一种电池隔膜磺化设备及磺化处理工艺的利记博彩app

专利名称：一种电池隔膜磺化设备及磺化处理工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电池隔膜改性设备及生产工艺，具体的讲是一种MH-NI电池隔 膜磺化设备及磺化处理工艺。
背景技术：
因为MH-NI电池性能优于镍镉电池又不污染环境，近年来得到长足的发展。 MH-NI电池隔膜是丽-NI电池的重要组成部分，其质量对电池容量、充放电性能、 荷电保持率、使用寿命等有很大的影响，目前国产电池隔膜性能上与国外产品 有较大差距，高性能、高容量、大电流放电的电池隔膜依赖进口。
MH-NI电池隔膜材料主要有聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚烯烃纤维，从综 合性能来看，聚烯烃纤维因其耐温性高，抗拉强度大，耐碱损失和抗氧化性优 良，所以最适合制造MH-NI电池隔膜。但是表面未经改性处理的聚烯烃纤维膜 亲水性很差，吸液速度慢，保液率低，对电极间离子的传递不利，影响了电池 性能，所以使用前必须对聚烯烃纤维膜进行亲水处理，目前所用的处理方法主 要有磺化处理和等离体接枝等处理方法，等离子体接枝处理的隔膜，存在着 自放电和内阻偏大缺陷，而磺化处理工艺较简单，处理费用较低，磺化膜的性 能等指标都很好，所以磺化处理的聚烯烃纤维膜是目前MH^NI电池的首选隔膜 材料。现在磺化处理用的磺化试剂主要有发烟硫酸、浓硫酸和氯磺酸等，中国 发明专利公开号CN 1747199A《一种镍氢电池隔膜的制备方法及其制品》，公开 了一种对含有低密度聚乙烯的聚烯烃纤维基布选用浓硫酸试剂进行磺化处理的 工艺，该工艺对温度、时间的控制要求严格，需对基布施加一定的张紧力，选 用硫酸和氯磺酸等试剂会产生大量的废酸，所以磺化成本高，处理费用大；中国发明专利公开号CN 101267028A《一种经磺化改性的聚烯烃电池隔膜及其制备 方法》，公开了一种将接枝单体配制成加入阻聚剂的水溶液、磺化剂，通入保护 气体，Y射线或紫外线或高能电子束辐射，对聚烯烃纤维进行接枝共聚反应的 聚烯烃电池隔膜制备方法，该方法同样具有成本高、处理费用大的缺点。采用 三氧化硫作为试剂进行磺化，是一种很好的技术手段，但是目前没有该试剂对 膜进行磺化处理的工业装置和具体生产工艺公开。

发明内容
为了克服己有的磺化反应装置不适于三氧化硫试剂、废液处理费用高、对 环境不友好以及现有磺化工艺控制要求过于严格、复杂的缺陷，本发明提供一 种结构较简单，处理费用较低，且不污染环境的电池隔膜磺化设备以及操作简 单的磺化工艺。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是 一种电池隔膜磺化设 备，有磺化反应装置和磺化反应后处理装置，其特征在于磺化反应装置的磺化 反应槽有S03气体入口，且密封连接收集逸出S03气体的冷凝回收槽，磺化反应 槽逸出的S03气体进入冷凝回收槽内的冷凝管，冷凝管下端还连通液态S03回收 罐。
气态S(X经S03气体入口进入磺化反应槽，纤维膜经过磺化反应槽接触S03 气体发生磺化反应，磺化反应槽上端连接冷凝管的下端，反应剩余的气态S03 逸出进入冷凝回收槽内的冷凝管，冷凝成液态的S03流入回收罐。磺化反应装置 结构较简单，处理费用低，且不污染环境，回收的SOs可以循环再利用。
磺化反应槽外有收巻器和放巻器，纤维膜两端分别连接收巻器和放巻器。
收巻器连接速控机构。速控机构控制收巻器转数，进而控制纤维膜与so3 气体接触的反应时间。磺化反应槽有加热器。加热器加热磺化反应槽，保证磺化反应槽内部的磺 化反应温度。
S03气体入口有流量控制机构。流量控制机构保证了磺化反应槽内的S03气
体浓度。
