專利名稱：堿性二次電池隔膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池及其制造，特別涉及堿性二次電池隔膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的Ni-MH、Ni-Cd等堿性二次電池，由于電解質(zhì)干涸及隔膜材料老化引起的電池容量及動力性能下降，進(jìn)而影響其壽命縮短的問題仍是一個很難解決的問題，而對電池隔膜的親水性要求，即，在高溫堿液中可以保持較高隔膜吸液量和保液性是本領(lǐng)域工作人員所共同面臨的一個課題。
東華大學(xué)采用熔噴法制取超細(xì)聚丙烯(PP)隔膜(唐健，劉杰，安峰“新型非織造材料在電池隔膜中的應(yīng)用.”《產(chǎn)業(yè)用紡織品》2002.08)，其所用原材料為聚丙烯樹脂，制取的聚丙烯超細(xì)隔膜具有電阻小、孔率高、最大孔徑小、微孔結(jié)構(gòu)曲折、良好的柔韌性和低廉的價格，且又相繼開發(fā)了聚酯、聚乙烯、聚酰胺等熔噴隔膜材料。但是，東華大學(xué)的熔噴法制取超細(xì)聚丙烯(PP)隔膜一般主要應(yīng)用于鉛酸蓄電池領(lǐng)域，其克重范圍160-320g/m2之間，因堿性二次電池隔膜克重在30-70g/m2間，這樣克重的熔噴法無紡布儲存電解液容量大，特有的曲徑三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保液能力強(qiáng)，其超細(xì)的(0.2-5μm)纖維也可形成堿性二次電池隔膜所要求的小孔徑、大的孔隙率也可保證良好的空氣透過量，但因強(qiáng)力低，經(jīng)受不住電池制造過程，平面耐磨能力差，也無法滿足電池制造過程及電池使用過程。
中國專利99121364.5“電池用隔膜及其制造方法、嵌裝有該隔膜的堿性二次電池”，該發(fā)明中所涉及的隔膜為采用合成樹脂纖維制造，所述隔膜系由聚烯烴系合成樹脂纖維組成的非織造布，用等離子體處理的方法施以親水性處理，改善其親水性，用于堿性二次電池制造。
中國專利95101333.5“電池隔膜”技術(shù)，該發(fā)明提供一個由平均直徑至少為15μm的纖維構(gòu)成的非織造的載體層上熔噴平均直徑為10μm或更小的纖維形成厚度小于380μm的電解質(zhì)儲器層，它整體貼合在載體層上。所述的載體層材料與電解質(zhì)儲器層材料是聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戌烯或它們的混合物。由于兩種不同功能材料形變不一致，導(dǎo)致了卷曲方向性，產(chǎn)生受拉伸過程中因剪切力導(dǎo)致的層間撕裂及一面超細(xì)纖維不耐磨、易損耗的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的技術(shù)存在的缺陷，提供一種高吸液、由多層材料復(fù)合成一體因而機(jī)械強(qiáng)度得到提高的堿性二次電池隔膜。
本發(fā)明堿性二次電池隔膜，包括主隔膜層和輔助隔膜層，輔助隔膜層為熱壓粘合包覆位于中間的主隔膜層的兩個外層；主隔膜層為具有纖維直徑在0.2-5μm范圍內(nèi)的超細(xì)纖維熔噴布，單位重量為10--30g/m2，厚度為0.10---0.25mm；輔助隔膜層為具有纖維平均直徑在10-20μm范圍內(nèi)的非織造布，單位重量為10-30g/m2，厚度為0.5mm以上。
本發(fā)明堿性二次電池隔膜，其中非織造布為熱風(fēng)布、紡粘布、水刺布中的一種，其具有的纖維材料為聚丙烯、聚乙烯、ES纖維中的一種或幾種。
本發(fā)明堿性二次電池隔膜，其中主隔膜層和兩個輔助隔膜層熱壓粘合后纖維比表面積為0.5-5m2/g，單位重量為30-70g/m2。
本發(fā)明的另一目的是同時提供一種堿性二次電池隔膜的制備方法。
