一种蓄电池AGM隔膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种蓄电池AGM隔膜材料及其制备方法，属于蓄电池技术领域，由以下原料制备而成：有机纤维、高碱玻璃纤维、硅烷偶联剂；所述有机纤维具有如式Ⅰ所示结构；其中，n=100

【技术实现步骤摘要】
一种蓄电池AGM隔膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及蓄电池
，具体涉及一种蓄电池AGM隔膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着铅酸蓄电池在日常生活中的应用领域不断丰富，人们对铅酸蓄电池的研究也越来越深入。除了铅膏、板栅等主要部件的物理化学性能和生产工艺之外，人们更加关注有着电池“第三极”之称的隔膜，并不断深入研究其性能对电池的影响。
[0003]AGM隔膜在铅酸蓄电池中的作用可以概述如下：
⑴
将电池正负极板隔开，防止电池短路。这是所有电池隔膜最基础也是最重要的一项功能，否则，电池就会因正负极板相连而短路，导致电池报废。
⑵
作为电解液的储存物，吸收足够的电解液保证放电容量。AGM隔膜具有多孔性，可以吸附大量的电解液，使得电池的化学反应可以不断往复进行。AGM隔膜吸附电解液的能力直接影响电池的放电容量和使用寿命。
⑶
允许电解液在其中自由流动，为O2循环和化合提供气体通道。在电池充电后期，部分电量用于电解水，正极会生成氧气，负极生成氢气，正极生成的氧气通过AGM隔膜的孔隙扩散到负极，发生复合反应，减少电解液中水的损失。
⑷
保证电池内部有一定的装配压力，抑制活性物质脱落。AGM隔膜要具有一定的回弹性，保证隔膜与极板之间处于紧贴状态，除了起到抑制活性物质脱落的作用外，还可以使放电电流稳定，延长电池的使用寿命。
⑸
防止铅枝晶穿过造成短路。电池在不断进行化学反应后，极板上会生长出无法溶解的铅枝晶，因此，AGM隔膜的孔径要小，避免铅枝晶刺穿隔膜造成电池短路。
[0004]与PP隔膜相比，AGM隔膜纤维细，孔径小，但纤维之间结合力弱。与PVC隔膜相比，AGM隔膜孔率高，电阻小，孔径小，但强度低。与PE隔膜相比，AGM隔膜的抗氧化性好，但孔径大，孔率低，电阻大，强度低。虽然目前AGM隔膜广泛应用于铅酸蓄电池，但其仍有很多不足：
①
氧气循环和复合效率仍然较低，影响电池使用寿命；
②
容易使电解液分层，对放电容量和寿命都有很大影响；
③
由于湿回弹性较差，在电池使用后期，隔膜与极板不能紧密贴合，进而影响电池性能；
④
抗穿刺强度需要进一步提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种蓄电池AGM隔膜材料及其制备方法，不仅具有较好的力学性能、抗穿刺性能，同时具有耐高温、耐化学腐蚀、耐压缩，回弹性佳，吸酸量和毛细吸酸高度稍有提高，电池也更易装配，具有广阔的应用前景。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种蓄电池AGM隔膜材料，由以下原料制备而成：有机纤维、高碱玻璃纤维、硅烷偶联剂；所述有机纤维具有如式Ⅰ所示结构：
式Ⅰ；其中，n=100
‑
1000。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述有机纤维、高碱玻璃纤维、硅烷偶联剂的质量比为（8
‑
12）：100：（2
‑
3）。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述高碱玻璃纤维由单丝直径为0.2
‑
0.4μm的细高碱玻璃纤维、单丝直径为0.6
‑
0.9μm的中高碱玻璃纤维和单丝直径为1.5
‑
2.2μm的粗高碱玻璃纤维组成，三者的质量比为（5
‑
15）：30：（3
‑
12）。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂，选自KH550、KH602和KH792中的至少一种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述有机纤维的制备方法如下：S1.中间体的合成：将对苯二甲酸和对羟基苯胺溶于有机溶剂中，加入三乙胺，搅拌10
‑
20min，然后在0℃下加入HATU，室温搅拌1
‑
2h后，继续搅拌反应2
‑
3h，得到中间体；所述中间体的结构如式Ⅱ所示结构；所有过程均在氮气保护下完成；式Ⅱ；S2.酯化自缩聚反应：将中间体加热至160
‑
180℃打浆，加入催化剂，继续升温至240
‑
