一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板及其制备方法。其特征是以PVC构建三维网状的膜骨架，填充入廉价多孔的硅藻土，这既可以提供大量的孔隙，也能大大提高隔板与电解液的亲和性；过程中借助偶联剂提高硅藻土颗粒与PVC间的结合力，同时辅以改性剂进一步改善隔板的亲水性能。这种隔板的制作采用了简单的铸板液刮膜和浸没沉淀方法，工艺简单。最终形成的隔板具有高孔隙率，平均孔径小，有良好的水润湿性以及与胶体的亲和性。
【专利说明】一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学电源领域，涉及一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板及其制备方法。【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池应用广泛，在世界范围内产值产量都居各类化学电源首位，其中的代表电池是阀控式铅酸蓄电池。这种铅酸蓄电池依靠两种不同的方式固定电解液，一种是AGM技术，即通过AGM隔板固定电解液，现今国内大部分铅酸蓄电池都用此种技术，但它有隔板孔径太大、耐压性能不好、易导致酸分层等缺点，正在逐渐被另一种更先进的胶体固定技术代替。
[0003]应用胶体阀控式铅酸蓄电池，对隔板提出了需要适应胶体技术的要求，即在保证孔隙率的情况下应具有更小的孔径，对胶体电解液要有好的亲和性、更小的离子电阻等。国外目前大都采用阿莫西尔公司用溶剂法生产的一种微孔PVC隔板，国内高端的胶体电池也采买这种隔板，其他胶体电池由于成本原因往往采用往AGM电池里直接加胶体电解液的作法。阿莫西尔公司的PVC隔板是将PVC和沉淀二氧化硅采用一种特殊的混合和挤出方式制成，隔板具有0.01 μ m-0.1 μ m和I μ m-?ο μ m两种比较小的孔径分布,二氧化娃的存在能赋予隔板对胶体电解液的亲和性。由于技术保密原因，迄今无法了解其制备方法，而且它的生产成本很高。
[0004]国内有少数单位研究了微孔PVC隔板，但由于成本过高、产品有缺陷、或者工艺复杂等原因，至今没有产品问世。显而易见，国内铅酸电池行业急需有自主知识产权的适用于胶体铅酸蓄电池的微孔PVC隔板。
【发明内容】
[0005]本发明基于国内电池行业的现状，针对胶体电池对隔板提出的具体要求，在保证隔板基本性能的前提下，研制出了生产成本大大低于进口隔板，工艺简单，性能可媲美于进口微孔PVC隔板的隔板。
[0006]一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板，将原料PVC，硅藻土，偶联剂溶解在溶解液中完成组分的混合后，经铸板液刮片、凝固浴溶液浸没沉淀制备而成的隔板。
[0007]所述PVC为聚合度1200-1800的PVC糊树脂。
[0008]原料中各组分按质量分数计为PVC10%_30%，硅藻土 70%_90% ;偶联剂用量为PVC和硅藻土质量的0.01%-1%。
[0009]溶解液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、环己酮中的一种，用量为PVC质量的5-10倍。
[0010]所述的硅藻土为经过高温热处理、去杂质并碾磨到颗粒直径在I μ m-50 μ m之间的硅藻土粉末。
[0011]所述的偶联剂为`有机硅氧烷或钛酸酯偶联剂，；采用水或乙醇将偶联剂配制成质量含量为1%-10%的母液。[0012]所述的凝固浴溶液为溶解液质量含量为0%_50%的水溶液。
[0013]一种制备如上所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板的方法，包括以下步骤:将PVC、硅藻土、溶解液、偶联剂混合后，加热偶联处理，静置脱泡；通过刮刀将铸板液刮膜成片，在空气中静置预分相，然后在凝固浴溶液中浸没沉淀得到初级隔板；在隔板成型后，进一步通过表面活性剂溶液浸泡来改善PVC表面的润湿性能，降低隔板的离子电阻。
[0014]一种制备如上所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板的方法，具体步骤为:
(1)将PVC溶解于溶解液中，加入质量含量为1%-10%的偶联剂母液，20°C-100°c加热搅拌2-5h ；
(2)加入硅藻土，继续加热搅拌；
(3)将混合物倒入密封容器，置于20°C-70°C水浴中静置脱泡2-4h ；
(4)用刮刀刮制成片，静置10s-600s；
(5)在凝固浴溶液浸没沉淀，脱模成片，烘干；
(6)置于质量分数为0.1%-10%的非离子或阴离子表面活性剂溶液对初级隔板进行浸泡，烘干。
[0015]本发明的显著优点是:(1)配方中采用了含量高达70%以上的廉价硅藻土，对比进口隔板的沉淀二氧化硅和国内某些单位所采用的气相二氧化硅，具有明显的价格优势，也使之具有更好的胶体亲和性；(2)通过偶联处理，即使在加入70%以上硅藻土的情况下，隔板仍具有良好的机械性能；(3)所制备的隔板孔隙率高，微孔孔径分布在I μ m-20 μ m间，使隔板在有效防止短路的前提下具有小的电阻；(4)采用简单的刮膜成型工艺，比进口微孔PVC隔板采用的挤出技术更加方便，易于实现工业生产。
[0016]此发明最终得到的隔板孔隙率在70%以上，最大孔径不到20 μ m,拉伸强度达5Mp以上，厚度可以制成0.被水润湿时间小于Is,应用于胶体电池后，电池使用性能达到采用进口隔板装配的电池水准。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为实施例1制备的隔板表面扫描电镜图；
