CN102244219B

CN102244219B - 一种铅酸蓄电池用pe隔板及制备方法

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Publication number: CN102244219B
Application number: CN2011101425768A
Authority: CN
Inventors: 李昕; 魏淑缓; 张皓
Original assignee: BAODING FENGFAN RISING BATTERY SEPARATOR CO LTD
Current assignee: BAODING FENGFAN RISING BATTERY SEPARATOR CO LTD
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: CN102244219A

Abstract

一种铅酸蓄电池用PE隔板及制备方法，用于解决提高PE隔板抗氧化性问题。其技术方案是：所述隔板由下述重量单位份的原料制成：二氧化硅118～138，超高分子量聚乙烯43～53，填充油 174～215，抗氧化剂0.3～1.4,色母粒4.5～6.5，其中二氧化硅中硫酸钠的含量为7～15%。以上原料经混料、挤出成型、抽油汽提、涂剂干燥、检洞卷绕和后续加工等工序制成本产品。本发明在保持PE隔板性能特点的基础上使抗氧化性能得以明显提高。此外，由于填充油的增加，提高了隔板强度及柔韧度，使得隔板的机械强度和装配性得到改善。

Description

一种铅酸蓄电池用PE隔板及制备方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池隔板，特别是用于铅酸蓄电池或动力车蓄电池的隔板及制备方法，属蓄电池技术领域。

背景技术

隔板是蓄电池中重要组成部件，它置于蓄电池的正负极板间，隔板的优劣直接影响蓄电池的放电容量和充放电循环使用寿命。隔板在蓄电池中有以下功能，一是防止正负极板相互接触而发生电池内部短路；二是要有一定的强度，来承受在极板变形、弯曲和活性物质脱落后引起的变力；三是隔板内部能贮存一定数量的电解液，以保证电池反应的要求。此外隔板材料还要求稳定，仅含有少量有害离子、甚或不含有有害离子。根据以上要求，优质隔板应具有以下特点：1.隔板材料本身是绝缘体，但做成的隔板有疏松多孔的结构，孔径的一致性好；2.隔板的化学稳定性好，耐硫酸腐蚀、耐氧化和老化；3.隔板有较大的机械强度和韧性，具有一定的耐折性和伸长率,便于生产安装；4.隔板在硫酸中不能浸出对电池有害的杂质；5.隔板在电解液中的电阻相对小；6.隔板具有较宽广的温度适用范围。目前广泛应用在铅酸蓄电池中的隔板有：玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板、烧结聚氯乙烯（PVC）隔板、熔喷聚丙烯（PP）隔板、微孔聚乙烯PE隔板等。这些隔板都有各自的特点，但也存在各种各样的缺点。相对而言，PE隔板在多项性能指标上较其它几种隔板好，因此微孔聚乙烯PE隔板被广泛应用在铅酸蓄电池中。但是，PE隔板也存有缺点，主要是PE隔板的抗氧化性有待进一步提高。

发明内容

本发明用于克服上述已有技术之缺陷而提供一种在保持了传统PE隔板优点的基础上明显提高其抗氧化性的铅酸蓄电池用PE隔板及制备方法。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种铅酸蓄电池用PE隔板，其特别之处是，它由下述重量单位份的原料制成：二氧化硅 118～138，超高分子量聚乙烯 43～53，填充油 174～215，抗氧化剂0.3～1.4, 色母粒 4.5～6.5，其中二氧化硅中硫酸钠的含量为7～15%。