本發(fā)明堿性二次電池隔膜的制造方法，采用如下步驟1)采用聚丙烯、聚乙烯、ES纖維中的一種或幾種熱塑性纖維材料，通過熔噴法制備主隔膜層用熔噴布，通過紡粘法、熱風(fēng)法、水刺法中的一種方法制備輔助隔膜層用非織造布；2)將主隔膜層夾入兩層輔助隔膜層，并用光輥復(fù)合軋光，使其粘合成為電池隔膜，表面光滑、平整、不起層；3)將上述電池隔膜使用超聲波設(shè)備進(jìn)行表面除油、清洗、烘干，使其表面充分潔凈；4)將上述電池隔膜成卷放于等離子處理機(jī)中進(jìn)行“干式”表面改性處理約10-50分鐘，然后選用丙烯酸及相關(guān)液體在纖維的大分子鏈上進(jìn)行接枝，使纖維具備親水性能；5)將處理后的材料從容器中取出，使用分切機(jī)切除其兩端部的毛邊，按照電池使用規(guī)格進(jìn)行裁切。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述隔膜表面改性處理，在輔助隔膜層與主隔膜層未粘合之前即對隔膜材料進(jìn)行預(yù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中所述堿性二次電池隔膜在裁切前將其放入烘箱，在105℃溫度下，于濃度為30％KOH溶液中連續(xù)放置9天，保持其仍具有持久快速的吸堿性能。
由于本發(fā)明堿性二次電池隔膜是包括兩個粗纖維層和一個微纖維層的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，從厚度方向形成一個密度梯度，疏/密/疏的對稱分布結(jié)構(gòu)保證材料形變的一致性。這種多層復(fù)合的方法使三層材料被光輥熱軋機(jī)通過熱量和壓力有效結(jié)合在一起，形成一個有機(jī)的整體，結(jié)合緊密、不易分層，層與層之間結(jié)合力強(qiáng)，互成一體。本發(fā)明堿性二次電池隔膜的優(yōu)點是高吸液、多層材料復(fù)合為一體因而機(jī)械強(qiáng)度高，是一種適宜于鎘鎳電池、氫鎳電池等使用的堿性二次電池隔膜。
下面結(jié)合實施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，以求對本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點得到更深入的理解。
圖1為本發(fā)明堿性二次電池隔膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明的堿性二次電池隔膜包括主隔膜層1和輔助隔膜層2，輔助隔膜層2為熱壓粘合包覆位于中間的主隔膜層1的兩個外層。主隔膜層1為具有纖維直徑在0.2-5μm范圍內(nèi)的超細(xì)纖維熔噴布，單位重量為10--30g/m2，厚度為0.10---0.25mm；輔助隔膜層2為具有纖維平均直徑在10-20μm范圍內(nèi)的非織造布，單位重量為10-30g/m2，厚度為0.5mm以上。本發(fā)明的堿性二次電池隔膜是具有兩個粗纖維層和一個微纖維層的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，從厚度方向形成一個疏/密/疏的密度梯度，包括主隔膜層1和兩側(cè)的輔助隔膜層2三層材料被光輥熱軋機(jī)通過熱量和壓力有效結(jié)合在一起。主隔膜層1和兩個輔助隔膜層2熱壓粘合后纖維比表面積為0.5-5m2/g，單位重量為30-70g/m2。
在本發(fā)明提供的實施例中，構(gòu)成本發(fā)明的電池隔膜各層的纖維可以相同或不同，而且最好是選自聚丙烯、聚乙烯纖維或ES(聚烯烴系纖維)中的一種。
