CN100373002C - 一种低紧度电解电容器用纸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特殊用途的纸张，特别是低紧度电解电容器用纸和电池隔膜纸。它包含至少两种纤维，一种是芳族聚酰胺纤维，另一种是生物纤维素纤维，芳族聚酰胺纤维作为纸的骨架，占纸纤维总量的20%-65%(质量百分比)，生物纤维素纤维充满于芳族聚酰胺纤维之间，占纸纤维总量的35%-80%(质量百分比)。本发明的有益效果是：解决了现有技术中电解电容器用纸和电池隔膜纸强度与紧度之间的矛盾，在强度上满足卷绕机对纸页强度的要求，纸页上无孔洞，耐毛刺性能极佳，同时还具有紧度低、吸湿性好的特点，制成的电容器和电池的短路率低，吸液能力强，改善了电解电容器和电池的电气性能，延长使用寿命。

Description

一种低紧度电解电容器用纸

技术领域

本发明涉及特殊用途的纸张，尤其涉及一种低紧度电解电容器用纸。

背景技术

电解电容器或电解电池在结构上是两片金属箔之间夹进一层纸或无纺布，卷绕后浸渍或滴加电解液，然后安装在外壳内。对于这类电解电容器或电池，卷绕其中的纸的特性对电容器或电池性能的影响很大，特别是要求纸的阻抗必须非常低，要达到上述要求，一是纸的紧度要尽可能的低；二是要选用吸湿性好，保湿性能强的纤维，使纸能尽可能多地吸附电解液，同时纸的厚度也是越薄越好。但紧度低、厚度薄、吸湿性好的纸的强度会降低很多，在卷绕时容易断裂，使电容器或电池的短路率大幅上升。

目前，在制造低紧度电解纸时，一般使用西班牙小草、马尼拉麻或一些粘胶纤维作原料。为了达到一定的强度，必须经过打浆，而打浆后的西班牙小草或马尼拉麻纤维抄成的纸，紧度就低不下去，一般在0.35g/cm3以上，如果再低下去，纸的强度就不好，在卷绕时，纸会较多地产生断裂现象，而且由西班牙小草或马尼拉麻抄成的纸，在紧度低到0.40g/cm3以下时，极不耐毛刺，会使电容器的短路率急剧上升。同样，对电池隔膜纸而言，纸的低紧度也是十分重要的，低紧度能使纸的吸收性能更好，做成的电池容量更大，但与电解纸一样，纸紧度会带来纸的强度不好，电池短路率会上升。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供一种抗张强度好，耐毛刺性能强的低紧度电解电容器用纸。

本发明的技术方案如下：一种低紧度电解电容器用纸，它包含至少两种纤维，一种是芳族聚酰胺纤维，另一种是生物纤维素纤维，芳族聚酰胺纤维作为纸的骨架，占纸纤维总量的20％-65％(质量百分比)，生物纤维素纤维充满于芳族聚酰胺纤维之间，占纸纤维总量的35％-80％(质量百分比)。

为保证低紧度电解电容器用纸的质量，在上述的两种纤维中，芳族聚酰胺纤维占纸纤维总量的35％-60％(质量百分比)，生物纤维素纤维占纸纤维总量的40％-65％(质量百分比)。更好的范围是：芳族聚酰胺纤维占纸纤维总量的45％-55％(质量百分比)，生物纤维素纤维占纸纤维总量的45％-55％(质量百分比)。

当然，本发明中还添加有不损害电气性能的其它纤维，其它纤维、芳族聚酰胺纤维与生物纤维素纤维的总量为100％。

上述的芳族聚酰胺纤维具有至少两个从芳族聚酰胺纤维圆周表面伸出的环形凸起，凸起彼此隔开，环形凸起的最大直径R与芳纶芳族聚酰胺纤维无环形凸起部分最小直径r的平均比值是1.1或更大。芳族聚酰胺纤维的纤度为1--4旦。生物纤维素纤维是由木醋杆菌产生的，木醋杆菌将葡萄糖经过生成6-磷酸葡萄糖、1-碳酸葡萄糖和尿苷-5，-二磷酸葡萄糖等一系列生化反应合成纤维素，从细胞壁的孔道中分泌出的亚小纤维，控制亚小纤维以氢键连接形成直径为10μm-30μm、长度在2mm-20mm之间的纤维丝，以适合用于造纸。

本发明一种低紧度电解电容器用纸的有益效果是：解决了现有技术中电解电容器用纸和电池隔膜纸强度与紧度之间的矛盾，在强度上满足卷绕机对纸页强度的要求，在卷绕时不容易断裂，纸页上无孔洞，耐毛刺性能极佳，同时还具有紧度低、吸湿性好的特点。用它制成的电容器和电池的短路率低，并具有较强的吸液能力，改善了电解电容器电气性能，降低电解电容器的能耗，用作电池隔膜纸时，能提高电池的容量。并延长了寿命。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不为实施例所限制。实施例和参照例以电解电容器为例。

