CN102169974A - 一种玻纤复合增强型隔板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于蓄电池的隔板，公开了一种玻纤复合增强型隔板及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：（1）按比例称取各原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入溶剂使体系均匀混合，并控制体系粘度为10.0～200.0Pa.s得到混合物甲；（2）将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，然后经温水浸提再烘干即得到玻纤复合增强型隔板。由于玻纤的存在，有效提高了隔板的机械强度，优化了孔结构，改善了润湿性。使用本发明的隔板装配电池，可优化电池内部氧气循环，防止铅枝晶生长，提高电池容量，降低电池内阻，避免电池过早失效，有效改善电池性能，显著延长了电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于蓄电池的隔板，特别是涉及一种玻纤复合增强型隔板。
背景技术
隔板是铅酸蓄电池中的重要组成部件，号称“第三电极”，它置于电池正负极极板之间，既可以防止正负极在电解液中发生短路，同时还保证电解液在正负极之间具有良好的导电性，还具有减轻极板弯曲、防止正极活性物质脱落、良好的保液性、提供气体通道等作用。随着铅酸蓄电池用途越来越广泛，作为铅酸蓄电池四大组件之一的隔板，其性能的好坏，直接影响着铅酸蓄电池质量的高低。
优质的隔板应具有孔隙率高、厚度均匀、耐酸性强、回弹性和可压缩性良好的特性。目前我国常用的铅酸蓄电池隔板有:PE型、PVC烧结型、PVC微孔型、10G型及AGM型。10G隔板是用超细玻璃纤维制成隔板基材，然后喷淋有机黏结剂制成的，虽然孔隙率高达92%～94%，但由于玻璃纤维弹性低，其隔板的回弹性和可压缩性低，更重要的是，其强度不够。由于电池充放电循环过程中极板体积会发生变化，如果隔板体积不能随之变化，将导致极板与隔板之间产生空隙，隔板对极板上活性物质的支撑作用逐渐消失，从而导致活性物质逐渐脱离极板进入电解液，电池的循环寿命缩短。另一方面，电池在充放电过程中活性物质的转化将涉及到活性物质的膨胀和收缩，难免给隔板产生一定的应力，如果没有一定强度保证，在机械包装时，隔板就有可能会发生断裂，从而造成电池过早失效，这对于连续的电池生产是不允许的。因此，为了满足蓄电池的装配要求，提高隔板的强度是必要的。虽然目前国内外也有以PVC树脂为材料生产的隔板，但是其质地脆，强度低，在运输、装配及使用过程中容易破碎或破裂，并没有解决上述问题。因此，为了促进铅酸蓄电池行业发展，急需开发一种具有优良机械强度的隔板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好回弹性与可压缩性、高强度的玻纤复合增强型隔板。
本发明还提供上述玻纤复合增强型隔板的制备方法。
一种玻纤复合增强型隔板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按比例称取各原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入溶剂使体系均匀混合，并控制体系粘度为10.0～200.0Pa.s得到混合物甲；原料的组成按重量百分比是：PVC树脂 35～89%；SiO2粉体 9.0～55%；玻纤 0.9～55%；导电剂 0.1～5%；
（2）将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.1～1.0mm的薄片；成型后经过温度为30～40℃的温水浸提2～10分钟，浸提后经过40～60℃的烘道烘干20～40分钟即得到玻纤复合增强型隔板。
进一步的，所述SiO2粉体为比表面积为150～380m2/g 的SiO2粒子或粒径为1～3μm的SiO2粒子或其混合物。
进一步的，所述玻纤的直径为1～10μm，长度为0.5～5mm。所述玻纤为中碱玻纤、无碱玻纤、高碱玻纤中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述溶剂为四氢呋喃、丁酮、丙酮、二甲亚砜中的一种或两种以上的混合溶剂。
现今，铅酸蓄电池行业普遍使用的隔板种类繁多，主要有：AGM隔板，橡胶隔板，烧结聚氯乙烯隔板( PVC 隔板) ，熔喷聚丙烯隔板( PP 隔板) 和微孔聚乙烯隔板( 隔板)。但由于上述隔板自身都存在一定的缺陷，不能完全满足高性能铅酸蓄电池特别是胶体蓄电池的使用需求。
本发明采用合适种类和比例的玻纤组分与PVC复合，使隔板具有良好的机械强度；加入无机填料，可提高隔板的强度、孔隙率及与电解液的亲和性。应用本发明所制备的隔板使电池性能显著提高，寿命更长。
本发明所述玻纤复合增强型隔板与已有技术相比，其优点体现在：
1.传统溶剂法PVC隔板是将二氧化硅粉体与PVC复合制成的，由于二氧化硅与PVC树脂间的界面结合差，隔板材料非常脆，不利于隔板的后期加工、运输及使用。本发明提供的新型玻纤复合增强型隔板在此基础上添加了玻纤材料，玻纤具有一定的长径比，能更好的与PVC结合，大大增强了隔板的机械强度。其拉伸强度和断裂伸长率得到明显提高，可避免隔板在运输或装配过程中破损，断裂，防止铅酸蓄电池过早失效，有效延长电池的使用寿命。
2.玻纤的加入改变了隔板内部孔结构，不但孔隙率有所提高，而且孔径小，孔径分布均匀，更重要的是使孔隙更加迂回曲折，在为氧气复合提供合适的通道的同时起到控制氧气复合速度的作用，使电池负极的充电接受能力更高，有效改善了电池的性能。
3.PVC是一种低极性材料，本身亲水性较差，不容易被电解液浸润。玻纤与硫酸的接触角为0°，能快速与电解液结合，有效改善隔板的润湿性，使其在1s内能够被完全浸透。另外，隔板的酸置换量也有所降低，能吸收更多的电解液，提高了电池容量，降低了电池内阻。
4.本发明提供的玻纤复合增强型隔板能广泛适用于各种铅酸蓄电池，特别适用于胶体蓄电池。可应用于牵引型电池、固定型电池、电动车电池、储能电池等领域。
