CN111048723A - 一种铅炭电池用的改性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的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：高碱玻璃纤维92～97份、化学纤维5～8份、玄武岩纤维1.4～1.8份、开口二氧化硅气凝胶2～2.7份、云母粉0.9～1.2份、所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜具有以下优点：拉伸强度和穿刺强度高，力学性能好；孔率高，且孔径适中、孔径大小均匀，能对电池极板中的脱落物质具有良好的阻隔效果，且硫酸根等小分子或离子可在本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜中快速扩散、穿过；加压吸酸量大；回弹性能好，拉伸、卷曲等不易损坏；介电性能好；总之，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。

Description

一种铅炭电池用的改性AGM隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学电源领域，具体涉及一种铅炭电池用的改性AGM隔膜及其制备方法。
背景技术
常见的动力电池包括锂离子电池、镍氢电池以及铅酸电池。锂离子电池、镍氢电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小等优点，但其安全性差，成本高。铅酸蓄电池具有成本低和安全可靠等优点，但其比能量很低，充电时间较长，在高倍率部分荷电状态下负极易发生硫酸盐化，大大缩短了电池使用寿命。
近年来随着铅酸电池技术不断发展，铅炭电池随之产生，铅炭电池是一种电容型铅酸电池，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，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。
铅炭电池负极中少量的炭材料可以发挥其超级电容的性能，在高倍率充/放电期间起到缓冲器的作用，有效地保护负极板，抑制“硫酸盐化”现象；同时提高负极材料的比表面积，增加负极材料的电导率。
铅炭电池具有快速充电能力，以及高能量、大功率特性，在高倍率部分荷电状态下有较长的循环寿命，能满足在动力电源中的使用。
AGM隔膜作为电池的“第三电极”，决定着电池性能和质量优良与否，是其成败的关键。隔膜由超细玻璃纤维(直径0.1～10μm)制成，唯一区分在于构成纤维的微观形态不同，主要体现在纤维的粗细与长短。细纤维有着较大的比表面积，使得隔膜结构较为致密，孔径较小，利于高温下电解液保持，但其弹性差，强度低；粗纤维使得隔膜弹性好，但其强度低，孔径大，易刺穿。AGM隔膜性能对铅炭电池的影响主要表现在强度吸酸、加压吸酸、回弹性能、湿态保压性能。
但是，目前所使用的铅炭电池用的改性AGM隔膜还存在以下问题：
1、拉伸强度和穿刺强度较低，力学性能较差，不耐用；
2、孔径不均匀，要么过大要么过小，在使用时容易出现阻隔效果差，电池极板中的脱落物质易穿透隔膜造成电池微短路和充放电不均等；
3、加压吸酸量、回弹性能、介电性能等综合性能差，无法满足铅炭电池对电池隔膜性能的要求。
基于上述情况，本发明提出了一种铅炭电池用的改性AGM隔膜及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅炭电池用的改性AGM隔膜及其制备方法。本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜具有以下优点：拉伸强度和穿刺强度高，力学性能好；孔率高，孔径适中、孔径大小均匀，能对电池极板中的脱落物质具有良好的阻隔效果，且硫酸根等小分子或离子可在本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜中快速扩散、穿过；加压吸酸量大；回弹性能好，拉伸、卷曲等不易损坏；介电性能好；总之，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维92～97份、
化学纤维5～8份、
玄武岩纤维1.4～1.8份、
开口二氧化硅气凝胶2～2.7份、
云母粉0.9～1.2份、
所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜具有以下优点：拉伸强度和穿刺强度高，力学性能好；孔率高，且孔径适中、孔径大小均匀，能对电池极板中的脱落物质具有良好的阻隔效果，且硫酸根等小分子或离子可在本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜中快速扩散、穿过；加压吸酸量大；回弹性能好，拉伸、卷曲等不易损坏；介电性能好；总之，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。
优选的，所述铅炭电池用的改性AGM隔膜的原料按质量百分比计包括：
高碱玻璃纤维94.5份、
化学纤维6.5份、
玄武岩纤维1.6份、
开口二氧化硅气凝胶2.35份、
云母粉1.05份、
优选的，所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
优选的，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
优选的，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.35～0.45。
优选的，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.15～0.23。
优选的，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
优选的，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为0.7～1.2um，长度为10～30mm。
优选的，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
优选的，所述云母粉的粒度为900～1000目。
本发明还提供一种所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为10～15min；
B、在碎浆机中添加质量浓度70～80％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在180～240℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜通过精选原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的高碱玻璃纤维、化学纤维(优选的，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.35～0.45。优选的，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.15～0.23。优选的，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。这样既可以大大提高本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜的强度，又可以大大提高回弹性能。)、玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，提升产品的质量稳定性，制得的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。
本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜具有以下优点：拉伸强度和穿刺强度高，力学性能好；孔率高，且孔径适中、孔径大小均匀，能对电池极板中的脱落物质具有良好的阻隔效果，且硫酸根等小分子或离子可在本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜中快速扩散、穿过；加压吸酸量大；回弹性能好，拉伸、卷曲等不易损坏；介电性能好；总之，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。
本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维92～97份、
化学纤维5～8份、
玄武岩纤维1.4～1.8份、
开口二氧化硅气凝胶2～2.7份、
云母粉0.9～1.2份、
所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
优选的，所述铅炭电池用的改性AGM隔膜的原料按质量百分比计包括：
高碱玻璃纤维94.5份、
化学纤维6.5份、
玄武岩纤维1.6份、
开口二氧化硅气凝胶2.35份、
云母粉1.05份、
优选的，所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
优选的，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
优选的，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.35～0.45。
优选的，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.15～0.23。
优选的，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
优选的，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为0.7～1.2um，长度为10～30mm。
