一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法与流程

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法。

背景技术：

目前，环境污染、化石能源枯竭等一系列问题接踵而来，为了满足能源的迫切需求，很多新型、优质、低成本的电化学系统被先后提出和发展起来，其中，包括铁溴液流电池和锌溴液流电池。

锌溴液流电池是一种新型的电化学储能装置，具有低耗、高效、少污染、高电流密度的优点，同时能够适应多次深度充放电，成本较低，适用于大型储能装置。

隔膜作为电池最重要的部件之一，其主要作用是隔离电池中正负极之间的电解液，传输离子；现有的隔膜制作工艺复杂，价格较高，性能无法完全满足电池的性能要求。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提出了一种新型锌溴电池用隔膜方法，制备得到的隔膜物理化学性能稳定、充电性能好，大幅增加了电池的使用寿命。

具体的技术方案如下：

一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法，其方法如下：

(1)按质量份数计将聚乙烯醇42-75份、填充油5-22份、无水二氧化硅3-8份、磷钼酸10-18份、聚丙烯8-25份、碳酸钙0.8-6份、抗氧剂10-18份、甲苯5-12份、丙烯酸甲酯7-14份、三苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯0.1-10份加入搅拌机中进行搅拌得到混合料；

(2)将纤维复合层浸润在混合料中，使混合料均匀涂覆在纤维复合层外部；

(3)使用五辊压延机压制成型，再通过油萃取装置进行萃取；

(4)通过干燥机进行烘干，烘干后通过收卷机将隔膜收卷即可。

上述一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法，其中，所述纤维复合层由竹纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、剑麻纤维编织而成，且，竹纤维占35wt％、黏胶纤维占3wt％、聚酰胺纤维占44wt％、剑麻纤维占18wt％。

上述一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法，其中，所述填充油由石蜡油、环烷基橡胶油按1:3的质量份数比混合而成。

上述一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法，其中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂dnp中的一种。

本发明的有益效果为：

本发明制备得到的隔膜物理化学性能稳定、具有较高的含水率、且热失重稳定，能够储存更多的化学能，充电性能好，大幅增加了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明五辊压延机正视图。

图2为本发明五辊压延机侧视图。

图3为本发明五个压辊分布图。

图4为本发明第五压辊结构图。

图5为本发明压延支架结构图。

图6为本发明抽油烟机构结构图。

图7为本发明干燥机与控温装置结构图。

图8为本发明干燥机侧视图。

图9为本发明辊筒剖视图。

图10为本发明第一组合齿轮、第二组合齿轮、第三组合齿轮和主动齿轮连接示意图。

图11为本发明收卷机结构图。

图12为图11的右视图。

图13为本发明切料机构结构图。

图14为本发明切料机构俯视图。

图15为图14中a-a方向剖视图。

图16为本发明切料刀剖视图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

附图标记

底座21、压延支架22、抽油烟机构23、第一压辊24、第二压辊25、第三压辊26、第四压辊27、第五压辊28、收卷辊29、第一气缸210、第二气缸211、转接块212、第二电机213、定型凸块214、辊压层215、第一支架216、第二支架217、第三支架218、下壳体219、上壳体220、抽油烟管221、抽气泵222、辊筒支撑架31、辊筒32、内辊筒33、外辊筒34、支撑轴35、支撑座36、通孔37、扰流环38、传动齿轮39、第一柱形齿轮310、第二柱形齿轮311、第三柱形齿轮312、第一扇形齿轮313、第二扇形齿轮314、第三扇形齿轮315、第四扇形齿轮316、第一转轴317、第四柱形齿轮318、第五柱形齿轮319、第六柱形齿轮320、第二转轴321、第一链条322、第二链条323、第三链条324、主动齿轮325、电机326、连接阀327、进油主管道328、出油主管道329、进油支管道330、出油支管道331、通气管道332、第一组合齿轮333、第二组合齿轮334、第三组合齿轮335、第二连接轴336、第三连接轴337、油炉41、缓冲罐42、第一进油管43、第一回油管44、第二进油管45、第二回油管46、温度传感器47、pid控制器48、支架49、调节阀410、收料支架51、第一收料辊52、第二收料辊53、第一翻转块54、第三电机55、第四电机56、第五电机57、第一水平支架58、第二水平支架59、第一竖直支架510、辅助支架511、第一辅助辊512、第二辅助辊513、第三辅助辊514、第四辅助辊515、第一气缸516、第四辅助辊支架517、隔膜518、切料机构519、第一切料支架520、第二切料支架521、切料支撑杆522、切料刀523、切料压板524、电动推杆525、导杆526、第三连接板527、切料槽528、刀柄529、刀头530、压合腔531、调节杆532、弹簧533。

