专利名称：氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，属于特种功能陶瓷技术领域。
背景技术：
卫星的寿命在很大程度上取决于电池系统，Ni-H2电池是公认的具有优良性能的卫星用电源系统，它具有体积小、性能可靠、功率大等特点，将全面替代现用电池。
隔膜技术是氢镍电池的关键，由于Ni-H2电池内密闭有强碱溶液、充放电时H2-O2复合产生高温，尼龙、聚丙烯等有机隔膜在强碱性条件下容易降解、酥脆、化学稳定性和耐高温性能无法满足使用要求；石棉隔膜可以耐高温，但是耐碱性能略差且透气性不良。氧化锆纤维具有很好的耐高温性能、在强碱环境下化学性能稳定、并且与碱的浸润性很好，是氢镍电池隔膜的理想选材，但目前生产的氧化锆纤维隔膜产品，如氧化锆纤维纸、氧化锆纤维毡，受到其工艺方法的限制，例如制备时必须引入低温粘结剂导致氧化锆含量偏低，无纺压合纤维孔隙率低(不足70％)导致透气性不好等等，影响了其使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，制得的氧化锆纤维布隔膜氧化锆含量高，耐高温，耐强碱，孔隙率高，使用性能好，使用寿命长。
本发明所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其特征在于前驱体纤维布为编织型纤维布。
氧化锆纤维布隔膜耐高温，耐强碱，前驱体纤维布采用编织型纤维布，无需引入低温粘结剂，避免了杂质的带入，保证了氧化锆的纯度和含量，编织型纤维布孔隙率高，透气性好。
本发明中为了分析粘胶纤维前驱体工艺参数对于氧化锆隔膜性能的影响，选取不同纤度的单丝、单束的前驱体进行对比试验，确定前驱体纤维布最好采用粘胶纤维，单丝纤维纤度控制为0.2～10D，最好为0.75～2D，单束纤维纤度为30～300D，最佳纤度为75～180D。
前驱体纤维布为针织编织布时，编织体面密度为100～500g/m2适宜，前驱体纤维布为机织编织布时，编织体面密度为120～550g/m2适宜，编织体最佳面密度为150～250g/m2。
复合锆盐溶液为用去离子水配制成的水溶液，密度为1.1～1.5g/ml，溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O89～98％、Y(NO3)31～10％、Mg(NO3)20～2％、CsCl40～2％和锆溶胶0～5％。
优选的复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 90～98％和Y(NO3)32～10％，或ZrOCl·8H2O 90～98％、Y(NO3)31～8％、Mg(NO3)20.5～2％和CsCl40.5～2％，或ZrOCl·8H2O 89～96％、Y(NO3)32～7％和锆溶胶2～5％。
为了保证氧化锆纤维的纯度，所选用盐类原料采用分析纯，为了保证前驱体纤维充分膨化吸收盐溶液，将溶液的PH值控制在2～5。所用原料均市场有售，直接购买即可。
浸渍最好在恒温下进行，浸渍温度控制为18～80℃，浸渍时间控制为2～10小时；干燥温度控制为60～80℃，干燥时间控制为2～3小时；适宜的烧结温度控制为1200～1350℃，保温时间为0.5～4小时。
经试验检测，由本发明氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法获得的氧化锆纤维布隔膜的性能指标为孔隙率70％～87％，面电阻0.025～0.100Ω·m2，吸碱率150～230％，吸碱速率5～10cm/min，抗张强度100～210g/cm，铁含量≤0.08％，与传统隔膜性能对比结果见表1。
表1、本发明氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜及传统隔膜性能对比表
图1、本发明制备方法工艺流程框图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1采用75d/1d(单束纤维纤度/单丝纤维纤度)粘胶纤维，经针织工艺制成面密度为150g/m2的编织型前驱体；称取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去离子水配制成1.22g/cm3的复合锆盐溶液，将前驱体在溶液中60℃恒温浸渍6小时；去处多余盐溶液，60℃干燥3小时；装入电阻炉中，平均升温速率1.2℃/min，最高温度1300℃，保温0.5小时，所得产品性能指标见下表。
实施例2采用150d/0.75d粘胶纤维，经针织工艺制成面密度为250g/m2的编织型前驱体；其他工艺与实施例1相同，所得产品性能指标见下表。
实施例3采用150d/0.75d粘胶纤维，经针织工艺制成面密度为250g/m2的编织型前驱体；称取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，锆溶胶30克，加去离子水配制成1.24g/cm3的复合锆盐溶液，其他工艺与实施例1相同，所得产品性能指标见下表。
实施例4采用150d/0.75d粘胶纤维，经针织工艺制成面密度为250g/m2的编织型前驱体；称取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去离子水配制成1.40g/cm3的复合锆盐溶液，将前驱体在溶液中60℃恒温浸渍3小时；其他工艺与实施例1相同，所得产品性能指标见下表。
实施例5采用150d/0.75d粘胶纤维，经针织工艺制成面密度为250g/m2的编织型前驱体；称取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去离子水配制成1.40g/cm3的复合锆盐溶液，将前驱体在溶液中60℃恒温浸渍6小时；去处多余盐溶液，60℃干燥3小时；装入电阻炉中，平均升温速率1.4℃/min，最高温度1350℃，保温1小时，所得产品性能指标见下表。
实施例6采用250d/2d粘胶纤维，经机织工艺制成面密度为300g/m2的编织型前驱体；称取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，Mg(NO3)212克，CsCl412克，加去离子水配制成1.40g/cm3的复合锆盐溶液，其他工艺与实施例5相同，所得产品性能指标见下表。
