CN108448029B - 一种铅炭电池用agm隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅炭电池用AGM隔膜及其制备方法。本发明铅炭电池用AGM隔膜，通过采用粗细高碱玻璃纤维复配经湿法工艺制备隔膜，所得隔膜强度性能好，不仅可以满足装配机械化生产，还可以防止电池使用过程中铅枝晶穿刺隔膜，造成电池短路；加压吸酸性能好，能够吸收足够电解液保证电池大容量放电；回弹性能好，使得隔膜与极板保持紧密接触，减少活性物质的脱落；湿态保压性能好，提高了电池的容量、循环寿命；制备工艺简单，利用它生产的铅炭电池具有优异的大电流充放电性能以及循环寿命。

Description

一种铅炭电池用AGM隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铅炭电池用AGM隔膜及其制备方法，属于铅炭电池领域。
背景技术
电池隔膜是一种多孔绝缘的物质，放置于电池正负极之间，使正负极隔离开来，起到绝缘的作用。同时，电池隔膜在电池充放电过程中允许参加化学反应的离子通过，对于密闭免维护电池，还要保障正极析出的氧气通过隔板到达负极，完成氢氧复合反应。因此，电池隔膜作为电池的重要组成部分，对电池的性能起着决定性的作用，号称电池的“第三极”。
AGM隔膜作为铅炭电池的“第三电极”多有应用。铅炭电池是近年来随着铅酸电池技术的不断发展而随之产生的，铅炭电池是在铅酸电池的负极中加入了具有双电层电容特性的炭材料(C)，是一种电容型铅酸电池。铅炭电池融合了铅酸电池和超级电容器的优势，既发挥了超级电容器大容量充放电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，成为最受关注的动力电源之一。铅炭电池对电池隔膜的性能要求较高，要求电池隔膜的拉伸强度高、抗穿刺性能强、加压吸酸性能高、回弹性能大、湿态保压性能高等，然而现有的AGM隔膜尚不能满足此要求。
发明内容
为了解决现有技术中隔膜在强度性能、加压吸酸性能、回弹性能、湿态保压性能等方面存在的不足，本发明提供一种铅炭电池用AGM隔膜及其制备方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种铅炭电池用AGM隔膜，其特征在于：所述AGM隔膜由两种以上单丝直径的高碱玻璃纤维制成。
玻璃纤维的主要成分是SiO2，辅助成分有Al2O3、CaO、MgO、Na2O+K2O等。我国一般按玻璃中碱含量(Na2O+K2O)分为无碱玻璃纤维(E玻纤)、中碱玻璃纤维(C玻纤)、高碱玻璃纤维(A玻纤)。
高碱玻璃纤维(A玻纤)具有良好的耐酸性。本申请用高碱玻璃纤维中Na2O的质量含量不小于15％。玻璃纤维的单丝直径越细，纤维具有的比表面积越高，制成的AGM隔膜孔径越小，强度越高，单丝直径细的高碱玻璃纤维形成的致密的膜结构使得其在高温下吸附电解液的能力增强，加压吸酸性能好。玻璃纤维单丝直径越粗，制成的隔膜AGM孔径越大，强度越低，单丝直径粗的高碱玻璃纤维回弹性能好，湿态保压性能好。通过不同单丝直径的高碱玻璃纤维复配，可以弥补各自缺陷，制成的AGM隔膜拉伸强度高、抗穿刺性能强、加压吸酸性能强、回弹性能大、湿态保压性能高。
为了进一步提高AGM隔膜的综合性能，优选：所述高碱玻璃纤维由单丝直径为0.5～0.8μm的细高碱玻璃纤维及单丝直径为1.2～2.0μm的粗高碱玻璃纤维组成，其中细高碱玻璃纤维所占的质量百分比为为10～30％，余量为粗高碱玻璃纤维。
进一步地，优选所述高碱玻璃纤维的长度为0.5～1.2mm。隔膜孔隙率和厚度均匀性直接影响隔膜吸酸饱和度和装配压缩比，从而影响电池寿命和容量均匀性。选取该范围内长度的玻璃纤维形成的隔膜厚度较为均匀。
进一步地，优选所述隔膜的厚度为1.5～3.0mm。所述厚度值为在10kPa的测试压力下。隔膜薄，装配作业难度大，且在使用中容易被铅枝晶穿透从而造成电池失效；隔膜厚，存在隔膜结构不均，且容易出现开裂现象，致使隔膜在使用中吸酸性能差，电池使用寿命低。
一种上述铅炭电池用AGM隔膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将两种以上单丝直径的高碱玻璃纤维投入到碎浆机中，添加分散剂，疏解得到均匀分散的浆料；
(2)、将步骤(1)所得浆料在长网成型机上经重力脱水、真空吸湿脱水，后形成湿纸幅；
(3)、将步骤(2)所得湿纸幅依次经干燥、分切、卷取，即得AGM隔膜。
为了进一步提高所得隔膜的均匀性，优选所述步骤(1)中分散剂为质量浓度为75～98％的浓硫酸，浓硫酸的加入量以疏解浆料的PH在2～3内为准。
为了进一步提高所得隔膜的均匀性，优选所述步骤(1)中疏解时间为10～17min。
为了进一步提高所得隔膜的综合性能，优选所述步骤(3)中干燥温度为200～260℃。
本发明的有益效果：
a、本发明的AGM隔膜拉伸强度高、抗穿刺性能强，不仅可以满足装配机械化生产，还可以防止电池在使用过程中铅枝晶穿刺隔膜，造成电池短路。
b、本发明的AGM隔膜加压吸酸性能好，电池的内阻就小，能够吸收足够电解液保证电池大容量放电。
c、本发明的AGM隔膜回弹性能好，使得隔膜与极板保持紧密接触，减少活性物质的脱落，增加电池的使用寿命。
d、本发明的AGM隔膜湿态保压性能好，提高了电池的容量、循环寿命。
e、本法的制备方法工艺简单，易于控制。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合优选的实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
各实施例中高碱玻璃纤维购自天盛缘供应商；
各实施例中所得AGM隔膜的性能测试均使用《GB/T 28535-2012铅酸蓄电池隔板》标准。
各实施例中所得AGM隔膜通过如下方法制备：
(1)、将长度为0.5～1.2mm的两种以上单丝直径的高碱玻璃纤维投入到碎浆机中，添加质量浓度为75～98％的浓硫酸分散剂，疏解10～17min，得到PH为2～3均匀分散的浆料；
(2)、将步骤(1)所得浆料在长网造纸机上经重力脱水、真空吸湿脱水，后形成干度为30％～40％的湿纸幅；
(3)、将步骤(2)所得湿纸幅依次经干燥、分切、卷取，即得AGM隔膜，其中干燥温度为200～260℃，干燥时间为5～8min。
实施例1
取10份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，90份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为12min；干燥温度为200℃；干燥时间为8分钟；浓硫酸的质量浓度为78％。
实施例2
取10份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，90份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为15min；干燥温度为220℃；干燥时间为7分钟；浓硫酸的质量浓度为85％。
实施例3
取20份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，80份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为12min；干燥温度为220℃；干燥时间为7分钟；浓硫酸的质量浓度为90％。
实施例4
取25份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，75份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为15min；干燥温度为230℃；干燥时间为6分钟；浓硫酸的质量浓度为90％。
实施例5
取30份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，70份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为12min；干燥温度为240℃；干燥时间为6分钟；浓硫酸的质量浓度为98％。
实施例6
取30份单丝直径为0.5～0.8μm的高碱玻璃纤维，70份单丝直径为1.2～2.0μm的高碱玻璃纤维，按照上述方法制得AGM隔膜。其中：疏解时间为15min；干燥温度为240℃；干燥时间为6分钟；浓硫酸的质量浓度为98％。
以上各实施例所得AGM隔膜性能测试见表1。
表1 AGM隔膜性能测试表
Figure BDA0001591300410000041
通过上表可以看出，本发明的AGM隔膜其拉伸强度性能≥1.25，穿刺强度＞2.0，50kPa加压吸酸性能＞5.7g/g，回弹性能＞94％，湿态保压性能＞60％，完全满足铅炭电池对电池隔膜性能的要求。

