CN104389174B - 一种无纺布隔膜的喷涂处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无纺布隔膜的喷涂处理方法。主要解决现有处理隔膜的方法存在的操作工序相对比较复杂、副反应影响隔膜质量的技术问题。该方法利用高速粉碎机将高吸水性交联聚丙烯酸盐制备成粉末；然后使用烘箱烘干；在干燥室中，利用固体粉末静电喷涂设备将制得的干燥的高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末喷涂到无纺布隔膜上。通过该方法处理的无纺布隔膜具有良好的透气性、吸碱性和保液性。本发明提供的无纺布隔膜的喷涂处理方法应用于电池隔膜生产领域。

Description

一种无纺布隔膜的喷涂处理方法

技术领域

本发明涉及无纺布隔膜的处理方法，尤其涉及碱性电池无纺布隔膜的处理方法。

背景技术

电池隔膜是电池的重要组成部分，其性能优劣能够直接影响电池性能的优劣。目前以金属氢化物镍电池为代表的碱性蓄电池，因为采用贫液密封工艺制作，所以经过一段时间使用会出现电解液干涸现象，从而导致电池性能降低。特别是对镍氢动力电池性能影响更为明显，因此提高隔膜吸液量和增强隔膜保液能力是需要重点解决的问题。

针对电池隔膜的处理目前主要有两种重要的方法：第一个方法是辐照接枝，在一定的气体环境或者液体环境下，利用电离辐射，直接或者间接的导致各组分分子的激发和电离，进而诱发一些物理、化学变化，以电池隔膜为基体，嫁接具有一定功能的基团，以此提升隔膜性能；第二个方法是原位反应，将反应基体隔膜，反应物溶液，反应所需的催化剂置于同一体系下，在一定的反应条件下如：温度、湿度、气压等，直接在隔膜表面发生化学反应，所得的具有一定功能的反应物非常良好的附着在隔膜上，可以提升隔膜性能。

中国专利94103569.7号公开题为“制造电解导电的电池隔膜聚合物膜的方法和所得的膜”，采用辐照接枝方法提高隔膜吸碱性，经过辐照接枝的隔膜，吸碱率及保液能力较未经辐照接枝隔膜相比均有所提高。中国专利9881056.7号公开题为“具有在中心分布有凝胶剂吸收剂的胶体阳极的碱性电池”，此方法在电池阳极区加入凝胶剂，通过阳极中的凝胶剂吸收电解液，吸收电解液的凝胶剂与隔膜相接处，起到提高隔膜吸碱率及保液能力的效果；但是由于大粒凝胶剂的存在于阳极区与阴极区之间，增加了电极反应的阻抗，从而导致电池的放电电压平台降低。中国专利02147638.1号公开题为“一种碱性电池隔膜的制造方法”，此方法采用在电池隔膜上原位聚合凝胶剂的方式制作了一种性能良好的隔膜。此方法将隔膜置于反应溶液中，加入引发剂，并加热至反应温度，以隔膜为基体，在其结构基础上聚合凝胶剂。此方法可以有效提高隔膜吸碱率及保液能力；但是此方法工序相对复杂，而且连续生产存在一定难度，因此不适用与大规模生产。

综上所述的处理隔膜的方法虽然能够提升电池隔膜的性能，但是存在两个主要的不足之处；第一，其操作工序相对比较复杂，个别处理方法成本较高。以上所述方法均需配置一定的反应溶液，然后在一定的环境条件下进行一步或者多步化学反应；第二，上述改性方法均涉及化学反应，化学反应不可能独立存在，其必然伴随副反应、副产物的出现，因此难免对隔膜产生不良影响。

静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。目前，普遍应用与金属工件表面防腐蚀领域。静电喷涂的主要过程包括：清洗、喷涂、加温固化、冷却。其中喷涂工艺可将塑料粉末均匀喷涂在工件表面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无纺布隔膜的喷涂处理方法。主要解决现有处理隔膜的方法存在的操作工序相对比较复杂、副反应影响隔膜质量的技术问题。本发明的思路是利用静电喷涂的原理，工作时静电喷涂的喷枪及交联聚丙烯酸盐粉末部分接负极，操作台及隔膜接正极并接地，在高压电源的高电压作用下，喷枪的端部与隔膜之间就形成一个静电场。交联聚丙烯酸盐粉末所受到的电场力与静电场的电压和粉末的带电量成正比，与喷枪和隔膜间的距离成反比，当电压足够高时，喷枪附近区域形成空气电离区，这时空气产生强烈的电晕放电。交联聚丙烯酸盐粉末经喷嘴雾化后喷出，被雾化的粉末通过枪口的电极针边缘时因接触而带电，当经过电晕放电所产生的气体电离区时，再一次增加其表面核电荷数。这些带负电荷的粉末在静电场作用下，向隔膜表面运动，并均匀的被沉积在隔膜表面上。