实施例一

一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法如下：

(1)按质量份数计将聚乙烯醇58份、填充油10份、无水二氧化硅6份、磷钼酸15份、聚丙烯13份、碳酸钙5份、1010抗氧剂12份、甲苯8份、丙烯酸甲酯11份、三苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯4份加入搅拌机中进行搅拌得到混合料；

(2)将纤维复合层浸润在混合料中，使混合料均匀涂覆在纤维复合层外部；

(3)使用五辊压延机压制成型，再通过油萃取装置进行萃取；

(4)通过干燥机进行烘干，烘干后通过收卷机将隔膜收卷即可。

所述纤维复合层由竹纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、剑麻纤维编织而成，且，竹纤维占35wt％、黏胶纤维占3wt％、聚酰胺纤维占44wt％、剑麻纤维占18wt％。

所述填充油由石蜡油、环烷基橡胶油按1:3的质量份数比混合而成。

实施例二

一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法如下：

(1)按质量份数计将聚乙烯醇42份、填充油5份、无水二氧化硅3份、磷钼酸10份、聚丙烯8份、碳酸钙2份、1076抗氧剂10份、甲苯5份、丙烯酸甲酯7份、三苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯3份加入搅拌机中进行搅拌得到混合料；

(2)将纤维复合层浸润在混合料中，使混合料均匀涂覆在纤维复合层外部；

(3)使用五辊压延机压制成型，再通过油萃取装置进行萃取；

(4)通过干燥机进行烘干，烘干后通过收卷机将隔膜收卷即可。

所述纤维复合层由竹纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、剑麻纤维编织而成，且，竹纤维占35wt％、黏胶纤维占3wt％、聚酰胺纤维占44wt％、剑麻纤维占18wt％。

所述填充油由石蜡油、环烷基橡胶油按1:3的质量份数比混合而成。

实施例三

一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法如下：

(1)按质量份数计将聚乙烯醇75份、填充油22份、无水二氧化硅8份、磷钼酸18份、聚丙烯25份、碳酸钙6份、dnp抗氧剂18份、甲苯12份、丙烯酸甲酯14份、三苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯10份加入搅拌机中进行搅拌得到混合料；

(2)将纤维复合层浸润在混合料中，使混合料均匀涂覆在纤维复合层外部；

(3)使用五辊压延机压制成型，再通过油萃取装置进行萃取；

(4)通过干燥机进行烘干，烘干后通过收卷机将隔膜收卷即可。

所述纤维复合层由竹纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、剑麻纤维编织而成，且，竹纤维占35wt％、黏胶纤维占3wt％、聚酰胺纤维占44wt％、剑麻纤维占18wt％。

