CN102522513B - 玻璃纤维电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃纤维电池隔膜及其制备方法。所述玻璃纤维电池隔膜的制备方法为，将规格为3μm×6mm、3μm×9mm、3μm×12mm、7μm×6mm、7μm×9mm、7μm×12mm的无碱玻璃纤维短切丝中的2～3种和规格为12μm×4mm、12μm×12mm、20μm×4mm、20μm×12mm的PET或/和规格为12μm×4mm、12μm×12mm的PA中的1～3种有机纤维短切丝形成湿纸页，然后对湿纸页进行处理、烘干后得到玻璃纤维电池隔膜，所述有机纤维短切丝为PET(聚酯)和/或PA(聚酰胺)纤维，在玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝中，玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝的质量百分比分别为93.75％～81.25％和6.25％～18.75％。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维电池隔膜及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维隔膜可以用做铅酸蓄电池、一次锂电池等的隔膜，隔离电池的正负极以防短路，吸收足量的电解液供电池充放电时化学反应之用。用于制造隔膜的材料有植物纤维、有机纤维、玻璃纤维或这些纤维的混合纤维等，而玻璃纤维又有微纤维玻璃棉和玻璃纤维短切丝之分。微纤维玻璃棉直径在0.2-1.5μm，而玻璃纤维短切丝直径一般在3-13μm。由微纤维玻璃棉制作的隔膜孔率高，吸液率高，但强度低。微纤维玻璃棉隔膜的强度相比有机纤维电池隔膜强度来说要差很多，但由于玻璃纤维的耐化学品腐蚀、耐温性能、电解液的吸液性能等优于有机纤维，所以微纤维玻璃棉隔膜在铅酸蓄电池、一次锂电池等电池中仍然表现出出色的性能。
目前市场上玻璃纤维短切丝隔膜抗拉强度只能达到12N(15mm宽样品)，大部分都是以微纤维玻璃棉和/或无碱短切丝或其他有机纤维制造，所以不耐折，制作电池时易断裂，成品率低，希望玻璃纤维隔膜抗拉强度能达到15N(15mm宽样品)以上，且厚度不要超过0.20mm，最好在0.16-0.18mm。
发明内容
本发明提供一种玻璃纤维电池隔膜的制备方法，旨在改进微纤维玻璃棉隔膜强度差的缺点，使用玻璃纤维短切丝作主体材料，提高玻璃纤维电池隔膜的操作性能(折叠、卷绕等)，达到提高电池的性能和/或寿命的目的。
本发明还提供所述制备方法得到的玻璃纤维电池隔膜。
所述玻璃纤维电池隔膜的制备方法为，将规格为3μm×6mm、3μm×9mm、3μm×12mm、7μm×6mm、7μm×9mm、7μm×12mm的无碱玻璃纤维短切丝中的2～3种和规格为12μm×4mm、12μm×12mm、20μm×4mm、20μm×12mm的PET或/和规格为12μm×4mm、12μm×12mm的PA中的1～3种有机纤维短切丝经湿法抄造工艺形成湿纸页，然后对湿纸页进行浸胶或喷胶处理、烘干后得到玻璃纤维电池隔膜，所述有机纤维短切丝为PET(聚酯)和/或PA(聚酰胺)纤维，在玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝中，玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝的质量百分比分别为93.75％～81.25％和6.25％～18.75％。
将上述无碱玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝复配使用得到的玻璃纤维电池隔膜，可以在不使用微纤维玻璃棉的情况下，明显提高所得电池隔膜的强度。
所述湿法抄造工艺为现有技术，即将无碱玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝用水配制成均匀的浆料，成型为湿纸页，然后浸胶或喷胶处理、烘干后得到产品。本领域技术人员可以根据纤维的材质、用量选择合适的介质和步骤配制浆料，对于本发明，优选的是：用pH＝2.5-3.5的水将无碱玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝配制成浓度为1‰的浆料成型为湿纸页，然后用质量百分比浓度为4-10％的粘结剂对湿纸页进行浸胶或喷胶处理、烘干后得到玻璃纤维电池隔膜。
为了进一步增加所得玻璃纤维电池隔膜的强度，优选所述浸胶或喷胶处理中所用粘结剂为分子量在40-50万的丙烯酸酯乳液类，如苯丙乳液(苯乙烯-丙烯酸酯类共聚物)、纯丙乳液(丙烯酸酯类共聚物)等，丙烯酸酯类乳液的玻璃化温度为5-30℃，固含量42-55％，粘度范围300-2000mPa·s，所述分子量为重均分子量，粘度为布氏粘度。施加粘结剂时，先用水将丙烯酸酯乳液稀释到4-10％浓度，然后进行通常的喷胶或浸胶工艺将粘结剂，粘结剂的用量控制在湿纸页质量的50-60％，均匀施加到湿纸页上。
