一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及储能技术领域，尤其涉及一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种全氟磺酸复合膜的制备方法，包括以下步骤：将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；将膨体聚四氟乙烯膜在所述全氟磺酸铸膜液中进行浸渍，得到预处理后的膨体聚四氟乙烯膜；将所述预处理后的膨体聚四氟乙烯膜的表面涂布所述全氟磺酸铸膜液，得到所述全氟磺酸复合膜。所述制备方法采用的原料安全环保、制备得到的全氟磺酸复合膜质量一致性好。得到的全氟磺酸复合膜质量一致性好。得到的全氟磺酸复合膜质量一致性好。

【技术实现步骤摘要】
一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其涉及一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]离子交换膜作为能量型储能电池的重要组件，不仅要分隔正负极电解液，而且还要传输离子以构成闭合回路，保证正负极电荷平衡，其导电性、钒离子渗透率、离子交换容量、化学稳定性、机械强度等性能的优劣直接影响了电池的能量效率和运行稳定性，进而影响能量型储能电池系统的技术经济性。
[0003]能量型储能电池用离子交换膜主要分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和多孔膜三类。阴离子交换膜由于含有碱性基团，导致在电池的酸性环境下化学稳定性不佳，使用寿命短。多孔膜在工业化生产中存在孔径均一性难以控制的难题，产品一致性无法保障。目前工程化应用的主要是以杜邦公司的Nafion系列全氟磺酸膜为代表的阳离子交换膜，其质子传导率高、强度较低，导致电池的自放电率较高。目前的改性方法主要有：本体复合、表面修饰、重铸树脂复合和重铸树脂多孔填充等，主要原理是通过对全氟磺酸树脂进行化学处理或修饰，堵塞胶束通道来降低钒离子渗透率，但并未解决全氟磺酸膜价格昂贵的问题，且树脂中过多掺杂会影响膜的化学稳定性。此外，全氟磺酸膜在工业化生产中常采用钢带流延法，需使用有毒高沸点溶剂，如二甲基亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺，N
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甲基吡咯烷酮等，对环境和人员健康造成不利影响，且成膜过程中薄膜表面会产生气泡，影响产品性能的一致性。

技术实现思路
r/>[0004]本专利技术的目的在于提供一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用，所述制备方法采用的原料安全环保、制备得到的全氟磺酸复合膜质量一致性好。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种全氟磺酸复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；
[0008]将膨体聚四氟乙烯膜在所述全氟磺酸铸膜液中进行浸渍，得到预处理后的膨体聚四氟乙烯膜；
[0009]将所述预处理后的膨体聚四氟乙烯膜的表面涂布所述全氟磺酸铸膜液，得到所述全氟磺酸复合膜。
[0010]优选的，所述正丙醇、甲醇和水的体积比为(25～65)：5：(30～70)。
[0011]优选的，所述混合的温度为120～200℃；
[0012]所述全氟磺酸铸膜液的粘度为100～300mPa
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s，固含量为15～35wt％。
[0013]优选的，所述膨体聚四氟乙烯膜的厚度为5～18μm。
[0014]优选的，所述浸渍的时间为0.5～1.5h；
[0015]所述浸渍完成后还包括真空干燥。
[0016]优选的，所述涂布的方式为流延涂布。
[0017]优选的，所述涂布完成后还包括悬浮式真空干燥；
[0018]所述悬浮式真空干燥的温度为100～150℃，时间为5～8h。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的全氟磺酸复合膜，包括膨体聚四氟乙烯膜层和分别位于所述膨体聚四氟乙烯上下表面的全氟磺酸树脂层。
[0020]优选的，所述全氟磺酸复合膜的厚度为30～80μm。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述的全氟磺酸复合膜在能量型储能电池领域中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种全氟磺酸复合膜的制备方法，包括以下步骤：将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；将膨体聚四氟乙烯膜在所述全氟磺酸铸膜液中进行浸渍，得到预处理后的膨体聚四氟乙烯膜；将所述预处理后的膨体聚四氟乙烯膜的表面涂布所述全氟磺酸铸膜液，得到所述全氟磺酸复合膜。本专利技术采用正丙醇、甲醇和水的复配溶剂溶解全氟磺酸树脂，替代工业化钢带流延法中常用的二甲基亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺和N
