专利名称：锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法
技术领域：
本发明涉及电池隔膜处理技术，特别涉及一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲 水处理的方法。
背景技术：
在锌镍碱性蓄电池技术中，传统上碱性蓄电池采用的隔膜为维纶、尼 龙、无纺布、耐碱绵纸等。由于锌镍蓄电池中的锌电极具有生长锌枝晶的 能力，原来的维纶、尼龙、无纺布、耐碱绵纸等已经远远满足不了锌镍蓄 电池的需要。锌电极需要具备微孔、良好的亲水性能、耐强碱耐腐蚀性、 抗氧化、良好的机械强度和离子导电性能，且能阻挡或抑制锌枝晶生长的
隔膜。这一类隔膜往往是孔特别小的PP、 PE、 PSF、 PVC隔膜，该类隔膜 往往是非亲水性的且不具阻挡或抑制锌枝晶的能力，如果锌镍蓄电池用该 类隔膜还需要进行亲水处理和表面涂敷处理，使之具有亲水和阻挡或抑制 锌枝晶的性能。该类隔膜若应用在镉镍、氢镍、铅酸蓄电池中，为了提高 蓄电池的性能，延长电池循环性能，也有类似的需求。该类隔膜如果不经 过上述处理，提高锌镍蓄电池的技术性能和延长电池循环性能就成为不可 能，则无法应用在锌镍蓄电池中。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好透气、亲水吸液性能，可阻挡和抑 制锌枝晶生长，抗氧化、耐强碱腐蚀和提高电池性能、延长循环寿命的锌 镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方 法，该方法的步骤如下.-
(1) 按如下重量百分比配制亲水处理溶液
亲水表面活性剂0.1% 30%
氧化剂0.01 5%
酮类0.01% 10%
醇类0.01 109^
碱0,01 5%
去离子水补足余量
(2) 将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5 60min;
(3) 隔膜水洗用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二6 8;
(4) 按如下重量百分比配制涂敷层溶液抑制锌枝晶生长添加剂0.01 30% 去离子水补足余量
(5) 将所得到的亲水性隔膜在涂敷层溶液中浸泡0.5 60min;
(6) 隔膜在3(TC至130'C下烘干或自然凉干。 本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述亲水表面活性
剂包括羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸盐型表 面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯 盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多 种。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述酮类包括丙
酮、聚乙烯吡咯垸酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包括乙 醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种；所述碱类包括氢氧化钠、氢氧化钾和
氢氧化锂中的一种或多种。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述氧化剂包括双 氧水或次氯酸钠。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述抑制锌枝晶生 长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四 丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙垸和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多 种。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方
法的步骤如下
(1) 按如下重量百分比配制混合处理溶液
亲水表面活性剂0.1% 30%
抑制锌枝晶生长添加剂0.01% 10%
氧化剂0.01 5。％
酮类0.01% 10%
醇类0.01 10%
羧酸0.01% 5%
去离子水补足余量
(2) 将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5 60min;
(3) 隔膜水洗用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二6 8;
(4) 隔膜在3(TC至13(TC下烘干或自然凉干。 本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述亲水表
面活性剂包括羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型表面活性剂、磺酸
盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、 磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一 种或多种。
5本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述酮类包 括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述醇类包 括乙醇、丙醇和异丙醇羧酸中的一种或多种；所述羧酸包括乙酸、丙酸、 聚丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种。
本发明另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述氧化剂 包括双氧水或次氯酸钠。
