CN102516573A

CN102516573A - 有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法

Info

Publication number: CN102516573A
Application number: CN2011103793213A
Authority: CN
Inventors: 黄斯华
Original assignee: Shenzhen Hua Sheng Da Zipper Co ltd
Current assignee: Shenzhen Hua Sheng Da Zipper Co ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明提供了一种有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法，涉及复合碱性电池隔膜的制备方法；它包括以下步骤：第一步、取一定量的有机聚合物纤维加热至85℃-90℃并搅拌使有机聚合物纤维完全溶解；第二步、向上述完全溶解的机聚合物纤维中加入定量的、溶解好的无机纳米硅酸盐；第三步、继续加热并搅拌至有机聚合物纤维与无机纳米硅酸盐的混合物成粘稠状；第四步、将第三步中成粘稠状的混合物放入模具中干燥成膜。按照上述方法制备的有机无机复合碱性电池隔膜，具有亲水性好、机械强度好、结构致密、孔隙率大、抗氧化能力强、大电流放电性能好等特点，能够提高的电池的性能。

Description

有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法

【技术领域】

本发明涉及电池制造技术，尤其涉及复合碱性电池隔膜的制备方法。

【背景技术】

随着人们对环境保护的重视，镍锌、镍氢、锌锰电池等碱性电池作为无污染的“绿色电池”被人们广泛使用。尤其是镍氢具有比能量高，电池容量大，耐过充、放等特征。在上述的碱性电池中隔膜是其关键组成部分之一，除起到隔离正负极的作用外，还必须具有良好的吸碱能力和优良的化学稳定性。以往的碱性电池所使用的隔膜通常用非织布材料制造，通常采用亲水性良好的维尼纶和聚酰胺纤维等非织布，例如公开专利CN101581054A提到的维尼纶非织布吸碱保碱能力好，但其抗氧化能力差，致使电池的性能受到很大的影响；又如公开专利CN1656630A中提到的聚酰胺纤维非织布隔膜在碱性溶液中会水解生成例如硝酸根离子、亚硝酸根离子、氨等杂质，这些杂质的参在会导致电池严重的自放电和电池性能下降，尤其特别指出的是上述的电池隔膜孔隙太大，经常会出现负极活性物质透过隔膜导致电池短路；而现在较广泛使用的一种辐射接枝膜，如公开专利CN1970705A中提到的辐射接枝膜，其各方面性能优良但是制备工序繁杂、成本较高。

目前已有大量的文献对复合有机聚合物膜进行过报道，如文献《PVA-膨润土-KOH-H₂O复合碱性聚合物电解质的制备和表征》一文中用膨润土作为无机参杂剂制备的复合碱性聚合物电解质膜，复合碱性聚合物电解质膜的电导率最高可达0.11S/cm，，但循环寿命不够理想。

【发明内容】

本发明针对现有技术中电池隔膜亲水性差、机械强度差、结构不严密、孔隙率小、抗氧化能力差及大电流放电性能差等诸多不足提供的一种有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)取一定量的有机聚合物纤维加热至85℃-90℃并搅拌使有机聚合物纤维完全溶解；

2)向上述完全溶解的机聚合物纤维中加入定量的、溶解好的无机纳米硅酸盐；

3)继续加热并搅拌至有机聚合物纤维与无机纳米硅酸盐的混合物成粘稠状；

4)将步骤3中成粘稠状的混合物放入模具中干燥成膜。

下面对以上技术方案作进一步阐述：

进一步地，所述有机聚合物纤维与无机纳米硅酸盐的混合物的组分配比为：有机聚合物纤维为60～90％，无机纳米硅酸盐为10～40％。

进一步地，所述有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸中的一种或一种以上的混合物。

进一步地，所述有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物；其中，所述聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸所占混合物的比例为：聚乙烯醇为70～100％，聚乙二醇为0～30％，聚丙烯醇为0～30％，为聚丙烯酸0～5％。

进一步地，所述有机聚合物纤维的分子量在1000到5000之间。

进一步地，所述无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙中的一种或一种以上的混合物。

进一步地，所述无机纳米硅酸盐的粒径在10纳米到100纳米之间。

进一步地，所述步骤4中将粘稠状的混合物放入模具中干燥成膜是在100℃的真空环境下完成的。

本发明的有益效果在于：本方法制备的碱性电池隔膜，该碱性电池隔膜由有机聚合物纤维和无机纳米硅酸盐复合而成，有机聚合物纤维和无机纳米硅酸盐的组分配比为：有机聚合物纤维60～90％，无机纳米填充剂10～40％；有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸中的一种或一种以上的混合物，其配比为聚乙烯醇70～100％，聚乙二醇0～30％，聚丙烯醇0～30％，聚丙烯酸0～5％。而无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙的一种或一种以上的混合物，他们的粒径在在10到100纳米之间。由于无机纳米硅酸盐在水溶液中溶胶化可以很好的分散在PVA中，使得制备的复合碱性电池隔膜具有很好的机械强度。尤其是碱金属及碱土金属的硅酸复合盐是一种性能独特的无机纳米材料，在水溶液中能自组装形成一种三维“卡宫片”堆积结构，其中通过氢键吸附大量的水分子。这种辅助成膜材料与PVA复合，将增强隔膜的吸碱保碱能力和机械强度。