本发明的技术方案：一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，包括如下步骤：

（1）使用高速粉碎机将高吸水性交联聚丙烯酸盐粉碎，用筛网筛分；

（2）将筛分后高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末烘干；

（3）在干燥室中，将市售无纺布隔膜置于接地的不锈钢板制作的操作平台上，将制得的干燥的高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末装入固体粉末静电喷涂系统的储粉罐中，将手动喷枪固定于无纺布隔膜正上方，喷头与操作台垂直；

（4）启动静电喷涂系统，喷涂量的参数设置为100克～500克每分钟，开启喷枪同时以0.2米每秒～1米每秒速度收卷隔膜，高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末会在电场力的作用下附着在无纺布隔膜上；

（5）掉粉处理，将经静电喷涂后收卷的隔膜一端置于辊压机一侧，调节辊压机参数与隔膜厚度一致，启动辊压机使隔膜通过，并在辊压机另一侧使用空压泵连接的气枪对辊压后的隔膜吹气，最后将隔膜收卷。

所述高吸水性交联聚丙烯酸盐包括：交联聚丙烯酸锂、交联聚丙烯酸钠、交联聚丙烯酸钾、交联聚丙烯酸锌中的一种或多种；所述筛网孔径为300目；所述烘干温度为150摄氏度；所述干燥室湿度小于10%；所述喷头与操作平台的垂直距离为25厘米；无纺布隔膜孔径约为3微米左右，取得的高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末均为300目及以上微粒，部分粒径为3微米左右的粉末可以冲入无纺布隔膜的三维立体结构中，当粉末受到无纺布中不规则纺丝的阻拦时，即可较好的附着在无纺布隔膜的三维立体结构内部。

本发明的有益效果是，本发明所述的无纺布隔膜的处理方法，利用固体粉末静电喷涂的方法，与对比文献所述的隔膜处理方法相比，制作简单成本低廉，可操作性强，能够快速连续生产。本发明多通过物理方法提高了隔膜的吸液性和保液性，减少了化学处理方法所带来的副反应、副产物及反应条件下环境对隔膜的影响。

附图说明

图1是具体实施方式中空白例与对照例隔膜制成电池后的充电V—t曲线对比图。

测试环境温度为20摄氏度，以6安培电流进行充电，充电5小时。图中曲线（1）空白样品隔膜制作的电池的充电V—t曲线；曲线（2）为对照例1隔膜制作的电池的充电V—t曲线；曲线（3）为对照例2隔膜制作的电池的充电V—t曲线；曲线（4）为对照例3隔膜制作的电池的充电V—t曲线。

图2是具体实施方式中空白例与对照例隔膜制成电池后的放电曲线对比图。

测试环境温度为20摄氏度，以6安培电流进行放电，放电截止电压为0.8伏特。图中曲线（1）空白样品隔膜制作的电池的放电V—t曲线；曲线（2）为对照例1隔膜制作的电池的放电V—t曲线；曲线（3）为对照例2隔膜制作的电池的放电V—t曲线；曲线（4）为对照例3隔膜制作的电池的放电V—t曲线。

从图1、2中,电池的充、放电曲线可见，经过静电喷涂处理的隔膜所制成的电池可以降低电池的充电电压平台，即可提高电池充电效率；其放电电压平台与未经处理的隔膜所制备的电池基本一致，即不劣化电池放电性能。

具体实施方式

空白例

（1）选取厚度为0.24毫米，宽度为280毫米市售未经任何处理的无纺布隔膜；

（2）将隔膜裁剪成40毫米乘以40毫米大小，按标准SJ/T10171.7题为“隔膜吸碱率的测定”中所述方法对隔膜进行吸碱率测试，并且将吸碱后的隔膜置于真空干燥箱中，调节温度至60摄氏度，保持4小时，对隔膜的保持电解液能力的测试；另外，利用所述隔膜，采用工业生产的方法制备成型号为30安时的方形电池，并对其性能进行测试。

实施例1

（1）准备1千克交联聚丙烯酸锂，加入市售高速粉碎机，将转速由1000转每分钟在一分钟内逐步调整至4000转每分钟，在4000转每分钟的状态保持30秒，静置5分钟待其温度下降，按以上方式重复3次；