上述铅酸蓄电池用PE隔板，所述超高分子量聚乙烯粒子直径为120±15μｍ占60%～70%，所述二氧化硅平均粒径为10～25μｍ。

上述铅酸蓄电池用PE隔板，所述填充油为混合物，其成份为以下三种物质：

饱和烷烃化合物，它包括链烷烃或环烷烃，合计65～75%；

芳烃化合物：25～35%；

极性化合物：0～3%；

所述环烷烃化合物为一环环烷烃、二环环烷烃、三环环烷烃、四环环烷烃、五环环烷烃或六环环烷烃化合物，其中，一～三环环烷烃为主要成份；

所述芳烃化合物为烷基苯、环烷基苯、二环烷基苯、总单环芳烃、总双环芳烃、总三环芳烃、总四环芳烃、总五环芳烃或噻吩化合物，以总单环芳烃为主要成份；

所述极性物质为含有N，P，O，S的链烃、环烷烃或芳烃的物质。

一种铅酸蓄电池用PE隔板的制备方法，它按如下工序进行：

a. 混料：按配比称取原料，将原料中的二氧化硅、超高分子量聚乙烯、色母粒、抗氧化剂，加入到混料机中，先预混合10～20分钟，而后缓慢加入填充油，边加边混合60～90分钟，将物料充分混合均匀；

b.挤出成型：将混合好的原料由喂料器输送到挤出机中，经双螺杆挤出机挤出片材，再压制成型，挤出过程需再次加入填充油，使隔板中油含量达到60～75%之间；

c. 抽油汽提：成型后的PE隔板进入抽油机对其进行抽油处理，经过抽油处理的PE隔板油含量在10～20%，产品孔率为60±5%；汽提是使隔板中的溶剂经过加热挥发冷凝回收。

d. 涂剂干燥：将经过抽油处理的隔板进行涂覆阴离子表面活性剂，再经干燥处理，使隔板含水量在2～6%之间；

e.检洞卷绕：涂剂后的隔板经光学检洞仪进行检洞处理并标记后按照规定长度卷绕成卷；

f.后续加工：将PE隔板进行裁切、制成成品。

本发明针对提高PE隔板抗氧化性问题进行了改进，打破常规PE隔板原料配比思路，以一种硫酸钠高含量的二氧化硅作为隔板的主要原料，配以适量的超高分子量聚乙烯、填充油、抗氧化剂和色母粒，经混料、挤出成型、抽油汽提、涂剂干燥、检洞卷绕和后续加工等工序，制备出具有较高抗氧化性的铅酸蓄电池用PE隔板。采用硫酸钠高含量的二氧化硅后，能够解决隔板铅枝晶渗透问题，在保持PE隔板性能特点的基础上使抗氧化性能得以明显提高。

本发明中的填充油在隔板中的作用归纳为以下几种：

润滑作用，由于PE隔板使用的主要原料为超高分子量聚乙烯及二氧化硅，产品在加工过程中的流动性差，因此加入一定量填充油，能够降低原料之间及其与成型设备之间的摩擦，有效缓解设备的磨损。

成孔作用，利用二氧化硅对填充油的高吸附性，使成型制品中含有大量的油，在后处理过程中利用有机溶剂将部分油抽出，使隔板呈现微孔结构，以满足蓄电池的使用要求。

增塑作用，由于填充油的加入，可以有效的增加隔板的塑性，使隔板柔软易包封。

附图说明

图1是本发明隔板（1#）与常规PE隔板（3#）横向伸长率平均值随时间变化趋势图；

图2是本发明隔板（1#）与常规PE隔板（3#）横向拉力平均值随时间变化趋势图。

具体实施方式

通常硫酸钠作为二氧化硅中杂质成分，制作普通PE隔板所用的二氧化硅中硫酸钠的含量控制在1.2%以下。本发明的关键技术是以硫酸钠含量在7～15%的专用二氧化硅为主要原料，此专用二氧化硅以沉淀法制备，其工艺过程：水玻璃和硫酸反应生成硅酸和硫酸钠，在反应室内，经过沉降硅酸微粒子自成聚硅酸微粒子，随后这些聚硅酸微粒子渐渐长大形成链状水合硅酸聚集体。这些聚集体在过滤洗涤后形成滤饼，滤饼打浆送入干燥设备中再次粉碎可得二氧化硅。在聚集体过滤洗涤形成滤饼的过程中控制生成物硫酸钠的含量在7～15%之间即可得本发明产品专用二氧化硅。

