[发明专利]一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及储能技术领域，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。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种全氟磺酸复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

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。

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-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺，N-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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明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。

优选的，所述正丙醇、甲醇和水的体积比为(25～65)：5：(30～70)。

优选的，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·s，固含量为15～35wt％。

优选的，所述膨体聚四氟乙烯膜的厚度为5～18μm。

优选的，所述浸渍的时间为0.5～1.5h；

所述浸渍完成后还包括真空干燥。

优选的，所述涂布的方式为流延涂布。

优选的，所述涂布完成后还包括悬浮式真空干燥；

所述悬浮式真空干燥的温度为100～150℃，时间为5～8h。

本发明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。

优选的，所述全氟磺酸复合膜的厚度为30～80μm。