一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜及其制备方法技术

一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜及其制备方法，属于镍氢电池领域。该隔膜以双组份皮芯结构纤维为纤维原料制得，所述双组份皮芯结构纤维的皮层为聚乙烯纤维与氧化石墨烯纤维制得的复合纤维，其中，聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为2~5：1；所述双组份皮芯结构纤维的芯层为聚丙烯纤维，皮层和芯层的质量比为1~3：1，同时，通过磺化处理使隔膜具有亲水性和保液性。本发明专利技术制备的镍氢电池隔膜具有较强的机械性能、化学稳定性和尺寸稳定性以及较好的亲水性和保液性，提高了镍氢电池的使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜及其制备方法
一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜及其制备方法，属于镍氢电池领域。
技术介绍
随着人们对环保问题的重视，人们对无污染的“绿色电池”——镍氢电池越来越重视。尤其是现在电动汽车的推广应用，使得研究更高效的镍氢电池具有十分重要的意义。镍氢电池主要是由正、负极和电池隔膜纸等关键材料构成。电池隔膜是用于分离电池正、负极的直接接触，导致电池短路的无机或有机膜。电池隔膜作为镍氢电池中不可或缺的部分，隔膜材料性能的优劣对镍氢电池的容量、自放电、放电电压、循环使用寿命及安全性和成本等都会产生较大的影响。因此，研究高性能的镍氢电池隔膜具有非常重要意义。电池隔膜作为电池的正负极之间的隔离板，必须具备良好的不导电性，以阻止可能会出现的电池短路现象。因其在电解液中处于浸湿状态，则必须具备对电解液有良好的抗氧化性能，其尺寸孔隙也必须能够防止电极间粒子流动等。因此制备镍氢电池隔膜大多选用在较宽的温度范围内(-55℃~85℃)，能够保持稳定性，特别是化学稳定性，对电子呈高阻，对离子呈低阻，便于气体扩散的尽量薄的电池隔膜。近几年，我国国产的镍氢电池隔膜的性能有了一定的上升，但国内该类产品的质量仍旧不是很稳定。据镍氢电池厂介绍，在国内生产高档的镍氢电池仍需要使用进口的镍氢电池隔膜，国内电池隔膜产品的水平有待提高。因此开发高性能镍氢电池隔膜、改善我国隔膜生产技术，对我国电池能源的应用具有非常重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜的制备方法，此方法制备的镍氢电池隔膜具有导电性差、保液性高、浸润性好、抗电解液腐蚀性高及尺寸稳定性好等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：以双组份皮芯结构纤维为纤维原料制得，双组份皮芯结构纤维包括皮层和芯层，所述皮层为聚乙烯纤维与氧化石墨烯纤维制得的复合纤维，其中，聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为2~5：1；所述芯层为聚丙烯纤维，皮层和芯层的质量比为1~3：1。优选的，所述聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1。优选的，所述皮层和芯层的质量比为2：1。所述芯层长度为10~20mm，纤度为0.6~1.2tex，皮层长度为10~20mm，纤度为0.8~1.65tex。优选的，所述芯层长度为13~20mm，纤度为0.8~1.2tex，皮层长度为13~18mm，纤度为0.9~1.5tex。所述皮层中聚乙烯纤维与氧化石墨烯纤维随机排列。氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）湿法热压成型：将纤维原料进行稀释、疏解、分散制备浆料，再经过湿法抄造上网成型，最后经过脱水、热风干燥、热轧和精压修饰制成非织造布基布，热轧温度为120~140℃，热轧时间为15~35min，压力为1.0~3.0kg/cm2；2）磺化处理：将基布放入三氧化硫磺化反应器中，走布速度12~18m/min，反应器内温度为40~55℃，三氧化硫的浓度为90~95%，得到磺化后亲水性强的电池隔膜基布；3）磺化后处理：将上述步骤处理后的电池隔膜基布在60~70%的硫酸中洗涤1~2次，洗涤时间为4~6min，然后使用20~30%的硫酸洗涤1~2次，洗涤时间为5~8min，最后用去离子水漂洗2~3次，洗涤时间为6~10min，烘干、烫平，得氧化石墨烯改性的镍氢电池隔膜。优选的，所述步骤1）中热轧温度为125~135℃，热轧时间为20-30min，压力为1.5~2.5kg/cm2。优选的，步骤2）中所述的磺化处理走布速度为16m/min，反应器内温度为45℃，三氧化硫的浓度为93%。优选的，步骤3）所述的磺化后处理中60~70%的硫酸洗涤时间为5min，20~30%的硫酸洗涤时间为7min，去离子水漂洗的时间为8.5min。优选的，步骤3）中所述烘干的温度为90~100℃，烘干的时间为40~70min，烫平的温度为80~90℃。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种衍生物，具有单层碳原子的二维网络结构，与石墨烯不同的是，氧化石墨烯表面分布着包括羧基、环氧基及羟基在内的极性含氧官能团，这些官能团使得氧化石墨烯具有优异的分散性、极低的电导率和与聚合物的兼容性，这些性质十分适于氧化石墨烯在镍氢电池隔膜上的应用。