附图说明
图1是实施例1制备的隔板表面的扫描电镜图。
图2是实施例2制备的隔板表面的扫描电镜图。
图3是实施例3制备的隔板表面的扫描电镜图。
图4是实施例4制备的隔板断面的扫描电镜图。
图5是实施例5制备的隔板断面的扫描电镜图。
图6是实施例6制备的隔板断面的扫描电镜图。
图7是实施例7制备的隔板表面的扫描电镜图。
图8是实施例8制备的隔板表面的扫描电镜图。
图9是实施例9制备的隔板表面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
下列实施例中，按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉、SiO2粉体、玻纤及导电剂。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入溶剂使体系均匀混合，并控制体系粘度为10.0～200Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.1～1.0mm的薄片。成型后经过温度为30～40℃的温水浸提2～10分钟，浸提后经过40～60℃的烘道烘干20～40分钟即得到玻纤复合增强型隔板。
实施例1
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉35.0g、比表面积为150m2/g的SiO2粒子55g、直径为1μm，长度为0.5mm的中碱玻璃纤维棉9.9g及炭黑0.1g。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入丙酮使体系均匀混合，并控制体系粘度为200.0Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.1mm的薄片。成型后经过温度为40℃的温水浸提2分钟，浸提后经过40℃的烘道烘干40分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图1所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例2
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉89.0g、比表面积为200m2/g的SiO2粒子9g、直径为10μm，长度为5mm的中碱玻璃纤维棉1.9g及石墨0.1g。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入四氢呋喃使体系均匀混合，并控制体系粘度为10.0Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.5mm的薄片。成型后经过温度为30℃的温水浸提10分钟，浸提后经过60℃的烘道烘干20分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图2所示, 玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例3
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉52g、比表面积为200m2/g的SiO2粒子42.1g、直径为5μm，长度为2.5mm的无碱玻璃纤维棉0.9g及炭黑5.0g。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入二甲亚砜使体系均匀混合，并控制体系粘度为102.3Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为1.0mm的薄片。成型后经过温度为35℃的温水浸提5分钟，浸提后经过56℃的烘道烘干34分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图3所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例4
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉35g、比表面积为150m2/g的SiO2粒子9.0g、直径为3μm，长度为2.5mm的高碱玻璃纤维棉55g及炭黑1.0g。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入丁酮使体系均匀混合，并控制体系粘度为90.1Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.3mm的薄片。成型后经过温度为35℃的温水浸提8分钟，浸提后经过55℃的烘道烘干35分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板断面微观形貌如图4所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例5
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉41.5g、比表面积为380m2/g的SiO2粒子9.0g, 直径为5μm，长度为3.5mm的高碱玻璃纤维棉46g及炭黑3.5g 。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入二甲亚砜与丙酮的混合溶剂（体积比为1:1）使体系均匀混合，并控制体系粘度为120.4Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.35mm的薄片。成型后经过温度为40℃的温水浸提5分钟，浸提后经过55℃的烘道烘干30分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板断面微观形貌如图5所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例6
