一种耐氧化的胶体电池隔板及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料多孔板材技术领域，尤其涉及一种耐氧化的胶体电池隔板及其制备方法。

背景技术

胶体电池是一种通过在液态硫酸中加入胶凝剂，将液态硫酸转变为胶体状硫酸的铅酸蓄电池，胶体电池相对以往的铅酸蓄电池相比，其容量、安全型以及使用寿命均高于传统的铅酸蓄电池，为了提高胶体蓄电池内部的稳定性，其内部多是采用平板式极板，再配合作为胶状电解质特殊的铅膏配方，可避免液体出现液体分层所引发的一系列不良现象，且无需均衡充电，也可保证胶体电池内部电压的稳定性。

胶体电池内设隔板在充放电过程中的稳定性很大程度上决定了该铅酸蓄电池的使用性能，胶体电池隔板作为胶体电池内设正负极之间的分隔件，用于防止胶体电池内设正电极板和副负电极板发生接触而引发短路现象。

现有对胶体电池分隔板的研究中，例如公开号为CN102044649B，专利名称为“一种胶体电池隔板的制造方法”，该中国发明专利申请中公开了一种胶体电池隔板的制造方法，以耐氧化、耐酸、耐碱的热塑性高分子材料作为基材，所述热塑性高分子材料为PVC树脂、氯丙树脂中的一种，在高分子材料基材中加有增韧剂和稳定剂；使用有机溶剂溶解上述高分子材料并进行溶胀；在溶胀后的塑胶中加入填料，所述填料为沉淀二氧化硅粉末或三氧化二铝粉末中的一种或混配物，并且加入炭黑；使用亲水剂湿润填料及助剂，与溶胀的塑胶材料混合得到混合料；将混合料通过挤出成型而成制成片材，挤出成型的加热温度为60℃～80℃之间，该方法所制得的胶体电池隔板在工作的过程中易发生氧化降解和断链，形成了复杂的PVC热氧老化过程，且不具备自修复能力，技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备工艺简单，且能够规模化生产的耐氧化的胶体电池隔板。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决以往胶体电池隔板在工作的过程中易发生氧化降解和断链，形成了复杂的PVC热氧老化过程，且不具备自修复能力的问题，而提出的一种耐氧化的胶体电池隔板及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种耐氧化的胶体电池隔板，由重量份如下的各组分制备而成：改性玻璃微纤维40-60份、改性纳米二氧化硅20-30份、改性聚氯乙烯30-80份、硫酸稳定剂10-20份、自修复型粘结剂5-15份和非水液态电解液1-10份。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性玻璃微纤维的制备具体操作步骤为：

步骤A1：以二茂铁为催化前驱物、以苯为碳源，氩气载气，三种物质同时进入反应室内；

步骤A2：采用浮动催化法直接在玻璃微纤维表面生长碳纳米管(CNTs)，获得改性玻璃微纤维。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性纳米二氧化硅的制备具体操作步骤为：

步骤B1：称取一定量的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯和适量的扩孔剂，常温环境下用超声波清洗器超声分散20min，获得均匀悬浮液；

步骤B2：向经步骤B1所制得的悬浮液中加入硅烷偶联剂KH-560，继续超声分散3-4分钟后，转移到装有回流冷凝管和整理电动搅拌混合机构的四颈烧瓶中，并于恒温水浴中搅拌反应，获得浆液；

步骤B3：将所获得浆液注入到高速冷冻离心机内进行高速离心，制得改性纳米二氧化硅。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤B3中高速冷冻离心机的转速为11000-13000r/min，温度恒定在22℃-25℃。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤B3之后将改性纳米二氧化硅放入真空干燥箱内，常温干燥9h，经过滤后，得到粉末二氧化硅。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚氯乙烯的制备具体操作步骤为：

步骤C1：将丁腈橡胶加入到密炼机中进行密炼处理，密炼后，向密炼机中投放聚氯乙烯树脂，并加入填充剂，再次进行密炼处理，得到一级混料；

步骤C2：接着，将所获取的一级混料加入到带有搅拌机构的反应釜中，加入助剂，混合后，获得二级混料；

步骤C3：将二级混料注入到双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却，造粒，干燥，得到PVC改性材料。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述自修复型粘结剂的制备具体操作为：