本发明锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其中所述抑制锌枝晶生 长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活性剂、磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基 溴化胺、二甲胺基环氧丙垸和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
本发明有以下积极有益的效果
通过将非亲水性的PP、 PE、 PSF、 PVC等隔膜进行亲水处理，使之具 有良好透气性能、良好的亲水吸液性能；并将亲水性PP、 PE、 PSF、 PVC、 CA隔膜表面涂敷一层添加剂，使之具有阻挡或抑制锌枝晶生长的作用， 这使锌电极性能在循环中更稳定，提高了锌电极的循环寿命，使锌镍蓄电 池电池用途更加广泛。
具体实施例方式
本发明是针对锌镍碱性蓄电池所用隔膜的处理方法，把非亲水性的 PP、 PE、 PSF、 PVC等隔膜进行亲水处理，并在其表面涂敷能抑制和阻挡 锌枝晶生长的添加剂。或在已经具有亲水性的PP、 PE、 PSF、 PVC、 CA 等隔膜上涂敷能阻挡或抑制锌枝晶生长的添加剂，以适合锌镍蓄电池的需 要，提高锌镍蓄电池性能和循环寿命。同时该类隔膜也可以应用在镉镍、 氢镍、铅酸等蓄电池中提高电池性能。
非亲水性隔膜用具有亲水性能的表面活性剂和酮、羧酸或醇以及氧化 剂混合配制成的亲水处理溶液浸泡处理后则具有亲水性能。可以应用的亲 水表面活性剂有羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙烷醚型型表面活性剂、 磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面活性剂、硫酸酯盐型表面活性 剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表面活性剂、季铵盐型表面活性剂等 等；羧酸有乙酸、丙酸、聚丙烯酸、丙烯酸等等；酮类丙酮、聚乙烯
吡咯垸酮、N-甲基吡咯烷酮等等；醇类乙醇、丙醇、异丙醇等待；氧化 剂有双氧水、次氯酸钠等等；碱类有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂
等等。用亲水处理溶液浸泡非亲水性隔膜使之具有亲水性能。
另外，在隔膜表面涂覆一层能抑制锌枝晶生长添加剂，能抑制锌枝晶 生产的添加机剂有烷基苯磺酸盐型活性剂、垸基磺酸盐型有机表面活性剂、 四丁基溴化胺、二甲胺基环氧丙烷和季胺盐型有机表面活性剂等等。用其 中的一种或多种与去离子水配制成涂敷层溶液。其中有机添加剂可减小锌 电极在充放电循环过程中的变形，抑制枝晶的生长，使锌电极性能在循环 中稳定，提高锌电极的循环寿命。上述亲水表面活性剂和抑制锌枝晶添加剂详见下表:
活性剂种类作用结构式备注
羧酸盐型 表面活性剂具有亲水性能RCH2COOMR为C2到Cm之 间的碳链，M为 Na+、 K+、肌+等
聚环氧乙烷醚 型表面活性剂具有亲水性能RO(CH2 CH20)nHR为C2到C3Q之 间的碳链,n为大 于1的自然数
硫酸酯盐型 表面活性剂具有亲水性能ROS03MR为C2到C30之 间的碳链,M为 Na+、 K+、 NH/等
磷酸酯盐型 表面活性剂具有亲水性能C|R (j)M RO—j>-0或RO —广O OM OMR为C2到C3o之 间的碳链，M为 Na+、 K+、 NH/等
胺盐型 表面活性剂具有亲水和 抑制锌枝晶 生长性能RNH3 HC1R为C2到C30之 间的碳链
季铵盐型 表面活性剂具有亲水和抑 制锌枝晶生长 性能RCH2 CH广斗+-CHyC厂R为C2到Qo之 间的碳链
磺酸盐型表面 活性剂具有亲水和抑 制锌枝晶生长 性能RCH2S03MR为Q到Qo之 间的碳链,M为 Na+、 K+、 NH/等
垸基苯磺酸盐 型表面活性剂具有亲水和抑 制锌枝晶生长 性能RC6H5S03MR为C2到C30之 间的碳链，M为 Na+、 K+、 NH/等
在使用上述活性剂时,随着隔膜的厚度增加处理难度越大，需要亲水表 面活性剂的浓度也要增大、浸泡时间延长，烘干温度可以适当提高。下面 以实施例来详细说明。
实施例1
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法-
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比
7亲水表面活性剂C8H17CH2COONa 0.1%
氧化剂双氧水1% 酮类丙酮3% 醇类异丙醇3% 去离子水余
b、 非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中5min;
c、 用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7;
d、 配制涂敷层溶液
按如下重量百分比
抑制锌枝晶生长添加剂C8H17CH2NH3 HC1 6%
去离子水余量
e、 隔膜完全浸泡涂敷层溶液中2min;
f、 65"C烘干或自然晾干。
说明该种比例的亲水处理溶液适合厚度为6微米至20微米之间的 隔膜处理。用该处理方法处理非亲水隔膜变为亲水隔膜，其吸附水量大于 300%。其吸附水量计算方法隔膜质量为M,，隔膜完全吸附水后质量为 M2，则有
(M —M丄)X100% 吸附水量= —_Ml
用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄电池中 IOA寿命达到500次以上。
实施例2
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法
a、 配制亲水处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C9H19CH2OS03Na 6%
氧化剂次氯酸钠3% 酮类丙酮2% 醇类异丙醇2% 碱类氢氧化钾0.5% 去离子水余量
b、 非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中20min;
c、 用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7;
d、 配制涂敷层溶液
按如下重量百分比抑制锌枝晶生长添加剂C8H17CH2NH3 HC1 6% 去离子水余量
