一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法与流程

本发明涉及化学工程，具体为一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法。

背景技术：

1、在能源逐步减少，全球重点发展电动车用电池的新能源产业的今天，锂电池、钒电池作为公认的理想储能元件，得到了更高的关注，钒电池作为当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆电池，在风力、光伏发电、电网调峰、军用蓄电、交通市政、ups电源等领域有着良好的应用前景，全氟磺酸离子膜是锂电池、钒电池中最关键的材料，它决定了整个电池的性能与使用寿命。

2、然而，目前全氟磺酸离子交换膜常用的加工方法有两种：热熔融挤出流延成膜法和溶液钢带流延成膜法。熔融挤出成膜法适合于连续化生产，但是这种方法成膜后还需要将膜水解转型，而且只适于交换容量较低的离子聚合物成膜。溶液流延成膜法可以直接得到离子型制品，但是其整个工艺过程较

3、为繁琐，成膜时根据设备的不同可以间歇式或者连续化生产，为此本发明提供了一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，解决了现有的全氟磺酸离子交换膜制备方法存在一定的局限性的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，包括以下方法步骤：

3、s1、全氟磺酸树脂转型；

4、s1-1、将全氟磺酸树脂颗粒放入甲基异丁基酮溶液中，在一定温度下回流一定时间，将全氟磺酸树脂颗粒中的-so2f基团将进一步反应，转化为-so2na基团；

5、s1-2、将得到的na+型离子交换树脂用去离子水充分水洗至ph值为中性；

6、s1-3、将转型好的功能基团为—so2na的全氟离子交换树脂放入烘箱中进行烘干；

7、s1-4、取干燥好的一定量的全氟离子交换树脂放入高压釜中，加入乙醇溶液进行搅拌，然后停止加热和搅拌，并在室温下自然冷却得到无色透明溶液；

8、s2、制膜液的制备；

9、s2-1、向制备好的全氟磺酸溶液中加入一定量的二甲基亚砜；

10、s2-2、放入烘箱中，在高温下脱除低沸点醇类溶剂；

11、s2-3、待低沸点溶剂完全脱除后，将溶液置于超声波条件下振荡，由此获得制膜液；

12、s2-4、用移液管准确移取已经制得的制膜液分成三份到称量瓶中；

13、s2-5、将称量瓶放入烘箱中进行干燥；

14、s3、钢带流延制膜；

15、s3-1、将流延机流延刀口及制膜液升温至一定温度，将钢带升温到一定温度，并使其恒温一段时间；

16、s3-2、调节确定流延刀口缝宽以及刀口与钢带之间的距离；

17、s3-3、将制膜液倒进流延机储料罐中，使制膜液流入流延刀口；

18、s3-4、当膜液充满流延刀口后，打开流延机开关，制模液即在转动的钢带上流延成膜，调节钢带传动速度可改变流延膜厚度；

19、s3-5、流延完毕之后，停止流延刀口加热，仍保持钢带，进行热处理之后停止加热，令钢带自然冷却至室温；

20、s4、性能测试；

21、s4-1、取制得的样品在指定环境下放置一定时间，在多个不同点测厚取平均值；

22、s4-2、采用电化学方法，对样品的离子交换容量、离子传导率等性能进行测试，记录测试数据；

23、s4-3、对样品进行耐腐蚀性能测试，记录测试数据；

24、s4-4、对样品进行热稳定性测试，记录测试数据。

25、优选的，所述s1-1中回流温度为70～80℃，回流时间为3～5h，所述s1-4中加热温度为60-80℃，搅拌时间为2～3h，搅拌方式为机械搅拌。

26、优选的，所述s2-2中放入烘箱中，烘箱温度为90-100℃，烘箱温度为90-100℃，烤制时间为15～40min，s2-3中振幅为20%～80%，振动时间为4～8min，s2-4中每份的分量为7ml，s2-5中放入烘箱烘干温度为80～120℃，烘干时间为1～4h。

27、优选的，所述s3-1中机流延刀口及制膜液升温的温度为70℃，将钢带升温的温度为160℃，持续时间为15～20min。

28、优选的，所述s3-3中所用钢带流延机的刀口宽为135mm，刀口缝宽、刀口与钢带之间的距离及钢带传动速度可调，s3-5中保持钢带温度为160℃，保持时间为2h。