采用上述专用二氧化硅中能够解决隔板铅枝晶渗透问题，具体解释如下：

一、电池在放电过程中反应方程式：

负极：Pb +SO42- -2e = PbSO4

正极：PbO2+4H++SO42- +2e = PbSO4+2H2O

也就是说电池放电产生PbSO4物质。

⑴ 硫酸铅为白色粉末颗粒物，在20摄氏度，基本不溶解，溶解度在0.1克以下。PbSO4的溶解度为0.0041克/100克水(20℃)。硫酸铅溶解性：微溶于热水（微溶大于等于0.01g小于1g）。也就是说PbSO4放入水中一部分会溶解成Pb2+ + SO42-，而放入酸中不溶解。

⑵ 电池在深放电过程中电解液比重会接近于水的比重，也就是说电解液接近于水了。此时PbSO4一部分会溶解成Pb2+ 和SO42-。

二、PE隔板最大孔径为1.0μm（10-6m），而溶液的定义为分散质的粒子直径＜1nm（10-9m）的分散系。分散质是分子或离子，具有透明、均匀、稳定的宏观特征。Pb2+ + SO42-的粒子直径＜1nm（0.001μm），远远小于PE隔板最大孔径1.0μm。

三、因此深放电发生后电解液接近于水了，Pb2+ + SO42-会存在于隔板的孔径中，此时不论隔板孔径如何小，孔道如何弯曲，离子态的硫酸铅均会存在其中。当电池充电时， PE隔板中分布的硫酸钠溶解在电解液和隔板孔径电解液中，硫酸根SO42-浓度增加，使粒子状态的硫酸铅不易生成，不会因溶解度降低而沉淀于隔板孔径中，更不会累积起来形成铅枝晶短路导致电池报废。

本发明PE隔板平均孔径（0.03um）较小，强度、耐折度较好（横向伸长率较大），装配性能较好，尤其抗氧化性能明显优于常规PE隔板，抗氧化试验性能对比见表1、表2和图1、图2。

表1，本发明隔板（1#）与常规PE隔板（3#）横向伸长率试验对比：

表2，本发明隔板（1#）与常规PE隔板（3#）横向拉力试验对比：

从表1、表2和图1、图2中可以看出本发明PE隔板的抗氧耐腐性能明显高于常规PE隔板。

此外，在相同的充电、放电状态下，电池解剖后极板的反应不同，本发明PE隔板的使用使正极板上产生的白色硫酸铅物质量降低，说明利于在电池中的使用。

本发明所述PE隔板的制备方法，按如下工序进行：

a. 混料：按配比称取原料：二氧化硅 118～138，超高分子量聚乙烯 43～53，填充油 174～215，抗氧化剂（4，4，--硫代双--（3-甲基，6-叔丁基苯酚））0.3～1.4, 色母粒 4.5～6.5，其中二氧化硅中硫酸钠的含量为7～15%之间。将原料中的二氧化硅、超高分子量聚乙烯、色母粒、抗氧化剂，加入到混料机中，先预混合10～20分钟，而后缓慢加入填充油，边加边混合60～90分钟，将物料充分混合均匀。

b.挤出成型：将混合好的原料由喂料器输送到挤出机中，经双螺杆挤出机挤出片材，再压制成型，由于本发明原料配比的流动性比较差，挤出过程需再次加入填充油，使隔板中油含量达到60～75%之间，以改善熔融物料的流动性，降低原料和机械之间的摩擦。

c. 抽油汽提：成型后的隔板中含有大量的填充油，进入抽油机后利用化学溶剂三氯乙烯对其进行抽油处理，将填充油溶出，形成产品所需的孔率60±5%，经过抽油处理的PE隔板油含量在10～20%之间。