e、 隔膜完全浸泡涂敷层溶液中5min;
f、 75"C烘干或自然晾干。
说明该种比例的亲水处理溶液适合厚度为20微米至35微米之间的 隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄 电池中10A寿命达到500次以上。
实施例3
本实施例说明一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法
a、 配制亲水处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C12H25C6H5S03K 16%
氧化剂双氧水1% 酮类丙酮2% 醇类乙醇3% 去离子水余量
b、 非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中30min;
c、 用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7;
d、 配制涂敷层溶液
按如下重量百分比
抑制锌枝晶生长添加剂四丁基溴化胺0.1% 去离子水余量
e、 隔膜完全浸泡涂敷层溶液中lmin;
f、 85'C烘干或自然晾干。
说明'该种比例的亲水处理溶液适合厚度为36微米至45微米之间的 隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄 电池中10A寿命达到500次以上。
实施例4
本实施例说明一种把亲水隔膜进行涂敷层的处理方法
a、配制亲水处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C12H25CH2OS03Na 23%
氧化剂双氧水2% 酮类丙酮3% 醇类异丙醇5%
9去离子水余量
b、 非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中40min;
c、 用去离子水清洗所处理的隔膜至PH值达到7;
d、 配制涂敷层溶液
按如下重量百分比 ，
抑，j锌枝晶生长添加剂四丁基溴化胺9% 去离子水余量
e、 隔膜完全浸泡涂敷层溶液中lmin;
f、 IO(TC烘干或自然晾干。
说明该种比例的亲水处理溶液适合厚度为46微米至65微米之间的 隔膜处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%,应用到锌镍蓄 电池中10A寿命达到500次以上。
实施例5
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法
a、 配制处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C12H25C6H5S03Na 2%
抑制锌枝晶生长添加剂二甲胺基环氧丙垸2%
氧化剂双氧水0.5%
酮类丙酮1%
醇类乙醇1%
羧酸丙烯酸2%
去离子水余量
b、 非亲水性隔膜浸泡混合溶液lmin;
C、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二7;
d、隔膜6(TC烘干。
说明该种比例的处理溶液适合厚度为6微米至20微米之间的隔膜 处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄电池 中10A寿命达到500次以上。
实施例6
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法
a、配制处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C12H25CH2OS03Na 16%
抑制锌枝晶生长添加剂四丁基溴化胺3%氧化剂双氧水0.5%
酮类丙酮1%
醇类乙醇1%
去离子水余量 b、非亲水性隔膜浸泡混合溶液10min; C、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二7;
d、隔膜75。C烘干。
说明该种比例的处理溶液适合厚度为20微米至35微米之间的隔膜 处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄电池 中10A寿命达到500次以上。
实施例7
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法-
a、 配制处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C9H19CH2OS03K 22% 抑制锌枝晶生长添加剂C12H25C6H5S03K 2% 氧化剂双氧水0.5% 醇类异丙醇2% 去离子水余量
b、 非亲水性隔膜浸泡溶液20min;
c、 用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二7;
d、 隔膜85t:烘干。
说明该种比例的处理溶液适合厚度为36微米至45微米之间的隔膜 处理。用该种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%,应用到锌镍蓄电池 中IOA寿命达到500次以上。
实施例8
本实施例说明另一种把非亲水性隔膜做亲水处理的方法-
a、 配制处理溶液
按如下重量百分比
亲水表面活性剂C12H25C6H5S03Na 26% 抑制锌枝晶生长添加剂C12H25C6H5S03Na」％ 氧化剂双氧水0.5%
酮类丙酮1% 去离子水余量
b、 非亲水性隔膜浸泡混合溶液20min;
11C、用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二7;
d、隔膜IO(TC烘干。