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：本专利技术制备的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，利用氧化石墨烯纤维优异的分散性、极低的电导率和与聚合物的兼容性等特性，使得制备的改性镍氢电池隔膜导电性差、保液性高、浸润性好、抗电解液腐蚀性高及尺寸稳定性好，抗拉伸断裂强度达到168~180N/15mm，吸碱率达到548~620%，吸碱速率15~21cm/30min，纵向和横向热收缩率明显降低，达到1.9%和1.2%，并且，氧化石墨烯有助于改善隔膜材料的抗腐蚀性能，并有效降低了隔膜的导电性。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，实施例1为最佳实施例。实施例1本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1，皮层和芯层的质量比为2：1，芯层长度为15mm，纤度为1.0tex，皮层长度为15mm，纤度为1.2tex。制备方法：1）湿法热压成型：将纤维原料进行稀释、疏解、分散制备浆料，再经过湿法抄造上网成型，最后经过脱水、热风干燥、热轧和精压修饰制成非织造布基布，热轧温度为130℃，热轧时间为25min，压力为2.0kg/cm2。2）磺化处理：将基布放入三氧化硫磺化反应器中，走布速度16m/min，反应器内温度为45℃，三氧化硫的浓度为93%，得到磺化后亲水性强的电池隔膜基布。3）磺化后处理：将上述步骤处理后的电池隔膜基布在60~70%的硫酸中洗涤2次，洗涤时间为5min，然后使用20~30%的硫酸洗涤2次，洗涤时间为7min，最后用去离子水漂洗3次，洗涤时间为8.5min，在95℃下烘干60min、85℃下烫平，得氧化石墨烯改性的镍氢电池隔膜。实施例2本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为2：1，皮层和芯层的质量比为1：1，芯层长度为15mm，纤度为1.0tex，皮层长度为15mm，纤度为1.2tex。制备方法同实施例1。实施例3本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为5：1，皮层和芯层的质量比为3：1，芯层长度为15mm，纤度为1.0tex，皮层长度为15mm，纤度为1.2tex。制备方法同实施例1。实施例4本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1，皮层和芯层的质量比为2：1，芯层长度为10mm，纤度为0.6tex，皮层长度为15mm，纤度为0.8tex。制备方法同实施例1。实施例5本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1，皮层和芯层的质量比为2：1，芯层长度为20mm，纤度为1.2tex，皮层长度为10mm，纤度为1.65tex。制备方法同实施例1。实施例6本实施例镍氢电池隔膜纤维材料中聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1，皮层和芯层的质量比为2：1，芯层长度为15mm，纤度为1.0tex，皮层长度为15mm，纤度为1.2tex。制备方法：1）湿法热压成型：将纤维原料进行稀释、疏解、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：以双组份皮芯结构纤维为纤维原料制得，双组份皮芯结构纤维包括皮层和芯层，所述皮层为聚乙烯纤维与氧化石墨烯纤维制得的复合纤维，其中，聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为2~5：1；所述芯层为聚丙烯纤维，皮层和芯层的质量比为1~3：1。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：以双组份皮芯结构纤维为纤维原料制得，双组份皮芯结构纤维包括皮层和芯层，所述皮层为聚乙烯纤维与氧化石墨烯纤维制得的复合纤维，其中，聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为2~5：1；所述芯层为聚丙烯纤维，皮层和芯层的质量比为1~3：1。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：所述聚乙烯纤维和氧化石墨烯纤维的重量比为3：1。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：所述皮层和芯层的质量比为2：1。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：所述芯层长度为10~20mm，纤度为0.6~1.2tex，皮层长度为10~20mm，纤度为0.8~1.65tex。5.根据权利要求4所述的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜，其特征在于：所述芯层长度为13~20mm，纤度为0.8~1.2tex，皮层长度为13~18mm，纤度为0.9~1.5tex。6.权利要求1-5任一项所述的氧化石墨烯改性镍氢电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）湿法热压成型：将纤维原料进行稀释、疏解、分散制备浆料，再经过湿法抄造上网成型，最后经过脱水、热风干燥、热轧和精压修饰制成非织造布基布，热轧温度为120~140℃，热轧时间为15~35min，压力为1.0~3.0kg/cm2；2...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡欣欣，刘浩浩，
申请(专利权)人：淄博君行电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37