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉65.5g、比表面积为250m2/g的SiO2粒子12.0g、直径为3.5μm，长度为1.5mm的高碱及低碱混合玻璃纤维棉18.5g（重量比为1：2）及炭黑与石墨的混合物4.0g（重量比为1：3）。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入丁酮使体系均匀混合，并控制体系粘度为179.5Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.65mm的薄片。成型后经过温度为32℃的温水浸提8分钟，浸提后经过45℃的烘道烘干28分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板断面微观形貌如图6所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例7
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉36.5g、比表面积为150m2/g的SiO2粒子与粒径为2μm的SiO2粒子的混合物17.1g（混合重量比为2：1）、直径为2μm，长度为4mm的无碱与高碱玻璃纤维棉43.6g（重量比为1：5）、碳纳米管2.8g。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入四氢呋喃与丙酮的混合溶剂（体积比为1:1）使体系均匀混合，并控制体系粘度为175.6Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.90mm的薄片。成型后经过温度为32℃的温水浸提3分钟，浸提后经过47℃的烘道烘干38分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图7所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例8
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉64.0g、比表面积为200m2/g及比表面积为380m2/g的混合SiO2粒子（重量比为3：1）与粒径为1μm的SiO2粒子的混合物12.4g（混合重量比为1：1）、直径为7μm，长度为1mm的中碱玻璃纤维棉20.3g、碳纳米管与石墨的混合物3.3g（混合重量比为1：1）。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入四氢呋喃与二甲亚砜的混合溶剂（体积比为2:1）溶剂使体系均匀混合，并控制体系粘度为90.0Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.5mm的薄片。成型后经过温度为36℃的温水浸提10分钟，浸提后经过48℃的烘道烘干20分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图8所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
实施例9
按重量配比称取干燥好的PVC树脂粉45.5g、粒径为1μm及2μm的SiO2粒的混合物29.4g（混合重量比为4：1）、直径为8μm，长度为4.5mm的中碱玻璃纤维棉23.3g、碳纳米管与炭黑的混合物1.8g（混合重量比为1：1）。将称好的原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入二甲亚砜与丁酮的混合溶剂（体积比为1:3）使体系均匀混合，并控制体系粘度为125.5Pa.s得到混合物甲。将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.25mm的薄片。成型后经过温度为40℃的温水浸提5分钟，浸提后经过50℃的烘道烘干36分钟即得到玻纤复合增强型隔板。隔板表面微观形貌如图9所示，玻纤均匀分布在多孔结构中，材料具有较高的孔隙率和均匀的孔径分布。
对上述实施例隔板按照JB/T7630.2-2008标准进行了常规项目分析,结果见表1，可见玻纤复合隔板材料具有良好的机械性能和电学性能。
表1： 复合微孔隔板的组成及性能
Claims (7)
1.一种玻纤复合增强型隔板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按比例称取各原料置于反应釜中，在搅拌条件下加入溶剂使体系均匀混合，并控制体系粘度为10.0～200.0Pa.s得到混合物甲；原料的组成按重量百分比是：PVC树脂 35～89%；SiO2粉体 9.0～55%；玻纤 0.9～55%；导电剂 0.1～5%；
（2）将上述混合物甲通过常温挤出、压延工艺成型，制成厚度为0.1～1.0mm的薄片；成型后经过温度为30～40℃的温水浸提2～10分钟，浸提后经过40～60℃的烘道烘干20～40分钟即得到玻纤复合增强型隔板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述SiO2粉体为比表面积为150～380m2/g 的SiO2粒子或粒径为1～3μm的SiO2粒子或其混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述玻纤的直径为1～10μm，长度为0.5～5mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述玻纤为中碱玻纤、无碱玻纤、高碱玻纤中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述溶剂为四氢呋喃、丁酮、丙酮、二甲亚砜中的一种或两种以上的混合溶剂。
7.权利要求1至6任一项制备方法所制备的玻纤复合增强型隔板。
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