29、优选的，所述s4-1中放置环境为27℃、相对湿度50%的环境下放置20h。

30、优选的，所述s4-2中电化学方法测试离子交换容量和离子传导率的测试仪器为电化学工作站，测试过程中，首先将样品制成薄片状，固定在测试电极上，然后将电极放入测试溶液中，通过电化学工作站进行测试，记录测试数据。

31、优选的，所述s4-3中耐腐蚀性能测试，采用点滴试验法，将样品置于不同腐蚀液中，观察其腐蚀程度，通过失重法计算腐蚀速率，评估其耐腐蚀性能。

32、优选的，所述s4-4中热稳定性测试，将样品放入高温炉中，以一定的升温速率升至指定温度，保持一定时间，然后观察样品的变化，通过失重法计算热稳定性。

33、优选的，所述s1中包含以下质量份数的原料：全氟磺酸树脂17～26份，甲基异丁基酮10～13份；离子水3～9份，二甲基亚砜8～13份，乙醇1～8份。

34、本发明提供了一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法。具备以下有益效果：

35、1、本发明通过整合多个步骤，将传统制备过程中的多个独立操作合并为连续流程，从而简化了制备过程，减少了操作步骤的数量。

36、2、本发明通过优化原料的配比和溶剂选择，可以降低制备全氟磺酸离子交换膜的成本，此外，使用一体化钢带流延法还可以提高生产效率，进一步降低成本。

37、3、本发明通过使用流延法制备薄膜可以实现更好的膜厚控制和均匀性，从而获得更高质量的全氟磺酸离子交换膜。

38、4、本发明通过对制备的全氟磺酸离子交换膜进行性能测试，可以评估膜的性能并进行进一步优化。

技术特征：

1.一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s1-1中回流温度为70～80℃，回流时间为3～5h，所述s1-4中加热温度为60-80℃，搅拌时间为2～3h，搅拌方式为机械搅拌。

3.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s2-2中放入烘箱中，烘箱温度为90-100℃，烤制时间为15～40min，s2-3中振幅为20%～80%，振动时间为4～8min，s2-4中每份的分量为7ml，s2-5中放入烘箱烘干温度为80～120℃，烘干时间为1～4h。

4.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s3-1中机流延刀口及制膜液升温的温度为70℃，将钢带升温的温度为160℃，持续时间为15～20min。

5.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s3-3中所用钢带流延机的刀口宽为135mm，刀口缝宽、刀口与钢带之间的距离及钢带传动速度可调，s3-5中保持钢带温度为160℃，保持时间为2h。

6.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s4-1中放置环境为27℃、相对湿度50%的环境下放置20h。

7.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s4-2中电化学方法测试离子交换容量和离子传导率的测试仪器为电化学工作站，测试过程中，首先将样品制成薄片状，固定在测试电极上，然后将电极放入测试溶液中，通过电化学工作站进行测试，记录测试数据。

8.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s4-3中耐腐蚀性能测试，采用点滴试验法，将样品置于不同腐蚀液中，观察其腐蚀程度，通过失重法计算腐蚀速率，评估其耐腐蚀性能。

9.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s4-4中热稳定性测试，将样品放入高温炉中，以一定的升温速率升至指定温度，保持一定时间，然后观察样品的变化，通过失重法计算热稳定性。

10.根据权利要求1所述的一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，其特征在于，所述s1中包含以下质量份数的原料：全氟磺酸树脂17～26份，甲基异丁基酮10～13份；离子水3～9份，二甲基亚砜8～13份，乙醇1～8份。

技术总结
本发明涉及化学工程技术领域，公开了一体化钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的方法，包括将17份全氟磺酸树脂颗粒放入10份甲基异丁基酮溶液中，在75℃下回流3h，将全氟磺酸树脂颗粒中的‑SO2F基团将进一步反应，转化为‑SO2Na基团，将得到的Na+型离子交换树脂用5份去离子水充分水洗至pH值为中性，将转型好的功能基团为—SO2Na的全氟离子交换树脂放入烘箱中进行烘干，取干燥好的10份全氟离子交换树脂放入温度为65℃高压釜中，加入2份乙醇溶液进行搅拌，搅拌2h后，然后停止加热和搅拌，并在室温下自然冷却得到无色透明溶液。通过整合多个步骤，将传统制备过程中的多个独立操作合并为连续流程，从而简化了制备过程，减少了操作步骤的数量。

技术研发人员：孟青,张家乐,于冬青,许超
受保护的技术使用者：山西国润储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5