磺化反应槽内壁固定连接微孔布气板，微孔布气板位于S03气体入口上方。 SOs气体经过微孔布气板后均匀的进入磺化反应槽。
磺化反应槽内安装温度传感器和S03浓度传感器，温度传感器、磺化反应槽 加热器连接温控器，S03浓度传感器连接流量控制机构。
S03气体入口连接S03气体发生器，S03气体发生器的内容器内有液体的S03，
外有加热元件，内容器上端的S03气体出口连通S03气体入口； SO:,气体发生器还
可以是固体S03加热转换成气态S03或使用S02经催化转换后变成气态S03的装置。
冷凝管上端连通尾气处理器的上容器周边外层空间，尾气处理器由浓硫酸 吸收分离槽和酸碱中和反应槽组成，浓硫酸吸收分离槽由上容器和下容器构成， 上容器周边外层空间的下部伸入下容器的浓流酸中，液泵的进水管口伸入下容 器的浓流酸中，出水管口在周边外层空间上部连通冷凝管处的上方，上容器的 中心内层空间下端位于下容器的浓流酸液面之上，上端连通酸碱中和反应槽的
碱性液体。 一旦有未被冷凝的S03气体从冷凝管上端逸出，将被导入周边外层空 间的上部，液泵从下容器抽取的浓硫酸在周边外层上端空间喷淋，逸出的S03 气体被浓硫酸的吸收回流至下容器中，S03获得回收，而逸出S03气体中夹杂的
空气经中心内层空间进入酸碱中和反应槽，若空气中仍含少量酸雾，将与酸碱 中和反应槽内碱性液体发生中和反应，从酸碱中和反应槽排出的气体不再含有 三氧化硫酸雾，彻底消除了污染环境的隐患。
磺化反应后处理装置包括碱洗槽、水洗槽、浸涂前烘干机，表面活性剂浸涂槽、浸涂后烘干机。
碱洗槽前有后处理放巻机，浸涂后烘干机后有后处理收巻机。后处理放巻 机上安放磺化反应后的纤维膜。
一种电池隔膜磺化处理工艺，采用上述设备中的任意一项，对电池隔膜进 行磺化反应处理和磺化反应后处理工艺
(1) 磺化反应处理工艺纤维膜在磺化反应槽里的磺化反应时间2-30S， 磺化反应所用的S03的浓度90-100%，磺化反应槽40内温度50-IO(TC。
(2) 磺化反应后处理工艺碱洗槽内碱液浓度2-20%，浸涂前烘干机温度 控制在45-10(TC，烘干时间在10-30S,表面活性剂浸涂槽内阴离子耐强酸碱表 面活性剂浓度1-10%。、温度30-65°C。
本发明的优点是提供了整套电池隔膜磺化设备及磺化处理工艺。纤维膜 与S03气体接触磺化，逸出的S03被冷凝后收集到回收罐，磺化反应装置、磺化 设备结构简单，处理简便、费用极低，且不污染环境。磺化反应槽内安装温度 传感器和S(V浓度传感器，温度传感器、磺化反应槽加热器连接温控器，S03浓 度传感器连接流量控制机构，S03气体经过微孔布气板后进入磺化反应槽，收巻 器和放巻器连接速控机构等诸项技术使纤维膜磺化深度均匀，磺化膜的性能好。 磺化反应槽连通的S03气体发生器供给磺化反应槽S03气体，且能够再利用逸出 S03气体，冷凝管连通尾气处理器，彻底消除了污染环境的隐患，磺化处理工艺 操作简单。


图1是本发明磺化反应装置一个实施例的示意图； 图2是本发明电池隔膜磺化处理工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，磺化反应装置的磺化反应槽40为上端开口的扁方体，通常槽 高0. 5—2m，宽度在0. lm以上，厚度稍大于聚烯烃纤维膜9的膜宽，本实施例槽 高lm，宽度0.35m，外壳用不锈钢制造。壳体四周的加热保温套4由磺化反应 槽40的加热器和石棉布保温材料构建，加热器是电热丝。收巻器8和放巻器7 分别位于槽外的左右两侧，纤维膜9两端分别连接收巻器8和放巻器7，纤维膜 9绕转动轴10通过磺化反应槽40。