CN106299200B - 一种可抑制电解液分层的agm隔板生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，包括以下步骤：（1）制备改性竹纤维；（2）配料；（3）打浆；（4）抄纸成型；（5）一次烘干；（6）辊压；（7）二次烘干。本发明工艺步骤简单，生产成本低，可操作性强，制得的AGM隔板具有更大的电解液吸咐量，湿润性及电解液保持能力好，电解液分布均匀，孔隙率高、空隙均匀，综合性能优异，有利于提高电池性能与使用寿命。

Description

一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法

技术领域

本发明涉及AGM隔板生产技术领域，尤其是涉及一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法。

背景技术

玻璃微纤维隔板（AGM）是阀控式铅酸蓄电池的关键材料之一，阀控式铅酸蓄电池用AGM隔板的主要作用是：（1）防止正/负极板互相接触而发生电池内部短路；（2）使蓄电池紧密装配，缩小电池体积；（3）防止极板变形、弯曲和活性物质的脱落；（4）在极板间的多孔性隔板中贮存必要数量的电解液，以保证较高的导电性和电池反应的需要；（5）防止一些对电池有害的物质通过隔板进行迁移和扩散。因此，AGM隔板具有阀控式铅酸蓄电池第三电极之称。

目前AGM隔板主要是用玻璃微纤维通过湿法造纸技术抄造而成，由纯玻璃纤维制成的AGM隔板对电解液的湿润性能较差，吸附电解液后，电解液保持能力差，易造成电解液分层及电解液密度的分层现象，使得电荷密度在整个极板上的分布极不均匀，会大大影响电池性能与寿命。

例如，申请公布号 CN 102623659 A，申请公布日 2012.08.01的中国专利公布了本发明公开了一种铅酸蓄电池隔板及其制备方法，该隔板以玻璃纤维为主成分，还包含10~20%熔点为100~200℃的聚烯烃树脂纤维。该发明通过在玻璃纤维中添加聚烯烃树脂，在干燥升温过程中使聚烯烃树脂熔化，冷却后固化连接周围的玻璃纤维，使最终的隔板抗拉强度得到明显提高。该制备方法中进行打浆时玻璃纤维不易分散，易絮聚，制得的隔板均匀性差；浆液在进行成型抄纸过程中由于真空负压不能得到很好的稳定，造成隔板厚度得不到很好的控制，得到的隔板厚度均一性差；制得的隔板依然没有解决隔板对电解液的湿润性能较差以及电解液易分层的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的AGM隔板生产方法所存在的上述问题，提供了一种工艺步骤简单，生产成本低，可操作性强的可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法 ，制得的AGM隔板具有更大的电解液吸咐量，湿润性及电解液保持能力好，电解液分布均匀，孔隙率高、空隙均匀，综合性能优异，有利于提高电池性能与使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，包括以下步骤：

（1）制备改性竹纤维：将竹纤维加入氯磺酸中，加热至80~100℃溶胀1~3h，冷却，过滤，将过滤物用水洗至pH呈中性，真空干燥，再加入浸润剂中进行浸泡30~60min后于95~105℃下烘干，即得改性竹纤维，待用。氯磺酸能使竹纤维集束充分溶胀，使其充分分散，有利于提高其分散性，同时有利于浸润剂充分、均匀浸润竹纤维，浸润剂可使得烘干后的竹纤维表面能形成一层保护膜，尽量保证竹纤维的保留长度，并在表面形成较多的官能团有利于改善其分散性，另外，经浸泡过的竹纤维表面粗糙度也变大，可增加与各纤维之间的摩擦系数，使界面剪切强度增加，提高了隔板的机械强度与韧性。