[0019] 按照上述方法制备的有机无机复合碱性电池隔膜，具有亲水性好、机械强度好、结构致密、孔隙率大、抗氧化能力强、大电流放电性能好等特点，能够提高的电池的性能。尤其是其结构致密能够有效的防止负极正极活性物质的渗透和负极枝晶穿破隔膜而引起的电池短路，这点将对镍锌电池的性能有很多的改善。

【附图说明】

图1为复合隔膜与商业隔膜的各项数据对比表；

图2为复合隔膜与商业隔膜150次循环的充放电曲线。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述：

实施例一

该实施例中，有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法，它包括以下步骤：

取60％的有机聚合物纤维及40％无机纳米硅酸盐作为将要混合的制备材料；其中，有机聚合物纤维为聚乙烯醇，聚乙烯醇的分子量在1000；无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂，硅酸镁锂的粒径在10纳米。

第一步，将聚乙烯醇加热至85℃并搅拌使聚乙烯醇完全溶解；

第二步，向上述完全溶解的聚乙烯醇中加入溶解好的硅酸镁锂；

第三步，继续加热并搅拌至聚乙烯醇与硅酸镁锂的混合物成粘稠状；

第四步，将第三步中成粘稠状的混合物放入100℃的真空环境的模具中干燥成膜。

实施例二、

取80％的有机聚合物纤维及20％无机纳米硅酸盐作为将要混合的制备材料；其中，有机聚合物纤维为聚乙烯醇及聚乙二醇的混合物，其分子量在3000；无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂及硅酸镁铝的混合物，无机纳米硅酸盐的粒径在30纳米。

第一步，将聚乙烯醇及聚乙二醇的混合物加热至90℃并搅拌使聚乙烯醇及聚乙二醇的混合物完全溶解；

第二步，向上述完全溶解的聚乙烯醇及聚乙二醇的混合物中加入溶解好的硅酸镁锂及硅酸镁铝的混合物；

第三步，继续加热并搅拌至聚乙烯醇及聚乙二醇的混合物与硅酸镁锂及硅酸镁铝的混合物成粘稠状；

实施例三

取90％的有机聚合物纤维及10％无机纳米硅酸盐作为将要混合的制备材料；其中，有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物，其分子量在5000；无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙的混合物，无机纳米硅酸盐的粒径在30纳米。

第一步，将聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物加热至90℃并搅拌使聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物完全溶解；

第二步，向上述完全溶解的聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物中加入溶解好的硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙的混合物；

第三步，继续加热并搅拌至聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物与硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙的混合物成粘稠状；

实施例四

将聚乙烯醇配制成7％的水溶液，将硅酸镁锂配制成5％的溶胶(聚乙烯醇∶硅酸镁锂＝8∶2)，将上述的两种溶液混合起来，加热搅拌至混合物粘稠可以成丝时，将其倒入成膜模具中，真空100℃干燥成膜，即得到所述的无色透明电池隔膜。

将上述制备的电池隔膜和商业隔膜各组装5个200mAh镍氢电池(商业化镍电极和MH电极)进行1倍率充放电模拟实验。各项试验数据如图1及图2所示。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)取一定量的有机聚合物纤维加热至85℃一90℃并搅拌使有机聚合物纤维完全溶解；

4)将步骤3中成粘稠状的混合物放入模具中干燥成膜。

2.根据权利要求1所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述有机聚合物纤维与无机纳米硅酸盐的混合物的组分配比为：有机聚合物纤维为60～90％，无机纳米硅酸盐为10～40％。

3.根据权利要求1所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸中的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述有机聚合物纤维为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸混合的混合物；其中，所述聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯醇及聚丙烯酸所占混合物的比例为：聚乙烯醇为70～100％，聚乙二醇为0～30％，聚丙烯醇为0～30％，为聚丙烯酸0～5％。

5.根据权利要求4所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述有机聚合物纤维的分子量在1000到5000之间。

6.根据权利要求1所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述无机纳米硅酸盐为硅酸镁锂、硅酸镁铝、硅酸铝、硅酸锆及硅酸钙中的一种或一种以上的混合物。

7.根据权利要求6所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述无机纳米硅酸盐的粒径在10纳米到100纳米之间。

8.根据权利要求6所述的有机无机复合的碱性电池隔膜的制备方法；其特征在于：所述步骤4中将粘稠状的混合物放入模具中干燥成膜是在100℃的真空环境下完成的。