d. 涂剂干燥：将经过抽油处理的隔板进行涂覆阴离子表面活性剂，再经过汽提机干燥处理，使隔板含水量在2～6%之间；

f.后续加工：根据客户不同尺寸要求进行加工，将PE隔板进行裁切、制成成品。

以下提供几个具体的实施例：

实施例1：按重量单位份称取原料：二氧化硅 118，超高分子量聚乙烯 53，抗氧化剂0.3, 色母粒4.5，其中二氧化硅中硫酸钠的含量为7～15%之间，平均粒径为10～25μｍ；超高分子量聚乙烯粒子直径为120±15μｍ占65%。将原料中的二氧化硅、超高分子量聚乙烯、色母粒、抗氧化剂，加入到混料机中，先预混合15分钟，而后缓慢加入填充油174，边加边混合60分钟，将物料充分混合均匀后；将混合好的原料由喂料器输送到挤出机中，经双螺杆挤出机挤出片材，再压制成型，挤出过程需再次加入填充油，使隔板中油含量达到60%；成型后的PE隔板进入抽油机后对其进行抽油处理，经过抽油处理的PE隔板油含量在10%，产品孔率为60±5%；将经过抽油处理的隔板进行涂覆阴离子表面活性剂，再经干燥处理，使隔板含水量在2%；涂剂干燥后的隔板经光学检洞仪进行检洞处理并标记后按照规定长度卷绕成卷，进行裁切、制成成品。

实施例2：按重量单位份称取原料：二氧化硅 128，超高分子量聚乙烯 48，抗氧化剂0.90, 色母粒5.6。将原料中的二氧化硅、超高分子量聚乙烯、色母粒、抗氧化剂，加入到混料机中，先预混合15分钟，而后缓慢加入填充油194，边加边混合75分钟，将物料充分混合均匀后；将混合好的原料由喂料器输送到挤出机中，经双螺杆挤出机挤出片材，再压制成型，挤出过程需再次加入填充油，使隔板中油含量达到65%；成型后的PE隔板进入抽油机后对其进行抽油处理，经过抽油处理的PE隔板油含量在15%，产品孔率为60±5%；将经过抽油处理的隔板进行涂覆阴离子表面活性剂，再经干燥处理，使隔板含水量在4%；涂剂干燥后的隔板经光学检洞仪进行检洞处理并标记后按照规定长度卷绕成卷，进行裁切、制成成品。

实施例3：按重量单位份称取原料：二氧化硅 138，超高分子量聚乙烯 43，抗氧化剂1.4, 色母粒6.5。将原料中的二氧化硅、超高分子量聚乙烯、色母粒、抗氧化剂，加入到混料机中，先预混合20分钟，而后缓慢加入填充油215，边加边混合90分钟，将物料充分混合均匀后；将混合好的原料由喂料器输送到挤出机中，经双螺杆挤出机挤出片材，再压制成型，挤出过程需再次加入填充油，使隔板中油含量达到70%；成型后的PE隔板进入抽油机后对其进行抽油处理，经过抽油处理的PE隔板油含量在20%，产品孔率为60±5%；将经过抽油处理的隔板进行涂覆阴离子表面活性剂，再经干燥处理，使隔板含水量在4%；涂剂干燥后的隔板经光学检洞仪进行检洞处理并标记后按照规定长度卷绕成卷，进行裁切、制成成品。

Claims

1.一种铅酸蓄电池用PE隔板的制备方法，其特征在于，所述铅酸蓄电池用PE隔板由下述重量单位份的原料制成：二氧化硅 118～138，超高分子量聚乙烯 43～53，填充油174～215，抗氧化剂0.3～1.4, 色母粒 4.5～6.5，其中二氧化硅中硫酸钠的含量为7～15%；

所述填充油为混合物，其成份为以下三种物质：

饱和烷烃化合物，它包括链烷烃或环烷烃，合计65～75%；

芳烃化合物：25～35%；

极性化合物：0～3%；

所述极性物质为含有N，P，O，S的链烃、环烷烃或芳烃的物质；

制备按如下工序进行：

c. 抽油汽提：成型后的PE隔板进入抽油机对其进行抽油处理，经过抽油处理的PE隔板油含量在10～20%，产品孔率为60±5%；

f.后续加工：将PE隔板进行裁切、制成成品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯粒子直径为120±15μｍ占60%～70%，所述二氧化硅平均粒径为10～25μｍ。