利用聚丙烯氮化铵链和多价离子植酸之间的静电和离子间作用力制备出具有自修复型的水凝胶粘结剂。

一种耐氧化的胶体电池隔板的制备方法，具体操作步骤为：

步骤S1：称取配方量的改性玻璃微纤维、改性纳米二氧化硅和去离子水加入到高速混合机中，高速混合，混合均匀后将非水液态电解液喷人高速混合机中，得到初级混合料；

步骤S2：将改性聚氯乙烯和硫酸稳定剂加入到初级混合料中，搅拌至混合均匀后，投放自修复型粘结剂，混合3min，得到耐氧化性混合料；

步骤S3：将所制得的耐氧化混合料注入到双螺杆挤出机中挤出，接着依次进行造型、清洗和干燥，最后制得耐氧化型胶体电池隔板；

步骤S4：封边采用热封机或超声波封口机进行袋式封口，封边方向与隔板对折方向垂直。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤C2中的助剂包括外润滑剂、防老剂、填充剂、高分子增塑剂以及复合阻燃剂。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述耐氧化型胶体电池隔板的厚度为0.1-0.35mm，孔率大于等于87％。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，对玻璃微纤维进行改性后，有效提高了玻璃微纤维与改性纳米二氧化硅的相容性和浸润性，能够长久储存大量的电解液，但其抗拉强度较低，而纳米二氧化硅具有优异的拉伸性能和抗穿刺强度，对其进行改性，改性玻璃微纤维和改性纳米二氧化硅进行复合后，使得胶体电池隔板在具备耐高温、耐酸碱等优点的同时，由于附着于玻璃微纤维表面的CNTs不仅可以填补纤维表面上的沟槽等缺陷，还可提高玻璃微纤维的弯曲性能、拉伸性能，同时碳纳米管在纳米二氧化硅的界面形成了良好的连接，有效提高了复合材料的力学性能，浮动催化法不同于传统的化学气相淀积法，它不需要催化剂的预沉积过程，而是催化剂和碳源气体同时进入反应室，直接在基底上生长碳纳米管，可在较高的程度上降低高温反应过程对玻璃微纤维强度的影响。

在对二氧化硅进行改性的过程中，通过加入适当的扩孔剂可使其孔径达到某个范圈(如微孔中孔大孔)。

改性后的PVC材料具有较好的机械强度，且耐老化性能优异，耐高温，不会分解氯化氢气体，耐用性强，使用寿命长。

自修复型粘结剂在电极片循环过程中受到破坏后能够通过分子机构间的强作用力(如静电引起的离子偶极相互作用)实现自我修复，恢复其功能特性，维持极片结构的稳定性，从而有效提高电池的循环性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

称取配方量的：改性玻璃微纤维50份、改性纳米二氧化硅25份、改性聚氯乙烯55份、硫酸稳定剂15份、自修复型粘结剂9份和非水液态电解液6份。

先制备改性玻璃微纤维；

步骤A1：以二茂铁为催化前驱物、以苯为碳源，氩气载气，三种物质同时进入反应室内；

步骤A2：采用浮动催化法直接在玻璃微纤维表面生长碳纳米管(CNTs)，获得改性玻璃微纤维。

接着制备改性纳米二氧化硅的制备具体操作步骤为：

步骤B1：称取一定量的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯和适量的扩孔剂，常温环境下用超声波清洗器超声分散20min，获得均匀悬浮液；

步骤B2：向经步骤B1所制得的悬浮液中加入硅烷偶联剂KH-560，继续超声分散3-4分钟后，转移到装有回流冷凝管和整理电动搅拌混合机构的四颈烧瓶中，并于恒温水浴中搅拌反应，获得浆液；

步骤B3：将所获得浆液注入到高速冷冻离心机内进行高速离心，高速冷冻离心机的转速为12000r/min，温度恒定在23.5℃，制得改性纳米二氧化硅，然后将改性纳米二氧化硅放入真空干燥箱内，常温干燥9h，经过滤后，得到粉末二氧化硅。

随后制备改性聚氯乙烯：

步骤C1：将丁腈橡胶加入到密炼机中进行密炼处理，密炼后，向密炼机中投放聚氯乙烯树脂，并加入填充剂，再次进行密炼处理，得到一级混料；

步骤C2：接着，将所获取的一级混料加入到带有搅拌机构的反应釜中，加入助剂，混合后，获得二级混料；

步骤C3：将二级混料注入到双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却，造粒，干燥，得到PVC改性材料。

最后制备一种耐氧化的胶体电池隔板，具体操作步骤为：

步骤S1：称取配方量的改性玻璃微纤维、改性纳米二氧化硅和去离子水加入到高速混合机中，高速混合，混合均匀后将非水液态电解液喷人高速混合机中，得到初级混合料；

步骤S2：将改性聚氯乙烯和硫酸稳定剂加入到初级混合料中，搅拌至混合均匀后，投放自修复型粘结剂，混合3min，得到耐氧化性混合料；

步骤S3：将所制得的耐氧化混合料注入到双螺杆挤出机中挤出，接着依次进行造型、清洗和干燥，最后制得耐氧化型胶体电池隔板；

步骤S4：封边采用热封机或超声波封口机进行袋式封口，封边方向与隔板对折方向垂直。

实施例二

称取配方量的：改性玻璃微纤维40份、改性纳米二氧化硅20份、改性聚氯乙烯30份、硫酸稳定剂10份、自修复型粘结剂5份和非水液态电解液1份。

先制备改性玻璃微纤维；

步骤A1：以二茂铁为催化前驱物、以苯为碳源，氩气载气，三种物质同时进入反应室内；

步骤A2：采用浮动催化法直接在玻璃微纤维表面生长碳纳米管(CNTs)，获得改性玻璃微纤维。

接着制备改性纳米二氧化硅的制备具体操作步骤为：

步骤B1：称取一定量的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯和适量的扩孔剂，常温环境下用超声波清洗器超声分散20min，获得均匀悬浮液；

