CN106129305B - 一种用于镍锌电池的微孔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池领域,提供一种用于镍锌电池的微孔膜及其制备方法。该制备方法具体包括：1)将氢氧化锌前驱体溶于水中形成溶液；2)将聚四氟乙烯微孔膜平放在玻璃板上，加入醇将其完全浸润，排除气泡；加入高沸点溶剂进行溶液交换；3)将溶液滴加在聚四氟乙烯微孔膜的孔隙里，室温下晾至微干后，将聚四氟乙烯微孔膜移入氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液中浸泡，取出晾干，得到微孔膜。微孔膜孔隙内复合有氢氧化锌，形成微孔。本发明的有益效果为：微孔膜微孔能够传导OH‑，同时具有抗氧化还原性，保证锌溴电池的高性能；氢氧化锌吸收碱，聚四氟乙烯能够防止锌的枝晶问题；成本低，具有一定的应用价值和市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域,提供一种用于镍锌电池的微孔膜及其制备方法。
背景技术
镍锌电池是一种高性能绿色二次动力电池，具有比能量高，低温性能好和无记忆效应。在生产和使用过程中不会对环境造成污染，被誉为真正的“绿色电池”，具有广阔的研究前景。
隔膜置于电池的正负极之间，防止正负极活性材料直接接触造成电池短路。由于镍锌电池的特殊性能要求隔膜具有抗锌枝晶穿透，耐强碱、抗氧化、易被电解液浸润、具有良好的机械强度、较强的柔韧性、低电阻和高离子导电性等特点。而单一隔膜很难具备所有要求，所以目前镍锌电池的隔膜都是多种单一隔膜组合使用。常采用聚丙烯微孔膜、聚丙烯纤维无纺布和尼龙纤维无纺布膜为主隔膜，聚丙烯无纺布和水化纤维素膜为辅隔膜。但是这种组合膜的使用会带来的问题是两层膜间由于接触的面的问题产生电阻变大,影响电池性能。
发明内容
为了解决目前镍锌电池中多种单一隔膜组合使用带来的大电阻的技术问题，本发明提供一种用于镍锌电池的微孔膜及其制备方法，制备得到的微孔膜具有很高的抗氧化还原性，制造成本低廉，同时可以很好的吸附碱，能够保证锌溴电池的高性能和长寿命，具有广泛的应用前景。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将氢氧化锌前驱体溶于水中，在常温下搅拌溶解形成溶液；所述的前驱体为氯化锌、溴化锌、硫酸锌或硝酸锌。
第二步，将聚四氟乙烯微孔膜平放在玻璃板上，加入醇将其完全浸润，并排除气泡；再加入高沸点溶剂，进行溶液交换,以免微孔膜内气泡产生。所述的醇为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇或正丁醇；所述的高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜或N,N-二甲基乙酰胺。所述的聚四氟乙烯微孔膜的孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的60％-90％。
第三步：将第一步得到的溶液滴加在聚四氟乙烯微孔膜的孔隙里，确保聚四氟乙烯微孔膜完全浸在溶液中；在室温下晾至微干后，将聚四氟乙烯微孔膜移入氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液中浸泡，取出晾干，得到目标膜。制备得到的微孔膜能够用于镍锌电池。
采用上述制备方法制备而成的用于镍锌电池的微孔膜，所述的微孔膜采用聚四氟乙烯微孔膜为基膜，基膜孔隙内复合有氢氧化锌，形成微孔，可以传导 OH-，同时具有抗氧化还原性，从而保证了锌溴电池的高性能；所述的基膜的孔径范围为0.02um～1.5um,所述的基膜的孔隙率为基膜表面积的60％-90％。
本发明的有益效果是：本发明采用聚四氟乙烯作为基膜，在其孔隙内复合氢氧化锌，形成纳米级微孔膜，可以很好的吸附碱来传导OH-，同时利用聚四氟乙烯完美的抗氧化还原性，从而保证锌溴电池的高性能和长寿命。聚四氟乙烯还能够防止锌的枝晶问题，氢氧化锌的存在又可以吸收碱。这一种膜就具有普通镍锌电池内多种组合膜的功能。同时，由于其成本低廉，因此具有一定的应用价值和市场前景，为镍锌电池工业化提供可能。
附图说明
图1为小孔径聚四氟乙烯微孔膜的隧道扫描显微镜照片。
图2为大孔径聚四氟乙烯微孔膜的隧道扫描显微镜照片。
图3为目标膜的横断面隧道扫描显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
一种用于镍锌电池的微孔膜的制备，包括以下步骤：
步骤1：将10克氯化锌溶于100毫升水中形成溶液待用。
步骤2：将一块孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的80％的聚四氟乙烯微孔膜伸开固定，将其平放在玻璃板上；然后加入少量无水乙醇将其完全浸润，并排除气泡；最后加入少量N,N-二甲基乙酰胺，使其进行溶液交换。
