CN103824989B - 一种peg/pvc复合隔板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PEG/PVC复合隔板及其制备方法和应用。该隔板其原料按质量分数计包括：PEG 1%‑30%，PVC 15%‑50%，硅填料20%‑70%，偶联剂0.01%‑1%。制备方法为：以PVC为主，构筑三维微孔网状结构，保证隔板的基本机械强度和耐腐蚀性；共混加入PEG以调节三维网状的孔隙大小和改善疏水PVC材料表面的电解液亲和性；再辅以偶联剂改性硅填料，进一步强化隔板的机械性能、电解液亲和性能、孔隙曲折性。所制得的隔板在秉承了微孔PVC隔板的较强机械性能和平均孔径小特点的基础上，更好地改善了与胶体电解液的亲和性。
Description
技术领域
本发明属于化学电源领域，具体涉及一种PEG/PVC复合隔板及其制备方法和应用。
背景技术
阀控式铅酸蓄电池依靠两种不同的方式固定电解液，一种是采用玻璃纤维隔板的AGM技术，另一种是采用微孔PVC隔板的胶体固定技术。两种技术的隔板各有自己的优缺点：AGM隔板孔隙率高、电阻小、电解液亲和性好、价格低廉，但孔径太大、机械强度偏低、易导致酸分层；微孔PVC隔板机械强度高、孔径小，但相对于AGM隔板来说孔隙率偏低、电阻偏大、电解液亲和性不够好、价格昂贵。采用胶体技术的电池由于具有寿命长，运行稳定等AGM电池不具备的优点，因此应用越来越广泛。但是，出于成本考虑，AGM电池还是被广泛的使用着。国内甚至出现了结合AGM隔板和胶体电解液的低成本胶体电池，这种电池由于隔板太厚，胶体电解液难以灌入，灌胶后电池内部存在大量空气，最终电池性能没有达到预想的好效果。
隔板作为在电池中发挥重要作用的“第三极板”，在胶体阀控式铅酸蓄电池中承担了更多的任务。优质的胶体电池隔板除了应具有孔隙率高、机械强度好、孔径小、体积小、耐强酸等基本特征外，还特别要求具有良好的胶体电解液亲和性。胶体电解液亲和性包括两个方面：一方面是在灌胶过程中应具有良好的润湿性，能快速灌胶、排出隔板中的空气；另一方面是在胶体形成凝胶的过程中，隔板能参与构筑三维凝胶结构，使隔板与电解液凝胶牢固结合，避免随着水的分解在隔板与电解液凝胶界面处产生裂缝。
现在国内外胶体铅酸蓄电池普遍使用微孔PVC隔板，能满足隔板对孔径大小、机械强度、孔隙率、耐强酸的要求，隔板中所含的沉淀二氧化硅也能赋予本身疏水的PVC隔板一定的润湿性和胶体亲和性。但是二氧化硅的加入是有限的，微孔PVC隔板只是部分具有电解液亲和性，隔板本身相对于AGM隔板还是电阻太大，并且这种隔板制备工艺复杂、价格昂贵，目前需依赖进口。
发明内容
本发明基于国内胶体电池行业的现状，针对胶体电池隔板提出的特殊要求，研制出了生产成本大大低于进口微孔PVC隔板的PEG/PVC复合隔板。此种PEG/PVC复合隔板在保证隔板基本性能的前提下，具备良好胶体电解液亲和性。
一种PEG/PVC复合隔板，其原料按质量分数计为：PEG 1%-30%，PVC 15%-50%，硅填料 20%-70%，以上各原料质量分数之和为100%。
所述的PEG为聚合度在6000以上的PEG。
所述的PVC为聚合度在1200-1800的PVC糊树脂、聚合度在1800以上的PVC树脂、交联度为1%-10%的PVC树脂中的一种或多种。
所述的硅填料为比表面为200-500m2/g的气相二氧化硅、200目以上的硅藻土、200目以上的沉淀二氧化硅中的一种或多种。
一种制备如上所述的PEG/PVC复合隔板的方法，将PVC、PEG、硅填料、偶联剂混合，加入溶解液制成铸板液，于20℃-100℃加热搅拌2-5h后，注入密封容器中；然后置于20℃-70℃水浴中静置脱泡2-4h，通过刮刀将铸板液刮板成片，在空气中静置预分相10-600s；然后在凝固浴水溶液中浸没沉淀得到初级隔板，最后将初级隔板热压成波纹形状并烘干制得隔板。
所述的偶联剂为有机硅氧烷、钛酸酯偶联剂中的一种或两种，其用量为硅填料质量的0.1-1%。
所述的溶解液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、环己酮中的一种。
所述的凝固浴溶液为溶解液质量含量为0%-50%的水溶液。
如上所述的PEG/PVC复合隔板的应用，用于铅酸胶体蓄电池。
本发明的显著优点是：
（1）通过共混添加亲水聚合物PEG，使得隔板中的PVC网络表面具有良好的亲水性；
（2）隔板中所含的PEG表面的羟基和硅填料表面的羟基能和电解液中的胶体大量键合，共同构筑凝胶，使得隔板与电解液凝胶长时间牢牢结合在一起；
（3）通过对PVC/PEG/溶剂/非溶剂四组分体系相分离过程的调控，能够获得孔隙率高、孔径小且迂回合理的孔隙结构。
附图说明
图1 为实施例1制备的隔板表面扫描电镜图；
