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AGM隔板的制作方法


AGM隔板的制作方法

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隔板主要是用直径0.5~3μm的玻璃微纤维通过湿法造纸技术抄造而成。因玻璃纤维棉本身存在脆性,导致制得的AGM隔板机械强度不高,在极群装配或灌酸时易发生断裂、冲溃,另外玻璃纤维导热性差,电池在使用过程中隔板易受热膨胀,使得极群与电池槽的槽壁发生挤压,造成脱膏,影响电池使用寿命。

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。该隔板虽然提高了抗拉强度,但聚烯烃树脂在熔化后,会造成隔板孔径分布不匀,影响隔板孔径的一致性,随着电池充放电的进行,正极铅粉逐渐有少量地透过隔板到负极一边,而负极铅枝晶有可能穿透隔板,最后造成电池慢性短路。



技术实现要素:

本发明是为了解决现有技术的AGM隔板所存在的上述问题,提供了一种配方科学合理,机械强度与散热性能好,孔径细小均匀,孔率大小适度,能有效防止电池短路的高强度AGM隔板。

为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

本发明的一种高强度AGM隔板,所述高强度AGM隔板由以下质量百分含量的组分制成:1~3%改性纳米氮化硅,3~5%聚氧化乙烯,5~10%改性玄武岩矿物纤维,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。本发明对AGM隔板的原料配方进行了优化,摒弃了传统的纯玻璃纤维配方,特别添加了改性纳米氮化硅、改性玄武矿物纤维、水溶性聚

 

 

乙烯醇纤维,其中改性纳米氮化硅能均匀分布于隔板内,具有优异的导热性能,能提高隔板的导热性,能有效避免热集中及抑制隔板受热膨胀,而且改性纳米氮化硅可均匀附着于玻璃纤维表面形成粘结点,提高玻璃纤维之间的摩擦力,有利于提高隔板的抗拉强度;改性玄武岩矿物纤维能大大提高隔板的整体强度及耐穿刺能力,且耐高温,但是加入改性玄武岩矿物纤维后,制得隔板硬度较大,不易弯曲,不利于隔板装配,为解决这一问题本发明中加入了水溶性聚乙烯醇纤维,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,有利于进一步提高本发明隔板的机械强度;本发明限定了玻璃纤维的粗细比,使得本发明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;聚氧化乙烯粘性好,能避免隔板在裁分切时产生裂纹。

作为优选,所述改性纳米氮化硅通过以下方法制得:将纳米氮化硅加入至改性液中超声分散后,过滤,烘干,即得改性纳米氮化硅。通过对纳米氮化硅进行改性以提高其与纤维之间的界面结合性及分散性能。

作为优选,所述改性液由以下质量百分比的组分组成: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。本发明中的改性液是关键点,能使纳米氮化硅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,所述改性玄武岩矿物纤维通过以下方法制得:将玄武岩矿物纤维加入氯磺酸中,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,即得改性玄武岩矿物纤维。氯磺酸能使玄武岩纤维充分溶胀,使其分散,有利于改善其分散性,便于浸润剂充分、均匀浸润单根纤维,经浸润剂改性后的玄武岩矿物纤维表面粗糙度变大,表面官能团及化学键增多,与其他纤维之间的结合强度及摩擦系数大大增加,从而使界面剪切强度增加,有利于提高隔板机械强度。

作为优选,所述玄武岩矿物纤维直径为1~3μm,长度为1~3mm。

作为优选,所述浸润剂由以下质量百分比的组分组成:3~5%环氧树脂乳液,0.3~0.5%聚氨酯乳液,0.3~0.5%硅烷偶联剂KH-550,余量为水。

作为优选,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,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。

因此,本发明具有如下有益效果:摒弃了传统的纯玻璃纤维配方,对AGM隔板的原料配方进行了优化,配方科学合理,机械强度与散热性能好,孔径细小均匀,孔率大小适度,能有效防止电池短路的发生,有利于延长电池寿命。

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

一种高强度AGM隔板,其由以下质量百分含量的组分制成:1%改性纳米氮化硅,3%聚氧化乙烯,5%改性玄武岩矿物纤维,10%直径为1μm、长度为3mm的水溶性聚乙烯醇纤维,30%直径0.5μm、长度为3mm的高碱玻璃纤维,余量为直径3μm、长度为3mm的高碱玻璃纤维,其中改性纳米氮化硅通过以下方法制得:将纳米氮化硅加入至改性液中超声分散后,过滤,烘干,即得改性纳米氮化硅,改性液由以下质量百分比的组分组成: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;改性玄武岩矿物纤维通过以下方法制得:将直径为1μm,长度为1mm的玄武岩矿物纤维加入氯磺酸中,加热至80℃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30min后于95℃下烘干,即得改性玄武岩矿物纤维,浸润剂由以下质量百分比的组分组成:3%环氧树脂乳液,0.3%聚氨酯乳液,0.3%硅烷偶联剂KH-550,余量为水。

实施例2

一种高强度AGM隔板,其由以下质量百分含量的组分制成:2%改性纳米氮化硅,4%聚氧化乙烯,7%改性玄武岩矿物纤维,12%直径为2μm、长度为4mm的水溶性聚乙烯醇纤维,32%直径0.6μm、长度为4mm的高碱玻璃纤维,余量为直径3.5μm、长度为4mm的高碱玻璃纤维,其中改性纳米氮化硅通过以下方法制得:将纳米氮化硅加入至改性液中超声分散后,过滤,烘干,即得改性纳米氮化硅,改性液由以下质量百分比的组分组成:42%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;改性玄武岩矿物纤维通过以下方法制得:将直径为2μm,长度为2mm的玄武岩矿物纤维加入氯磺酸中,加热至85℃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100℃下烘干,即得改性玄武岩矿物纤维,浸润剂由以下质量百分比的组分组成:4%环氧树脂乳液,0.4%聚氨酯乳液,0.4%硅烷偶联剂KH-550,余量为水。

实施例3

一种高强度AGM隔板,其由以下质量百分含量的组分制成:3%改性纳米氮化硅,5%聚氧化乙烯,10%改性玄武岩矿物纤维,15%直径为3μm、长度为5mm的水溶性聚乙烯醇纤维,35%直径0.7μm、长度为5mm的高碱玻璃纤维,余量为直径4μm、长度为5mm的高碱玻璃纤维,其中改性纳米氮化硅通过以下方法制得:将纳米氮化硅加入至改性液中超声分散后,过滤,烘干,即得改性纳米氮化硅,改性液由以下质量百分比的组分组成: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;改性玄武岩矿物纤维通过以下方法制得:将直径为3μm,长度为3mm的玄武岩矿物纤维加入氯磺酸中,加热至100℃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60min后于105℃下烘干,即得改性玄武岩矿物纤维,浸润剂由以下质量百分比的组分组成:5%环氧树脂乳液,0.5%聚氨酯乳液,0.5%硅烷偶联剂KH-550,余量为水。

本发明的AGM隔板采用湿法造纸技术抄造而成,即:将原料混合后加水打浆,再对浆料进行成型抄造、烘干即可。

本发明的高强度AGM隔板主要性能如下:

1. 100KP湿回弹性:≥95%

2. 拉伸强度:厚度(100kPa)≤1.00mm时,拉伸强度≥1.4kN/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≥90mm,24h吸酸高度≥680mm;

4. 最大孔径:≤13μm;

5. 孔率:≥98%。

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。