一种应用于铅酸蓄电池正极板的pH响应型高分子膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分子膜及其制备方法，具体涉及一种应用于铅酸蓄电池正极板 的pH响应型高分子膜及其制备方法，属于高分子材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过 可逆的化学反应实现再充电，在蓄电池中，铅酸蓄电池由于技术成熟、价格便宜、充放电性 能良好、使用相对安全等优点而被广泛使用。
[0003] 铅酸蓄电池电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。放 电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分 均为硫酸铅。它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：充电时利用外部的电能 使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。铅 酸蓄电池用填满海绵状铅的铅基板栅作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度 1. 26-1. 33g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生 成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。
[0004] 目前，铅酸蓄电池具有以较长时间的中等电流持续放电为主，间或以大电流放电 的特点，被广泛应用在电动自行车，混合电动车市场中。铅酸蓄电池主要是由电池盖、板栅， 正极、隔膜、负极、电解液、电池外壳组成，其正极的活性物质常见的为Pb0 2，负极的活性物 质为Pb，隔膜多为AGM隔板。正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液是铅酸蓄电池最重要的 四项原材料。
[0005] 现有的铅酸蓄电池存在能量密度小，寿命短，活性物质容易脱落等缺点。为此，对 于如何能够延长电池寿命，提高比容量，减少活性物质的脱落，拓展铅酸蓄电池的应用领 域，一直是人们所关注并亟需解决的问题，因此，有必要在现有蓄电池结构的基础上再对其 进行技术研究，进行改进，延长其使用寿命。
[0006] 现有技术中，人们往往从改进板栅合金的成分及铸造工艺，改善铅膏的组成，研制 新型添加剂来抑制活性物质的脱落，如中国专利ZL201210103150. 6通过合理的配方，使 得蓄电池在硫酸体系中的耐腐蚀性得到了很大的提高，但是却忽略了电池在使用过程中 a 413〇2向0 -PbO 2转化时体积不可避免的膨胀，直接导致的活性物质脱落，降低了电池的 寿命。随着汽车工业的飞速发展，对铅酸蓄电池的性能要求越来越高，所以研究新技术，改 善铅酸蓄电池能量密度小、寿命短、活性物质容易脱落的问题，成为一个重要的研究方向和 课题。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术存在的问题，提供一种应用于铅酸蓄电池正极板的pH响应 型高分子膜，该pH响应型高分子膜具有较高的机械强度，且随着pH的变化具有回复形变的 能力，可以防止电池正极板活性物质的脱落，大大提高电池大电流放电时的容量保持率，延 长了电池的寿命。
[0008] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是： 一种应用于铅酸蓄电池正极板的pH响应型高分子膜，该高分子膜是一种具有较多pH 响应基团，良好力学性能的薄膜，应用于铅酸蓄电池正极板，可提高电池的大电流放电时的 容量保持率并延长电池的使用寿命。
[0009] 所述的应用于铅酸蓄电池正极板的pH响应型高分子膜是以膜层的形式吸附在电 池正极板的表面。
[0010] 本发明的另一个目的是提供一种应用于铅酸蓄电池正极板的pH响应型高分子膜 的制备方法，包括如下步骤： (1) 取PAN单丝2-5根，以0. 8-1. 0米的长度顺时针捻200-300转成为一根单纤维，其 后将两根旋转好的单纤维合并，并将其逆时针方向捻200-300转成为最后的初始纤维； (2) 将初始纤维放在铁甲台上，放入220-250°C的烘箱内恒温3-5小时使其交联； (3) 将交联后的纤维等长截断，投入80-100°C的lmol/L的NaOH溶液中皂化半小时； (4) 将皂化后的纤维用去离子水漂洗后放入不同pH的H2S04* ; (5) 将电池正极板完全浸入步骤（4)中的H2S04溶液中，10-15min后匀速缓慢提出，置 于室温下自然风干，所得电池正极板表面的膜层即为以PAN为原料制备的pH响应型高分子 膜。
[0011] 本发明的有益效果是： (1)选择PAN单丝作为原料，探索其在烘箱中交联的适宜时间，得到交联度和响应集团 都适合的凝胶，保证其较好的力学性能。
[0012] (2)本发明开发的pH响应型高分子膜，除具有较高的机械强度外，膜的溶胀程度 能够随溶液pH的变化不断变化，酸性越强，溶胀变化越小，且随着pH的变化具有回复形变 的能力，不仅可以防止电池正极板活性物质的脱落，而且大大提高电池大电流放电时的容 量保持率，延长了电池的寿命。
【附图说明】
[0013] 图1为包膜电池极板结构示意图； 其中：1为PH响应型高分子膜，2为极板。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并 不限制本发明的范围。
[0015] 实施例1 一种应用于铅酸蓄电池正极板pH响应型高分子膜的制备方法，包括如下步骤： (1) 取PAN单丝3根，以0. 8米的长度顺时针捻200转成为一根单纤维，其后将两根旋 转好的单纤维合并并将其逆时针方向捻200转成为最后的初始纤维； (2) 将初始纤维放在铁甲台上，放入220°C的烘箱内恒温3小时使其交联； (3) 将交联后的纤维以2cm的长度等长截断，投入100°C的lmol/L的NaOH溶液中皂化 半小时； (4) 将皂化后的纤维用去离子水漂洗后放入不同pH的H2S04* ; (5) 将电池正极板完全浸入步骤（4)中的1^04溶液中，lOmin后匀速缓慢提出，置于室 温下自然风干，所得电池正极板表面的膜层即为以PAN为原料制备的pH响应型高分子膜。
[0016] 实施例2 一种应用于铅酸蓄电池正极板pH响应型高分子膜的制备方法，包括如下步骤： (1) 取PAN单丝2根，以1. 0米的长度顺时针捻250转成