一种碱性高分子电解质薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碱性高分子电解质薄膜及其制备方法技术领域。本发明专利技术所述的碱性高分子电解质薄膜由聚乙烯醇和聚环氧氯丙烷掺合反应而成。本发明专利技术所公开的碱性高分子电解质薄膜，在常温下，其离子导电度可达０．０１ｓ／ｃｍ以上，置于高温下，同样具有很高的导电度及电化学稳定性。应用在锌－空气电池时，电池的性能和放电速率、电容量等性能，都比聚丙烯／聚乙烯隔离膜更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及

技术介绍
电池内部的隔离膜，是电池最重要的一种材料。因为电池利用隔离膜来隔离 正极和负极间的电子移动，以达成避免发生短路，而且，隔离膜含浸有电解液， 可提供正极和负极间的离子移动，使得电池产生电位而提供电能。但是，目前现有电池所使用的隔离膜，却存在着厚度过厚的缺点，大约占据电池总厚度的40 %以上，导致本领域技术人员必须先解决和克服隔离膜的厚度问题后，电池才可 符合电子产品追求轻、薄、短、小的目标，同时，含浸在电池隔离膜上的电解液， 仍经常有漏液的问题，会导致缩短电池的使用寿命。为解决电池所使用的隔离膜上述缺点，提高电池的性脆，在专利文献中，有 数篇专利揭露了关于电池隔离膜的研究及专利技术，但大都以聚烯烃类不织布作为隔 离膜的材料。如美国专利US2， 585， 208和美国专利US5， 830,601，揭露以聚乙烯 醇(PVA)与碱性金属氢氧化物和水共聚合生成固态高分子电解质，可应用为电 池的隔离膜，以提高电池的性能及使用寿命。美国专利US6，444,367，揭露一种高润湿性的不织布，应用于可充电碱性电 池的隔离膜。美国专利US5，401，594，提到使用亲水性不织布，以复合聚酞胺高 分子和聚烯烃类纤维，来控制及调整隔离膜的柔软度和吸水性。欧洲专利EP 0680107 ，以合成一面为亲水性聚烯烃高分子，而另一面为部分疏水性聚烯烃高分子的隔离膜，应用于镍氢二次电池。欧洲公开EP0710994 ，公开一种厚度5微米以下的隔离膜，将接枝聚合单 体接枝于不织布表面上，使得隔离膜具有高吸水性。欧洲专利EP0834938，揭示 碱性电池隔离膜具有一层亲水性不织布，以热熔融和氢纠结法(hydrogen — entangling )来合成高强度的聚烯烃不织布，使电池隔离膜具有优异的断裂强 度(brealing Strength)以及优异的电解液吸附性。然而，以上所述的现有技术中，均未揭示以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)及聚环氧氯丙烷(Poly印ichlorohydrin )为原料、并且在二甲基亚枫DMSO 溶剂下，共同掺合反应制成高分子电解质薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种碱性高分子电解质薄膜。 本专利技术的另一个目的是提供上述碱性高分子电解质薄膜的制备方法。 为达上述目的，本专利技术釆取的具体技术方案如下一种碱性高分子电解质薄膜的制备方法，包括以下各步骤a、 将聚乙烯醇溶解于70 — 90%的二甲基亚枫溶剂或水中，将聚环氧氯丙 烷溶解于70 — 90%重量的二甲基亚枫溶剂或其它的有机溶剂、水中；b、 在40—8(TC下混合聚乙烯醇及聚环氧氯丙烷两高分子溶液，搅拌，进 行掺合反应；c、 将前步骤掺合后的高分子粘液涂布于玻璃板上控制所需的湿薄膜膜厚， 或将此高分子粘液倒入培养皿中，依所需的膜厚，控制倒入适量的高分子粘液；d、 将前步骤的玻璃板或培养皿，置于30 — 7(TC、 5 — 30朋％环境下，进行恒温恒湿干燥，将溶剂完全挥发掉，即成型成膜；e、将所成型的高分子薄膜浸渍在碱金属氢氧化物水溶液内，即成为碱性固 态高分子电解质薄膜。上述的步骤a中，聚乙烯醇平均分子量范围为优选为10,000—120,000,纯 度优选为80 — 99%;更优选的范围是平均分子量在20，000—80，000之间。聚环 氧氯丙烷平均分子量范围为优选为IOO，OOO — I，OOO，OOO，度优选为50 %以上。上述的步骤a中，聚乙烯醇最后的重量浓度最好为10 — 30%，聚环氧氯丙 烷最后的重量浓度最好为10—30%。上述的步骤b中，反应温度优选为50 — 9(TC，溶解时间优选为l一2小时， 使之完全溶解在溶剂中。搅拌时，转速在100—1500转/分钟。上述的步骤d,干燥时间约为1一4小时。