本发明实施例所用的芳族聚酰胺纤维市场有售，如广州市。其具有至少两个从芳族聚酰胺纤维圆周表面伸出的环形凸起，凸起彼此隔开。环形凸起的最大直径R与芳纶芳族聚酰胺纤维无环形凸起部分最小直径r的平均比值是1.1或更大。芳族聚酰胺纤维的纤度从1旦到4旦均可用。如果纤维太粗，将影响纸页的匀度和电解电容器的内阻；如果纤维太细，将影响芳族聚酰胺纤维作为骨架纤维的支撑作用。具有环形凸起的芳族聚酰胺纤维可通过间歇变化熔融纺丝和拉伸工艺制备，树脂熔融通过喷丝板的挤出速率和熔融纺丝工艺中拉伸长丝的张力以及拉伸工艺中的拉伸比来生产，或者通过对切断拉伸的长丝，致使被切断的纤维两端由于纤维的急速折回现象形成环形凸起来生产。

本发明实施例所用的生物纤维素纤维是由木醋杆菌产生。木醋杆菌可将葡萄糖经过生成6-磷酸葡萄糖、1-碳酸葡萄糖和尿苷-5，-二磷酸葡萄糖等一系列生化反应合成纤维素，木醋杆菌在通风搅拌或静置培养时，细菌细胞壁的一排孔道中会分泌出与细胞纵向轴相平行的最小构成单元——亚小纤维，这些一根根直径为1.78nm的亚小纤维相互平行，以氢键连接形成直径为10-30μm的纤维丝，纤维丝的长度可以控制，作为造纸原料，一般要求在2-20mm之间。生物纤维素纤维在剪切力的作用下，会分丝成最小直径为1.78nm的亚小纤维丝。生物纤维素纤维分出来的亚小纤维丝与芳纶芳族聚酰胺纤维交织在一起，芳纶短纤中的凸起在纤维交织过程中起到了使交织的面积大幅度提高的良好作用，保证了纸页的物理强度达到要求。芳纶短纤在纤维交织过程中起骨架作用，在骨架纤维之间，生物纤维素纤维填充其间，在这样的结构下，纸页中就有大量的空隙，其紧度自然就不会太高，达到了纸页低紧度化的目的。同时由于芳纶短纤之间填充有生物纤维素纤维，纸页上就不会存在孔洞，这样纸页的耐毛刺性能也非常好。

本发明中，芳纶短纤占纤维总量的20-65％(质量百分比)均能满足本发明的要求，更好的范围是35％-60％(质量百分比)，最好的范围是45-55％(质量百分比)。生物纤维素纤维占纤维总量的35％-80％(质量百分比)，更好的范围是40％-65％(质量百分比)，最好的范围是45％-55％(质量百分比)。

用上述的原料和配比可以制成许多符合本发明的纸：

实施例1：芳纶短纤占纤维总量的20％，生物纤维素纤维占纤维总量的80％。用打浆机打浆，使纤维充分混合。

将充分混合后的纤维用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃左右烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.310g/cm3，抗张强度为0.83kN/m，吸水高度纵向为45mm/10min，横向为30mm/10min，损耗比为0.599，击穿电压为628V，电路短路率0.05％。

实施例2：芳纶短纤占纤维总量的45％，生物纤维素纤维占纤维总量的55％，用打浆机打浆，使纤维充分混合。

将充分混合后的纤维用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃左右烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.312g/cm3，抗张强度为0.82kN/m，吸水高度纵向为45mm/10min，横向为30mm/10min，损耗比为0.601，击穿电压为625V，电路短路率0.05％。

实施例3：芳纶短纤占纤维总量的65％，生物纤维素纤维占纤维总量的30％，马尼拉麻为5％。用打浆机打浆，使纤维充分混合。

然后使用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃下烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.303g/cm3，抗张强度为0.78kN/m，吸水高度纵向为41mm/10min，横向为28mm/10min，损耗比为0.578，击穿电压为653V，电路短路率0.04％。

实施例4：芳纶短纤占纤维总量的45％，生物纤维素纤维占纤维总量的45％，马尼拉麻为10％。用打浆机打浆，使纤维充分混合。

然后使用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃下烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.308g/cm3，抗张强度为0.92kN/m，吸水高度纵向为51mm/10min，横向为36mm/10min，损耗比为0.453，击穿电压为678V，电路短路率0.04％。