图2为实施例2制备的隔板表面扫描电镜图；
图3为实施例3制备的隔板表面扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
1.称取5gPVC溶解于45gDMF溶液中，加入0.39g质量含量为1%的偶联剂(KH-550)母液，100°C加热搅拌2 h ；
2.称取15g娃藻土加入,继续加热搅拌Ih；
3.将混合物倒入密封容器，置于40°C水浴中静置脱泡3h；
4.用500μ m刮刀刮制成片，静置600s ;
5.浸入70°C水溶液脱模成片，3h后取出，60°C烘干；
6.置于25°C质量含量为0.2%的非离子型表面活性剂Bri j20水溶液中，2h后取出，60°C烘干。[0019]所得隔板表面形貌如图1所示，具有较高的孔隙率和比较均匀的孔径分布，孔径大多在5 μ m到10 μ m之间。孔隙率为76.5%，拉伸强度为15Mp，水滴到隔板上的初始接触角为17°，被水润湿时间为0.2s。
[0020]实施例2
1.称取6gPVC溶解于45gDMF溶液中，加入0.13g质量含量为1%的偶联剂(KH-550)母液，20°C加热搅拌5h ；
2.称取15g娃藻土加入,继续加热搅拌Ih；
3.将混合物倒入密封容器，置于20°C水浴中静置脱泡4h；
4.用750μ m刮刀刮制成片，静置300s ;
5.浸入25°C水溶液脱模成片，3h后取出60°C烘干；
6.置于25°C质量含量为10%的十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液中，2h后取出，60°C烘干。
[0021]所得隔板表面形貌如图2所示，具有较高的孔隙率和比较均匀的孔径分布，孔径大多比图1中所示孔径略小，为Iym到5μπι之间。孔隙率为73.2%，拉伸强度为8Μρ，水滴到隔板上的初始接触角为44°，被水润湿时间为1.8s。
[0022]实施例3
1.称取7gPVC溶解于45gDMF溶液中，加入0.13g质量含量为1%的偶联剂(KH-550)母液，50°C加热搅拌3.5h ；
2.称取IOg娃藻土加入，继续加热搅拌Ih；
3.将混合物倒入密封容器，置于70°C水浴中静置脱泡3h；
4.用750μ m刮刀刮制成片，静置10s;
5.浸入90°C水溶液脱模成片，3h后取出60°C烘干；
6.置于25°C质量含量为0.1%的非离子型表面活性剂Bri j20水溶液中，2h后取出60°C烘干。
[0023]所得隔板表面形貌如图3所示，表面明显变得致密，并且孔径变得更小。孔隙率为72.0%，拉伸强度为7Mp，水滴到隔板上的初始接触角为58°，被水润湿时间为1.4s。
【权利要求】
1.一种用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:将原料PVC，硅藻土，偶联剂溶解在溶解液中完成组分的混合后，经铸板液刮片、凝固浴溶液浸没沉淀制备而成的隔板。
2.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:所述PVC为聚合度1200-1800的PVC糊树脂。
3.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:原料中各组分按质量分数计为PVC10%-30%，硅藻土 70%-90% ;偶联剂用量为PVC和硅藻土质量的0.01%_1%。
4.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:溶解液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、环己酮中的一种，用量为PVC质量的5-10倍。
5.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:所述的硅藻土为经过高温热处理、去杂质并碾磨到颗粒直径在I μ m-50 μ m之间的硅藻土粉末。
6.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:所述的偶联剂为有机硅氧烷或钛酸酯偶联剂，；采用水或乙醇将偶联剂配制成质量含量为1%-10%的母液。
7.根据权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板，其特征在于:所述的凝固浴溶液为溶解液质量含量为0%-50%的水溶液。
8.一种制备如权利要求1所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板的方法，其特征在于:包括以下步骤:将PVC、硅藻土、溶解液、偶联剂混合后，加热偶联处理，静置脱泡；通过刮刀将铸板液刮膜成片，在空气中静置预分相，然后在凝固浴溶液中浸没沉淀得到初级隔板；在隔板成型后，采用表面活性剂溶液进行浸泡。
9.根据权利要求8所述的用于胶体铅酸蓄电池的隔板的制备方法，其特征在于:具体步骤为: (1)将PVC溶解于溶解液中，加入质量含量为1%-10%的偶联剂母液，200C-100°c加热搅拌； (2)加入硅藻土，继续加热搅拌； (3)将混合物倒入密封容器，置于20°C-70°C水浴中静置脱泡； (4)用刮刀刮制成片，静置10s-600s； (5)在凝固浴溶液浸没沉淀，脱模成片，烘干； (6)置于质量分数为0.1%-10%的非离子或阴离子表面活性剂溶液对初级隔板进行浸泡，烘干。
【文档编号】H01M2/16GK103762328SQ201410033807
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】赵剑曦, 蒋遇龙 申请人:福州大学