说明该种比例的处理溶液适合厚度为46微米至65微米之间的隔膜。 如果一种表面活性剂同时具有亲水性能和抑制锌枝晶生长的性能，则处理 溶液可以应用这一种添加剂来作为亲水处理剂和抑制锌枝晶生长剂。用该 种方法处理的隔膜其吸附水量大于300%，应用到锌镍蓄电池中IOA寿命 达到500次以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对 本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通 工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发 明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1. 一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方法的步骤如下(1)按如下重量百分比配制亲水处理溶液亲水表面活性剂0.1％～30％氧化剂0. 01～5％酮类0. 01％～10％醇类0. 01～10％碱0. 01～5％去离子水补足余量(2)将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5～60min；(3)隔膜水洗用去离子水清洗所处理的隔膜至PH＝6～8；(4)按如下重量百分比配制涂敷层溶液抑制锌枝晶生长添加剂0.01～30％去离子水补足余量(5)将所得到的亲水性隔膜在涂敷层溶液中浸泡0.5～60min；(6)隔膜在30℃至130℃下烘干或自然凉干。
2. 如权利要求1所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于其中所述亲水表面活性剂包括羧酸盐型表面活性剂、聚环氧乙垸醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面 活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表 面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
3. 如权利要求1或2所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法， 其特征在于其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活 性剂、垸基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧 丙烷和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其 特征在于其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮 中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种； 所述碱类包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其 特征在于其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
6.另一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其特征在于该方 法的步骤如下(1)按如下重量百分比配制混合处理溶液亲水表面活性剂0.1% 30%抑制锌枝晶生长添加剂0.01% 10%氧化剂0.01 5%酮类.0.01% 10%醇类0.01 10%羧酸0.01% 5%去离子水补足余量(2) 将非亲水隔膜完全浸泡亲水处理溶液中0.5 60min;(3) 隔膜水洗用去离子水清洗所处理的隔膜至PH二6 9;(4) 隔膜在3(TC至13(TC下烘干或自然凉干。
7. 如权利要求6所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，其 特征在于其中所述亲水表面活性剂包括羧酸盐型表面活性剂、聚环 氧乙垸醚型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、烷基苯磺酸盐型表面 活性剂、硫酸酯盐型表面活性剂、磷酸酯盐型表面活性剂、胺盐型表 面活性剂和季铵盐型表面活性剂中的一种或多种。
8. 如权利要求6或7所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法， 其特征在于其中所述抑制锌枝晶生长添加剂包括烷基苯磺酸盐型活 性剂、烷基磺酸盐型有机表面活性剂、四丁基溴化胺、二甲胺基环氧 丙垸和季胺盐型有机表面活性剂中的一种或多种。
9. 如权利要求8或所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法， 其特征在于其中所述酮类包括丙酮、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷 酮中的一种或多种；所述醇类包括乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多 种；所述羧酸包括乙酸、丙酸、聚丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种。
10. 如权利要求9或所述的锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法， 其特征在于其中所述氧化剂包括双氧水或次氯酸钠。
全文摘要
本发明提供了一种锌镍碱性蓄电池隔膜亲水处理的方法，把非亲水性的聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚砜隔膜、聚氯乙烯隔膜通过配制亲水处理溶液和涂敷层溶液，将非亲水隔膜在亲水处理溶液和涂敷层溶液中浸泡，隔膜水洗和烘干或晾干的方法进行处理，或者在已有亲水性的聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚砜隔膜、聚氯乙烯隔膜、醋酸纤维隔膜上直接进行涂敷层溶液处理。本发明隔膜亲水处理的方法有以下有益效果通过亲水处理的隔膜，具有良好透气性能和亲水吸液性能；通过涂敷层处理的隔膜表面涂敷添加剂，具有阻挡或抑制锌枝晶生长的作用，使锌电极性能在循环中更稳定，提高了锌电极循环寿命，从而也提高锌镍蓄电池循环寿命，使锌镍蓄电池用途更加广泛。
文档编号H01M2/14GK101471431SQ200810057550
公开日2009年7月1日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者李文漫, 李永创, 王明煜, 胡云锋, 赵林治 申请人:河南环宇集团有限公司