本发明的实施例还可以有多种组合，其制备方法与上述实施例基本相同，为叙述方便，实施例简述列表如下：

编号	纤维组成			紧度g/cm3	厚度um	抗张强度(纵)kN/m	吸水高度mm/10min		击穿电压V	短路率％	损耗比
													芳纶短纤	生物纤维素纤维	马尼拉麻	纵向	横向
1	20％	80％					0.310	40		0.83	45									30	628	0.05	0.599
				2	20％	75％			5％			0.312	40	0.82	45	30	625	0.05	0.601
3	25％	70％	5％				0.311	40		0.84	46									30	628	0.05	0.597
				4	30％	60％			10％			0.312	40	0.85	46	32	634	0.04	0.548
5	35％	65％					0.311	40		0.86	46									33	645	0.04	0.526
				6	35％	60％			5％			0.309	40	0.88	48	35	657	0.04	0.497
7	40％	55％	5％				0.311	40		0.91	50									36	664	0.04	0.504
				8	45％	55％						0.311	40	0.92	49	35	658	0.04	0.5
9	45％	45％	10％				0.308	40		0.92	51									36	678	0.04	0.484
				10	50％	50％						0.307	40	0.91	50	35	670	0.04	0.46
11	50％	45％	5％				0.308	40		0.92	49									34	670	0.05	0.467
				12	55％	45％						0.308	40	0.92	49	35	671	0.04	0.476
13	55％	40％	5％				0.307	40		0.9	48									34	668	0.04	0.492
				14	55％	35％			10％			0.307	40	0.89	46	33	664	0.05	0.501
15	60％	35％	5％				0.305	40		0.83	45									30	662	0.04	0.534
				16	65％	35％						0.305	40	0.81	44	30	658	0.04	0.543
17	65％	30％	5％				0.303	40		0.78	41									28	653	0.04	0.578

为了说明本发明实施例的纸性能优于一般的电解纸，下面例举两个参照例进行比较：

参照例1：全马尼拉麻浆用高频疏解机或打浆机打浆，使其浆度达到400SR。然后使用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃下烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.61g/cm3，抗张强度为1.30kN/m。这种采用全马尼拉麻浆造的电解电容器纸，吸水高度纵向为13mm/10min，横向为10mm/10min，损耗比为2.01，击穿电压为560V，电路短路率低。

参照例2：全马尼拉麻浆用高频疏解机或打浆机打浆，使其浆度达到230SR。然后使用圆网造纸机进行抄纸，在烘缸温度为106℃下烘干，卷取得到电解纸。经测定，该纸的厚度为40μm，紧度0.35g/cm3，抗张强度为0.42kN/m。这种采用全马尼拉麻浆造的电解电容器纸，吸水高度纵向为25mm/10min，横向为20mm/10min，损耗比为1.00，击穿电压为321V，电路短路率0.12％。

上述两个参照例的性能数据明显低于本发明实施例纸的性能。

上述参照例和本发明的各实施例的浆料制备出来的电解电容器纸，其性能均按如下的方法测试：

1、浆度(OSR)和湿重

按GB3332-1982。所记载的方法实施测试。

2、定量

按GB/T451.2-2002所记载的方法实施测试。

3、厚度

按GB/T451.3-2002所记载的方法实施测试。

4、抗张强度

按GB/T453-2002所记载的方法实施测试。

5、吸水高度

GB/T461.1-2002所记载的方法实施测试。

6、损耗比

以全马尼拉麻料抄成的厚度为40μm，紧度为0.35g/cm³时的电解纸(即参照例2中的纸)的损耗(ESR值，也称为tgδ值)为标准，求出各种型号电解纸与其的损耗值之比率。

将电解纸浸渍在溶有乙二酸铵的乙二醇电解液(电阻率为100欧姆/cm)中，再用白金电极(5cm2)夹住电解纸，上面压200g重物，在20±1℃、AC10V、100KHz条件下，使用电阻表，测量出该电极间的电阻，以表示纸在电容器中的损耗。

7、击穿电压。用以表示纸在电容器中的耐压

用GB/T12656-1990所示方法进行测量。将经过烘干的纸样夹在φ25mm的黄铜电极之间，通进50Hz的电流，在10-20s的时间内，连续升压，直至纸样被击穿，记此时的电压值。用以表示纸在电容器中的耐压。

Claims (6)

1.一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：它包含至少两种纤维，一种是芳族聚酰胺纤维，另一种是生物纤维素纤维，芳族聚酰胺纤维作为纸的骨架，占纸纤维总量的20％-65％(质量百分比)，生物纤维素纤维充满于芳族聚酰胺纤维之间，占纸纤维总量的35％-80％(质量百分比)。

2.根据权利要求1所述的一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：芳族聚酰胺纤维占纸纤维总量的35％-60％(质量百分比)，生物纤维素纤维占纸纤维总量的40％-65％(质量百分比)。

3.根据权利要求1所述的一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：芳族聚酰胺纤维占纸纤维总量的45％-55％(质量百分比)，生物纤维素纤维占纸纤维总量的45％-55％(质量百分比)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：还添加有不损害电气性能的其它纤维，其它纤维、芳族聚酰胺纤维与生物纤维素纤维的总量为100％。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：芳族聚酰胺纤维具有至少两个从芳族聚酰胺纤维圆周表面伸出的环形凸起，凸起彼此隔开，环形凸起的最大直径R与芳族聚酰胺纤维无环形凸起部分最小直径r的平均比值应大于1.1；芳族聚酰胺纤维的纤度为1--4旦。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种低紧度电解电容器用纸，其特征是：生物纤维素纤维是由木醋杆菌产生的，木醋杆菌分泌出的亚小纤维以氢键连接形成直径为10-30μm、长度在2-20mm之间的纤维丝。