專利名稱：氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，屬于特種功能陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星的壽命在很大程度上取決于電池系統(tǒng)，Ni-H2電池是公認(rèn)的具有優(yōu)良性能的衛(wèi)星用電源系統(tǒng)，它具有體積小、性能可靠、功率大等特點(diǎn)，將全面替代現(xiàn)用電池。
隔膜技術(shù)是氫鎳電池的關(guān)鍵，由于Ni-H2電池內(nèi)密閉有強(qiáng)堿溶液、充放電時(shí)H2-O2復(fù)合產(chǎn)生高溫，尼龍、聚丙烯等有機(jī)隔膜在強(qiáng)堿性條件下容易降解、酥脆、化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能無(wú)法滿足使用要求；石棉隔膜可以耐高溫，但是耐堿性能略差且透氣性不良。氧化鋯纖維具有很好的耐高溫性能、在強(qiáng)堿環(huán)境下化學(xué)性能穩(wěn)定、并且與堿的浸潤(rùn)性很好，是氫鎳電池隔膜的理想選材，但目前生產(chǎn)的氧化鋯纖維隔膜產(chǎn)品，如氧化鋯纖維紙、氧化鋯纖維氈，受到其工藝方法的限制，例如制備時(shí)必須引入低溫粘結(jié)劑導(dǎo)致氧化鋯含量偏低，無(wú)紡壓合纖維孔隙率低(不足70％)導(dǎo)致透氣性不好等等，影響了其使用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，制得的氧化鋯纖維布隔膜氧化鋯含量高，耐高溫，耐強(qiáng)堿，孔隙率高，使用性能好，使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其特征在于前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布。
氧化鋯纖維布隔膜耐高溫，耐強(qiáng)堿，前驅(qū)體纖維布采用編織型纖維布，無(wú)需引入低溫粘結(jié)劑，避免了雜質(zhì)的帶入，保證了氧化鋯的純度和含量，編織型纖維布孔隙率高，透氣性好。
本發(fā)明中為了分析粘膠纖維前驅(qū)體工藝參數(shù)對(duì)于氧化鋯隔膜性能的影響，選取不同纖度的單絲、單束的前驅(qū)體進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，確定前驅(qū)體纖維布最好采用粘膠纖維，單絲纖維纖度控制為0.2～10D，最好為0.75～2D，單束纖維纖度為30～300D，最佳纖度為75～180D。
前驅(qū)體纖維布為針織編織布時(shí)，編織體面密度為100～500g/m2適宜，前驅(qū)體纖維布為機(jī)織編織布時(shí)，編織體面密度為120～550g/m2適宜，編織體最佳面密度為150～250g/m2。
復(fù)合鋯鹽溶液為用去離子水配制成的水溶液，密度為1.1～1.5g/ml，溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O89～98％、Y(NO3)31～10％、Mg(NO3)20～2％、CsCl40～2％和鋯溶膠0～5％。
優(yōu)選的復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 90～98％和Y(NO3)32～10％，或ZrOCl·8H2O 90～98％、Y(NO3)31～8％、Mg(NO3)20.5～2％和CsCl40.5～2％，或ZrOCl·8H2O 89～96％、Y(NO3)32～7％和鋯溶膠2～5％。
為了保證氧化鋯纖維的純度，所選用鹽類原料采用分析純，為了保證前驅(qū)體纖維充分膨化吸收鹽溶液，將溶液的PH值控制在2～5。所用原料均市場(chǎng)有售，直接購(gòu)買即可。
浸漬最好在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度控制為18～80℃，浸漬時(shí)間控制為2～10小時(shí)；干燥溫度控制為60～80℃，干燥時(shí)間控制為2～3小時(shí)；適宜的燒結(jié)溫度控制為1200～1350℃，保溫時(shí)間為0.5～4小時(shí)。
經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，由本發(fā)明氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法獲得的氧化鋯纖維布隔膜的性能指標(biāo)為孔隙率70％～87％，面電阻0.025～0.100Ω·m2，吸堿率150～230％，吸堿速率5～10cm/min，抗張強(qiáng)度100～210g/cm，鐵含量≤0.08％，與傳統(tǒng)隔膜性能對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。
表1、本發(fā)明氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜及傳統(tǒng)隔膜性能對(duì)比表



圖1、本發(fā)明制備方法工藝流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1采用75d/1d(單束纖維纖度/單絲纖維纖度)粘膠纖維，經(jīng)針織工藝制成面密度為150g/m2的編織型前驅(qū)體；稱取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去離子水配制成1.22g/cm3的復(fù)合鋯鹽溶液，將前驅(qū)體在溶液中60℃恒溫浸漬6小時(shí)；去處多余鹽溶液，60℃干燥3小時(shí)；裝入電阻爐中，平均升溫速率1.2℃/min，最高溫度1300℃，保溫0.5小時(shí)，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例2采用150d/0.75d粘膠纖維，經(jīng)針織工藝制成面密度為250g/m2的編織型前驅(qū)體；其他工藝與實(shí)施例1相同，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例3采用150d/0.75d粘膠纖維，經(jīng)針織工藝制成面密度為250g/m2的編織型前驅(qū)體；稱取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，鋯溶膠30克，加去離子水配制成1.24g/cm3的復(fù)合鋯鹽溶液，其他工藝與實(shí)施例1相同，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例4采用150d/0.75d粘膠纖維，經(jīng)針織工藝制成面密度為250g/m2的編織型前驅(qū)體；稱取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去離子水配制成1.40g/cm3的復(fù)合鋯鹽溶液，將前驅(qū)體在溶液中60℃恒溫浸漬3小時(shí)；其他工藝與實(shí)施例1相同，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例5采用150d/0.75d粘膠纖維，經(jīng)針織工藝制成面密度為250g/m2的編織型前驅(qū)體；稱取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，加去離子水配制成1.40g/cm3的復(fù)合鋯鹽溶液，將前驅(qū)體在溶液中60℃恒溫浸漬6小時(shí)；去處多余鹽溶液，60℃干燥3小時(shí)；裝入電阻爐中，平均升溫速率1.4℃/min，最高溫度1350℃，保溫1小時(shí)，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例6采用250d/2d粘膠纖維，經(jīng)機(jī)織工藝制成面密度為300g/m2的編織型前驅(qū)體；稱取ZrOCl·8H2O 900克，Y(NO3)360克，Mg(NO3)212克，CsCl412克，加去離子水配制成1.40g/cm3的復(fù)合鋯鹽溶液，其他工藝與實(shí)施例5相同，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)下表。

