CN101471431B - 锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法 - Google Patents

锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，把非亲水性的聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚砜隔膜、聚氯乙烯隔膜通过配制亲水处理溶液和涂敷层溶液，将非亲水隔膜在亲水处理溶液和涂敷层溶液中浸泡，隔膜水洗和烘干或凉干的方法进行处理，或者在已有亲水性的聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚砜隔膜、聚氯乙烯隔膜、醋酸纤维隔膜上直接进行涂敷层溶液处理。本发明隔膜亲水处理的方法有以下有益效果：通过亲水处理的隔膜，具有良好透气性能和亲水吸液性能；通过涂敷层处理的隔膜表面涂敷添加剂，具有阻挡或抑制锌枝晶生长的作用，使锌电极性能在循环中更稳定，提高了锌电极循环寿命，从而也提高锌镍蓄电池循环寿命，使锌镍蓄电池用途更加广泛。

Description

锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法
技术领域
本发明涉及电池隔膜处理技术，特别涉及一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法。
背景技术
在锌镍碱性蓄电池技术中，传统上碱性蓄电池采用的隔膜为维纶、尼龙、无纺布、耐碱绵纸等。由于锌镍蓄电池中的锌电极具有生长锌枝晶的能力，原来的维纶、尼龙、无纺布、耐碱绵纸等已经远远满足不了锌镍蓄电池的需要。锌电极需要具备微孔、良好的亲水性能、耐强碱耐腐蚀性、抗氧化、良好的机械强度和离子导电性能，且能阻挡或抑制锌枝晶生长的隔膜。这一类隔膜往往是孔特别小的PP、PE、PSF、PVC隔膜，该类隔膜往往是非亲水性的且不具阻挡或抑制锌枝晶的能力，如果锌镍蓄电池用该类隔膜还需要进行亲水处理和表面涂敷处理，使之具有亲水和阻挡或抑制锌枝晶的性能。该类隔膜若应用在镉镍、氢镍、铅酸蓄电池中，为了提高蓄电池的性能，延长电池循环性能，也有类似的需求。该类隔膜如果不经过上述处理，提高锌镍蓄电池的技术性能和延长电池循环性能就成为不可能，则无法应用在锌镍蓄电池中。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好透气、亲水吸液性能，可阻挡和抑制锌枝晶生长，抗氧化、耐强碱腐蚀和提高电池性能、延长循环寿命的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，该方法的步骤如下：
(1)按如下重量百分比配制亲水处理溶液：
亲水表面活性剂：0.1％～30％
氧化剂：0.01～5％
酮类：0.01％～10％
醇类：0.01～10％
碱：0.01～5％
去离子水：补足余量
(2)将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5～60min；
(3)隔膜水洗：用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝6～8；
(4)按如下重量百分比配制涂敷层溶液：
抑制锌枝晶生长添加剂：0.01～30％
去离子水：补足余量
(5)将所得到的亲水性隔膜在涂敷层溶液中浸泡0.5～60min；
(6)隔膜在30℃至130℃下烘干或自然凉干。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述亲水表面活性剂包括：羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种；所述碱类包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(1)按如下重量百分比配制混合处理溶液：
亲水表面活性剂：0.1％～30％
抑制锌枝晶生长添加剂：0.01％～10％
氧化剂：0.01～5％
酮类：0.01％～10％
醇类：0.01～10％
羧酸：0.01％～5％
去离子水：补足余量
(2)将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5～60min；
(3)隔膜水洗：用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝6～8；
(4)隔膜在30℃至130℃下烘干或自然凉干。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述亲水表面活性剂包括：羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇羧酸中的一种或多种；所述羧酸包括乙酸、丙酸、聚丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活性剂、磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
本发明有以下积极有益的效果：
通过将非亲水性的PP、PE、PSF、PVC等隔膜进行亲水处理，使之具有良好透气性能、良好的亲水吸液性能；并将亲水性PP、PE、PSF、PVC、CA隔膜表面涂敷一层添加剂，使之具有阻挡或抑制锌枝晶生长的作用，这使锌电极性能在循环中更稳定，提高了锌电极的循环寿命，使锌镍蓄电池电池用途更加广泛。
具体实施方式
本发明是针对锌镍碱性蓄电池所用隔膜的处理方法，把非亲水性的PP、PE、PSF、PVC等隔膜进行亲水处理，并在其表面涂敷能抑制和阻挡锌枝晶生长的添加剂。或在已经具有亲水性的PP、PE、PSF、PVC、CA等隔膜上涂敷能阻挡或抑制锌枝晶生长的添加剂，以适合锌镍蓄电池的需要，提高锌镍蓄电池性能和循环寿命。同时该类隔膜也可以应用在镉镍、氢镍、铅酸等蓄电池中提高电池性能。