优选的，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
优选的，所述云母粉的粒度为900～1000目。
本发明还提供一种所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为10～15min；
B、在碎浆机中添加质量浓度70～80％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在180～240℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
实施例2：
一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维92份、
化学纤维5份、
玄武岩纤维1.4份、
开口二氧化硅气凝胶2份、
云母粉0.9份、
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.35。
在本实施例中，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.15。
在本实施例中，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
在本实施例中，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为0.7～1um，长度为10～30mm。
在本实施例中，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
在本实施例中，所述云母粉的粒度为900～1000目。
在本实施例中，所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为10min；
B、在碎浆机中添加质量浓度80％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在180℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
实施例3：
一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维97份、
化学纤维8份、
玄武岩纤维1.8份、
开口二氧化硅气凝胶2.7份、
云母粉1.2份、
在本实施例中，所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.45。
在本实施例中，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.23。
在本实施例中，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
在本实施例中，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为0.9～1.2um，长度为10～30mm。
在本实施例中，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
在本实施例中，所述云母粉的粒度为900～1000目。
在本实施例中，所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为15min；
B、在碎浆机中添加质量浓度70％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在240℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
实施例4：
一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维94.5份、
化学纤维6.5份、
玄武岩纤维1.6份、
开口二氧化硅气凝胶2.35份、
云母粉1.05份、
在本实施例中，所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
在本实施例中，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.41。
在本实施例中，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.19。
在本实施例中，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
在本实施例中，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为10～30um，长度为10～30mm。
在本实施例中，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
在本实施例中，所述云母粉的粒度为900～1000目。
在本实施例中，所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为13min；
B、在碎浆机中添加质量浓度75％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在210℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
下面对本发明实施例2至实施例4得到的铅炭电池用的改性AGM隔膜以及普通AGM隔膜进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002320432960000101
从上表可以看出，与普通AGM隔膜相比，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜具有以下优点：拉伸强度和穿刺强度高，力学性能好；孔率高，且孔径适中、孔径大小均匀，能对电池极板中的脱落物质具有良好的阻隔效果，且硫酸根等小分子或离子可在本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜中快速扩散、穿过；加压吸酸量大；回弹性能好，拉伸、卷曲等不易损坏；介电性能好；总之，本发明的铅炭电池用的改性AGM隔膜综合性能优异，尤其适合用作铅炭电池的电池隔膜。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：
高碱玻璃纤维92～97份、
化学纤维5～8份、
玄武岩纤维1.4～1.8份、
开口二氧化硅气凝胶2～2.7份、
云母粉0.9～1.2份、
所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
2.根据权利要求1所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述铅炭电池用的改性AGM隔膜的原料按质量百分比计包括：
高碱玻璃纤维94.5份、
化学纤维6.5份、
玄武岩纤维1.6份、
开口二氧化硅气凝胶2.35份、
云母粉1.05份、
所述化学纤维为包括尼龙纤维和聚酯纤维的混合纤维。
3.根据权利要求1或2任一项所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维。
4.根据权利要求3所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述化学纤维为由尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维，其中所述尼龙纤维和聚酯纤维组成的混合纤维中尼龙纤维和聚酯纤维的质量之比为1：0.35～0.45。
5.根据权利要求4所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述尼龙纤维为聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的复合单丝，其中聚己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺-对苯二甲酰己二胺共聚酰胺的质量之比为1：0.15～0.23。
6.根据权利要求3所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
7.根据权利要求3所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述高碱玻璃纤维的单丝直径为0.7～1.2um，长度为10～30mm。
8.根据权利要求3所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述开口二氧化硅气凝胶为纳米开口二氧化硅气凝胶。
9.根据权利要求3所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜，其特征在于，所述云母粉的粒度为900～1000目。
10.一种如权利要求4至9任一项所述的铅炭电池用的改性AGM隔膜的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
A、在高碱玻璃纤维中添加化学纤维，得到混合纤维，然后将所述混合纤维投入碎浆机中进行疏解，疏解时间为10～15min；
B、在碎浆机中添加质量浓度70～80％的浓硫酸，使所述混合纤维分散均匀，然后加入玄武岩纤维、开口二氧化硅气凝胶和云母粉，并使各组分混合均匀，得到分散均匀的浆料；
C、浆料在成形部经重力脱水、吸湿真空脱水和强制真空脱水后，形成含水率低于68％的湿纸幅；
D、湿纸幅在180～240℃条件下干燥，然后进行分切、收卷，即得到所述铅炭电池用的改性AGM隔膜。
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