實(shí)施例7本發(fā)明所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其中前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布，采用粘膠纖維，單絲纖維纖度為6D，單束纖維纖度為120D，為針織編織布，編織體面密度為200g/m2。
復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 96％和Y(NO3)34％。
浸漬在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度為30℃，浸漬時(shí)間為4小時(shí)。
干燥溫度控制為70℃，干燥時(shí)間控制為2.5小時(shí)。
燒結(jié)溫度為1260℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)。
實(shí)施例8本發(fā)明所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其中前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布，采用粘膠纖維，單絲纖維纖度為4D，單束纖維纖度為150D，為機(jī)織編織布，編織體面密度為250g/m2。
復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 92％、Y(NO3)36％、Mg(NO3)21％和CsCl41％。
浸漬在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度為50℃，浸漬時(shí)間為2小時(shí)。
干燥溫度控制為80℃，干燥時(shí)間控制為2小時(shí)。
燒結(jié)溫度為1300℃，保溫時(shí)間為3小時(shí)。
實(shí)施例9本發(fā)明所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其中前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布，采用粘膠纖維，單絲纖維纖度為3D，單束纖維纖度為220D，為針織編織布，編織體面密度為200g/m2。
復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 94％、Y(NO3)34％、Mg(NO3)21.5％和CsCl40.5％。
浸漬在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度為35℃，浸漬時(shí)間為4小時(shí)。
干燥溫度控制為65℃，干燥時(shí)間控制為2.5小時(shí)。
燒結(jié)溫度為1320℃，保溫時(shí)間為3.5小時(shí)。
實(shí)施例10本發(fā)明所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其中前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布，采用粘膠纖維，單絲纖維纖度為2D，單束纖維纖度為100D，為針織編織布，編織體面密度為180g/m2。
復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 92％和Y(NO3)38％。
浸漬在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度為20℃，浸漬時(shí)間為8小時(shí)。
干燥溫度控制為70℃，干燥時(shí)間控制為2小時(shí)。
燒結(jié)溫度為1260℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其特征在于前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于前驅(qū)體纖維布用粘膠纖維，單絲纖維纖度為0.2～10D，單束纖維纖度為30～300D。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于前驅(qū)體纖維布為針織編織布，編織體面密度為100～500g/m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于前驅(qū)體纖維布為機(jī)織編織布，編織體面密度為120～550g/m2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于復(fù)合鋯鹽溶液為用去離子水配制成的水溶液，密度為1.1～1.5g/ml，溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 89～98％、Y(NO3)31～10％、Mg(NO3)20～2％、CsCl40～2％和鋯溶膠0～5％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 90～98％和Y(NO3)32～10％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 90～98％、Y(NO3)31～8％、Mg(NO3)20.5～2％和CsCl40.5～2％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于復(fù)合鋯鹽溶液溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H2O 89～96％、Y(NO3)32～7％和鋯溶膠2～5％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于浸漬在恒溫下進(jìn)行，浸漬溫度為18～80℃，浸漬時(shí)間為2～10小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，其特征在于燒結(jié)溫度為1200～1350℃，保溫時(shí)間為0.5～4小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫鎳電池用氧化鋯纖維布隔膜的制備方法，用前驅(qū)體纖維布浸漬復(fù)合鋯鹽溶液后，經(jīng)干燥、燒結(jié)制得，其前驅(qū)體纖維布為編織型纖維布，采用粘膠纖維，單絲纖維纖度為0.2～10D，單束纖維纖度為30～300D，復(fù)合鋯鹽溶液為用去離子水配制成的水溶液，密度為1.1～1.5g/ml，溶質(zhì)的重量百分組成為ZrOCl·8H
文檔編號(hào)D04B1/00GK1988216SQ20061007046
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者胡利明, 高芳, 齊健梅, 李貴佳 申請(qǐng)人:中材高新材料股份有限公司, 山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院