非亲水性隔膜用具有亲水性能的表面活性剂和酮、羧酸或醇以及氧化剂混合配制成的亲水处理溶液浸泡处理后则具有亲水性能。可以应用的亲水表面活性剂有：羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂、季铵盐型表面活性剂等等；羧酸有：乙酸、丙酸、聚丙烯酸、丙烯酸等等；酮类：丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮等等；醇类：乙醇、丙醇、异丙醇等待；氧化剂有：双氧水、次氯酸钠等等；碱类有：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等等。用亲水处理溶液浸泡非亲水性隔膜使之具有亲水性能。
另外，在隔膜表面涂覆一层能抑制锌枝晶生长添加剂，能抑制锌枝晶生产的添加机剂有烷基苯磺酸盐型活性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂等等。用其中的一种或多种与去离子水配制成涂敷层溶液。其中有机添加剂可减小锌电极在充放电循环过程中的变形，抑制枝晶的生长，使锌电极性能在循环中稳定，提高锌电极的循环寿命。
上述亲水表面活性剂和抑制锌枝晶添加剂详见下表：
Figure GSB00000238496500041
在使用上述活性剂时，随着隔膜的厚度增加处理难度越大，需要亲水表面活性剂的浓度也要增大、浸泡时间延长，烘干温度可以适当提高。下面以实施例来详细说明。
实施例1
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C8H17CH2COONa 0.1％
氧化剂：双氧水1％
酮类：丙酮3％
醇类：异丙醇3％
去离子水：余量
b、非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中5min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7；
d、配制涂敷层溶液
按如下重量百分比：
抑制锌枝晶生长添加剂：C8H17CH2NH3·HCl 6％
去离子水：余量
e、隔膜完全浸泡涂敷层溶液中2min；
f、65℃烘干或自然晾干。
说明：该种比例的亲水处理溶液适合厚度为6微米至20微米之间的隔膜处理。用该处理方法处理非亲水隔膜变为亲水隔膜，其吸附水量大于300％。其吸附水量计算方法：隔膜质量为M1，隔膜完全吸附水后质量为M2，则有：
Figure GSB00000238496500051
用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例2
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C9H19CH2OSO3Na 6％
氧化剂：次氯酸钠3％
酮类：丙酮2％
醇类：异丙醇2％
碱类：氢氧化钾0.5％
去离子水：余量
b、非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中20min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7；
d、配制涂敷层溶液
按如下重量百分比：
抑制锌枝晶生长添加剂：C8H17CH2NH3·HCl 6％
去离子水：余量
e、隔膜完全浸泡涂敷层溶液中5min；
f、75℃烘干或自然晾干。
说明：该种比例的亲水处理溶液适合厚度为20微米至35微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例3
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C12H25C6H5SO3K 16％
氧化剂：双氧水1％
酮类：丙酮2％
醇类：乙醇3％
去离子水：余量
b、非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中30min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7；
d、配制涂敷层溶液
按如下重量百分比：
抑制锌枝晶生长添加剂：四丁基溴化胺0.1％
去离子水：余量
e、隔膜完全浸泡涂敷层溶液中1min；
f、85℃烘干或自然晾干。
说明：该种比例的亲水处理溶液适合厚度为36微米至45微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例4
本实施例说明一种把亲水隔膜进行涂敷层的处理方法：
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C12H25CH2OSO3Na 23％
氧化剂：双氧水2％
酮类：丙酮3％
醇类：异丙醇5％
去离子水：余量
b、非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中40min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7；
d、配制涂敷层溶液
按如下重量百分比：
抑制锌枝晶生长添加剂：四丁基溴化胺9％
去离子水：余量
e、隔膜完全浸泡涂敷层溶液中1min；
f、100℃烘干或自然晾干。
说明：该种比例的亲水处理溶液适合厚度为46微米至65微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例5
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C12H25C6H5SO3Na 2％