（2）将得到的交联聚丙烯酸锂粉末置于烘箱，加热至150摄氏度烘干3小时；烘干后过300目筛，得到300目及以上交联聚丙烯酸锂粉末；

（3）在湿度小于10%的干燥室中，将厚度为0.24毫米，将宽度为280毫米市售未经任何处理的无纺布隔膜置于接地的不锈钢板制作的操作平台上，将制得的干燥的交联聚丙烯酸锂粉末装入德国瓦格纳尔（WAGNERPrimaSprint3L）固体粉末静电喷涂系统的储粉罐中，将手动喷枪（型号ZDGM5000）固定于无纺布隔膜正上方，喷头与操作台垂直，喷头与操作平台的垂直距离为25厘米；

（4）启动静电喷涂系统，喷涂量的参数设置为500克每分钟，开启喷枪同时以0.2米每秒速度收卷隔膜，交联聚丙烯酸锂粉末会在电场力的作用下附着在无纺布隔膜上；

（5）掉粉处理。将辊压机的辊压参数调到0.24毫米，将经静电喷涂后收卷的隔膜一端置于辊压机一侧，启动辊压机使隔膜在参数为0.24毫米的条件下通过，并在辊压机另一侧使用空压泵连接的气枪在距离隔膜表面以上30厘米出对辊压后的隔膜吹气，最后将隔膜收卷；

（6）将隔膜裁剪成40毫米乘以40毫米大小，按标准SJ/T10171.7所述方法对隔膜进行吸碱率测试，并且将吸碱后的隔膜置于真空干燥箱中，调节温度至60摄氏度，保持4小时，对隔膜的保持电解液能力的测试；采用工业生产的方法制备成型号为30安时的方形电池，并对其性能进行测试。

实施例2

高吸水性交联聚丙烯酸盐选用交联聚丙烯酸钠，操作步骤（1）（2）（3）（5）（6）其余内容均与实施例1相同，操作步骤（4）喷涂量的参数设置为300克每分钟，以0.6米每秒速度收卷隔膜。

实施例3

高吸水性交联聚丙烯酸盐选用交联聚丙烯酸锌和交联聚丙烯酸钾各500克，操作步骤（1）（2）（3）（5）（6）其余内容均与实施例1相同，操作步骤（4）喷涂量的参数设置为100克每分钟，以1米每秒速度收卷隔膜。

各种样品性能如下表1、2：

表1样品质量

样品号	处理前质量（克）	处理后质量（克）	吸碱后质量（克）
				空白样	0.1013	0.1013	0.4072
实施例1	0.1005	0.1082	0.5053
				实施例2	0.101	0.1074	0.4883
实施例3	0.1013	0.1051	0.4606

表2样品吸碱、失碱比率

样品号	吸碱率（%）	碱液损失率（%）
			空白样	302	87.63
实施例1	367	41.52
			实施例2	355	41.78
实施例3	338	40.36

Claims (5)

1.一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，包括如下步骤：

（1）使用高速粉碎机将高吸水性交联聚丙烯酸盐粉碎，用筛网筛分，筛网孔径为300目；

（2）将筛分后高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末烘干；

（3）在干燥室中，将市售无纺布隔膜置于接地的不锈钢板制作的操作平台上，将制得的干燥的高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末装入固体粉末静电喷涂系统的储粉罐中，将手动喷枪固定于无纺布隔膜正上方，喷头与操作台垂直；

（4）启动静电喷涂系统，喷涂量的参数设置为100克～500克每分钟，开启喷枪同时以0.2米每秒～1米每秒速度收卷隔膜，高吸水性交联聚丙烯酸盐粉末会在电场力的作用下附着在无纺布隔膜上；

（5）掉粉处理，将经静电喷涂后收卷的隔膜一端置于辊压机一侧，调节辊压机参数与隔膜厚度一致，启动辊压机使隔膜通过，并在辊压机另一侧使用空压泵连接的气枪对辊压后的隔膜吹气，最后将隔膜收卷。

2.根据权利要求1所述的一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，其特征在于所述的高吸水性交联聚丙烯酸盐包括：交联聚丙烯酸锂、交联聚丙烯酸钠、交联聚丙烯酸钾、交联聚丙烯酸锌中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，其特征在于所述的烘干温度为150摄氏度。

4.根据权利要求1所述的一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，其特征在于所述的干燥室湿度小于10%。

5.根据权利要求1所述的一种无纺布隔膜的喷涂处理方法，其特征在于所述的喷头与操作平台的垂直距离为25厘米。