270℃，分馏柱顶温度控制在100℃至115℃之间，当所收集的馏出水体积达到理论馏出量的98%以上时，降温结束反应；所有过程均在氮气保护下完成；S3.制备成有机纤维：反应结束后，加入去离子水，过滤，固体依次用去离子水、乙醇洗涤，干燥，然后加入螺杆注塑机中，加热至熔融喷丝，得到有机纤维。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中所述对苯二甲酸、对羟基苯胺、三乙胺和HATU的物质的量之比为（1
‑
1.02）：1：（2
‑
3）：（1.2
‑
1.5）。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中所述中间体和催化剂的物质的量之比为为100：（0.1
‑
0.5）。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述催化剂选自氧化锌、氧化锡、氧化亚锡、三氧化二锑中的至少一种；所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、甲苯、苯、二甲苯、乙醚、乙腈中的至少一种。
[0014]本专利技术进一步保护一种上述蓄电池AGM隔膜材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将高碱玻璃纤维加入含有硅烷偶联剂的乙醇水溶液中，加热至80
‑
90℃，搅拌反应2
‑
4h，过滤，去离子水洗涤，得到改性高碱玻璃纤维；（2）将改性高碱玻璃纤维投入到碎浆机中，添加有机纤维，不断搅拌并加热至40
‑
50℃反应1
‑
2h后，疏解得到均匀分散的浆料；（3）将步骤（2）所得浆料在长网造纸机上经重力脱水、真空吸湿脱水，后形成湿纸
幅；（4）将步骤（3）所得湿纸幅依次经干燥、分切、卷取，即得所述蓄电池AGM隔膜材料。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述含有硅烷偶联剂的乙醇水溶液中硅烷偶联剂含量2
‑
3wt%，乙醇的含量为30
‑
50wt%，余量为水；所述疏解时间为15
‑
20min；所述干燥温度为150
‑
180℃。
[0016]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术制得的AGM隔膜材料中，添加了一定含量的有机纤维，该有机纤维的结构上具有酰胺基团，多个苯环，与芳纶结构有一定程度的近似，因此，该有机纤维具有极好的耐高温性能和耐穿刺性能，同时，这类有机纤维本质为聚酯结构，属于PET树脂，加入AGM隔膜的制备中，使得隔膜强度更高，耐压缩性能更好，吸酸量和毛细吸酸高度稍有提高，同时，电池容易装配，同时，由于本专利技术采用多种细度的高碱玻璃纤维混合，细单丝直径玻璃纤维具有高的比表面积，使得板材孔径减小，强度提高，形成的致密的膜板结构，在高温下吸附电解液的能力增强，加压吸酸性能好，中单丝直径玻璃纤维使得板材孔径居中，维持稳定的力学强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓄电池AGM隔膜材料，其特征在于，由以下原料制备而成：有机纤维、高碱玻璃纤维、硅烷偶联剂；所述有机纤维具有如式Ⅰ所示结构：式Ⅰ；其中，n=100
‑
1000。2.根据权利要求1所述蓄电池AGM隔膜材料，其特征在于，所述有机纤维、高碱玻璃纤维、硅烷偶联剂的质量比为（8
‑
12）：100：（2
‑
3）。3.根据权利要求1所述蓄电池AGM隔膜材料，其特征在于，所述高碱玻璃纤维由单丝直径为0.2
‑
0.4μm的细高碱玻璃纤维、单丝直径为0.6
‑
0.9μm的中高碱玻璃纤维和单丝直径为1.5
‑
2.2μm的粗高碱玻璃纤维组成，三者的质量比为（5
‑
15）：30：（3
‑
12）。4.根据权利要求1所述蓄电池AGM隔膜材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂，选自KH550、KH602和KH792中的至少一种。5.根据权利要求1所述蓄电池AGM隔膜材料，其特征在于，所述有机纤维的制备方法如下：S1.中间体的合成：将对苯二甲酸和对羟基苯胺溶于有机溶剂中，加入三乙胺，搅拌10
‑
20min，然后在0℃下加入HATU，室温搅拌1
‑
2h后，继续搅拌反应2
‑
3h，得到中间体；所述中间体的结构如式Ⅱ所示结构；所有过程均在氮气保护下完成；式Ⅱ；S2.酯化自缩聚反应：将中间体加热至160
‑
180℃打浆，加入催化剂，继续升温至240
‑
270℃，分馏柱顶温度控制在100℃至115℃之间，当所收集的馏出水体积达到理论馏出量的98%以上时，降温结束反应；所有过程均在氮气保护下完成；S3.制备成有机纤维：反应结束后，加入去离子水，过滤，固体依次用去离子水、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆金良，
申请(专利权)人：陆金良，
类型：发明
国别省市：