所述填充油由石蜡油、环烷基橡胶油按1:3的质量份数比混合而成。

根据实施例一到实施例三所述的一种新型锌溴电池用隔膜的制备方法：

所述五辊压延机包括底座21、压延支架22、抽油烟机构23、第一压辊24、第二压辊25、第三压辊26、第四压辊27、第五压辊28、收卷辊29、第一气缸210和第二气缸211，压延支架的数量为两个，相互平行的设置在底座上，第一压辊、第二压辊、第三压辊、第四压辊、第五压辊和收卷辊均设置在压延支架上，第一压辊、第二压辊、第三压辊和第四压辊的直径均为d1，第五压辊的直径为d2，d2＝2*d1，第一压辊位于第二压辊的正上方，第三压辊位于第四压辊的正上方，第一压辊和第二压辊作为第一压辊组，第三压辊和第四压辊作为第二压辊组，第五压辊作为第三压辊组，第二压辊组位于第一压辊组和第三压辊组之间，第一压辊在水平方向位于第三压辊和第四压辊之间，第一压辊、第二压辊、第三压辊和第四压辊均可转动的固定在两个转接块212之间，第一压辊和第四压辊的转接块固定在压延支架上，第二压辊和第三压辊的转接块可滑动的设置在压延支架上，第一气缸的数量为两个，第一气缸的一端固定在底座上、另一端与第二压辊的转接块相连接，第二气缸的数量为两个，第二气缸的一端固定在压延支架上、另一端与第三压辊的转接块相连接，第五压辊和收卷辊可转动的设置在两个压延支架之间，收卷辊位于第五压辊下方，第一压辊、第二压辊、第三压辊、第四压辊、第五压辊和收卷辊上分别设有一个第二电机213。

所述第一压辊、第二压辊、第三压辊、第四压辊的外表面上均设有若干组定型凸块214，所述第五压辊外部包覆一层辊压层215，辊压层上设有若干组定型凸块。

所述压延支架包括第一支架216、第二支架217和第三支架218，第一支架和第二支架为l形结构，第三支架为矩形结构，第二支架和第三支架分别相对的固定在第一支架的两侧，第二支架的高度h1小于第三支架的高度h2，抽油烟机构固定在第三支架上，抽油烟机构包括下壳体219和上壳体220，下壳体为棱台形结构，上壳体为球冠形结构，下壳体的底部开口、下壳体的顶部与上壳体的底部相连通，上壳体的顶部设有抽油烟管221，抽油烟管上设有抽气泵222，下壳体的顶部的宽度l1小于上壳体底部的宽度l2，所述抽油烟机构内壁上涂覆一层内保护层，抽油烟机构外壁上涂覆一层外保护层。

所述内保护层的制备方法为：

(1)按重量份数计将碳化硅颗粒15-28份、纳米氧化锆0.5-6份和聚乙烯蜡8-22份加入球磨机中进行球磨得混合物a，粉碎至0.8-1.2mm；

(2)按重量份数计将丙酮25-40份加热至30-40℃后，依次加入甲醇1-4份、丙二醇丁醚3-6份和混合物a，搅拌1-2h后，将温度升高至60-80℃，继续搅拌1-2h；

(3)继续加入天然橡胶胶乳5-16份和丁腈橡胶胶乳2.5-8份，搅拌2-3h得到内保护层涂料，天然橡胶胶乳和丁腈橡胶胶乳的重量份数比为2:1；

(4)将内保护层涂料刷涂在抽油烟机构内壁上，共分三次刷涂，第一层厚度为0.5-0.8mm、第二层厚度为2-5mm、第三次厚度为0.8-1mm。

所述外保护层的制备方法为：

(1)按重量份数计将丙二醇5-10份、丙二醇甲醚2-8份、丙烯酸正丁酯20-26份、乙醇6-8份加入搅拌机中在50-60℃的温度下搅拌1-2h；

(2)搅拌后加入环氧树脂25-45份、玻璃纤维10-12份、白炭黑1-5份和氧化铝1-5份继续搅拌3-6h即可得到外保护层涂料；

(3)将外保护层涂料刷涂在抽油烟机构外壁上即可得到外保护层。

所述辊压层由环氧树脂、超高分子量聚乙烯和石墨烯按50:23:2的重量份数比混合而成。

五辊压延机的五个压辊的独特分布可以使隔膜更好的成型，第二压辊与第三压辊通过第一气缸和第二气缸加以调节间距，可以用于加工不同型号的隔膜，通用性强；

抽油烟机构能够抽取生产过程中产生的油烟，节能环保，保证了操作人员的人身安全，抽油烟机构的内保护层能够有效防止油烟沉积，清理方便，抽油烟机构的外保护层防腐耐磨，提高了使用寿命。

