CN101153429B - 磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布 - Google Patents

磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布 Download PDF

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Abstract

一种磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布。制备方法包括有：选择纤维原料：选用ES纤维来制备非织造布基布；梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；热压成布：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布。所述的ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。所述的热压参数为：热轧温度112-124℃，热轧时间15-30s，热轧压力0.15-0.50Mpa。其中，隔膜基布，是由ES纤维制作，其ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。本发明所制得的镍氢电池隔膜基布性能优良，质量稳定。基布的均匀性、克重、厚度、强度、透气率等性能指标均满足要求。本隔膜基布经磺化处理所生产出的隔膜完全满足镍氢电池的使用要求，技术指标达到或超过日本标准(等级VC58160)的技术要求。

Description

磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布
技术领域
本发明涉及一种电池制造技术，特别是涉及一种制备方法简单，工艺控制容易，且操作方便，成本低廉，容易工业化实施的，可保证产品性能可靠，基布性能优良，质量稳定的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布。
背景技术
电池隔膜是将电池正、负极分隔开以防止正负两极直接接触而短路的无机或有机膜。在电池的各组成部分之中，隔膜无疑起到了举足轻重的作用。而隔膜材料的优劣对电池容量、放电电压、自放电、循环使用寿命等方面都有显著影响。
随着人们对环境保护的重视，镍氢电池作为无污染的“绿色电池”已引起人们的关注。特别是，由于燃油车辆的污染和石油资源的约束，电动汽车用高性能动力镍氢电池已成为电池中的研发热点。其中，制备符合高性能镍氢电池所用的电池隔膜，较关键的一步是隔膜基布的生产，隔膜基布的性能决定了电池隔膜的性能，如克重、厚度、强度、最大孔径、电阻、透气率等。隔膜基布的生产主要包括纤维原料的选择、生产工艺的选定和工艺参数的确定三大步骤。
镍氢电池隔膜所用的纤维原料应具有良好的耐碱性、耐氧化性和绝缘性，一定的耐温性、强度和耐磨性等。
目前，国际上制备电池隔膜的生产工艺主要是非织造布法。由于非织造布的一些生产方法具有一定的局限性，而镍氢电池隔膜对隔膜基布的要求也很严格，所以在非织造布众多的生产方法中适用于镍氢电池隔膜基布的较少。日本Vilene公司生产的磺化法镍氢电池隔膜，其基布的制备方法即为湿法非织造布。湿法非织造布的主要优点是纤网的均匀度较干法非织造布高，纤网中纤维杂乱排列的效果好，各向同性效果较好，具有良好的机械强度和柔软度。日本NKK公司生产的镍氢电池隔膜，其基布的制备方法为熔喷法非织造布。熔喷法制备的非织造布，其纤维细度可以达到超细纤维的要求，具有较高的比表面积，有利于后期的处理，如丙烯酸化学引发接枝和辐射接枝、等离子体接枝等。但是，上述两种基布的制备方法均具有设备投资大，工艺复杂，难以实现的缺点。国内的湿法非织造布厂家和熔喷法非织造布厂家因为设备或技术方面的原因，生产的隔膜基布均存在很多不足，如湿法非织造布的均匀性较差，而熔喷法非织造布的强度不能满足隔膜的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备方法简单，工艺控制容易，且操作方便，成本低廉，容易工业化实施的，可保证产品性能可靠，基布性能优良，质量稳定的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布。
本发明所采用的技术方案是：一种磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法，包括有如下步骤：
(1)选择纤维原料：选用ES纤维来制备非织造布基布；
(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压成布：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，面粘合热轧工艺参数为：热轧温度112-124℃，热轧时间15-30s，热轧压力0.15-0.50Mpa。
所述的ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。
采用磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法制备的镍氢电池隔膜基布，是由ES纤维制作，其ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。
本发明的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布，制备方法工艺简单，且清晰明确，没有使用特殊设备，一般相关企业的设备即可适用本发明制备方法，因此工业化实施容易，同时操作方便，成本低廉；本发明制备方法也无特殊工艺要求，工艺控制容易，因此可保证产品性能可靠，质量稳定。
利用本发明制备方法所制得的镍氢电池隔膜基布性能优良，质量稳定。基布的均匀性、克重、厚度、强度、透气率等性能指标均满足要求。在生产隔膜时经进一步处理(磺化处理)所生产出的隔膜完全满足镍氢电池的使用要求，技术指标达到或超过日本标准(等级VC58160)的技术要求。
具体实施方式
以下结合实施例进一步介绍本发明的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法及镍氢电池隔膜基布。
本发明的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法，包括有如下步骤：(1)选择纤维原料；(2)梳理成网；(3)热压成布。
上述的制备方法，要求所选用的纤维原料必须具有高温下耐强碱，抗氧化性好和绝缘性强，以及一定的耐温性、强度和耐磨性等。还要求它有利于下步磺化反应的顺利进行，易于接枝磺酸基团。经分析比较，能够同时满足以上要求，并且性能最佳的纤维原料是聚烯烃纤维(ES)。所以，本发明选定聚烯烃纤维(ES)为制作电池隔膜基布的纤维原料。