槽内中部安装温度传感器5和S03浓度传感 器6，以监控槽内的磺化反应温度和S03浓度，槽内的温度被控制在70±5°C， 温度传感器5、磺化反应槽40加热器连接温控器，温控器根据温度传感器5提 供的信息控制电热丝的工作状态，图中没有画出温控器，S03浓度传感器6连接 流量控制机构，流量控制机构根据S03浓度传感器6提供的信息，由流量控制机 构的流量调节阀控制从S03气体入口 1进入槽内的S03的流量在0. 5±0. lmVmin， 保证了磺化反应槽40内的S03气体浓度在95%。在S03气体入口 1上方槽底部设 置微孔布气板3 (微多孔隔板)，以使槽内同一高度处的S03浓度分布状态稳定和 相同，板的厚度通常不小于10mm，每cm2的孔数目不低于4个，孔径< 2mm,本 实施例板厚12mm,每cm2的孔数目8个，孔径1. 5mm。收巻器8连接速控机构， 速控机构控制纤维膜9在20± lm/min的稳定速度下运行，进而控制纤维膜9与 S03气体接触的反应时间3S，保证磺化一致、均匀，图中没有画出速控机构。
S03冷凝回收槽41是下端开口的钢槽，连接在磺化反应槽40的上端，通常 槽高l一1.2m，开口的宽度与厚度与磺化反应槽40的连接部位相同，本实施例 槽高1. lm。冷凝回收槽41下端开口和磺化反应槽4上端开口的前后两边嵌贴着 石墨密封垫片，上下相对的石墨密封垫片密封配合，也可以是聚四氟乙烯等材 料的密封垫，两者开口的左右两边设置了厚度和宽度相同的软质密封料填料11，软质密封料填料11由底而上依次是聚氨酯弹性泡沫塑料和碳毡，冷凝回收槽41
左右两边的密封料填料11向内移位，外侧空出的空间是小气室12,纤维膜9的 上下两面都与碳毡接触，阻挡了S03气体向小气室12扩散，小气室12顶部的尾 气管道13与抽气泵23及尾气处理器43相通，即使有微量的S03气体扩散到小 气室12， S03气体只能进入尾气处理器43,尾气管道13上有气体流量计22，以 监视碳毡与纤维膜9密封。少量磺化反应剩余的S03气体向上流动，经过槽外右 侧的三通管15，进入冷水槽18中的冷凝管17，冷水槽18中冷水3(TC，被凝结 的液态S03经三通管15流入连接三通管15下端的液态S03回收罐16。冷水槽18 的下底面是耐酸且绝热性能良好材料制造的隔热板14，隔绝了磺化反应槽40热 量向上传递，提高了冷凝效果，节约能源。液态S03回收罐16连通S03气体发生 器42的内容器26，收集的液态S03进入内容器26，实现S03的再利用，图中没 有画出液态S03进入内容器26的管道。
S03气体入口 1连接的S03气体发生器42是一种不锈钢的双容器，采用液态 的S03作原料。液态的S03装在内容器26，外容器25和内容器26之间注入了水 剂加热介质，也可注入油料加热介质，并安装了加热元件和加热温控器24。介 质的温度保持在80±5°C，使内容器26中的液态S03转化为具有一定压力的气态 S03，气压表28监视S03的气化状况。S03气体经S03气体出口 27进入气液分离器 30和干燥柱31，清除其夹杂的液体和脱液处理。流量计32监视流入S03气体入 口 1的S03气体流量状况。S03气体发生器42还可以是固体S03加热转换成气态 S03或使用S02经催化转换后变成气态S03的装置。
S03冷凝回收槽41的尾气管道13和冷凝管17连通尾气处理器43上容器34 的周边外层空间35。尾气处理器43是由浓硫酸吸收分离槽37和酸碱中和反应 槽39组成的两级处理装置。浓硫酸吸收分离槽37由下容器33和上容器34构成，下容器33装浓硫酸，上容器34由周边外层空间35和中心内层空间36构 成，两个空间的上端互不相通，下端连通，从冷凝回收槽41产生的尾气被导入 周边外层空间35的上部，与此同时液泵38从下容器33抽取浓硫酸的在周边外 层空间35上端空间喷淋，尾气中的酸雾则被浓硫酸的吸收回流至下容器33中， S03获得回收。尾气中夹杂的的空气则由下端进入中心内层空间36，沿着管道进 入装着饱和Ca (0H) 2水溶液的酸碱中和反应槽39，若空气中仍含少量酸雾，它 会与Ca (0H) 2发生中和反应，生成CaS04沉淀。经此处理，从酸碱中和反应槽 39顶部排出的气体不再含有S03酸雾，彻底消除了污染环境的隐患。
