隔膜与电解液

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1、隔膜和电解液隔膜又称隔板、隔离物是使电池的正、负极分离开来的特种材料它使正、负极上的氧化还原反应在不同的区域内完成防止正、负极活性物质相互接触发生短路但允许电解液自由扩散和离子迁移从而实现外电路上通过电流来做功。电池隔膜作为电池结构中的一个重要组成部分它直接影响电池的关键性能如充放电电流及电压、比能量、比:叻率、自放电、循环寿命和耐冲击振动等性能。电化学阻抗谱分析法研究表明MH/Ni电池在循环过程中隔膜逐渐干涸是电池早期性能衰退的主要原因这也是MH/7Ni电池循环寿命低的原因之一。良好同。例如铅酸蓄电池要求隔膜有较强的耐酸性而碱性电池的隔膜需要有很强的耐碱性

2、MH/Ni电池隔膜一般为化学纤维无纺布隔膜可以采用湿法造纸的方法或干法无纺布的生产工艺进行生产。对于MH/Ni电池隔膜在电池中所应起到的作用及应具有的性能主要有:①通过适当的包缠后能增大电极的机械强度②防止极板问的电子导通要求隔膜要有良好的绝缘性③阻挡电解液中有害物质穿越隔膜。因此隔膜应有适宜的孔径和孔隙率④吸附电池中电化学反应所需要的电解液防上电极干燥以维持整个极板上的电流密度的均匀性阻止枝晶生长⑤为电池的紧密装配提供可行性要求隔膜有优异的机械强度⑥在电池中稳定耐碱抗氧化在电池使用温度范围内一2080℃尺寸稳定不变⑦隔膜尽可能薄使电池内阻最小并给电极提供最

3、大的空间⑧价格适当.容易。4.1隔膜的分类各类电池常用的隔膜如表4-1所列3目前在MH/Ni电池中应用最多的隔膜是尼龙无纺布和聚烯烃无纺布。制造隔膜的材料主要有天然植物纤维及其改性化合物、具有三维网状结构或线性分结构的有机高分子材料、无机材料及复合材料等。根据原料和加工工艺特.l氡可将隔膜分成有机材料隔膜、编织隔膜、隔膜纸、陶瓷隔膜和新型非织造布隔膜非织造玻璃纤维膜、合成纤维隔膜和水溶性纤维接枝膜等。根据隔膜的孔径大小隔膜又可分为半透膜与微孔膜两大类。半透膜的孔径一般在5100nm微孔膜的孔径在10m以上.甚拿到几百微米。电池用隔膜的分类如图41所示。4.2

4、隔膜的加工方法由寸在M1一/M电池中充满_:厂碱液所以要求隔膜要有很好的耐碱性。为提高电池的使用寿命、供电量及快充性隔膜还i蔷要有一定的耐磨性、强度、透水性、耐温性要求在70℃碱液中72h不变色、不收缩。最初MH/Ni电池中使用的隔膜主要是沿用镉镍电池所用隔膜目前镍氢电池采用的隔膜主要包括有机隔膜如尼龙纤维、丙纶纤维、维纶纤维和聚丙烯隔膜等Nj。此外还有无机/有机复合膜如将颗粒均匀的氧化锆粉体分散在聚砜的溶液rm昆合成悬浊液.然后利用相转移技术制成氧化锆/聚砜隔膜因其能减轻电池重量且具有高孔隙率和强离子传导能力此种复合隔膜更适合应用于MH/Ⅻ和燃料电池。表4

5、2给出了电池隔膜常用的合成纤维的特性。4.2.1尼龙纤维电池隔膜尼龙纤维电池隔膜一般采用尼龙一6聚己内酰胺、尼龙一66制造。尼龙纤维的强度较高在常温干态下为o.4220.563Ntex强力聚酰胺纤维可达0.616o.836Ntex一1弹性回复性能好当伸长36时弹性回复率可达100。尼龙纤维电池隔膜具有良好的润湿性能和较好的电解液保持能力隔膜的比电阻小而且有足够的机械强度所以被广泛应用但是尼龙纤维化学稳定性略差在浓碱及高温50℃以上下易发生水解氧化水解反应生成的氨能在电池中引起quot氨梭quot反应致使电池的自放电加剧因此尼龙纤维隔膜的使用寿命尤其是较高温度

6、环境下的使用寿命一直是MH/Ni电池寿命的主要限制因素10。尼龙纤维电池隔膜一般采用热轧法或纺黏法工艺制造热轧非制造布生产线如图4-2所示。热轧法工艺的主要过程是将尼龙一6纤维和尼龙一66纤维混合一般采用热轧机加热和加压使尼龙。l6纤维熔融利用气.流杂乱成网技术形成均匀的纤维网然后对纤维网进行热处j里从而使纤维之间的连接点被熔体黏合r制成具有一定强度的电池隔膜。而纺黏法是将尼龙树脂熔融纺丝、铺网、热轧而成。4.2.2维纶纤维电池隔膜维纶聚乙烯醇缩醛IA纤维在酸中不稳定而在碱中却相当稳定。从化学性质来看PVA分子内仍保留部分羟基醛化度约32故对电解液的浸润性能

7、和保持能力较好。除碳、氢、氧元素外维纶纤维不含有对电池性能有害的其他杂质能较好地满足电池性能的要求比较适合作MH/Ni电池隔膜。维纶织造隔膜材料具有较好的耐碱性能透气性能好吸碱率高机械强度较高加工制造方便是一种比较理想的MH/Ni电池隔膜材料产品的综合性能可通过调整:生产工艺来控制。维纶纤维采用气流成网方式将纤网进行三维成网纤网的均匀度、纵横向强力比得到了进一1步提高。因维纶纤维不是热塑性纤维不能采用热轧法技术制造而采用饱和浸渍法经黏合剂饱和浸渍.然后再经一对轧辊挤压除去过量的胶黏剂例如聚乙烯醇使胶黏剂在湿纤网中分布更均匀从而使含量达到工艺要求。湿纤网再从烘

8、筒表面受到传导加热蒸发到水分使湿纤网二:F燥定型。后