一种宽温域适配型AGM隔板及其制备工艺的制作方法

本发明属于铅酸蓄电池隔板，具体涉及一种宽温域适配型agm隔板及其制备工艺。

背景技术：

1、现有商用agm隔板多采用超细玻璃纤维与耐酸玻纤混合抄造制备，通过优化纤维配比、孔隙结构、无机粉体掺杂改性等方式优化隔板基础性能，是目前铅酸电池主流隔离材料。但现有技术制备的agm隔板均为静态结构、静态性能体系，结构与孔隙状态无法随电池工作温度变化自适应调整，存在无法规避的技术缺陷，严重限制铅酸电池在宽温域极端工况下的应用。

2、首先，传统agm隔板存在严重的高低温性能对冲矛盾。低温环境（-20℃～-40℃）下，电池电解液粘度大幅升高，离子迁移阻力增大，传统静态孔隙隔板孔道导通性固定，无法适配低温离子传输需求，导致电池内阻急剧上升、低温容量保持率大幅下降、启动放电困难；高温环境（45℃～60℃）下，传统隔板孔隙疏松、保液能力有限，电解液水分蒸发速率快，同时玻纤基体易发生热蠕变、孔隙坍塌变形，造成电池失水干涸、热失控风险升高、高温浮充衰减严重，循环寿命大幅缩短。

3、其次，现有改性技术无法从根源解决性能矛盾。目前行业主流改性方式包括纤维配比优化、二氧化硅/氧化铝无机粉体掺杂、多层玻纤复合结构设计等，上述技术均为被动静态优化：无机粉体改性可提升高温保液与耐腐蚀性，但会堵塞微观孔道、增大低温内阻；多层复合结构可均衡常温性能，但存在层间结合力弱、冷热循环易脱层、结构畸变失效的问题，且依旧不具备温度响应能力。

4、再者，现有智能隔膜技术无法适配agm铅酸电池工况。现有少量温感自适应改性技术仅应用于锂离子电池pp/pe有机隔膜，采用涂层包覆、物理共混的改性方式，仅适用于锂电弱酸碱、常温为主的工作环境。而铅酸电池存在强酸性电解液、氧气复合反应、高低温剧烈温变循环、极板挤压应力等特殊工况，锂电温感隔膜的涂层改性方式易出现脱落、溶胀、失效，无法适配agm玻纤隔板的基体特性与铅酸电池工作体系，行业内始终无适配铅酸电池的宽温域自适应agm隔板成熟方案。

5、综上，现有技术中缺乏一种可随温度动态调控孔道结构、兼顾超低温低阻导通与高温锁液抗坍塌、全温区结构稳定、适配铅酸电池强酸工况的温感自适应agm隔板，同时无配套的专属制备工艺，成为制约宽温域铅酸电池性能升级的核心技术瓶颈。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷与技术空白，本发明提供一种宽温域适配型agm隔板及其制备工艺，解决传统agm隔板高低温性能对冲、温域适配窄、高温易失水坍塌、低温内阻大、结构稳定性差的技术问题，实现隔板孔道结构、亲液性能、导通能力随温度无源自适应调控，大幅提升铅酸电池宽温域工作性能与循环寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种宽温域适配型agm隔板，包括复合玻纤基体与共价接枝于玻纤基体表面的温感自适应改性层；所述复合玻纤基体由超细玻璃纤维与ecr耐酸玻璃纤维混合交织成型；所述温感自适应改性层为n-异丙基丙烯酰胺微凝胶高分子层，通过低温等离子体活化工艺共价接枝于玻纤表面，无物理涂层、无额外粘接层。

4、进一步地，所述复合玻纤基体中，超细玻璃纤维直径为0.4～0.7μm，ecr耐酸玻璃纤维直径为1.0～1.3μm，二者质量配比为7:3；该配比可兼顾低温细腻离子传输通道与高温结构抗蠕变性能，平衡隔板柔韧性与结构强度。

5、进一步地，所述温感自适应改性层的接枝率控制为8%～12%，精准适配铅酸电池工作工况；所述温感改性层的临界相变温度为35℃，对应铅酸电池常温与高温工作临界节点。

