专利名称：镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及镍氢电池关键材料领域，具体为 一种镍氢电池用氧化锆隔膜材料 的制备方法。
技术背景隔膜材料性能对镍氢电池性能有重要影响。镍氢电池隔膜材料要求隔膜具有 耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、透气性好等特点。应用于镍氢电池的隔膜材料 有聚丙烯隔膜、尼龙隔膜、石棉隔膜、玻璃纤维隔膜、氧化锆隔膜等，但截止目 前为止综合性能最好的为氧化锆隔膜，特别是当镍氢电池用作高功率动力源情况 下如卫星电池等。 发明内容本发明的目的在于提供一种镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备工艺，禾拥该 工艺可以制备出比较理想的镍氢电池用氧化锆隔膜材料。为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案 一种镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤(1) 将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物作为前驱体在浸渍液中浸渍， 浸渍液为锆盐与稀土盐的复合溶液，锆盐为氯氧化锆，锆盐浓度0.7 ~ 3mol/L;稀 土盐为MClx、 M(S04)x、 M(N03)x和由稀土氧化物MxOy酸溶制得的稀土盐中的 一种或几种，其中，M表示为稀土，所配浸渍液中稀土原子与锆原子的摩尔比为 1: 4~25,浸渍时间0.5-48h;(2) 将浸渍后的前驱体进行离心甩干；(3) 将离心甩干后的前驱体在氨气或氨水挥发气氛中熏蒸；(3) 将离心甩干后的前驱体在氨气或氨水挥发气氛中熏蒸；(4) 再将熏蒸的前驱体经浸洗、干燥、平压热处理，即制成镍氢电池用氧化 锆隔膜材料。本发明的前驱体为有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物。其中，有光粘胶 长丝是指没有加入消光剂的粘胶长丝纤维，这种有光连续纺粘胶长丝在保定化纤的经编织物。在所述的步骤(l)中，浸渍过程中可以不加热；也可以加热，加热以促进浸渍过程。这样，浸渍控制在10 10(TC的温度条件下进行。在所述的步骤(2)中，离心甩干所使用的离心机转速5OO~ 7000rpm,甩干 时间10~ 300min。在所述的步骤(2)中，甩干过程中也可以不采用喷雾处理；也可以釆用喷雾 处理，即在离心甩干前，往处于离心机内的浸渍后的前驱体上喷水雾，以促进多 余盐溶液的去除。在所述的步骤(3)中，在氨气或氨水挥发气氛中熏蒸的时间O.5 80h，熏蒸 气氛压力0.01 -4MPa。在所述的步骤U)中，浸洗采用去离子水或清水浸洗，可反复浸洗几次，浸 洗次数1 ~ 10次，总浸洗时间1 ~ 600min。在所述的步骤(4)中，干燥为平压或无压状态下的自然晾干或烘干，烘干温 度为10~100°C,烘干时间10~ 1000min。在所述的步骤(4)中，烘干伴有鼓风处理，即釆用鼓风机将10 10(TC的热 风通过浸洗后的前驱体的表面。在所述的步骤(4)的平压热处理中，是先将待热处理前驱体平放于耐高温的 平板上，平板为陶瓷板、石英板、石棉板和硅酸铝板中的任意一种，然后在前驱 体上铺一层透气材料，透气材料为石棉、泡沬镍、多孔陶瓷板、多孔石英板和硅 酸铝板中的任意一种，进行热处理。在所述的步骤(4)中，加热最高温度为600-110(TC,最高温度时的保温时 间为0~300h，从室温到最高温度的升温为急剧升温或升温时间为tP 0 A《 300h,从最高温度到室温的降温为急剧降温或降温时间为t2, 0<t2《300h。这里 需要说明的是，为保证平压热处理过程中前驱体向氧化锆隔膜转化时某种反应的 充分进行，前驱体的温度从室温到最高加热温度的中间温度段内，也可以在中间 某温度保温，然后再将温度提升到所设定的最高热处理温度进行处理。在平压热 处理工艺中将升温和降温的时间的下限大于0,是因为有时可以直接将处于室温 的样品放入已经处于高温的热处理炉中，样品可以在几乎为0的时间内到达高温 态，即急剧升温；或将在热处理炉内处于高温的样品直接拿出热处理炉外进行冷 却，冷却速度可以很快，即急剧降温。在所述的步骤(4)中，在透气材料上可以不加耐高温平板；也可以在透气材料上再加耐高温平板，平板为陶瓷板、石英板、石棉板和硅酸铝板的任意一种。本发明的有益效果是禾'诉本发明所建立的镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备方法可以制得比较理 想的镍氢电池用氧化锆隔膜材料。
附图l为本发明的工艺路线图。
具体实施方式
下面用实施例结合附图1的工艺路线图进行详细地说明。 实施例1将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物进行浸渍处理，浸渍用盐复合溶液 为氯氧化锆和氯化钇的复合溶液，锆盐浓度为1.8mol/L。所配浸渍液中钇原子与 锆原子的摩尔比为1: 4。浸渍时间为48h,浸渍的同时伴有加热以促进浸渍过程， 加热温度为l(TC。浸渍后前驱体进行离心甩干处理，离心机转速为500ipm，甩干时间为5h。甩干时伴有喷雾处理。甩干后在氨气中熏蒸，熏蒸气氛压力为2MPa，熏蒸时间为4h。 熏蒸后用去离子水浸洗，浸洗次数为10次，总浸洗时间为lmin。 浸洗后将样品在平压状态下4(TC烘干，干燥时间为5h，干燥时伴有鼓风处理以促进干燥过程。然后将样品进行平压热处理。先将样品平放于陶瓷板上，然后在样品上铺一 层石棉，在石棉上再加石英板。把样品进行热处理，加热最高温度为80(TC， 800 r时的保温时间为50h,从室温到最高温度的升温时间为150h，从最高温度到室 温的降温时间为150h。得到氧化锆隔膜材料。实施例2将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物进行浸渍处理，浸渍用盐复合溶液 为氯氧化锆、硝酸钇、氯化铈的复合溶液，锆盐浓度为0.7mol/L。所配浸渍液中 稀土原子与锆原子的摩尔比为1: 8，其中稀土原子中钇原子与铈原子的摩尔比为 2: 1。浸渍时间为5h，浸渍温度为室温。浸渍后前驱体进行离心甩干处理，离心机转速为1000ipm，甩干时间为150min。甩干时伴有喷雾处理。甩干后在氨气中熏蒸，熏蒸气压力为4MPa，熏蒸时间为0.5h。熏蒸后用清水反复浸洗7次，总浸洗时间为40min。浸洗后将样品在无压状态下烘干，烘干温度为IO(TC,干燥时间为10min， 干燥时伴有鼓风处理。再将样品进行平压热处理。先将样品平放于石英板上，然后在样品上铺一层 泡沬镍，在泡沬镍上再加陶瓷板。把样品进行热处理，加热最高温度为IIO(TC， IIO(TC时不保温，从室温到最高温度的升温时间为40h,从最高温度到室温的降 温时间为50h。得到氧化锆隔膜材料。实施例3将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物进行浸渍处理，浸渍用盐复合溶液 为氯氧化锆、氯化镧、硫酸铈、硝酸钇的复合溶液，锆盐浓度为2.5mol/L;所配 浸渍液中稀土原子与锆原子的摩尔比为1: 12，其中稀土原子中镧原子、铈原子、 铒原子的摩尔比为l: 3: 10。浸渍时间为18h,浸渍的同时伴有加热，加热温度 为60°C。浸渍后前驱体进行离心甩干处理，离心机转速为1500rpm，甩干时间为80 min。甩干时伴有喷雾处理。甩干后在氨气中熏蒸，熏蒸气氛压力为lMPa,熏蒸时间为12h。熏蒸后用清水反复浸洗5次，总浸洗时间为200min。浸洗后将样品在无压状态下自然晾干，干燥时间为1000min，干燥时没有鼓 风处理。再将样品进行平压热处理。先将样品平放于硅酸铝板上，然后在样品上铺一 层多孔陶瓷板。把样品进行热处理，加热最高温度为70(TC, 70(TC时的保温时间 为150h，从室温到最髙温度的升温时间为300h，从最高温度到室温的降温时间为 300h。得到氧化锆隔膜材料。实施例4将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物进行浸渍处理，浸渍用盐复合溶液 为氯氧化锆、氯化铈、氯化钇的复合溶液，锆盐浓度为1.2mol/L;所配浸渍液中 稀土原子与锆原子的摩尔比为1: 18。其中稀土原子中铈原子与钇原子的摩尔比 为4: 1。浸渍时间为2.5h,浸渍的同时伴有加热以促进浸渍过程，加热温度为40°c。浸渍后前驱体进行离心甩干处理，离心机转速为4000rpm，甩干时间为40min。甩干时没有伴有喷雾处理。甩干后在氨水挥发气氛中熏蒸，熏蒸气氛压力为O.lMPa,熏蒸时间为48h。 熏蒸后用去离子水反复浸洗3次，总浸洗时间为700min。 浸洗后将样品在平压状态下l(TC烘干，干燥时间为7h，干燥时伴有鼓风处理以促进干燥过程。再将样品进行平压热处理。先将样品平放于石英板上，然后在样品上铺一层 硅酸铝板。把样品进行热处理，加热最高温度为900。C，900。C时的保温时间为10h， 从室温到最高温度的升温时间为80h,从最高温度到室温的降温时间为100h。得 到氧化锆隔膜材料。实施例5将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物进行浸渍处理，浸渍用盐复合溶液 为氯氧化锆、氧化铈在磷酸中溶解制得的磷酸铈、氯化镧的复合溶液，锆盐浓度 为2.2md/L;所配浸渍液中稀土原子与锆原子的摩尔比为1: 25,其中稀土原子 中铈原子、镧原子的摩尔比为3: 1。浸渍时间为0.5h,浸渍的同时伴有加热以促 进浸渍过程，加热温度为IO(TC。浸渍后前驱体进行离心甩干处理，离心机转速为7000rpm，甩干时间为10 min。甩干时没有喷雾处理。甩干后在氨水挥发气氛中熏蒸，熏蒸气氛压力为0.01MPa，熏蒸时间为80h。熏蒸后用去离子水浸洗l次，总浸洗时间为24h。浸洗后将样品在无压状态下7(TC烘干，干燥时间为2h，干燥时伴有鼓风处理 以促进干燥过程。再将样品进行平压热处理。先将样品平放于陶瓷板上，然后在样品上铺一层 多孔陶瓷板。把样品进行热处理，加热最高温度为60(TC， 60(TC时的保温时间为 300h，从室温到最高温度的升温时间为l分钟，从最高温度到室温的降温时间为 l分钟。得到氧化锆隔膜材料。
权利要求
1. 一种镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤(1)将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物作为前驱体在浸渍液中浸渍，浸渍液为锆盐与稀土盐的复合溶液，锆盐为氯氧化锆，锆盐浓度0.7～3mol/L；稀土盐为MClX、M(SO4)X、M(NO3)X和由稀土氧化物MxOy酸溶制得的稀土盐中的一种或几种，其中，M表示为稀土，所配浸渍液中稀土原子与锆原子的摩尔比为1∶4～25，浸渍时间0.5～48h；(2)将浸渍后的前驱体进行离心甩干；(3)将离心甩干后的前驱体在氨气或氨水挥发气氛中熏蒸；(4)再将熏蒸的前驱体经浸洗、干燥、平压热处理，即制成镍氢电池用氧化锆隔膜材料。
2、 按照权利要求l所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(l)中，浸 渍在10~ IO(TC的温度条件下进行。
3、 按照权利要求1所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，离 心甩干所使用的离心机转速5OO 7000rpm,甩干时间10~ 300min。
4、 按照权利要求3所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，在 离心甩干前，往处于离心机内的浸渍后的前驱体上喷水雾。
5、 按照权利要求1所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(3)中，在 氨气或氨水挥发气氛中熏蒸的时间0.5 ~ 80h,熏蒸气氛压力0.01 ~ 4MPa。
6、 按照权利要求l所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，浸 洗采用去离子水或清水浸洗，浸洗次数1 ~ 10次，总浸洗时间1 ~ 600min。
7、 按照权利要求1所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，干 燥为平压或无压状态下的自然晾干或烘干,烘千温度为10-10(TC,烘干时间10~ 1000min。
8、 按照权利要求7所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，烘 干伴有鼓风处理，即釆用鼓风机将10~ IO(TC的热风通过浸洗后的前驱体的表面。
9、 按照权利要求l所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4)的平压 热处理中，是先将待热处理前驱体平放于耐高温的平板上，平板为陶瓷板、石英板、石棉板和硅酸铝板中的任意一种，然后在前驱体上铺一层透气材料，透气材 料为石棉、泡沬镍、多孔陶瓷板、多孔石英板和硅酸铝板中的任意一种，进行热 处理。
10、 按照权利要求9所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，加 热最高温度为600 110(TC,最高温度时的保温时间为0-300h，从室温到最高温 度的升温时间为急剧升温或升温时间为tp 0〈t^300h;从最高温度到室温的降 温时间为急剧降温或降温时间为t2, 0<t2<300h。
11、 按照权利要求9或IO所述制备方法，其特征在于在所述的步骤(4) 中，在透气材料上再加耐高温平板，平板为陶瓷板、石英板、石棉板和硅酸铝板 的任意一种。
全文摘要
本发明涉及一种镍氢电池用氧化锆隔膜材料的制备方法，通过一套前驱体浸渍制备工艺来获得比较理想的镍氢电池用氧化锆隔膜材料。该制备方法包括(1)将有光连续纺粘胶长丝经经编而成的织物作为前驱体在浸渍液中浸渍，浸渍液为锆盐与稀土盐的复合溶液，锆盐为氯氧化锆，锆盐浓度0.7～3mol/L；稀土盐为MCl<sub>X</sub>、M(SO<sub>4</sub>)<sub>X</sub>、M(NO<sub>3</sub>)<sub>X</sub>和由稀土氧化物M<sub>x</sub>O<sub>y</sub>酸溶制得的稀土盐中的一种或几种，其中，M表示为稀土，所配浸渍液中稀土原子与锆原子的摩尔比为1∶4～25，浸渍时间0.5～48h；(2)将浸渍后的前驱体进行离心甩干；(3)将离心甩干后的前驱体在氨气或氨水挥发气氛中熏蒸；(4)再将熏蒸的前驱体经浸洗、干燥、平压热处理，即制成镍氢电池用氧化锆隔膜材料。
文档编号H01M2/14GK101281959SQ200710065078
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月2日 优先权日2007年4月2日
发明者刘晓鹏, 芳 吕, 李华玲, 李国斌, 王树茂, 蒋利军 申请人:北京有色金属研究总院