步骤3：将步骤1中的溶液滴加在聚四氟乙烯膜的孔隙里，要确保聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在室温下自然蒸发微干；移入1摩尔每升的氢氧化钾水溶液浸泡，5小时后取出晾干，即得目标膜。图2此实例采用的基膜的隧道扫描显微镜照片，图3是此实例采用的目标膜的隧道扫描显微镜照片；从图中我们可以看到氢氧花锌已经严密的填充到聚四氟乙烯的微孔中了，确保可以有效的传导氢氧根负离子。
实施例2
一种用于镍锌电池的微孔膜的制备，包括以下步骤：
步骤1：将15克硫酸锌溶于200毫升水中形成溶液待用。
步骤2：将一块孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的70％的聚四氟乙烯微孔膜伸开固定，将其平放在玻璃板上；然后加入少量无水异丙醇将其完全浸润，并排除气泡；最后加入少量N-甲基吡咯烷酮，使其进行溶液交换。
步骤3：将步骤1中的溶液滴加在聚四氟乙烯膜的孔隙里，要确保聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在室温下自然蒸发微干；移入1摩尔每升的氢氧化钠水溶液浸泡，4小时后取出晾干，即得目标膜。
实施例3
一种用于镍锌电池的微孔膜的制备，包括以下步骤：
步骤1：将50克硝酸锌溶于400ml水中形成第一溶液待用。
步骤2：将一块孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的90％的聚四氟乙烯微孔膜伸开固定，将其平放在玻璃板上；然后加入少量无水甲醇将其完全浸润，并排除气泡；最后加入少量二甲亚砜，使其进行溶液交换。
步骤3：将步骤1中的溶液滴加在聚四氟乙烯膜的孔隙里，要确保聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在室温下自然蒸发微干；移入2摩尔每升的氢氧化钠水溶液浸泡，6小时后取出晾干，即得目标膜。
实施例4
一种用于镍锌电池的微孔膜的制备，包括以下步骤：
步骤1：将10溴化锌溶于100ml水中形成第一溶液待用。
步骤2：将一块孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的60％的聚四氟乙烯微孔膜伸开固定，将其平放在玻璃板上；然后加入少量无水乙醇将其完全浸润，并排除气泡；最后加入少量N,N-二甲基甲酰胺，使其进行溶液交换。
步骤3：将步骤1中的溶液滴加在聚四氟乙烯膜的孔隙里，要确保聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在室温下自然蒸发微干；移入1摩尔每升的氢氧化钾水溶液浸泡，5小时后晾干，即得目标膜。本发明中所制备的一种用于镍锌电池的微孔膜电阻小10毫欧，并且抗氧化还原性高，对碱的吸收程度高。是镍锌电池的理想用膜。
Claims (5)
1.一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
第一步，将氢氧化锌前驱体溶于水中，在常温下搅拌溶解形成溶液；
第二步，将聚四氟乙烯微孔膜平放在玻璃板上，加入醇将其完全浸润，并排除气泡；再加入高沸点溶剂，进行溶液交换,避免微孔膜内产生气泡；所述的聚四氟乙烯微孔膜的孔隙率为聚四氟乙烯微孔膜表面积的60％-90％；
第三步：将第一步得到的溶液滴加在聚四氟乙烯微孔膜的孔隙里，确保聚四氟乙烯微孔膜完全浸在溶液中；在室温下晾至微干后，将聚四氟乙烯微孔膜移入氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液中浸泡，取出晾干，得到目标产物微孔膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，其特征在于，第一步所述的前驱体为氯化锌、溴化锌、硫酸锌或硝酸锌。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，其特征在于，所述的醇为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇或正丁醇。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，其特征在于，所述的高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜或N,N-二甲基乙酰胺。
5.根据权利要求3所述的一种用于镍锌电池的微孔膜的制备方法，其特征在于，所述的高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜或N,N-二甲基乙酰胺。
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