因此，本发明磺化法镍氢电池隔膜基布的具体制备方法如下：
(1)选择纤维原料：选用ES纤维来制备非织造布基布。其ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex；
(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压成布：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布。所述的热压参数为：热轧温度112-124℃，热轧时间15-30s，热轧压力0.15-0.50Mpa。
上述的在梳理成网过程中纤维的开松、混合、梳理、成网是成熟工艺，在此不再叙述。
本发明重点解决的问题是面粘合热压工艺。通常非织造布工业常用的热压法是点粘合热压。但是，点粘合热轧法非织造布上只有对轧点部分给予了较高的温度和压力，相比之下，其它部分的压力较小，所以从整体上看，非织造布在微小面积上的加工条件是不同的，那么在生产隔膜的磺化反应中与硫酸的反应会产生不均匀的现象，从而影响了最终隔膜产品的性能。
面粘合热压是对纤网全部范围的热粘合，非织造布在微小面积上的加工条件相同，布表面所有纤维所承受的压力与温度均相同，从而与浓硫酸的反应会很均匀。而且粘合后产品的表面较光滑，机械强度高。所以本发明选用面粘合热压。
面粘合法由于粘合面积大，要获得手感柔软并且强度较好的产品，对粘合温度、压力和时间的要求比点粘合要严格。面粘合热压时，当温度较高、压力较大或时间较长时，产品似膜或似纸的感觉较强，此时纤网中纤维的熔融状态较严重，虽然基布的强度增大，但透气率降低，而且不利于下一步的磺化处理，并影响最终产品的吸液速率、保液率、透气率等关键性能指标。所以，在选定面粘合热压法为制备镍氢电池隔膜的方法后，本发明的关键就是确定面粘合热压的工艺条件。
本发明制备方法设定的面粘合热轧工艺参数为：热轧温度112-124℃，热轧时间15-30s，热轧压力0.15-0.50Mpa。在热轧时间和热轧压力一定的条件下，热轧温度较低时，基布粘合程度较差，强度较低，这是因为热轧温度没有达到聚乙烯的熔点，纤维不发生熔融粘合；热轧温度较高时，基布粘合程度较高，膜化状态严重，这是因为此时低密度聚乙烯熔融较重，制备的基布虽然强度很高，但是孔隙率较低。热轧时间和热轧压力对基布的影响与热轧温度相似，在其他两个工艺条件一定的情况下，较高或较低都不能制备出适用于磺化反应的具有良好性能的镍氢电池隔膜基布。
上述本发明磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法未述及之处适用于现有技术。
利用本发明制备方法可制得本发明所述的镍氢电池隔膜基布。该产品或制品适用于磺化法镍氢电池隔膜的制备和生产。与日本电池隔膜比较，基布的性能要求均满足镍氢电池隔膜的使用要求。本发明镍氢电池隔膜基布的具体检验指标如表1所示：
表1镍氢电池隔膜基布检验指标对比表
Figure GSB00000717993700041
下面给出本发明的几个具体实施例：
实施例1：
(1)选用ES纤维生产镍氢电池隔膜基布。纤维长度为30mm，纤度为2.0dtex；
(2)梳理成网；采用现有的梳理成网技术，将纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，热压参数：热轧温度120℃，热轧时间16s，热轧压力0.3Mpa。
实施例2：
(1)选用ES纤维生产镍氢电池隔膜基布。纤维长度为30mm，纤度为2.0dtex；
(2)梳理成网：采用现有的梳理成网技术，将纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，热压参数：热轧温度124℃，热轧时间15s，热轧压力0.2Mpa。
实施例3：
(1)选用ES纤维生产镍氢电池隔膜基布。纤维长度为50mm，纤度为2.5dtex。
(2)梳理成网：采用现有的梳理成网技术，将纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，热压参数：热轧温度124℃，热轧时间15s，热轧压力0.45Mpa。
实施例4：
(1)选用ES纤维生产镍氢电池隔膜基布。纤维长度为50mm，纤度为2.5dtex。
(2)梳理成网：采用现有的梳理成网技术，将纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网。
(3)热压：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，热压参数：热轧温度120℃，热轧时间26s，热轧压力0.40Mpa。
实施例5：
(1)选用ES纤维生产镍氢电池隔膜基布。纤维长度为40mm，纤度为1.2dtex。
(2)梳理成网：采用现有的梳理成网技术，将纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网。
(3)热压：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，热压参数：热轧温度112℃，热轧时间20s，热轧压力0.45Mpa。
本发明的镍氢电池隔膜基布，是由ES纤维制作，其ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。

Claims (3)

1.一种磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法，其特征在于，包括有如下步骤：
(1)选择纤维原料：选用ES纤维来制备非织造布基布；
(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)热压成布：梳理后的纤网经过面粘合热压机热压成布，面粘合热轧工艺参数为：热轧温度112-124℃，热轧时间15-30s，热轧压力0.15-0.50Mpa。
2.根据权利要求1所述的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法，其特征在于，所述的ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex。
3.一种采用权利要求1所述的磺化法镍氢电池隔膜基布的制备方法制备的镍氢电池隔膜基布，其特征在于，是由ES纤维制作，其ES纤维的纤维长度为30-51mm，纤度为1.0-2.5dtex，隔膜基布的克重60±5g/m2，纵向方向上抗拉强度大于220N/50mm，透气度大于600L/(m2·s)，厚度165±10μm。
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