磺化反应后的纤维膜9巻绕在收巻器8上。磺化反应后的纤维膜9安放到 后处理放巻机上，经碱洗槽、水洗槽、浸涂前烘干机，表面活性剂浸涂槽、浸 涂后烘干机由后处理收巻机收取，完成了成品电池隔膜工艺过程，参见图2，其 中碱洗槽K0H碱液的浓度5士1。/。，浸涂前烘干机温度80±5匸，烘干时间15S， 表面活性剂浸涂槽内阴离子耐强酸碱表面活性剂浓度3±0. 5°;、温度40±5°C， 浸涂时间3S。图2所示气态S03从S03气体发生器42进入磺化反应槽40，反应 剩余逸出的气态S03从磺化反应槽40进入冷凝回收槽41，尚未被冷凝的S03气 体从冷凝回收槽41进入尾气处理器43，冷凝成液态的S03从冷凝回收槽41进入 S03气体发生器42，放巻器7上的聚烯烃纤维膜9进入磺化反应槽40，磺化反应 后的聚烯烃纤维膜9绕巻到收巻器8上；磺化反应后的聚烯烃纤维膜9安放到 后处理放巻机上，进入碱处理槽后到水洗槽，再经浸涂前烘干机烘干进入表面 活性剂浸涂槽，然后进入浸涂后烘干机，完成了磺化反应后处理的聚烯烃纤维 膜9巻绕在后处理收巻机的巻轴上。
采用上述磺化设备及磺化处理工艺加工的聚烯烃类纤维膜，用作MH""NI电 池的隔膜，设备结构、工艺操作简单，S03的耗量约l一5g/m2，处理费用低廉。经测试，膜的各项性能指标满足要求-
面密度 g/m2 60
厚度 ym 180
爬碱高度 mm/3min 45
爬碱高度 mm/30min 130
吸碱量 10min 》200%
拉力 N/M 》1960
透气性 cm/scc (cmVcm2. sec) 17 最大孔径 um 40
荷电保持率 》80°%
实施例2与实施例1的区别是磺化反应槽40内的温度被控制在55±5°C， 磺化反应槽40内的S03气体浓度在90%，速控机构控制纤维膜9在2m/min的稳 定速度下运行，进而控制纤维膜9与S03气体接触的反应时间在30S，碱洗槽KOH 碱液的浓度3±1%，浸涂前烘干机温度50土5。C，烘干时间30S，表面活性剂浸 涂槽内阴离子耐强酸碱表面活性剂浓度1.5±0.5%。，温度35±5°C，浸涂时间 IOS。
实施例3
实施例3与实施例1的区别是磺化反应槽40内的温度被控制在95±5°C， 磺化反应槽40内的S03气体浓度在100%,速控机构控制纤维膜9在30m/min的 稳定速度下运行，进而控制纤维膜9与S03气体接触的反应时间2S，碱洗槽KOH碱液的浓度19±1%，浸涂前烘干机内温度95士5'C，烘干时间10S，表面活性剂 浸涂槽内阴离子耐强酸碱表面活性剂浓度9.5±0.5°;，温度60±5°C,浸涂时 间2S。
权利要求
1、一种电池隔膜磺化设备，有磺化反应装置和磺化反应后处理装置，其特征在于磺化反应装置的磺化反应槽(40)有SO3气体入口(1)，且密封连接收集逸出SO3气体的冷凝回收槽(41)，磺化反应槽(40)逸出的SO3气体进入冷凝回收槽(41)内的冷凝管(17)，冷凝管(17)下端还连通液态SO3回收罐(16)。
2、 根据权利要求l所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于磺化反应槽 (40)外有收巻器(8)和放巻器(7),纤维膜(9)两端分别连接收巻器(8)和放巻器(7);收巻器(8)连接速控机构。
3、 根据权利要求l所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于磺化反应槽 (40)有加热器。