烘干时所用烘箱可以为电加热或油加热或气加热烘箱，长度在15-35m，温度分为2-4个区段，每个区段的温度都可以调节，调节范围为80-150℃。
所述制备方法得到的玻璃纤维电池隔膜，厚度为0.15-0.20mm时，15mm宽玻璃纤维电池隔膜的抗拉强度为15N以上(抗拉强度最大可以达到19.8N)，比普通隔膜高出25％以上，同时耐折性好、耐温性能优异、耐化学品性能优良、与电解液浸润性能好、价格适中。
具体实施方式
以下实施例中使用的粘结剂如下，其中分子量为重均分子量，粘度为布氏粘度：
1#、马鞍山九和化工科技有限公司，牌号JH-112，玻璃化温度为18-22℃，固含量48±1％，粘度范围400-1500mPa.s，分子量42-45万；
2#、上海保立佳化工有限公司，牌号BLJ-818，玻璃化温度为27℃，固含量≥48％，粘度范围500-2000mPa.s，分子量45-50万；
3#、江苏日出化工有限公司，牌号TL-680M，玻璃化温度为26℃，固含量46-48％，粘度范围500-2000mPa.s，分子量40-42万。
实施例1
在2m3的水力碎浆机中加入2m3PH＝2.5-3.5的循环用白水(如加入自来水，调节水的PH值到2.5-3.5之间)。
称取10kg直径3μm长度6mm无碱玻璃纤维短切丝和5kg直径7μm长度12mm无碱玻璃纤维短切丝，混合后加入2m3的水力碎浆机中打浆10分钟，然后加入1kg直径12μm长度4mm的PET短切丝再打浆2分钟。此时浆料浓度为0.794％。
将浓度0.794％的浓浆泵送到35m3的配浆池，加入循环用白水(PH＝2.5-3.5)到配浆池中35m3刻度线，配制成浓度为0.457％的稀浆料。
将浓度为0.457％的稀浆料泵送的同时加入4倍于浆料体积的白水，然后一起泵送到成型网上，此时浆料上网浓度为0.0914％。浆料在成型网上经自然脱水段和真空泵强制脱水段而形成厚度均匀的湿纸页。控制稀浆料的泵送量和/或成型网速度来控制湿纸页厚度，湿纸页厚度控制在0.13-0.14mm之间。
往湿纸页上喷洒浓度为4％的粘结剂，抽掉湿纸页上多余的粘结剂后进入烘箱，烘箱烘干温度控制在100-150℃。带胶的湿纸页烘干后得到厚度在0.15-0.16mm的成品隔膜。也可以将湿纸页浸入粘结剂浓度为4％的浸胶槽，浸过胶的湿纸页通过对辊压榨掉湿纸页上多余的胶，含胶量多少可以由压力大小控制，然后进入烘箱烘干。
除实施例2、4采用浸胶工艺外，实施例2-12工艺同实施例1，但配方有改变，具体如下表所示。其中粘结剂浓度是指浸胶工艺或喷胶工艺中所用的粘结剂的浓度。
本发明所得的高强度玻璃纤维电池隔膜厚度在0.15-0.20mm之间，抗拉强度都在15N以上(抗拉强度最大可以达到19.8N)，比普通隔膜高出25％以上(本发明隔膜的最大抗拉强度是普通隔膜抗拉强度的3.3倍)。
实施例1-12原材料投料比例和隔膜抗拉强度一览表
单位：kg
注：3μm×6mm代表纤维直径为3μm，长度为6mm。依此类推。
Claims (6)
1.一种玻璃纤维电池隔膜的制备方法，其特征在于，将规格为3μm×6mm、3μm×9mm、3μm×12mm、7μm×6mm、7μm×9mm、7μm×12mm的无碱玻璃纤维短切丝中的2～3种,规格为12μm×4mm、12μm×12mm、20μm×4mm、20μm×12mm的PET和规格为12μm×4mm、12μm×12mm的PA中的1～3种有机纤维短切丝经湿法抄造工艺形成湿纸页，然后对湿纸页进行浸胶或喷胶处理，烘干后得到玻璃纤维电池隔膜，所述有机纤维短切丝为PET和/或PA纤维，在玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝中，玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝的质量百分比分别为93.75%～81.25%和6.25%～18.75%。
2.如权利要求1所述的玻璃纤维电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述浸胶或喷胶处理中所用粘结剂为分子量在40-50万的丙烯酸酯类乳液，玻璃化温度为5～30℃，固含量为42%～55%，粘度为300～2000mPa·s，所述分子量为重均分子量，粘度为布氏粘度。
3.如权利要求1或2所述的玻璃纤维电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述烘干在80～150℃进行。
4.如权利要求1或2所述的玻璃纤维电池隔膜的制备方法，其特征在于，所得玻璃纤维电池隔膜的厚度为0.15-0.20mm，15mm宽玻璃纤维电池隔膜的抗拉强度为15N以上。
5.如权利要求1或2所述的玻璃纤维电池隔膜的制备方法，其特征在于，用pH=2.5-3.5的水将无碱玻璃纤维短切丝和有机纤维短切丝配制成浓度为0.5-1.5‰的浆料成型为湿纸页，然后用质量百分比浓度为4-10%的粘结剂对湿纸页进行浸胶或喷胶处理，烘干后得到玻璃纤维电池隔膜。
6.权利要求1-5中任一项所述制备方法得到的玻璃纤维电池隔膜。
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