所述干燥机包括辊筒支撑架31、辊筒32和循环加热机构；

所述辊筒支撑架为框架结构，辊筒的数量为6个，6个辊筒自上而下依次设置在辊筒支撑架中，所述辊筒包括中空的内辊筒33和中空的外辊筒34，内辊筒的两端分别设有两个支撑轴35，两个支撑轴的截面形状为正方形结构，内辊筒设置在外辊筒中，两个支撑轴分别穿过外辊筒、并通过支撑座36固定在辊筒支撑架上，支撑轴与外辊筒之间通过填料密封，内辊筒壁上设有若干通孔37，所述外辊筒的内壁上设有若干扰流环38，所述扰流环的截面呈倒y形结构；

上部三个辊筒和下部三个辊筒各自形成一个辊筒组，三个辊筒的外辊筒上分别固定一个传动齿轮39，每个辊筒组中还包括：第一组合齿轮333、第二组合齿轮334、第三组合齿轮335和主动齿轮；第一组合齿轮和第二组合齿轮均包括第一柱形齿轮310、第二柱形齿轮311、第三柱形齿轮312、第一扇形齿轮313、第二扇形齿轮314、第三扇形齿轮315和第四扇形齿轮316，第一柱形齿轮与第一扇形齿轮为一体式结构，第二柱形齿轮与第二扇形齿轮为一体式结构，第三扇形齿轮、第四扇形齿轮均分别与第一扇形齿轮、第二扇形齿轮相啮合，第一转轴穿过第一柱形齿轮、第一扇形齿轮、第二柱形齿轮、第二扇形齿轮固定在辊筒支撑架上，第一柱形齿轮、第一扇形齿轮可转动的设置在第一转轴317上，第二柱形齿轮、第二扇形齿轮与第一转轴同轴固定，第一转轴的一端穿过辊筒支撑架与第三柱形齿轮固定连接，第三扇形齿轮和第四扇形齿轮分别通过第二连接轴336和第三连接轴337固定在辊筒支撑架上；第三组合齿轮包括第四柱形齿轮318、第五柱形齿轮319和第六柱形齿轮320，第四柱形齿轮、第五柱形齿轮和第六柱形齿轮依次同轴固定在第二转轴321上；第一组合齿轮、第二组合齿轮和第三组合齿轮自上而下依次设置，第一组合齿轮的第一柱形齿轮与第二组合齿轮的第二柱形齿轮之间通过第一链条322相连接，第二组合齿轮的第一柱形齿轮与第三组合齿轮的第四柱形齿轮之间通过第二链条323相连接，第三组合齿轮的第五柱形齿轮与主动齿轮之间通过第三链条324相连接，主动齿轮325固定在电机326上，第一组合齿轮的第三柱形齿轮、第二组合齿轮的第三柱形齿轮和第三组合齿轮的第六柱形齿轮分别与三个相对应的辊筒上的传动齿轮相啮合，使相邻的两个辊筒之间的转动方向相反；

循环加热机构包括连接阀327、进油主管道328、出油主管道329、进油支管道330和出油支管道331，连接阀、进油支管道和出油支管道的数量均为6个，进油主管道和出油主管道的数量各为1个，每个辊筒的支撑轴上设有一个通油管道332，通油管道一端与内辊筒相连通、一端与连接阀相连接，每个连接阀上设有一个进油支管道和出油支管道，6个进油支管道均与进油主管道相连接，6个出油支管道均与出油主管道相连接，进油主管道内通入油，油的温度为85℃，所述传动齿轮和通油管道位于辊筒相对的两侧。

所述干燥机的进油主管道和出油主管道均与控温装置相连接，温控装置包括油炉41、缓冲罐42、第一进油管43、第一回油管44、第二进油管45、第二回油管46、温度传感器47和pid控制器48，第一进油管、第一回油管、第二进油管、第二回油管均连接在缓冲罐上，油炉和缓冲罐之间通过第一进油管和第一回油管相连接，第二进油管与进油主管道相连接，第二回油管与出油主管道相连接，第一进油管位于第一回油管的下方，第二回油管与第一进油管位于同一水平面上，第二进油管位于第一进油管与第一回油管之间，温度传感器通过传感器支架49设置在缓冲罐中，温度传感器与pid控制器相连接，pid控制器与设置在第一进油管上的调节阀410相连接。油炉通过第一进油管向缓冲罐内注入温度为180℃的油，180℃的油在缓冲罐内与烘干设备通过第二回油管回入缓冲罐中的低温油进行混合，使缓冲罐的内油温保持在85℃，再通过第二进油管将85℃的油注入干燥机中进行烘干；温度传感器实时感应缓冲罐内的油温，根据油温的高低控制调节阀，以此来调节第一进油管的进油量，从而保证缓冲罐内的油温恒定。