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甲基吡咯烷酮等有毒高沸点溶剂，安全环保，且可以缓解成膜过程中高温下膜表面的起泡问题，甲醇的加入能够促进全氟磺酸树脂的溶胀从而加速溶解过程；同时，本专利技术采用膨体聚四氟乙烯膜为基膜，可增强复合膜的强度，同时有效降低水的迁移率，从而降低电池的自放电率；本专利技术在膨体聚四氟乙烯基膜两面涂布全氟磺酸铸膜液，一次成型，工艺简单，产品一致性好，通过调节铸膜液的粘度和固含量可控制复合膜的厚度，制得不同厚度的全氟磺酸复合膜，提高所述全氟磺酸复合膜的适用范围；本专利技术所述制备方法由于是以膨体聚四氟乙烯膜为基体替代了部分全氟磺酸树脂，因此有效的降低了全氟磺酸树脂在膜中的用量，降低了后续制备能量型储能电池膜及电池的成本。
附图说明
[0023]图1为实施例1所述全氟磺酸复合膜的SEM图；
[0024]图2为实施例1所述全氟磺酸复合膜的实物图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种全氟磺酸复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；
[0027]将所述膨体聚四氟乙烯膜在所述全氟磺酸铸膜液中进行浸渍，得到预处理后的膨体聚四氟乙烯膜；
[0028]将预处理后的膨体聚四氟乙烯膜的表面涂布所述全氟磺酸铸膜液，得到所述全氟磺酸复合膜。
[0029]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0030]本专利技术将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇。
[0031]在本专利技术中，所述水优选为蒸馏水。
[0032]在本专利技术中，所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；所述正丙醇、甲醇和水的体积比优选为(25～65)：5：(30～70)，更优选为(30～50)：5：(40～60)，最优选为(35～45)：5：(45～55)。本专利技术对所述复配溶剂的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
[0033]在本专利技术中，所述复配溶剂采用高沸点的正丙醇替代二甲基亚砜等常用的有毒高沸点溶剂，安全环保，且可以缓解成膜过程中高温下膜面气泡问题，加入一定体积百分比的甲醇能促进全氟磺酸树脂的溶胀从而加速溶解。
[0034]在本专利技术中，所述混合的温度优选为120～200℃，更优选为130～180℃，最优选为140～160℃；所述混合优选在磁力搅拌的条件下进行，本专利技术对所述磁力搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。本专利技术对所述混合的时间没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的时间并保证能够得到均匀分散的全氟磺酸铸膜液即可。
[0035]在本专利技术中，所述混合的过程优选为将所述全氟磺酸树脂加入所述复配溶剂中，在磁力搅拌的条件下，加热溶解。
[0036]在本专利技术中，所述全氟磺酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氟磺酸复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将全氟磺酸树脂和复配溶剂混合，得到全氟磺酸铸膜液；所述复配溶剂包括水、正丙醇和甲醇；将膨体聚四氟乙烯膜在所述全氟磺酸铸膜液中进行浸渍，得到预处理后的膨体聚四氟乙烯膜；将所述预处理后的膨体聚四氟乙烯膜的表面涂布所述全氟磺酸铸膜液，得到所述全氟磺酸复合膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正丙醇、甲醇和水的体积比为(25～65)：5：(30～70)。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为120～200℃；所述全氟磺酸铸膜液的粘度为100～300mPa
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s，固含量为15～35wt％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨体聚四氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晨红，冯美方，李新宇，王茜，张则栋，李建林，
申请(专利权)人：新源智储能源发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：