（2）配料：按5~10%聚酯纤维，3~5%聚氧化乙烯，5~10%改性竹纤维，10~15%水溶性聚乙烯醇纤维，30~35%直径0.5~0.7μm高碱玻璃纤维，余量为直径3~4μm高碱玻璃纤维的质量百分比计量各原料，待用。本发明对AGM隔板进行了优化改进，摒弃了传统的纯玻璃纤维配方，创造性地采用多种纤维混合，尤其是创造性的添加了改性竹纤维，改性竹纤维具有优异的瞬间吸水性和保水性，能大大提高隔板对电解液的湿润性能以及对电解液的保持能力，使隔板中的电解液保持均匀一致，并在整个寿命期间保持其高的吸液率，从而可以抑制电池中隔板上电解液的分层及电解液密度的分层现象，另外，改性竹纤维耐热性能与结构稳定性能好，能有效抑制隔板在横向和纵向上的拉伸，避免隔板孔径变大引起短路；但是改性竹纤维的加入会影响隔板的压缩性、柔软性及湿回弹性能，且改性竹纤维与其他纤维之间的兼容性差，结合强度低，会影响隔板的机械性能，为解决上述问题，本发明中加入了聚酯纤维、聚氧化乙烯及水溶性聚乙烯醇纤维，聚酯纤维能改善隔板的压缩性和湿回弹性能，水溶性聚乙烯醇纤维的加入能改善隔板的柔软性及韧性，使其易弯曲，同时水溶性聚乙烯醇纤维粘结性好，具有搭接作用，可使各纤维粘结在一起，有利于进一步提高本发明隔板的机械强度；聚氧化乙烯粘性好，能提高纤维之间的纤维之间的界面结合强度，并能避免隔板过脆而在裁分切时产生裂纹；本发明还限定了玻璃纤维的粗细比，使得本发明制得的隔板具有孔径细小均匀，孔率大小适度，干态和湿态弹性好等特性，综合性能好。

（3）打浆：在水中加入六偏磷酸钠，控制水中六偏磷酸钠浓度为0.3~0.5%，用硫酸调节pH为1.5~2.5后，加入聚酯纤维、改性竹纤维、水溶性聚乙烯醇纤维及玻璃纤维，进行打浆，打浆后加入剩余原料混合均匀，加水稀释至料水比为2.5~3%，得浆料。打浆时，在水中加入了六偏磷酸钠，六偏磷酸钠可以提高纤维表面的ξ电位，增强纤维之间的排斥力，从而能使纤维分散开，减少絮聚，有利于保证隔板厚度均匀性。

（4）抄纸成型：将浆料流至成型网上进行抄造，得湿隔板。

（5）一次烘干：将湿隔板置于烘箱中烘至水含量为10~15%。一次烘干烘至水含量为10~15%，可避免辊压时隔板过干发脆而产生裂缝。

（6）辊压：将隔板在辊压机中进行辊压使其厚度保持一致。

（7）二次烘干：将辊压后的隔板再置于烘箱中烘干至重量保持恒重，裁切后经卷取即得可抑制电解液分层的AGM隔板。

作为优选，步骤（1）中，所述浸润剂由以下质量百分比的组分制成：40~50%聚四氟乙烯分散乳液，0.1~0.2%季铵盐，0.3~0.5%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.1~0.3%硅烷偶联剂KH-550，余量为水。浸润剂是本发明关键点，能使竹纤维表面形成一层有机膜，其中聚四氟乙烯分散乳液为主成膜剂，硬脂酸聚氧乙烯酯为辅成膜剂，季铵盐为抗静电剂，硅烷偶联剂KH-550为分散、乳化剂，能使纳米氮化硅均匀分散。

作为优选，步骤（1）中，所述竹纤维长度2~4mm，直径为0.03~0.05mm。

作为优选，步骤（2）中，所述聚酯纤维直径为0.3~0.5μm，长度为3~5mm。

作为优选，步骤（2）中，所述水溶性聚乙烯醇纤维直径为1~3μm，长度为3~5mm。

作为优选，步骤（2）中，所述高碱玻璃纤维的长度为3~5mm。玻璃微纤维的长度与隔板的孔率大小有关，但长度过长会产生絮凝，不易分散，且隔板的厚度均一性控制较难，而玻璃纤维长度过短，不易交织，导致隔板强度低，因此经过综合考虑，本发明中限定玻璃纤维长度为3~5mm。

作为优选，步骤（5）中，烘干温度为200~250℃。

作为优选，步骤（7）中，烘干温度为100~150℃。

因此，本发明具有如下有益效果：

（1）打浆时在水中加入了六偏磷酸钠，六偏磷酸钠可以提高纤维表面的ξ电位，增强纤维之间的排斥力，从而能使纤维分散开，减少絮聚，有利于保证隔板厚度均匀性；

（2）对AGM隔板进行了优化改进，摒弃了传统的纯玻璃纤维配方，创造性地采用多种纤维混合，尤其是创造性的添加了改性竹纤维，通过各纤维之间的协同作用，制得的AGM隔板具有更大的电解液吸咐量，湿润性及电解液保持能力好，电解液分布均匀，孔隙率高、空隙均匀，综合性能优异，有利于提高电池性能与使用寿命；