Claims (5)

1.一种铅炭电池用AGM隔膜，其特征在于：所述AGM隔膜由单丝直径为0.5~0.8μm的细高碱玻璃纤维及单丝直径为1.2~2.0μm的粗高碱玻璃纤维组成，其中细高碱玻璃纤维所占的质量百分比为10~30%，余量为粗高碱玻璃纤维；所述粗、细高碱玻璃纤维的长度为0.5~1.2mm；所述AGM隔膜的厚度为1.5～3.0mm，拉伸强度性能≥1.25，穿刺强度＞2.0，50kPa加压吸酸性能＞5.7g/g，回弹性能＞94%，湿态保压性能＞60%。
2.如权利要求1所述铅炭电池用AGM隔膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将两种以上单丝直径的高碱玻璃纤维投入到碎浆机中，添加分散剂，疏解得到均匀分散的浆料；
(2)将步骤（1）所得浆料在长网造纸机上经重力脱水、真空吸湿脱水，后形成湿纸幅；
(3)将步骤（2）所得湿纸幅依次经干燥、分切、卷取，即得AGM隔膜。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中分散剂为质量浓度为75~98%的浓硫酸，浓硫酸的加入量以疏解浆料的pH在2～3内为准。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中疏解时间为10～17min。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中干燥温度为200~260℃。
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