图2 为实施例2制备的隔板表面扫描电镜图；
图3 为实施例3制备的隔板表面扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明采用的原材料可在市场购得，或可用本领域已知的方法合成。
实施例1
PVC23wt%，PEG9wt%，硅藻土68wt%。
1.称取5gPVC和2gPEG6000溶解于45gDMF溶液中，加入0.39g质量含量为1%的偶联剂（KH-550）母液，100℃加热搅拌2 h；
2.称取15g硅藻土加入，继续加热搅拌1h；
3.将混合物倒入密封容器，置于40℃水浴中静置脱泡3h；
4.用500μm刮刀刮制成片，静置600s；
5.浸入70℃水中脱模成片，3h后取出，60℃烘干；
所得隔板表面形貌如图1所示，具有较高的孔隙率和比较均匀的孔径分布，孔径大多在1μm到10μm之间。孔隙率为80.0%，拉伸强度为5Mp，水滴到隔板上的初始接触角为56°，被水润湿时间为2.5s。
实施例2
PVC30wt%，PEG18wt%，硅藻土52wt%。
1.称取10gPVC和6gPEG10000溶解于90gDMF溶液中，加入0.13g质量含量为1%的偶联剂（KH-550）母液，70℃加热搅拌3h；
2.称取17g硅藻土加入，继续加热搅拌1h；
3.将混合物倒入密封容器，置于20℃水浴中静置脱泡4h；
4.用750μm刮刀刮制成片，静置300s；
5.浸入25℃质量含量为20%的DMF水溶液中，脱模成片，3h后取出60℃烘干；
所得隔板表面形貌如图2所示，具有较高的孔隙率和比较均匀的孔径分布，为1μm到10μm之间。孔隙率为79.5%，拉伸强度为5Mp，水滴到隔板上的初始接触角为35°，被水润湿时间为1.5s。
实施例3
PVC49wt%，PEG18wt%，硅藻土33wt%。
1.称取30gPVC和11gPEG20000溶解于120gDMF溶液中，加入0.13g质量含量为1%的偶联剂（KH-550）母液，50℃加热搅拌5h；
2.称取20g硅藻土加入，继续加热搅拌1h；
3.将混合物倒入密封容器，置于70℃水浴中静置脱泡3h；
4.用750μm刮刀刮制成片，静置10s；
5.浸入90℃水溶液脱模成片，3h后取出60℃烘干；
所得隔板表面形貌如图3所示，孔隙率为77.0%，拉伸强度为6Mp，水滴到隔板上的初始接触角为58°，被水润湿时间为2s。
三个实施例最终得到的隔板孔隙率在75%以上，最大孔径不到10μm，拉伸强度达5Mp以上，厚度可以制成0.5mm-1mm，被水润湿时间小于3s，应用于胶体电池后，电池使用性能达到采用进口隔板装配的电池水准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：将PVC、PEG、硅填料、溶解液、偶联剂混合制成铸板液，注入密封容器中，然后置于20℃-70℃水浴中真空脱泡2-4h；通过刮刀将铸板液刮板成片，在空气中静置预分相10-600s；然后在凝固浴水溶液中浸没沉淀得到初级隔板，最后将初级隔板热压成波纹形状并烘干制得隔板；
PVC、PEG、硅填料的用量按质量分数计为：PVC23wt%、PEG9wt%、硅藻土68wt%，PVC30wt%、PEG18wt%、硅藻土52wt%，或PVC49wt%、PEG18wt%、硅藻土33wt%中的一种。
2.根据权利要求1所述的PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：所述的PEG为聚合度在6000以上的PEG。
3.根据权利要求1所述的PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：所述的PVC为聚合度在1200-1800的PVC糊树脂、聚合度在1800以上的PVC树脂、交联度为1%-10%的PVC树脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：所述的溶解液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、环己酮中的一种。
5.根据权利要求1所述的PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为质量含量为1%的KH-550母液；当PVC用量为23wt%时，偶联剂的加入量为0.39g；当PVC用量为30wt%时，偶联剂的加入量为0.13g；当PVC用量为49wt%时，偶联剂的加入量为0.13g。
6.根据权利要求1所述的PEG/PVC复合隔板的制备方法，其特征在于：所述的凝固浴水溶液为溶解液质量含量为0%-50%的水溶液。
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