（3）对隔板进行辊压后可保证隔板厚度的均一性，有效解决了浆液在进行成型抄纸过程中由于真空负压不能得到很好的稳定，造成隔板厚度得不到很好的控制，得到的隔板厚度均一性差的问题；

（4）整个生产方法工艺步骤简单，生产成本低，可操作性强。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

（1）制备改性竹纤维：将长度3mm，直径0.04mm的竹纤维加入氯磺酸中，加热至90℃溶胀2h，冷却，过滤，将过滤物用水洗至pH呈中性，真空干燥，再加入浸润剂中进行浸泡40min后于98℃下烘干，即得改性竹纤维，待用，浸润剂由以下质量百分比的组分制成：45%聚四氟乙烯分散乳液，0.15%季铵盐，0.4%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.2%硅烷偶联剂KH-550，余量为水；

（2）配料：按7%直径0.4μm、长度4mm的聚酯纤维，4%聚氧化乙烯，7%改性竹纤维，12%直径2μm、长度4mm的水溶性聚乙烯醇纤维，32%直径0.6μm、长度4mm的高碱玻璃纤维，余量为直径3.5μm、长度4mm的高碱玻璃纤维的质量百分比计量各原料，待用；

（3）打浆：在水中加入六偏磷酸钠，控制水中六偏磷酸钠浓度为0.4%，用硫酸调节pH为2后，加入聚酯纤维、改性竹纤维、水溶性聚乙烯醇纤维及玻璃纤维，进行打浆，打浆后加入剩余原料混合均匀，加水稀释至料水比为2.8%，得浆料；

（4）抄纸成型：将浆料流至成型网上进行抄造，得湿隔板；

（5）一次烘干：将湿隔板置于烘箱中以220℃温度烘至水含量为12%；

（6）辊压：将隔板在辊压机中进行辊压使其厚度保持一致；

（7）二次烘干：将辊压后的隔板再置于烘箱中以120℃温度烘干至重量保持恒重，裁切后经卷取即得可抑制电解液分层的AGM隔板。

实施例2

（1）制备改性竹纤维：将长度2mm，直径0.03mm的竹纤维加入氯磺酸中，加热至80℃溶胀1h，冷却，过滤，将过滤物用水洗至pH呈中性，真空干燥，再加入浸润剂中进行浸泡30min后于95℃下烘干，即得改性竹纤维，待用，浸润剂由以下质量百分比的组分制成：40%聚四氟乙烯分散乳液，0.1%季铵盐，0.3%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.1%硅烷偶联剂KH-550，余量为水；

（2）配料：按5%直径0.3μm、长度3mm的聚酯纤维，3%聚氧化乙烯，5%改性竹纤维，10%直径1μm、长度3mm的水溶性聚乙烯醇纤维，30%直径0.5μm、长度3mm的高碱玻璃纤维，余量为直径3μm、长度3mm的高碱玻璃纤维的质量百分比计量各原料，待用；

（3）打浆：在水中加入六偏磷酸钠，控制水中六偏磷酸钠浓度为0.3%，用硫酸调节pH为1.5后，加入聚酯纤维、改性竹纤维、水溶性聚乙烯醇纤维及玻璃纤维，进行打浆，打浆后加入剩余原料混合均匀，加水稀释至料水比为2.5%，得浆料；

（4）抄纸成型：将浆料流至成型网上进行抄造，得湿隔板；

（5）一次烘干：将湿隔板置于烘箱中以200℃温度烘至水含量为10%；

（6）辊压：将隔板在辊压机中进行辊压使其厚度保持一致；

（7）二次烘干：将辊压后的隔板再置于烘箱中以100℃温度烘干至重量保持恒重，裁切后经卷取即得可抑制电解液分层的AGM隔板。

实施例3

（1）制备改性竹纤维：将长度4mm，直径0.05mm的竹纤维加入氯磺酸中，加热至100℃溶胀3h，冷却，过滤，将过滤物用水洗至pH呈中性，真空干燥，再加入浸润剂中进行浸泡60min后于105℃下烘干，即得改性竹纤维，待用，浸润剂由以下质量百分比的组分制成：50%聚四氟乙烯分散乳液，0.2%季铵盐，0.5%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.3%硅烷偶联剂KH-550，余量为水；