抑制锌枝晶生长添加剂：二甲胺基环氧丙烷2％
氧化剂：双氧水0.5％
酮类：丙酮1％
醇类：乙醇1％
羧酸：丙烯酸2％
去离子水：余量
b、非亲水性隔膜浸泡混合溶液1min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝7；
d、隔膜60℃烘干。
说明：该种比例的处理溶液适合厚度为6微米至20微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例6
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C12H25CH2OSO3Na 16％
抑制锌枝晶生长添加剂：四丁基溴化胺3％
氧化剂：双氧水0.5％
酮类：丙酮1％
醇类：乙醇1％
去离子水：余量
b、非亲水性隔膜浸泡混合溶液10min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝7；
d、隔膜75℃烘干。
说明：该种比例的处理溶液适合厚度为20微米至35微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例7
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C9H19CH2OSO3K 22％
抑制锌枝晶生长添加剂：C12H25C6H5SO3K 2％
氧化剂：双氧水0.5％
醇类：异丙醇2％
去离子水：余量
b、非亲水性隔膜浸泡溶液20min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝7；
d、隔膜85℃烘干。
说明：该种比例的处理溶液适合厚度为36微米至45微米之间的隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
实施例8
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法：
a、配制处理溶液
按如下重量百分比：
亲水表面活性剂：C12H25C6H5SO3Na 26％
抑制锌枝晶生长添加剂：C12H25C6H5SO3Na 1％
氧化剂：双氧水0.5％
酮类：丙酮1％
去离子水：余量
b、非亲水性隔膜浸泡混合溶液20min；
c、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝7；
d、隔膜100℃烘干。
说明：该种比例的处理溶液适合厚度为46微米至65微米之间的隔膜。如果一种表面活性剂同时具有亲水性能和抑制锌枝晶生长的性能，则处理溶液可以应用这一种添加剂来作为亲水处理剂和抑制锌枝晶生长剂。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300％，应用到锌镍蓄电池中10A寿命达到500次以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(1)按如下重量百分比配制亲水处理溶液：
亲水表面活性剂：0.1％～30％
氧化剂：0.01～5％
酮类：0.01％～10％
醇类：0.01～10％
碱：0.01～5％
去离子水：补足余量
(2)将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5～60min；
(3)隔膜水洗：用去离子水清洗所处理的隔膜至pH＝6～8；
(4)按如下重量百分比配制涂敷层溶液：
抑制锌枝晶生长添加剂：0.01～30％
去离子水：补足余量
(5)将所得到的亲水性隔膜在涂敷层溶液中浸泡0.5～60min；
(6)隔膜在30℃至130℃下烘干或自然凉干。
2.如权利要求1所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述亲水表面活性剂包括：羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型表面活性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种；所述碱类包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
6.一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(1)按如下重量百分比配制亲水处理溶液：
亲水表面活性剂：0.1％～30％
抑制锌枝晶生长添加剂：0.01％～10％
氧化剂：0.01～5％
酮类：0.01％～10％
醇类：0.01～10％
羧酸：0.01％～5％
去离子水：补足余量
(2)将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5～60min；
(3)隔膜水洗：用去离子水清洗所处理的隔膜至pH＝6～9；
(4)隔膜在30℃至130℃下烘干或自然凉干。
7.如权利要求6所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述亲水表面活性剂包括：羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
8.如权利要求6或7所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型表面活性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种；所述羧酸包括乙酸、丙酸、聚丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
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