管、石墨烯或石墨。進一步的，所述無紡布是PP無紡布或玻璃纖維布。上述複合增強型膠體蓄電池隔板的製備方法，包括下述步驟:
(I)形成包括PVC樹脂和包括氣相納米二氧化矽、孔隙調節劑的混合物； (2)添加溶劑，使混合物形成粘度為0.1 10萬Pa.s的漿料；
(3)流延至鋼帶支撐的無紡布表面並刮平，形成初級隔板；
(4)液相萃取劑萃取溶劑以形成隔板材料。進一步的，所述的溶劑選自四氫呋喃、環己酮或丁酮，液相萃取劑為水或乙醇。本發明採用經表面改性的氣相納米二氧化矽與PVC複合，將隔板材料的平均孔徑控制在5微米附近，並形成多孔迂迴結構，為氧氣複合提供合適的通道，同時起到控制氧氣複合速度的功能。加入少量微米二氧化矽或層狀矽酸鹽，調整隔板的中大孔所佔比例，實現大孔快速捕捉電池正極所產生氧氣的功能，防止小孔徑氧氣捕捉速度慢，有可能導致電池內壓過大的問題。應用本發明所製備的隔板孔隙率達80%，吸酸量大。通過加入無紡布，與PVC形成三層結構，從而大大改善隔板的機械性能，使其能符合苛刻的裝配條件，適應電池內部壓力，有效延長隔板的使用壽命。本發明產品可適用於各類閥控式蓄電池，特別是膠體蓄電池，從而應用於牽引型電池、固定型電池、電動車電池、儲能電池等領域。本發明所述複合增強型膠體蓄電池隔板與已有技術相比，其優點體現在:
1.傳統溶劑法PVC隔板是將二氧化矽粉體與PVC複合製成的，由於二氧化矽與PVC樹脂間的界面結合差，隔板材料比較脆，不利於隔板的後期加工、運輸及使用。本發明提供的複合增強型膠體蓄電池隔板在此基礎上添加了無紡布與PVC形成三層結構，可大大增強隔板的機械強度。與專利200910214102.2相比，本發明所製得隔板的機械強度有明顯增強。專利200910214102.2所製得隔板的拉伸強度約為3MPa，而本發明方法所製得隔板的拉伸強度在6MPa以上！同時，所製得隔板的韌性也有所提高，有利於避免隔板在運輸或裝配過程中破損、斷裂，防止鉛酸蓄電池過早失效，有效延長電池的使用壽命。此外，增強劑的加入也有效提聞了隔板的機械性能。2.孔徑調節劑的加入能夠有效調節隔板的孔徑大小分布，使孔隙更加迂迴曲折，為氧氣複合提供合適的通道的同時起到控制氧氣複合速度的作用，使電池負極的充電接受能力更高，有效改善了電池的性能。3.本發明提供的複合增強型隔板能廣泛適用於各種鉛酸蓄電池，特別適用於膠體蓄電池。可應用於牽引型電池、固定型電池、電動車電池、儲能電池等領域。
圖1是實施例1製備的隔板斷面的掃描電鏡 圖2是實施例2製備的隔板剖面的掃描電鏡 圖3是實施例3製備的隔板表面的掃描電鏡圖。
具體實施例方式 下面給出實施例以對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員根據本發明內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整仍屬於本發明的保護範圍。實施例1
按重量配比稱取乾燥好的PVC樹脂20g，比表面積為150m2/g的氣相納米二氧化矽52g，300目的沉澱二氧化矽5g，石墨烯0.lg。
將混合好的物料分散到四氫呋喃溶劑中，形成粘度為10萬Pa.s的漿料，將漿料流延至以鋼帶支撐的PP無紡布(22.9g)表面，並刮平，待初步成型後，浸入去離子水中浸提，浸提後經烘道乾燥得到隔板產品。隔板性能測試結果見表I。圖1為實施例1所製得隔板斷面形貌的掃描電子顯微鏡圖片，從圖中可以看出，該微孔隔板具有三層結構，無紡布層與PVC層相互融合，PVC層的微孔分布均勻，孔隙率高，有許多互穿的孔道，形成了曲折迂迴的孔隙路徑。實施例2