（2）配料：按10%直径0.5μm、长度5mm的聚酯纤维，5%聚氧化乙烯， 10%改性竹纤维，15%直径3μm、长度5mm的水溶性聚乙烯醇纤维，35%直径0.7μm、长度5mm的高碱玻璃纤维，余量为直径4μm、长度5mm的高碱玻璃纤维的质量百分比计量各原料，待用；

（3）打浆：在水中加入六偏磷酸钠，控制水中六偏磷酸钠浓度为0.5%，用硫酸调节pH为2.5后，加入聚酯纤维、改性竹纤维、水溶性聚乙烯醇纤维及玻璃纤维，进行打浆，打浆后加入剩余原料混合均匀，加水稀释至料水比为3%，得浆料；

（4）抄纸成型：将浆料流至成型网上进行抄造，得湿隔板；

（5）一次烘干：将湿隔板置于烘箱中以250℃温度烘至水含量为15%；

（6）辊压：将隔板在辊压机中进行辊压使其厚度保持一致；

（7）二次烘干：将辊压后的隔板再置于烘箱中以150℃温度烘干至重量保持恒重，裁切后经卷取即得可抑制电解液分层的AGM隔板。

通过本发明制得的可抑制电解液分层的AGM隔板主要性能如下：

1. 100KP湿回弹性：≥94%

2. 拉伸强度：厚度（100kPa）≤1.00mm时，拉伸强度≥1.2kN/m；

厚度（100kPa）＞1.00mm时，拉伸强度≥1.8kN/m；

3. 毛细吸酸高度：5min吸酸高度≥100mm，24h吸酸高度≥740mm；

4. 最大孔径：≤13μm；

5. 孔率：≥98%；

6. 铁含量≤0.003%；

7. 氯含量≤0.002%。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备改性竹纤维：将竹纤维加入氯磺酸中，加热至80~100℃溶胀1~3h，冷却，过滤，将过滤物用水洗至pH呈中性，真空干燥，再加入浸润剂中进行浸泡30~60min后于95~105℃下烘干，即得改性竹纤维，待用；

（2）配料：按5~10%聚酯纤维，3~5%聚氧化乙烯，5~10%改性竹纤维，10~15%水溶性聚乙烯醇纤维，30~35%直径0.5~0.7μm高碱玻璃纤维，余量为直径3~4μm高碱玻璃纤维的质量百分比计量各原料，待用；所述浸润剂由以下质量百分比的组分制成：40~50%聚四氟乙烯分散乳液，0.1~0.2%季铵盐，0.3~0.5%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.1~0.3%硅烷偶联剂KH-550，余量为水；

（3）打浆：在水中加入六偏磷酸钠，控制水中六偏磷酸钠浓度为0.3~0.5%，用硫酸调节pH为1.5~2.5后，加入聚酯纤维、改性竹纤维、水溶性聚乙烯醇纤维及玻璃纤维，进行打浆，打浆后加入剩余原料混合均匀，加水稀释至料水比为2.5~3%，得浆料；

（4）抄纸成型：将浆料流至成型网上进行抄造，得湿隔板；

（5）一次烘干：将湿隔板置于烘箱中烘至水含量为10~15%；

（6）辊压：将隔板在辊压机中进行辊压使其厚度保持一致；

（7）二次烘干：将辊压后的隔板再置于烘箱中烘干至重量保持恒重，裁切后经卷取即得可抑制电解液分层的AGM隔板。

2.根据权利要求1所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（1）中，所述竹纤维长度2~4mm，直径为0.03~0.05mm。

3.根据权利要求1所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（2）中，所述聚酯纤维直径为0.3~0.5μm，长度为3~5mm。

4.根据权利要求3所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（2）中，所述水溶性聚乙烯醇纤维直径为1~3μm，长度为3~5mm。

5.根据权利要求1所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（2）中，所述高碱玻璃纤维的长度为3~5mm。

6.根据权利要求1所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（5）中，烘干温度为200~250℃。

7.根据权利要求1所述的一种可抑制电解液分层的AGM隔板生产方法，其特征在于，步骤（7）中，烘干温度为100~150℃。