主隔膜層1的材料(熔噴布)是二次堿性電池隔膜的功能儲液層，它特有的小孔徑、大孔率、高覆蓋率，曲折孔徑系統(tǒng)可吸收并保留大量電解液。主隔膜層1由0.2-5μm的超細(xì)纖維組成，單位重量在10--30g/m2，本發(fā)明優(yōu)先選用20g/m2材料，厚度范圍0.10---0.25mm之間。
輔助隔膜層2的材料非織造布為熱風(fēng)布、紡粘布、水刺布中的一種，其具有的纖維材料為聚丙烯、聚乙烯、ES纖維中的一種或幾種。非織造布(熱風(fēng)布、紡粘布、水刺布)對中間的主隔膜層1(熔噴布)有良好的保護(hù)作用，用以解決單獨由一層熔噴布做隔膜時出現(xiàn)的隔膜抗拉伸性能差的缺點。輔助隔膜層是由短纖維梳理鋪網(wǎng)或長絲鋪網(wǎng)加固(熱風(fēng)法、紡粘法或水刺法)而成，在酸、堿、有機(jī)電解質(zhì)中有更好的穩(wěn)定性。強(qiáng)力層在電池隔膜所占比重在55-67％之間，在熱軋復(fù)合過程中厚度變化率要求盡可能小，一般要求不超過5％，不超過3％則更好。輔助隔膜層2采用10-20μm纖維制作，單位重量在10-30g/m2，厚度至少在0.5mm以上，優(yōu)先選用20g/m2材料。
由于本發(fā)明的電池隔膜組成材料本身均為疏水性物質(zhì)，所以不能滿足以所需要的程度被電解液快速和良好的可潤濕的需求，據(jù)此引應(yīng)將本發(fā)明所示的電池隔膜進(jìn)行表面改性處理，以使其變得可自發(fā)潤濕，從而使隔膜具有被電解液自發(fā)潤濕的特性。對隔膜表面進(jìn)行改性處理，可以在隔膜制造完成之后進(jìn)行，也可以在輔助隔膜層與主隔膜層未粘合前即對隔膜材料進(jìn)行預(yù)處理。本發(fā)明采用等離子體設(shè)備進(jìn)行改性處理而后再在纖維的大分子鏈上進(jìn)行接枝，且由于等離子改性的全過程是在氣相真空中進(jìn)行，又稱為“干式”處理，在處理過程中無廢液排放、無環(huán)境污染，屬環(huán)保型，處理效率高，接枝率高、接枝牢固。經(jīng)上述處理后，隔膜在濃度為30％的KOH溶液中，1min可爬高10mm，達(dá)到15-20mm更好。所制得電池隔膜纖維比表面積為0.5-5m2/g，其單位重量以30-70g/m2為宜。
實施例1參照圖1，在本發(fā)明提供的第一個實施例中，使用直徑為10-20μm的聚丙烯樹脂纖維(皮芯結(jié)構(gòu)的，也可以是聚乙烯纖維或ES纖維)，以熱風(fēng)法制得單位重量為20g/m2、厚度在0.5mm以上的較均勻的熱風(fēng)布。使用聚丙烯或聚乙烯切片以熔噴法生產(chǎn)出纖維直徑0.2-5μm、厚度0.20mm、單位重量20g/m2的熔噴布并確保其表面沒有亮點。將兩層熱風(fēng)布中間夾一層熔噴布，用光輥復(fù)合軋光，使其粘合成為單位重量60-65g/m2、厚度0.18mm、透氣量為260L/m2·s的堿性二次電池隔膜。
將上述電池隔膜使用超聲波設(shè)備進(jìn)行表面除油，使其表面充分潔凈，不影響接技牢固性；將上述電池隔膜成卷地放于等離子處理機(jī)中進(jìn)行改性，約10-50分鐘，然后選用接枝丙烯酸及其它相關(guān)液體進(jìn)行接技處理。
將處理后的材料從容器中取出，切除其兩端部的毛邊，按照所制造電池使用規(guī)格進(jìn)行裁切，用于堿性二次電池制造。
實施例2參照圖1，在本發(fā)明提供的第二個實施例中，使用直徑為10-20μm的聚烯烴類樹脂纖維，以紡粘法制得克重為16g/m2、厚度在0.25mm以上的較均勻的紡粘布。使用聚烯烴類切片以熔噴法生產(chǎn)出纖維直徑為0.2-5μm、厚度0.20mm、單位重量20g/m2的熔噴布并確保其表面沒有亮點。將兩層紡粘布中間夾一層熔噴布，用光輥復(fù)合軋光，使其粘合成為單位重量55-60g/m2、厚度0.16mm、透氣量240L/m2·s的堿性二次電池隔膜。
將上述電池隔膜使用超聲波設(shè)備進(jìn)行表面除油，使其表面充分潔凈，不影響接技牢固性。
