用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜及其制備方法，屬于聚合物電解質(zhì)薄膜的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋅鎳電池具有理論比能量高，理論電壓高，比功率高，工作溫度范圍較大、成本低廉及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，成為二次電池開發(fā)的重要候選者之一，但目前為止，該電池尚未占據(jù)市場(chǎng)，主要原因是由于其充放電時(shí)鋅電極易產(chǎn)生形變和枝晶問(wèn)題而導(dǎo)致其使用壽命較短。
[0003]目前，鋅鎳電池研究工作者對(duì)鋅電極存在的形變、枝晶、腐蝕等問(wèn)題采用了較多的改進(jìn)方法，包括電極和電解液添加劑，但成效不大，目標(biāo)開始轉(zhuǎn)向固體電解液，尤其是以聚合物為主體的固體電解質(zhì)由于無(wú)漏液?jiǎn)栴}、易成型等優(yōu)點(diǎn)，成為鋅鎳電池的電解質(zhì)和電解質(zhì)隔膜的一種重要選擇。目前，高分子聚合物電解質(zhì)的研究多集中在鋰離子電池的應(yīng)用，被研究的聚合物電解質(zhì)主要有PEO、PVA、PAA等體系，這類研究目前主要還集中于實(shí)驗(yàn)室階段，距離工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用還有一定距離，面臨的主要問(wèn)題是離子電導(dǎo)率不夠高以及高電導(dǎo)和良好機(jī)械性能不能同時(shí)滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好，在空氣中不易失水，柔韌性好的，適用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法，該方法易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，加工成本低，制備獲得的堿性聚合物電解質(zhì)膜重量穩(wěn)定，導(dǎo)電性能、機(jī)械性能優(yōu)良。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，所述堿性聚合物電解質(zhì)薄膜由包含下列重量份的原料經(jīng)配料、成膜、烘干加工而成:去離子水1400-1600份，聚合物280-320份，表面活性劑7-9份，增塑劑28.1-32.5份，變性淀粉10-14份，消泡劑0.5-0.7份，堿280-320份，所述聚合物為PVA和ΡΕ0中的任意一種或兩種，所述堿為Κ0Η或NaOH，該堿性聚合物電解質(zhì)薄膜的具體加工步驟如下:
[0008]S1:加入去離子水1200-1300份，加熱至沸騰，啟動(dòng)攪拌，加入配方量的聚合物，消泡劑0.3份，攪拌lh以上，再加入余量的去離子水；
[0009]S2:加入配方量的增塑劑，攪拌至少10分鐘；
[0010]S3:將配方量的變性淀粉加60-70°C去離子水18-20份溶解，然后將變性淀粉溶液加入S2獲得的原料中，同時(shí)加入余量消泡劑和表面活性劑，攪拌至少10分鐘；
[0011]S4:將配方量的堿加入S3獲得的原料中，攪拌30-60min至物料充分均勻，然后關(guān)閉攪拌放料；
[0012]S4:將配好的料置于儲(chǔ)料罐內(nèi)靜置36-48小時(shí)以上自然脫氣，然后進(jìn)入成膜機(jī)構(gòu)成膜烘干獲得定量為48-52g/m2，厚度為20-150 μπι，含濕量小于等于10%的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，烘干溫度為108-133Γ，烘干過(guò)程成膜機(jī)中相對(duì)濕度為50-60%。
[0013]本申請(qǐng)的發(fā)明人合理的選擇、搭配原料，將去離子水、PVA或ΡΕ0聚合物、表面活性劑、增塑劑、變性淀粉、消泡劑和NaOH或Κ0Η按本發(fā)明特定的投料順序方式獲得膜液，然后流延成膜、烘干卷膜獲得用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，由于各原料選擇適當(dāng)、配伍合理，加工工藝設(shè)計(jì)合理，制得的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好，在空氣中不易失水，柔韌性好的。
[0014]優(yōu)選的，所述堿性聚合物電解質(zhì)薄膜由包含下列重量份的原料經(jīng)配料、成膜、烘干加工而成:去離子水1500份，PVA 300份，表面活性劑8份，增塑劑28.9份，變性淀粉12份，消泡劑0.6份，Κ0Η或NaOH 300份。
[0015]本發(fā)明中所述表面活性劑是水溶性的，具有表面活化能力的化合物，具體來(lái)說(shuō)所述表面活性劑為非離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑和兩性表面活性劑中的任意一種，具體來(lái)說(shuō)，所述表面活性劑包括但不限于硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、司盤-80或吐溫-80中的任意一種。
[0016]上述所說(shuō)的非離子型表面活性劑還可以在下述舉例中選擇:聚氧化乙烯油基醚、聚氧化乙烯月桂基醚等聚氧化乙烯烷基醚類、聚氧化乙烯辛基苯醚等聚氧化乙烯烷基苯醚類、聚氧化乙烯月桂酸酯等聚氧化乙烯烷基酯類、聚氧化乙烯月桂氨基醚等聚氧化乙烯烷基胺類、聚氧化乙烯月桂酰胺等聚氧化乙烯烷基酰胺類、油酸二乙醇酰胺等烷醇酰胺類、聚氧化烯烴烯丙基苯基醚等聚氧化烯烴烯丙基苯基醚類等。另外，作為陰離子型表面活性劑，可以舉出例如，月桂酸鉀等羧酸類、硫酸辛酯等硫酸酯類、十二烷基苯磺酸鹽等磺酸類。另夕卜，作為陽(yáng)離子型表面活性劑，可以舉出例如，月桂胺鹽酸鹽等胺類、月桂基三甲基氯化銨等季銨鹽類等。
