含有三聚氰胺/甲醛泡沫塑料的電化學元件的製作方法

2023-05-25 21:13:56

專利名稱：含有三聚氰胺/甲醛泡沫塑料的電化學元件的製作方法
含有三聚氰胺/曱醛泡沫塑料的電化學元件
本發明涉及一種含有基於三聚氰胺/曱醛泡沫的開孔泡沫的電化學元 件，其中用可流動的電解質完全或部分填充泡孔，以及一種製備電池、蓄 電池或燃料電池的方法。
已知基於三聚氰胺/曱醛縮合物的開孔泡沫在建築物和機動車輛中用 於各種絕熱和隔音應用以及用作絕熱和耐沖擊包裝材料。當用作清潔、研 磨和拋光海綿時，開孔結構允許吸收和存儲合適的清潔劑、研磨劑和拋光
劑(WO 01/94436)。
EP-A 1 498 680描述了含有基於三聚氰胺/曱酪縮合物的開孔泡沫的儲 熱單元，其中用可流動的傳熱介質完全或部分填充開孔泡沫的泡孔，以及
其製備和其作為用於保持冷和熱的蓄集器的用途。
WO 2007/003608公開了含有基於三聚氰胺/曱醛縮合物的開孔泡沫的 具有金屬或塑料覆蓋層的儲液器，以及用作用於油槽車、油槽拖車或油槽 船的燃料罐、油罐、罐式容器，特別是用於存儲或運輸危險液體物質、對 環境有害的物質或低溫液體的用途。
當外皮損壞時，傳統電池可輕易地滲漏。乾電池一般含有增稠劑如澱 粉。所述增稠劑提高了電解質的粘度，結果通常是離子遷移率降低。此外， 電解質和增稠劑必須彼此適應以避免不相容(例如鹽的沉澱)。增稠劑吸收 液體需要一革殳時間，或例如必須通過才幾械攪拌而溶解在液相中。
本發明目的在於克服上述缺陷，並提供填充有可流動的電解質從而其 基本不滲漏的電化學元件。
因此，發現了上述電化學元件。
優選所用開孔泡沫為比重為5-100g/1，特別是8-20g/1的基於三聚氰胺/ 甲醛縮合物的彈性泡沫。泡孔數一般為50-300個泡孔/25mm。優選拉伸強 度為100-150kPa，斷裂伸長為8-20%。
依據EP-A 071 672或EP-A 037 470,可利用熱空氣或蒸汽或通過微波輻射使三聚氰胺/甲醛預縮合物的高濃度、含發泡劑溶液或分散體發泡並對
其進行固化以用於製備。此類泡沫以名稱Basotet^(來自BASF Aktiengesdlschaft)市售。
三聚氰胺/甲醛摩爾比一般為1:1-1:5。為製備曱醛含量特別低的泡沫， 將摩爾比選定為1:1.3-1:1.8，且使用不含亞石危酸酯基團並例如如WO 01/94436所述的預縮合物。
為提高性能特性，然後可使泡沫退火併對其進行擠壓。可將泡沫切削 至所需形狀和厚度，並可在一個或兩個面上用外層對其進行層壓。在用塑 料板覆蓋的情況下，通常不需要外層。
對高溫應用而言，可在200。C以上的溫度下，優選在200-500。C的溫度 下部分或完全碳化基於三聚氰胺/曱醛縮合物的開孔泡沫。取決於碳化度， 泡沫變得易碎，但開孔泡沫結構的支柱基本得到了保留，由此獲得在高溫 穩定和特別適用於燃料電池或用作催化劑載體的部分碳化材料。
可通過用碳化物質如瀝青或碳水化合物浸漬而提高泡沫的碳化。
所述電化學元件可例如用於電池或燃料電池。依據預定用途和溫度範 圍對可流動的電解質進行選擇。其應至少在使用或填充溫度的部分範圍內， 通常是室溫下可流動。優選所用電解質為離子液體(例如l-丁基-3-曱基咪唑 餘f乙酸鹽)、離子的液體溶液或鹽熔融體(例如鋰、鈉、鉀、銫或鋅的卣化 物、硝酸鹽或;克酸鹽)或酸(例如羧酸、鹽酸或;危酸)。
由於所述泡沫的低密度和開孔特徵，填充有開孔泡沫的電化學元件的 大於95體積％，特別是大於98體積％可吸收液體。
優選對電化學元件的開孔泡沫提供耐電解質的覆蓋層。優選覆蓋層由 金屬片或塑料片組成，例如聚烯烴，例如聚乙烯或聚丙烯。
覆蓋層還可含有絕熱包圍層(例如聚氨酯泡沫)和/或液體阻隔層(例如 塑料膜)。覆蓋層用於穩定和保護儲液器。橫截面通常為圓形或橢圓形。
液體電解質進入開孔泡沫並防止了意外滲漏。即《更是當覆蓋層損壞時， 液體電解質也由此基本保持限制在泡孔中，並防止了滲漏。
取決於是否需要更大儲存容量或液體電解質的遷移率，可通過改變開 孔泡沫的孔徑或者疏水性或親水性而具體改變毛細力。取決於液體電解質
4的化學種類和粘度，可用防水劑如聚矽氧烷酯或氟代烷基酯的水乳液完全 或部分塗覆開孔泡沫的孔骨架表面。
由於開孔泡沫的彈性，可以簡單方式將後者引入預製罐中。較小的容 器也可用泡沫片填充。
即便是在低溫如低於-8(TC,所述泡沫仍保持彈性。不會發生由脆化引 起的損壞。本發明電化學元件由此也適於吸收低溫液體，例如液態空氣、 氮氣、氫氣、稀有氣體(例如氬氣、氖氣或氦氣)和烴(例如丙烯或曱烷)。