將上述隔膜材料成卷地放于等離子處理機(jī)中進(jìn)行改性，約10-50分鐘，然后選用接枝丙烯酸及其它相關(guān)液體進(jìn)行接技處理。
將處理后的材料從容器中取出，切除其兩端部的毛邊，按照所制造電池使用規(guī)格進(jìn)行裁切，用于堿性二次電池制造。
實施例3在本發(fā)明提供的第三個實施例中，將實施例1和2制備的堿性二次電池隔膜放入烘箱，在105℃溫度下，于濃度為30％的KOH溶液中連續(xù)放置9天。此種工藝制作的隔膜經(jīng)過等離子體接枝改性可達(dá)到持久快速吸堿的目的，以滿足堿性二次電池生產(chǎn)的需要。
在上述工藝中，測定其吸堿速率的下降率，試驗結(jié)果見下表
實驗可證明該工藝堿性二次電池隔膜在高溫堿中持久的吸堿性能。
在本發(fā)明其他的實施例中，輔助隔膜層也可為水刺布等，包覆一層主隔膜層(熔噴布)熱軋而成。
權(quán)利要求
1.一種堿性二次電池隔膜，其特征在于包括主隔膜層(1)和輔助隔膜層(2)，所述輔助隔膜層(2)為熱壓粘合包覆位于中間的主隔膜層(1)的兩個外層；所述主隔膜層(1)為具有纖維直徑在0.2-5μm范圍內(nèi)的超細(xì)纖維熔噴布，單位重量為10--30g/m2，厚度為0.10---0.25mm；所述輔助隔膜層(2)為具有纖維平均直徑在10-20μm范圍內(nèi)的非織造布，單位重量為10-30g/m2，厚度為0.5mm以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池隔膜，其中所述非織造布為熱風(fēng)布、紡粘布、水刺布中的一種，其具有的纖維材料為聚丙烯、聚乙烯、ES纖維中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的堿性二次電池隔膜，其中所述主隔膜層(1)和兩個輔助隔膜層(2)熱壓粘合后纖維比表面積為0.5-5m2/g，單位重量為30-70g/m2。
4.一種堿性二次電池隔膜的制造方法，其特征在于采用如下步驟1)采用聚丙烯、聚乙烯、ES纖維中的一種或幾種熱塑性纖維材料，通過熔噴法制備主隔膜層用熔噴布，通過紡粘法、熱風(fēng)法、水刺法中的一種方法制備輔助隔膜層用非織造布；2)將主隔膜層夾入兩層輔助隔膜層，并用光輥復(fù)合軋光，使其粘合成為電池隔膜，表面光滑、平整、不起層；3)將上述電池隔膜使用超聲波設(shè)備進(jìn)行表面除油、清洗、烘干，使其表面充分潔凈；4)將上述電池隔膜成卷放于等離子處理機(jī)中進(jìn)行“干式”表面改性處理約10-50分鐘，然后選用丙烯酸及相關(guān)液體在纖維的大分子鏈上進(jìn)行接枝，使纖維具備親水性能；5)將處理后的材料從容器中取出，使用分切機(jī)切除其兩端部的毛邊，按照電池使用規(guī)格進(jìn)行裁切。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述隔膜表面改性處理，在輔助隔膜層與主隔膜層未粘合之前即對隔膜材料進(jìn)行預(yù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中所述堿性二次電池隔膜在裁切前將其放入烘箱，在105℃溫度下，于濃度為30％KOH溶液中連續(xù)放置9天，保持其仍具有持久快速的吸堿性能。
全文摘要
本發(fā)明堿性二次電池隔膜，包括主隔膜層和輔助隔膜層，輔助隔膜層為熱壓粘合包覆位于中間的主隔膜層的兩個外層；主隔膜層為具有纖維直徑在0.2－5μm范圍內(nèi)的超細(xì)纖維熔噴布，單位重量為10－30g/m
文檔編號B32B7/00GK1588672SQ20041005688
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者王樂新, 孫玉軍 申請人:河南環(huán)宇集團(tuán)有限公司