4、 根据权利要求1所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于S03气体入 口 (1)有流量控制机构。
5、 根据权利要求l所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于磺化反应槽 (40)内壁固定连接微孔布气板(3)，微孔布气板(3)位于S03气体入口 (1)上方。
6、 根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种电池隔膜磺化设备，其特 征在于磺化反应槽(40)内安装温度传感器(5)和S03浓度传感器(6)，温度 传感器(5)、磺化反应槽(40)加热器连接温控器，S03浓度传感器(6)连接流 量控制机构。
7、 根据权利要求1所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于S03气体入 口 (1)连接S03气体发生器(42)， S03气体发生器(42)的内容器(26)内有 液体的S03，外有加热元件，内容器(26)上端的S03气体出口 (27)连通S03气体入口 (1);或者S03气体发生器(42)是固体S03加热转换成气态S03的装置；或者是使用S02经催化转换后变成气态S03的装置。
8、 根据权利要求l所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于冷凝管(17) 上端连通尾气处理器(43)的上容器(34)周边外层空间(35)，尾气处理器(43)由 浓硫酸吸收分离槽(37)和酸碱中和反应槽(39)组成，浓硫酸吸收分离槽(37)由 上容器(34)和下容器(33)构成，上容器(34)周边外层空间(35)的下部伸入下容 器(33)的浓流酸中，液泵(38)的进水管口伸入下容器(33)的浓流酸中，出水管 口在周边外层空间(35)上部连通冷凝管(17)处的上方，上容器(34)的中心内层 空间(36)下端位于下容器(33)的浓流酸液面之上，上端连通酸碱中和反应槽(39) 的碱性液体。
9、 根据权利要求l所述的一种电池隔膜磺化设备，其特征在于磺化反应后 处理装置包括碱洗槽、水洗槽、浸涂前烘干机，表面活性剂浸涂槽、浸涂后烘 干机；碱洗槽前有后处理放巻机，浸涂后烘干机后有后处理收巻机，后处理放 巻机上安放磺化反应后的纤维膜(9)。
10、 一种电池隔膜磺化处理工艺，其特征在于采用上述权利要求中设备的 任意一项，对电池隔膜进行磺化反应处理和磺化反应后处理工艺(1) 磺化反应处理工艺纤维膜(9)在磺化反应槽(40)里的磺化反应时间 2-30S，磺化反应所用的S03的浓度90-100%，磺化反应槽(40)内温度50-10(TC。(2) 磺化反应后处理工艺碱洗槽内碱液浓度2-20%，浸涂前烘干机温度 控制在45-10(TC，烘干时间在10-30S，表面活性剂浸涂槽内阴离子耐强酸碱表 面活性剂浓度1-10%。、温度30-65。C。
全文摘要
一种电池隔膜磺化设备，有磺化反应装置和磺化反应后处理装置，磺化反应装置的磺化反应槽有SO₃气体入口，且密封连接收集逸出SO₃气体的冷凝回收槽，磺化反应槽逸出的SO₃气体进入冷凝回收槽内的冷凝管，冷凝管下端还连通液态SO₃回收罐，以及采用上述设备对电池隔膜进行磺化反应处理和磺化反应后的处理工艺。纤维膜与SO₃气体接触磺化，磺化反应装置、磺化设备结构简单，处理简便、费用极低，且不污染环境。能够再利用逸出SO₃气体，冷凝管连通尾气处理器，彻底消除了污染环境的隐患。
文档编号H01M2/14GK101442112SQ20081024973
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者徐继亮, 方开东, 蔡乃才 申请人:莱州联友金浩新型材料有限公司