特別優選將一個或多個本發明電化學元件用於電池或燃料電池，如果 合適也可與傳統電化學元件組合。可將常用於電池或燃料電池並含有金屬 (例如銅、鐵、鋅或金屬合金)和各種碳變體如石墨的電極用作電極。在合 適導電率的情況下，例如導電聚合物或金屬，覆蓋層可同時起到電極的作 用。
含有本發明電化學元件的電池如乾電池那樣防滲漏，即可用於任何地 方。由於毛細力，開孔泡沫具有防滲漏效果。不需要增稠劑，且離子遷移 率根本沒有降低。填充有開孔泡沫的電池或蓄電池可非常容易地再填充液 體，但防滲漏。液體立即吸收在泡沫中。
現有技術用於手機或筆記本電腦的有效蓄電池通常基於Li離子電池。 受熱或在短路的情況下這些電池可爆炸性分解或失火，這就使例如將該技 術引入電動車或混合動力車複雜化。通過使用泡沫，有利地是能量得到了 *，即便是在滲漏後立即發生爆炸性分解和可能失火的情況下。 實施例 實施例l(Daniel元件)
將1M硫酸鋅溶液引入燒杯中，並將一條鋅片浸入所述溶液中。將1M 硫酸銅溶液引入第二個燒杯中。將銅片浸入該容器中。利用電線使兩個金 屬片與電壓檢測器連接。沒有測得電壓。用1M硝酸鉀溶液浸漬含有
8380〖6"@的圓柱體。將浸漬過的泡沫的一端浸入磅u酸銅溶液中，將其另一
端浸入石克酸鋅溶液中。兩個容器通過鹽橋連接後，測得1.1V的電壓。 實施例2
用Basote(^填充銅管。用濃氯化鈉溶液浸漬泡沫。將鍍鋅釘子插入泡沫中心。通過電線使鍍鋅釘子和銅管與電壓計連接。測得0.8v的電壓。 Basotet^起到隔離層的作用、防止滲漏且不會降低離子遷移。 實施例3
程序類似於實施例2，其中用離子液體(l-丁基-3-曱基咪唑錄乙酸鹽) 代替氯化鈉溶液。同樣測得0,8v的電壓。離子液體具有低蒸氣壓，所述系 統由此非常穩定。 實施例4(部分碳化的Basotect )
在200。C下於乾燥箱中使Basotect⑧樣品退火10小時。然後在氮氣氣 氛中加熱所述材料至300。C並保持2小時，接著加熱至400。C並保持1小時。 所得殘留物變黑，失重為30%。元素分析給出以下結果 在200。C下10小時後0=35.2重量％， 11=4.8重量％， N=10.8重量％ 部分碳化後C二44.0重量。/0， 11=2.1重量％， N-7.1重量。/q
部分碳化幾乎沒有破壞泡沫結構。所得材料機械性能較差，但不是非
常易碎。 實施例5
洗滌838(^6"@樣品，並用本生燈的明火燒從而完全碳化所述材料，但
泡沫結構基本得到了保持。燃燒殘留物為所用材料的約7重量％。殘留物
由開孔多孔和內聚結構構成。機械性能特別是彈性大大降低。
燃燒殘留物的元素碳、氮和氫化學分析表明氫的比例降低。測得以下
值46.8質量％-灰、36.1質量％氮和2.0質量％氫。
實施例4和5的部分碳化泡沫結構即便是在250。C以上仍具有高熱穩 定性和低甲醛釋放。它們可在電化學元件中用於吸收鹽熔融體。
權利要求
1.一種含有開孔泡沫的電化學元件，其中用可流動的電解質完全或部分填充泡孔。
2. 根據權利要求l的電化學元件，所述電化學元件含有基於三聚氰胺 /曱醛縮合物的開孔泡沫。
3. 根據權利要求1或2的電化學元件，其中將離子液體、離子的液體 溶液或鹽熔融體用作電解質。
4. 根據權利要求1-3中任一項的電化學元件，其中對開孔泡沫提供對 電解質穩定的覆蓋層。
5. 根據權利要求4的電化學元件，其中覆蓋層由金屬片或塑料片組成。
6. 根據權利要求1-4中任一項的電化學元件，所述電化學元件含有三 聚氰胺/甲醛摩爾比為1:1-1:5的三聚氰胺/甲醛縮合物。
7. 根據權利要求l-5中任一項的電化學元件，其中三聚氰胺/曱醛縮合 物的比重為5-100g/1。
8. 根據權利要求1-6中任一項的電化學元件，其中在200-500。C的溫 度下部分或完全碳化開孔泡沫。
9. 一種電池、蓄電池或燃料電池，所述電池、蓄電池或燃料電池含有 一個或多個根據權利要求1-7中任一項的電化學元件。
10. —種製備#4居權利要求8的電池或燃料電池的方法，其中對基於 三聚氰胺/甲醛縮合物的開孔泡沫提供覆蓋層和一個或多個電極，並在完全 密封前填充可流動的電解質。
全文摘要
本發明涉及含有基於三聚氰胺/甲醛泡沫塑料的開孔泡沫塑料的電化學元件，其中用自由流動的電解質完全或部分填充泡孔。本發明還涉及製備電池、蓄電池或燃料電池的方法。
文檔編號H01M6/14GK101601151SQ200880003781
公開日2009年12月9日 申請日期2008年2月5日 優先權日2007年2月8日
發明者A·阿爾特黑爾德, B·瓦特, C·莫克, H-J·誇德貝克-西格, K·哈恩 申請人:巴斯夫歐洲公司