实施例7本发明所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其中前驱体纤维布为编织型纤维布，采用粘胶纤维，单丝纤维纤度为6D，单束纤维纤度为120D，为针织编织布，编织体面密度为200g/m2。
复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 96％和Y(NO3)34％。
浸渍在恒温下进行，浸渍温度为30℃，浸渍时间为4小时。
干燥温度控制为70℃，干燥时间控制为2.5小时。
烧结温度为1260℃，保温时间为2小时。
实施例8本发明所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其中前驱体纤维布为编织型纤维布，采用粘胶纤维，单丝纤维纤度为4D，单束纤维纤度为150D，为机织编织布，编织体面密度为250g/m2。
复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 92％、Y(NO3)36％、Mg(NO3)21％和CsCl41％。
浸渍在恒温下进行，浸渍温度为50℃，浸渍时间为2小时。
干燥温度控制为80℃，干燥时间控制为2小时。
烧结温度为1300℃，保温时间为3小时。
实施例9本发明所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其中前驱体纤维布为编织型纤维布，采用粘胶纤维，单丝纤维纤度为3D，单束纤维纤度为220D，为针织编织布，编织体面密度为200g/m2。
复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 94％、Y(NO3)34％、Mg(NO3)21.5％和CsCl40.5％。
浸渍在恒温下进行，浸渍温度为35℃，浸渍时间为4小时。
干燥温度控制为65℃，干燥时间控制为2.5小时。
烧结温度为1320℃，保温时间为3.5小时。
实施例10本发明所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其中前驱体纤维布为编织型纤维布，采用粘胶纤维，单丝纤维纤度为2D，单束纤维纤度为100D，为针织编织布，编织体面密度为180g/m2。
复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 92％和Y(NO3)38％。
浸渍在恒温下进行，浸渍温度为20℃，浸渍时间为8小时。
干燥温度控制为70℃，干燥时间控制为2小时。
烧结温度为1260℃，保温时间为4小时。
权利要求
1.一种氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其特征在于前驱体纤维布为编织型纤维布。
2.根据权利要求1所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于前驱体纤维布用粘胶纤维，单丝纤维纤度为0.2～10D，单束纤维纤度为30～300D。
3.根据权利要求2所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于前驱体纤维布为针织编织布，编织体面密度为100～500g/m2。
4.根据权利要求2所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于前驱体纤维布为机织编织布，编织体面密度为120～550g/m2。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于复合锆盐溶液为用去离子水配制成的水溶液，密度为1.1～1.5g/ml，溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 89～98％、Y(NO3)31～10％、Mg(NO3)20～2％、CsCl40～2％和锆溶胶0～5％。
6.根据权利要求5所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 90～98％和Y(NO3)32～10％。
7.根据权利要求5所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 90～98％、Y(NO3)31～8％、Mg(NO3)20.5～2％和CsCl40.5～2％。
8.根据权利要求5所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于复合锆盐溶液溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H2O 89～96％、Y(NO3)32～7％和锆溶胶2～5％。
9.根据权利要求5所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于浸渍在恒温下进行，浸渍温度为18～80℃，浸渍时间为2～10小时。
10.根据权利要求5所述的氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，其特征在于烧结温度为1200～1350℃，保温时间为0.5～4小时。
全文摘要
本发明涉及一种氢镍电池用氧化锆纤维布隔膜的制备方法，用前驱体纤维布浸渍复合锆盐溶液后，经干燥、烧结制得，其前驱体纤维布为编织型纤维布，采用粘胶纤维，单丝纤维纤度为0.2～10D，单束纤维纤度为30～300D，复合锆盐溶液为用去离子水配制成的水溶液，密度为1.1～1.5g/ml，溶质的重量百分组成为ZrOCl·8H
文档编号D04B1/00GK1988216SQ20061007046
公开日2007年6月27日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者胡利明, 高芳, 齐健梅, 李贵佳 申请人:中材高新材料股份有限公司, 山东工业陶瓷研究设计院