MH-Ni電池隔膜的表面接枝改性研究.pdf

1、鎳氫電池由于其高性價比和綠色環(huán)保的特點而倍受關(guān)注。隔膜是鎳氫電池的重要組成材料之一,被稱為鎳氫電池的“第三電極”,其性能直接影響鎳氫電池的性能。聚丙烯隔膜具有化學(xué)穩(wěn)定性高、比電阻小、透氣性好、成本低等優(yōu)點,是最常用的鎳氫電池隔膜。但聚丙烯親水性差,導(dǎo)致隔膜的電解液吸液速率和保液率差,嚴(yán)重影響了鎳氫電池的性能。
　　 本文采用接枝丙烯酸的方法對聚丙烯隔膜進行親水改性。探討了三種實驗方案親水改性的效果,實驗結(jié)果表明:紫外誘導(dǎo)接枝聚合

2、法和高聚物固定引發(fā)劑引發(fā)接枝聚合均不能達到改善聚丙烯隔膜親水性能的目的;強氧化劑預(yù)處理——氧化還原引發(fā)接枝聚合法是一種有效的方法,接枝率2.82％改性隔膜對去離子水的接觸角由基膜的102.1°下降至12.7°,這表明通過接枝丙烯酸可有效改善PP隔膜的親水性能。
　　 考察了強氧化劑預(yù)處理——氧化還原引發(fā)接枝聚合法中各反應(yīng)條件對改性隔膜接枝率的影響。過硫酸鉀預(yù)處理階段通過羥基化隔膜表面羥基數(shù)量影響改性隔膜接枝率,接枝聚合階段通過丙

3、烯酸接枝鏈段數(shù)量和聚合度影響改性隔膜接枝率?？疾旆磻?yīng)條件對改性隔膜接枝率的影響,改性隔膜接枝率隨過硫酸鉀濃度和反應(yīng)溫度的升高呈先升高后降低的趨勢,隨處理時間的延長而先升高后趨于穩(wěn)定,隨接枝反應(yīng)條件的升高或延長均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)過硫酸鉀濃度10％、十二烷基硫酸鈉0.2％、處理溫度90℃、處理時間2h;丙烯酸濃度5％、硝酸鈰銨2.0×10-3mol/L、反應(yīng)溫度75℃、反應(yīng)時間4h時,改性隔膜的接枝率最高,為14.5％。改性隔膜S

4、EM照片表明己成功將丙烯酸接枝到PP隔膜纖維表面,而且接枝率過高會破壞隔膜孔道結(jié)構(gòu)。PP隔膜接枝丙烯酸前后的紅外光譜分析也表明丙烯酸已被接枝到PP隔膜表面,改性隔膜的IR譜圖中出現(xiàn)了1557cm-1處的羧酸鹽官能團特征吸收峰和1712cm-1處的C=O伸縮振動峰。
　　 改性隔膜接枝率對其理化性質(zhì)有明顯影響。接枝率小于6.87％改性隔膜的厚度、面密度、拉伸強度和透氣性可滿足隔膜應(yīng)用要求。改性隔膜接觸角隨接枝率的升高呈先減小后增大

5、,表面自由能隨接枝率的變化與之相反。接枝率4.10％改性隔膜對去離子水和KOH水溶液(比重1.30)的接觸角最小,分別為0°和23.9°,表面自由能最大,為71.2mN·m-1;即其親水性最好,故電解液吸液速率和保液率最高。電化學(xué)測試結(jié)果表明:接枝率2.82％改性隔膜的離子電導(dǎo)率最高,接枝率4.10％改性隔膜次之。將改性隔膜組裝成5號鎳氫電池進行電池性能測試,接枝率4.10％改性隔膜制成電池的容量最高,放電平臺穩(wěn)定,循環(huán)性能最好。