[發明專利]釩電池用復合全氟離子交換膜的制造裝置和方法

有效

• 申請號: 201310018820.9
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103087338A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊大偉;楊豐仁;祝向偉
• 申請（專利權）人: 淮安科潤膜材料有限公司
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L27/12;C08L27/16;C08K5/5415;C08K3/36;H01M8/02;H01M8/18
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

????本發明涉及離子交換膜的制造裝置和方法，尤其涉及一種釩電池用復合全氟離子交換膜的制造裝置和方法。

背景技術

????全氟離子交換膜具有廣泛的應用領域，如氯堿行業、燃料電池、電解工業等等。目前世界上絕大多數都是使用杜邦的Nafion膜系列，其成膜工藝為擠膜法，在世界全氟離子膜領域杜邦壟斷了數年。杜邦的擠膜法是將全氟磺酸樹脂通過螺桿熱熔擠壓機擠出薄膜。擠膜法容易存在魚眼、針孔且強度低等缺陷，并且由于是單向擠壓容易出現膜的各向異性；擠膜法對設備的要求非常高，設備造價高昂；尤其是Nafion膜完全使用全氟磺酸離子交換樹脂制備，而純的全氟磺酸離子膜對釩離子選擇性差，釩離子的滲透嚴重影響釩電池中電解液平衡，影響電池的能量效率。

　　在申請號為200680044207.2的中國專利中，公開了一種溶液鑄膜法，通過鑄膜液在低于溶劑沸點10～30℃的加熱溫度下緩慢蒸發結晶的方法進行鑄膜，在溶質結晶過程中，鑄膜盤及其中的鑄膜液處于一個靜態封閉的空間，在頂部加熱裝置的輻射加熱下，溶劑緩慢蒸發減少而溶質濃度緩慢增大，進而緩慢結晶成膜。然而該溶液鑄膜法制備出的薄膜原料成本高，溶劑使用量大，無法控制厚度，制備出的薄膜厚薄不均，生產效率低，無法連續化生產。

發明內容

本發明的目的是：提供釩電池用復合全氟離子交換膜的制造裝置和方法，通過該裝置和方法得到的復合全氟離子交換膜尤其適合釩電池使用，膜電導率高，阻釩性能優越，制膜設備容易制造，離子膜厚度均勻。

本發明的技術解決方案是：該制造裝置包括主料溶解釜、不銹鋼蒸餾釜、配料溶解釜、蒸餾釜溶劑冷凝回收器、雙料混合釜、過濾器、真空脫泡釜、空壓機、氣壓調節閥、加料斗、刮刀、鋼帶流延機、烘干隧道、烘箱溶劑冷凝回收器、熱輥和薄膜收卷機，主料溶解釜的出料口經管道連通不銹鋼蒸餾釜，不銹鋼蒸餾釜連通蒸餾釜溶劑冷凝回收器，不銹鋼蒸餾釜的出料口、配料溶解釜的出料口分別經管道連通雙料混合釜，雙料混合釜連通過濾器，過濾器連通真空脫泡釜，真空脫泡釜經氣壓調節閥連接空壓機，真空脫泡釜連通加料斗，加料斗位于鋼帶流延機的進料端上方，鋼帶流延機的進料端位于加料斗的后方安裝刮刀，鋼帶流延機穿越式安裝在烘干隧道內，烘干隧道連通烘箱溶劑冷凝回收器，鋼帶流延機的出料端安裝熱輥和薄膜收卷機，整體構成制造裝置。

本發明的制造方法是：全氟磺酸離子交換樹脂漿料與溶解在溶劑中具有阻釩性能的輔料混合后通過鋼帶流延機流延，得復合全氟離子交換膜，其步驟如下：

　??步驟一：在主料溶解釜中通過高溫高壓將全氟磺酸離子交換樹脂（以下簡稱全氟磺酸樹脂）溶解在低沸點溶劑中，形成凝膠狀漿料；將凝膠狀漿料放入不銹鋼蒸餾釜中，添加入高沸點溶劑攪拌后進行加熱蒸餾，通過蒸餾釜溶劑冷凝回收器回收低沸點溶劑，將低沸點溶劑置換出來，得到高沸點全氟磺酸樹脂漿料；

????步驟二：將有一定阻釩性能的輔料通過配料溶解釜溶解在有機溶劑中，形成阻釩樹脂料液；

　　步驟三：將第一步的全氟磺酸樹脂漿料和第二步的阻釩樹脂料液通過雙料混合釜高速混合攪拌成凝膠狀，將釜中的凝膠狀料液由過濾器過濾；

????步驟四：將第三步過濾后的凝膠狀料液放入真空脫泡釜中抽真空，脫除掉凝膠狀料液料液中的氣泡，靜置待用；

步驟五：首先，將第四步脫泡后的凝膠狀料液投入加料斗，啟動鋼帶流延機，采用鋼帶流延機進行流延制膜，利用加料斗出料速度、刮刀高度、流延速度來控制凝膠液態膜的厚度；其次，將凝膠液態膜放入烘箱隧道、烘箱或烘干房中進行烘干，蒸發掉凝膠液態膜中的溶劑，結晶成薄膜；

步驟六：將第五步的薄膜經熱輥壓延、薄膜收卷機收卷、裁剪成需要的尺寸。

其中，步驟一中所使用的低沸點溶劑是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、丁二醇、水中一種或多種的混合物，全氟磺酸離子交換樹脂與低沸點溶劑的混合質量比為：3:100-50:100，優選10:100-25:100；溶解全氟磺酸離子交換樹脂的反應釜為高溫高壓反應釜，與物料接觸的內壁材質為316L材質的不銹鋼，溶解的溫度為200-280℃，溶解時間為4-10小時，攪拌速度為300轉/分鐘，溶解時需填充氮氣保護防止物料氧化；蒸餾時添加的高沸點溶劑是N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一種或是兩種溶劑的混合物，不銹鋼蒸餾釜的材質使用316L不銹鋼，蒸餾時溫度在低沸點溶劑的沸點之上5℃-10℃，蒸餾30-50分鐘，攪拌速度為150轉/分鐘，蒸餾釜中設置電子稱量裝置，用以計算蒸餾量。