6、进一步地，所述温感自适应改性层具备可逆温变调控特性：温度低于35℃低温区间，高分子链段舒展，增大玻纤微观孔径、提升表面亲液性，降低电解液传输阻力；温度高于35℃高温区间，高分子链段热收缩，致密化玻纤表层微观结构，封堵电解液渗漏通道，抑制高温水分蒸发与基体热蠕变。

7、一种宽温域适配型agm隔板的制备工艺，包括以下步骤：

8、s1、精准配浆疏解：按比例取超细玻璃纤维与ecr耐酸玻璃纤维，配置低浓度玻纤浆料，低速疏解至纤维均匀分散、无团聚断纤，获得均匀稳定的玻纤浆料。

9、s2、湿法抄造成型：将配制完成的玻纤浆料经负压吸附一体成型，得到厚度均匀、孔隙结构规整的隔板坯体。

10、s3、三段式低温梯度固化：采用80℃预烘干、100℃定型烘干、85℃恒温除湿的分段式低温梯度固化工艺对隔板坯体进行烘干处理，梯度缓慢去除水分，稳定基体孔隙结构，避免高温烘干造成的孔隙坍塌与板材翘曲。

11、s4、低温等离子体表面活化：对固化定型后的隔板进行氩气等离子体活化处理，在玻纤表面生成高密度羟基、羧基活性官能团，为后续温感微凝胶共价接枝提供可靠反应位点。

12、s5、温感微凝胶共价接枝改性：将活化处理后的隔板浸润于n-异丙基丙烯酰胺微凝胶改性液中，恒温条件下发生化学键合反应实现均匀共价接枝，反应完成后冲洗去除隔板表面未反应的游离组分与杂质。

13、s6、二次恒温定型：将接枝改性并冲洗干净的隔板进行恒温烘干定型，消除板材内应力，稳定微观孔道与改性层结构，最终制得宽温域适配型agm隔板。

14、进一步地，本制备工艺中，s1精准配浆疏解的具体参数为：超细玻璃纤维与ecr耐酸玻璃纤维的质量配比为7:3，浆料质量浓度为0.8%～1.2%，低速疏解时间控制为15～20min。

15、进一步地，本制备工艺中，s2湿法抄造成型的具体参数为：负压吸附成型的负压压力为0.03～0.05mpa，隔板坯体成型厚度控制为1.8～2.2mm。

16、进一步地，本制备工艺中，s3三段式低温梯度固化的具体参数为：三段式低温梯度固化的总烘干时长控制为60～80min。

17、进一步地，本制备工艺中，s4低温等离子体表面活化的具体参数为：等离子体处理环境为氩气惰性氛围，真空度为8～12pa，放电功率为150～200w，活化处理时间为3～5min。

18、进一步地，本制备工艺中，s5温感微凝胶共价接枝改性的具体参数为：n-异丙基丙烯酰胺微凝胶改性液的质量浓度为5%～8%，恒温反应温度为40℃，反应时长为25～30min。

19、进一步地，本制备工艺中，s6二次恒温定型的具体参数为：恒温烘干定型温度为75℃，定型时间为30min。

20、有益效果

21、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

22、本发明引入无源温感自适应调控机制，有效改善了传统agm隔板普遍存在的高低温性能对冲问题。本发明打破传统agm隔板静态结构设计思维，将nipam温感微凝胶共价接枝于玻纤基体表面，依托高分子可逆相变特性，可实现低温扩孔降阻、高温缩孔锁液的双向自适应调控效果。该结构能够在低温环境下降低电池内阻，改善电池低温放电容量表现，同时可在高温工况下缓解电解液失水现象，抑制玻纤基体热蠕变与孔隙坍塌情况，提升隔板及电池的高温耐老化性能，改善现有技术的使用局限性。

23、本发明改性结构稳定性良好，可有效规避传统改性工艺存在的诸多不足。本发明采用低温等离子体活化共价接枝工艺，使温感改性层与玻纤基体形成稳固的化学键合结构，区别于传统的涂层包覆、物理掺杂、多层物理复合等改性方式，不易出现改性层脱落、高分子溶胀、结构分层失效等问题。在铅酸电池强酸电解液浸泡、宽温冷热交替循环、极板持续挤压的复杂工况下，改性层的结构和功能可保持相对稳定，有利于改善铅酸电池的整体循环使用寿命。