步骤B2：向经步骤B1所制得的悬浮液中加入硅烷偶联剂KH-560，继续超声分散3-4分钟后，转移到装有回流冷凝管和整理电动搅拌混合机构的四颈烧瓶中，并于恒温水浴中搅拌反应，获得浆液；

步骤B3：将所获得浆液注入到高速冷冻离心机内进行高速离心，高速冷冻离心机的转速为11000r/min，温度恒定在22℃℃，制得改性纳米二氧化硅，然后将改性纳米二氧化硅放入真空干燥箱内，常温干燥9h，经过滤后，得到粉末二氧化硅。

随后制备改性聚氯乙烯：

步骤C1：将丁腈橡胶加入到密炼机中进行密炼处理，密炼后，向密炼机中投放聚氯乙烯树脂，并加入填充剂，再次进行密炼处理，得到一级混料；

步骤C2：接着，将所获取的一级混料加入到带有搅拌机构的反应釜中，加入助剂，混合后，获得二级混料；

步骤C3：将二级混料注入到双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却，造粒，干燥，得到PVC改性材料。

最后制备一种耐氧化的胶体电池隔板，具体操作步骤为：

步骤S1：称取配方量的改性玻璃微纤维、改性纳米二氧化硅和去离子水加入到高速混合机中，高速混合，混合均匀后将非水液态电解液喷人高速混合机中，得到初级混合料；

步骤S2：将改性聚氯乙烯和硫酸稳定剂加入到初级混合料中，搅拌至混合均匀后，投放自修复型粘结剂，混合3min，得到耐氧化性混合料；

步骤S3：将所制得的耐氧化混合料注入到双螺杆挤出机中挤出，接着依次进行造型、清洗和干燥，最后制得耐氧化型胶体电池隔板；

步骤S4：封边采用热封机或超声波封口机进行袋式封口，封边方向与隔板对折方向垂直。

实施例三

称取配方量的：改性玻璃微纤维60份、改性纳米二氧化硅30份、改性聚氯乙烯80份、硫酸稳定剂20份、自修复型粘结剂15份和非水液态电解液10份。

先制备改性玻璃微纤维；

步骤A1：以二茂铁为催化前驱物、以苯为碳源，氩气载气，三种物质同时进入反应室内；

步骤A2：采用浮动催化法直接在玻璃微纤维表面生长碳纳米管(CNTs)，获得改性玻璃微纤维。

接着制备改性纳米二氧化硅的制备具体操作步骤为：

步骤B1：称取一定量的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯和适量的扩孔剂，常温环境下用超声波清洗器超声分散20min，获得均匀悬浮液；

步骤B2：向经步骤B1所制得的悬浮液中加入硅烷偶联剂KH-560，继续超声分散3-4分钟后，转移到装有回流冷凝管和整理电动搅拌混合机构的四颈烧瓶中，并于恒温水浴中搅拌反应，获得浆液；

步骤B3：将所获得浆液注入到高速冷冻离心机内进行高速离心，高速冷冻离心机的转速为13000r/min，温度恒定在25℃，制得改性纳米二氧化硅，然后将改性纳米二氧化硅放入真空干燥箱内，常温干燥9h，经过滤后，得到粉末二氧化硅。

随后制备改性聚氯乙烯：

步骤C1：将丁腈橡胶加入到密炼机中进行密炼处理，密炼后，向密炼机中投放聚氯乙烯树脂，并加入填充剂，再次进行密炼处理，得到一级混料；

步骤C2：接着，将所获取的一级混料加入到带有搅拌机构的反应釜中，加入助剂，混合后，获得二级混料；

步骤C3：将二级混料注入到双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却，造粒，干燥，得到PVC改性材料。

最后制备一种耐氧化的胶体电池隔板，具体操作步骤为：

步骤S1：称取配方量的改性玻璃微纤维、改性纳米二氧化硅和去离子水加入到高速混合机中，高速混合，混合均匀后将非水液态电解液喷人高速混合机中，得到初级混合料；

步骤S2：将改性聚氯乙烯和硫酸稳定剂加入到初级混合料中，搅拌至混合均匀后，投放自修复型粘结剂，混合3min，得到耐氧化性混合料；

步骤S3：将所制得的耐氧化混合料注入到双螺杆挤出机中挤出，接着依次进行造型、清洗和干燥，最后制得耐氧化型胶体电池隔板；

步骤S4：封边采用热封机或超声波封口机进行袋式封口，封边方向与隔板对折方向垂直。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。