上述的步骤e，所用的碱金属氢氧化物水溶液重量浓度优选为30 — 60%，浸 渍时间优选为2 — 20小时。其中，碱金属氢氧化物水溶液可以为氢氧化钠水溶液、 氢氧化锂水溶液、混合式碱金属氢氧化物水溶液或有机碱化合物水溶液等。此外，在上述步骤a中，聚乙烯醇可以添加纳米级粒子或粉末，其中，所加 入的纳米级粒子，可以是亲水性二氧化硅、二氧化钦等金属氧化物材料，以改善 聚乙烯醇惨合聚环氧氯丙垸高分子电解质薄膜的离子导电度、电化学稳定度以及 机械强度。而且，本专利技术所揭示的碱性高分子电解质薄膜，在制造过程中，可加入厚度 5 — 20微米的玻璃纤维布、聚乙烯/聚丙烯多孔性薄膜及尼龙多孔性薄膜等基 材，并制备成复合式碱性固态高分子电解质薄膜，借以再提高碱性高分子电解质 薄膜的机械强度、热安定性及电化学稳定性。但是，玻璃纤维布在加入之前，需要预先做亲水性处理，必须要在甲醇或乙醇中煮沸一段时间。由亲水性聚乙烯醇(PVA)惨合聚环氧氯丙烷(PECH)而生成的碱性高分子 电解质薄膜具有高机械强度以及电化学稳定度极佳，在常温下，其离子导电度可 达0.01s/cm以上，可以取代传统的聚丙烯(PP) /聚乙烯(PE)不织布隔离膜 与氢氧化钾(KOH)电解质。.而且，本专利技术的碱性高分子电解质薄膜，以及再以玻璃纤维布为基材而制成 的复合式碱性聚乙烯醇掺合聚环氧氯丙垸高分子电解质薄膜，都可应用在一次及 二次碱性锌锰电池、各种金属一空气电池、镍氢电池、镍锅电池、镍锌电池、燃 料电池等碱性电池系统以及碱性电容器。本专利技术所揭示的碱性高分子电解质薄膜，是由亲水性聚乙烯醇掺合聚环氧氯 丙垸而制成。其中，聚乙烯醇的分子式结构，是以共价键和氢键所结合的半结晶 性高分子，可阻隔电子的传导，是一种柔软性相当高的高分子材料。聚乙烯醇由 于具有氢氧根，所以，亲水性相当高，与同样具有氢氧基的水及氢氧化钾，有相 当好的兼容性。而且，离子在聚乙烯醇高分子链内移动，是用金属离子与高分子 主链的强偶合作用力产生配位结合，在有电位差之下，使得离子在聚乙烯醇高分 子链内移动和传输。而聚环氧氯丙垸是具有高溶解性的高分子，玻璃转移温度为 一4(TC，在室温下具有相当好的柔软性，而且具有非常高的耐酸、耐碱以及耐候 的性质。聚环氧氯丙垸的主链上有氯离子基，在氢氧化钾水溶液中，会与溶液中 的氢氧根离子进行阴离子交换，由于氢氧根离子的离子转移系数很高，所以，有 助于提高离子导电度。本专利技术利用聚乙烯醇和聚环氧氯丙烷的各项优点，在特定的条件下，将聚乙 烯醇和聚环氧氯丙烷掺合反应制备成碱性高分子电解质薄膜，由于聚乙烯醇和聚200810035685.8说明书第5/8页环氧氛丙烷都有亲水特性，彼此的氢健结合力很强，所以，掺合度非常高，而且 掺合后的高分子电解质薄膜，除了具有如聚乙烯醇的高导电度的外，并具有聚乙 烯醇及聚环氧氯丙烷的各项优点，即具有高的离子导电度及良好的机械强度、电 化学稳定度、耐候及耐酸碱性。由聚乙烯醇掺合聚环氧氯丙烷而生成的高分子电解质薄膜，具有非常微小的 孔洞，故具有高氧气阻隔性，.将其应用于锌一空气电池上，可隔绝空气中的氧气 透过隔离膜进入到负极与锌反应产生氧化，可以增加电池的寿命。而且，氢氧化 钾电解液含浸于本专利技术的高分子电解质薄膜中，可长期保持凝胶状态，长时间置 放在电池内部也不会干固，可以延长电池的保存寿命，同时，可解决一般氢氧化 钾电解液在聚丙烯/聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性高分子电解质薄膜的制备方法，包括以下各步骤：　ａ、将聚乙烯醇溶解于７０－９０％的二甲基亚枫溶剂或水中，将聚环氧氯丙烷溶解于７０－９０％重量的二甲基亚枫溶剂或其它的有机溶剂、水中；　ｂ、在４０－８０℃下混合聚乙烯醇及聚环氧氯丙烷两高分子溶液，搅拌，进行掺合反应；　ｃ、将前步骤掺合后的高分子粘液涂布于玻璃板上控制所需的湿薄膜膜厚，或将此高分子粘液倒入培养皿中，依所需的膜厚，控制倒入适量的高分子粘液；　ｄ、将前步骤的玻璃板或培养皿，置于３０－７０℃、５－３０ＲＨ％环境下，进行恒温恒湿干燥，将溶剂完全挥发掉，即成型成膜；　ｅ、将所成型的高分子薄膜浸渍在碱金属氢氧化物水溶液内，即成为碱性固态高分子电解质薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梅，
申请(专利权)人：深圳市富易达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]