使用时，待干燥的隔膜呈s型绕在辊筒外壁上，通过通入辊筒的高温蒸汽进行干燥，两个辊筒组的辊筒的转动方向相反，使隔膜稳定的运动，避免沾粘，内辊筒和外辊筒相互套合，内辊筒固定不动，外辊筒进行转动，并通过扰流环对通入辊筒内的高温蒸汽进行搅拌，使温度更加均匀，大幅提高了干燥效果；本发明的辊筒在竖直方向设置，占地面积小，干燥效率较高，大幅提高了产品的质量。

所述收卷机包括收料支架51、第一收料辊52、第二收料辊53、第一翻转块54、第三电机55、第四电机56、第五电机57和辅助机构；

收料支架包括第一水平支架58、第二水平支架59和第一竖直支架510，第二水平支架固定在第一水平支架上方，第一竖直支架垂直的固定在第二水平支架一侧，第四电机和第五电机设置在翻转块内，第一收料辊和第二收料辊分别与第四电机和第五电机相连接，第三电机固定在第一竖直支架上，第三电机与翻转块的中心相连接；

辅助机构包括辅助支架511、第一辅助辊512、第二辅助辊513、第三辅助辊514、第四辅助辊515和第一气缸516，辅助支架的数量为两个，两个辅助支架相对设置，第一辅助辊、第二辅助辊、第三辅助辊自上而下的可转动的设置在两个辅助支架之间，辅助支架一端可转动的设置在第二水平支架上，第一气缸的数量为两个，两个第一气缸一端可转动的固定在第二水平支架上，另一端与辅助支架相连接，通过调节第一气缸使辅助支架倾斜的设置在收料支架上，第四辅助辊通过第四辅助辊支架517固定在第一水平支架上，第四辅助辊位于第三辅助辊的斜下方；

隔膜518依次绕过第四辅助辊、第三辅助辊和第二辅助辊最终绕合至第一收料辊或第二收料辊上，并通过第一辅助辊与第一收料辊或第二收料辊之间的距离来调节收卷的厚度，当隔膜收卷至与第一辅助辊相接触时，停止收卷。

所述辅助机构还包括切料机构519，切料机构包括第一切料支架520、第二切料支架521、切料支撑杆522、切料刀523、切料压板524和电动推杆525，两个第一切料支架相对的固定在两个辅助支架上，第一切料支架的位置与第二辅助辊的位置相对应，第一切料支架的调节腔内设有导杆526，导杆穿过切料支撑杆，使切料支撑杆可上下移动的设置在两个第一切料支架之间，两个l形结构的第二切料支架固定分别固定在两个第一切料支架上，两个电动推杆分别固定在两个第二切料支架上，电动推杆与切料支撑杆相连接，切料压板通过两个第三连接板527固定在切料支撑杆下方，切料刀可滑动的设置在切料支撑杆上、位于两个第三连接板之间，切料压板的截面为圆弧形结构，其圆弧与第二辅助辊相契合，切料压板上轴向设有切料槽528，切料刀的刀头穿过切料槽，切料刀用于剪裁隔膜。

所述切料刀包括刀柄529和刀头530，刀柄上设有压合腔531，刀头上设有截面呈t形结构的调节杆532，调节杆设置在压合腔内，调节杆与压合腔底壁之间设有弹簧533。

收卷机可以实现第一收料辊与第二收料辊切换收料，辅助机构很好的起到了辅助收料的作用，当收卷在第一收料辊或第二收料辊的隔膜与第一辅助辊相接触时，第一收料辊或第二收料辊停止转动，电动推杆下压，使切料压板压合在第二辅助辊上，切料刀的刀头紧密压合在隔膜上，手动滑动切料刀即可完成隔膜剪裁，此时即可切换收卷，操作简单，提高了工作效率，节约了成本。