按重量配比稱取乾燥好的PVC樹脂45g，比表面積為380m2/g的氣相納米二氧化矽30g，200目蒙脫土 10g，炭黑5 g0將混合好的物料分散到環己酮溶劑中，形成粘度為0.1萬Pa.s的漿料，將漿料流延至以鋼帶支撐的玻纖無紡布(IOg)表面，並刮平，待初步成型後，浸入乙醇中浸提，浸提後經烘道乾燥後得到隔板產品。隔板性能測試結果見表I。圖2為實施例2所製得隔板剖面的掃描電子顯微鏡圖片，該隔板的無紡布層與PVC層相互融合，無紡布形成框架式結構，PVC層的微孔分布均勻，孔隙率高，有許多互穿的孔道，形成了曲折迂迴的孔隙路徑。實施例3
按重量配比稱取乾燥好的PVC樹脂34g，比表面積為300m2/g的氣相納米二氧化矽40g，260目的埃洛石Sg，碳納米管2.5g。隔板性能測試結果見表I。將混合好的物料分散到丁酮溶劑中，形成粘度為5萬Pa.s的漿料，將漿料流延至以鋼帶支撐的玻纖無紡布(15.5g)表面，並刮平，待初步成型後，浸入去離子水中浸提，浸提後經烘道乾燥後得到隔板產品。圖3為實施例3所製得隔板表面的掃描電子顯微鏡圖片，從圖中可以看出該隔板表明的微孔分布均勻，孔隙率高，有許多互穿的孔道，形成了曲折迂迴的孔隙路徑。實施例4
按重量配比稱取乾燥好的PVC樹脂41g，比表面積為280m2/g的氣相納米二氧化矽45g，300目的沉澱二氧化矽5g、埃洛石4g，碳納米管0.Sg、石墨2g。將混合好的物料分散到四氫呋喃溶劑中，形成粘度為2萬Pa.s的漿料，將漿料流延至以鋼帶支撐的玻纖無紡布(2.2g)表面，並刮平，待初步成型後，浸入去離子水中浸提，浸提後經烘道乾燥後得到隔板產品。隔板性能測試結果見表I。表1:各實施例隔板性能測試結果
權利要求
1.一種複合增強型膠體蓄電池隔板，其特徵在於隔板具有三層結構，其中間層為無紡布，隔板的重量組成為 PVC 樹脂20-45% 氣相納米二氧化矽30-52% 孔隙調節劑5-10% 增強劑0.1-5% 無紡布2.2-22.9%。
2.根據權利要求1所述的隔板，其特徵在於所述氣相納米二氧化矽的比表面積為100-380m2/g。
3.根據權利要求1所述的隔板，其特徵在於孔隙調節劑的目數在200目以上，選自沉澱二氧化矽、埃洛石或蒙脫土。
4.根據權利要求1所述的隔板，其特徵在於所述增強劑選自炭黑、碳納米管、石墨烯或石墨。
5.根據權利要求1所述的隔板，其特徵在於所述無紡布是PP無紡布或玻璃纖維布。
6.權利要求1所述複合增強型膠體蓄電池隔板的製備方法，包括下述步驟: (1)形成包括PVC樹脂和包括氣相納米二氧化矽、孔隙調節劑的混合物； (2)添加溶劑，使混合物形成粘度為0.1 10萬Pa.s的漿料； (3)流延至鋼帶支撐的無紡布表面並刮平，形成初級隔板； (4)液相萃取劑萃取溶劑以形成隔板材料。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述的溶劑選自四氫呋喃、環己酮或丁酮，液相萃取劑為水或乙醇。
全文摘要
本發明公開了一種複合增強型膠體蓄電池隔板及其製備方法，該隔板由PVC樹脂、氣相二氧化矽、孔徑調節劑，增強劑及無紡布等組成。添加納米二氧化矽可使隔板形成平均孔徑為0.5微米的微孔，孔徑分布均勻，形成迂迴的孔道結構。採用氣相納米二氧化矽製備的隔板與膠體電解液有更好的親和力，孔道的毛細作用更強，電解液的浸潤性更好，隔板孔隙率高達80%。加入無紡布後形成三層結構，從而有效增強了隔板的機械強度和韌性，使隔板能滿足更苛刻的裝配條件，且能有效延長隔板在電池中的使用壽命。
文檔編號H01M2/16GK103094516SQ20131002452
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者石光, 梁小龍, 陳紅雨 申請人:華南師範大學