[0017]所述變性淀粉為玉米淀粉、土豆淀粉、甘薯淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、木薯淀粉、西米淀粉等天然淀粉類；或者實(shí)施了醚化加工、酯化加工、氧化加工等的加工淀粉類。
[0018]優(yōu)選的，所述增塑劑為甘油、丙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯，鄰苯二甲酸二辛酯，環(huán)氧大豆油，磷酸三甲苯酯，磷酸三苯酯，癸二酸二辛酯，氯化石蠟中的任意一種。
[0019]優(yōu)選的，為了提高膜的品質(zhì)，所述原料中還包括2.5-3.0重量份的乳化劑和
1.3-1.6重量份的粘結(jié)劑。
[0020]更優(yōu)選的，所述乳化劑為山梨糖醇脂、大豆磷脂、月桂酸單甘油酯、丙二醇脂肪酸酯中的任意一種。
[0021]更優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、尿醛樹脂或聚氨酯中的任意一種。
[0022]優(yōu)選的，所述PVA的分子量為84000-89000，平均聚合度為1700-1800，pH值為5-7，粘度為21-26cps，堿化度為86-89。
[0023]優(yōu)選的，所述ΡΕ0的分子量為150000-500000。
[0024]優(yōu)選的，所述S4中成膜烘干機(jī)包括機(jī)架和設(shè)置在機(jī)架兩端的傳動(dòng)輥，所述機(jī)架上朝向近端傳動(dòng)輥傾斜設(shè)置有放置板，所述放置板上方設(shè)置有用于涂掛物料的刮板，且刮板固定于機(jī)架上，所述機(jī)架遠(yuǎn)離傳動(dòng)輥的另一端設(shè)置有烘箱，所述烘箱內(nèi)設(shè)有加熱盤管，所述加熱盤管通過(guò)蒸汽加熱，所述傳動(dòng)輥還轉(zhuǎn)動(dòng)連接有不銹鋼傳動(dòng)帶，所述不銹鋼傳動(dòng)帶能夠相對(duì)烘箱水平移動(dòng)；
[0025]所述烘箱包括相互連通的第一烘干腔和第二烘干腔，第一烘干腔的加熱盤管呈雙層設(shè)置，第二烘干腔的加熱盤管呈單層設(shè)置，所述堿性聚合物電解質(zhì)薄膜烘干時(shí)依次經(jīng)過(guò)第一、第二烘干腔，所述第二烘干腔尾端設(shè)置有用于控制烘箱內(nèi)濕度的控制裝置，所述控制裝置包括排汽管和引風(fēng)機(jī)，所述引風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連通第二烘干腔，所述引風(fēng)機(jī)的出口連通排汽管，所述引風(fēng)機(jī)的進(jìn)口設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥；
[0026]所述排汽管與第二烘干腔之間還連通有的回流通道，所述回流通道上設(shè)置有第二調(diào)節(jié)閥。
[0027]—種用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法，所述制備方法步驟如下:
[0028]S1:加入去離子水1200-1300份，加熱至沸騰，啟動(dòng)攪拌，加入配方量的聚合物，消泡劑0.3份，攪拌lh以上，再加入余量的去離子水；
[0029]S2:加入配方量的乳化劑、增塑劑、粘結(jié)劑，攪拌至少10分鐘，其中粘結(jié)劑采用5份沸水先溶解再加入；
[0030]S3:將配方量的變性淀粉加60-70°C去離子水18-20份溶解，然后將變性淀粉溶液加入S2獲得的原料中，同時(shí)加入余量消泡劑和表面活性劑，攪拌至少10分鐘；
[0031]S4:將配方量的堿加入S3獲得的原料中，攪拌30-60min至物料充分均勻，然后關(guān)閉攪拌放料；
[0032]S4:將配好的料置于儲(chǔ)料罐內(nèi)靜置36-48小時(shí)以上自然脫氣，然后進(jìn)入成膜機(jī)構(gòu)成膜烘干獲得定量為48-52g/m2，厚度為20-150 μπι，含濕量小于等于10%的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，烘干溫度為108-133Γ，烘干過(guò)程成膜機(jī)中相對(duì)濕度為50-60%。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:適用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好，在空氣中不易失水，柔韌性好。
[0034]本發(fā)明的用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，加工成本低，制備獲得的堿性聚合物電解質(zhì)膜重量穩(wěn)定，導(dǎo)電性能、機(jī)械性能優(yōu)良。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。
[0036]實(shí)施例中所用試劑及原料均系市購(gòu)常規(guī)原料。
[0037]實(shí)施例1:
[0038]用于鋅鎳電池的堿性聚合物電解質(zhì)薄膜，所述堿性聚合物電解質(zhì)薄膜由下列重量份的原料經(jīng)配料、成膜、烘干加工而成:去離子水1400份，聚合物280份，表面活性劑7份，乳化劑2.5份，增塑劑28.1份，粘結(jié)劑1.3份，變性淀粉10份，消泡劑0.5份，堿280，所述聚合物為PVA，所述堿為Κ0Η，該堿性聚合物電解質(zhì)薄膜的具體加工步驟如下:
[0039]S1:加入去離子水1200-1300份，加熱至沸騰，啟動(dòng)攪拌，加入配方量的聚合物，消泡劑0.3份，攪拌lh以上，再加入余量的去離子水；
[0040]S2:加入配方量的乳化劑、增塑劑、粘結(jié)劑，攪拌至少10分鐘，其中粘結(jié)劑采用5份沸水先溶解再加入；
[0041]S3:將配方量的變性淀粉加60-70°C去離子水18-20份溶解，然后將變性淀粉溶液加入S2獲得的原料中，同時(shí)加入余量消泡劑和表面活性劑，攪拌至少10分鐘；
[0042]S4:將配方量的堿加入S3獲得的原料中，攪拌30-60min至物料充分均勻，然后關(guān)閉攪拌放料；
[0043]S4: