碱性蓄电池隔膜的研究进展.pdf

Vo1.33No.22013.2
船电故木综述
碱性蓄电池隔膜的研究进展
朱厚军,赵书利,郎俊山
(武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064
摘要:本文详细介绍了碱性蓄电池隔膜的研究和应用状况,综述了其制备手段和电化学性能改进研究
展望了其未来的应用领域
关键词:性毒电池隔膜发展趋势
中图分类号:TM912.2
文献标识码:A
文编号:1003-4862(2013)02-0001-03
Research and Development of Alkaline Battery Separator
Zhu Houjun, Zhao Shuli, Lang Junshan
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China
Abstract: This paper introduces the research and application of the akaline battery, reviews its preparation
method and research to improve the electrochemistry performance, and prospects the applicarion fields in
future
Keywords:; alkaline battery; separator; trend of development
电池隔膜是电池的一个关键的组成部分,它
正极反应:Ag2O+H2O+2e-2Ag+20I
直接影响着电池的各项性能和贮存寿命。碱性蓄
负极反应:Zn+20H-Zn(OH)2+2e
电池放电量大(是同等型号规格普通电池的5~7
电池总反应:Ag2O+Zn+H2O-2Ag+Zn(OHI)2
倍)、通用性强、受环境影响小、价格便宜、特别
隔膜
适合在大电流连续放电和要求高的工作电压的用
电场合,已成为民用电池主导产品。在碱性蓄电
池的各个组成部分中,隔膜材料无疑起到了举足
轻重的作用,它的性能优劣决定着电池性能的好
<
坏,碱性蓄电池隔膜的研究,对今后碱性蓄电池
电液
的发展起着重要的作用。
隔膜在电池中的作用
图1Zn-Ag2O电池结构示意图
隔膜置于电池两极之间,使正负极隔开,防2碱性蓄电池隔膜应具备的技术要求
止两极活性物质直接接触而导致电池短路,同时
碱性蓄电池隔膜材料在使用过程中必须具备
又不阻止电池中离子的迁移,允许离子自由通过。以下条件:
在特殊性能的电池中,隔膜还有吸附电解液的作
1)化学性能:隔膜材料在碱性电解液中化学
用。图1为锌/氧化银电池结构示意图。
稳定性好,膜材质本身耐碱液的腐蚀,耐电池反
该电池的负极活性物质为Zn,正极活性物质应过程中的热量,抗正极活性物质的氧化及其他
为Ag2O,电解液为KOH水溶液。它通过下面的电氧化还原作用,膜长期不分解
池反应形成放电或充电:
2)物理性能:隔膜能隔绝正负极活性物质微
粒迁移及耐枝晶的穿透;能被电解液充分润湿
收稿日期:2012-05-22
提供反应所的足量的电解液,并长期保持电解
作者筒介:朱厚车(1975-),男,高级工程师。专业方向:液:在吸液状态下,气体能顺利穿过隔膜:具有
化学电源。
万方数据
也故术综述
Vo1.33No.22013.2
一定的机截强度,保证电池在装配过程中不被破3.2无机隔膜材料
坏,保证紧装配及吸液量。
无机隔膜有钛酸钾、烧结陶瓷及石棉等几种,
3)离子导电性:电阻要小,也就是导电离子这类隔膜耐氧化能力及耐碱腐蚀均很强,其性能
(O)能够顺利通过隔膜,即隔膜对电解质离子运不受温度的影响,使用寿命长。
动的阻力要小,这样电池的内阻就相应减小。
4各类碱性电池用隔膜
3碱性蓄电池隔膜的种类
不同的碱性电池,针对其不同的应用,有各
碱性蓄电池用隔膜材料因电池的种类不同,自最优化的隔膜。此外,隔膜材料的性能要受使
其性能要求也不相同。从化学领域分为:有机隔用温度的影响,因而要求其具有一定的耐温性(包
膜材料和无机隔膜材料。常见的有机隔膜材料有:括耐高温或耐塞)。表1列出了几种常见碱性蓄电
水化纤维素膜、树脂膜、接枝膜、离子交换膜
池使用的隔膜。
纤维纺织膜及纤维毡等;常见的无机隔膜材料有
表1几种常见碱性蓄电池隔膜
铝硅酸盐制成的刚性及软性隔膜、石棉纸等。从碱性蓍电池种类隔膜种类
应用的角度分为三大类:大孔湿毡型膜、微孔隔镉镍申池,铁镍电尼龙毡,维纶无纺布,聚乙烯辐射
膜及离子半透膜。
池
接枝膜
3.1有机隔膜材料
氢镍扫池
聚丙烯毡,氧化锆釬维纸
醋酸纤维素皂化膜(简称水化膜)由纤维金展氯化物一線丙烯,维纪无纺布
素与醋酸充分作用使纤维素分子中每个葡萄糖基
电池
锌银电池
水化纤维素膜,聚乙烯辐射接枝膜
上的三个烃基完全乙酰化而制成三醋酸纤维素
玻璃纸,尼龙布,水化纤维素纸
酯,然后经过皂化处理而得到水化膜。该膜电阻
绵纸,聚丙烯毡,钛酸钾纸
低,阻挡胶体银迁移能力强,亲水性及膨胀性好。
然而其抗氧化性能差,在碱液中易降解,从而影5碱性蓄电池隔膜的研究进展及应用
响其使用寿命。
20世纪60年代,美国RAI公司以苯为溶剂、
接枝膜由接枝的高分子化合物制成。以聚乙丙烯酸或甲基丙烯酸为接枝单体,用辐射接枝法
烯-丙烯酸(PE-A)接枝膜为例,它以聚乙烯为研制聚乙烯-丙烯酸(甲基丙烯酸)碱性蓄电池隔膜
基体,通过原子辐射引发,将丙烯酸接枝上去,获得成功,1975年投入大规模生产。20世纪80年
形成接枝隔膜,再经化学处理即可使用。该膜化代初RA1公司改用水溶液体系,并于1982年3月申
学稳定性高,机械强度好,电阻小,使用寿命长,请专利。
但阻银迁移能力差。
日本自20世纪70年代末开始辐射接枝制备电
离子交换膜由离子交换树脂制成,是一种具池隔膜的研究,但是直到1983年オ有辐射接枝破
有离子选择性透过功能的隔膜。其具有良好的化性著电池隔膜产品问世
学稳定性,因其具有交换离子的能力,可防止金
1977年,中国科学院上海应用物理研究所采
属离子的迁移
用聚乙烯-丙烯酸水溶液体系,共辐射接枝制备成
以尼龙为基的隔膜主要以尼龙布、绸、毯的功聚乙烯丙烯酸接枝膜。在国内电池生产企业的
形式应用。其耐碱作用强、吸液能力强,很适合配合下,该产品被成功地应用于扣式电池中
在碱性电池中使用。但其存在易氧化和高温易降
从上世纪90年代起,国内先后有天津造纸研
解的缺点
究所、浙江普瑞科技公司等单位着手研究生产碱
聚丙烯毡隔膜性能优于尼龙毡,有高度的化锰电池隔膜纸。经过10多年的研究攻关,困内相
学稳定性及良好的强度,需经化学处理以提高共关碱锰电池隔膜纸开发部门已取得了技术方面的
吸液能力。
突破和成绩,尤其是隔膜纸的物理检指标和吸
维尼龙毡有四种编制方法:毡、布、无纺布碱、保碱、耐碱指标,已基本达到进口纸样水平
及绸,其亲水性强,高、低温性能好。其中维尼制管性能及电化学性能接近进口纸样水