CN109554144B - 一种电池极片表面处理胶水及其制备工艺 - Google Patents

一种电池极片表面处理胶水及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池极片表面处理胶水，按照质量百分比计包括如下组分：羧甲基纤维素钠0.1％‑2％，聚乙烯醇0.1％‑4％，丙烯酸乙烯醇共聚体0.3％‑3％，短纤维0.1％‑1％，其余为水；并提供其制备工艺。涂敷本胶水的电池极片的亲水性和柔韧性相较于原来包覆绵纸的电池极片有明显提升，且涂敷本胶水的电池极片不会出现龟裂和脱粉的情况，同时还可通过在电池极片表面涂敷本胶水的工艺来代替原有的包覆绵纸的工艺，可极大的提高生产效率，有利于大规模生产。

Description

一种电池极片表面处理胶水及其制备工艺
技术领域
本发明涉及电池极片用胶水技术领域，尤其涉及一种电池极片表面处理胶水及其制备工艺。
背景技术
锌镍电池是目前碱性水系电池中能量最高的二次电池产品，在循环寿命不断改进和提高的情况下，锌镍动力电池将成为混合动力车、纯电动汽车、储能系统等应用技术和工程技术的优选产品。电池极片制作工艺是制造锌镍动力电池的基础工艺。电池极片生产的具体工艺为将活性物质、粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜集流体上，经干燥后形成极片，极片颗粒涂层经过压实致密化后再裁切或分条已备使用。现有工艺大都采用人工在极片表面包覆绵纸的方法来对极片进行包裹保护，以提高电池极片的柔韧性和防止发生龟裂。而此工艺存在的问题是需要大量的人工，效率低，成本高，不利于大规模生产。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种可增强电池极片的韧性和亲水性、防止极片龟裂的电池极片表面处理胶水及其制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种电池极片表面处理胶水，按照质量百分比计包括如下组分：羧甲基纤维素钠0.1％-2％，聚乙烯醇0.1％-4％，丙烯酸乙烯醇共聚体0.3％-3％，短纤维0.1％-1％，其余为水。
在本发明中，优选的，该电池极片表面处理胶水按照质量百分比计包括如下组分：羧甲基纤维素钠0.4％-0.7％，聚乙烯醇2.4％-3.6％，丙烯酸乙烯醇共聚体1.2％-2.3％，短纤维0.3％-0.6％，其余为水。
在本发明中，优选的，所述丙烯酸乙烯醇共聚体的制备方法包括如下步骤：取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重备用。
在本发明中，进一步的，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为三官能团氮丙啶交联剂。
在本发明中，优选的，所述短纤维长度为1-2mm，所述短纤维类型为聚丙烯或维尼龙。
在本发明中，进一步的，所述一种电池极片表面处理胶水的制备工艺包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入适量的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
(2)向步骤(1)中得到的聚乙烯醇溶液中按照所述比例加入丙烯酸乙烯醇共聚体和羧甲基纤维素钠，再将溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
(3)向步骤(2)中得到的混合溶液中按照所述比例加入短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中，即得所述电池极片表面处理胶水。
在本发明中，进一步的，所述丙烯酸乙烯醇共聚体经研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒。
将此电池极片表面处理胶水加入涂布间隙灵活可调的胶水涂布设备中，并由此涂胶设备将胶水连续涂覆于电池极片的表面，然后将经过胶水涂敷的电池极片进行烘干和滚压，通过此后续工艺将胶水制成具有三维网状结构的亲水膜附着于电池极片表面，然后再通过裁切工艺将极片裁切至合适规格即可。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本发明的电池极片表面处理胶水包括如下组分：羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、丙烯酸乙烯醇共聚体、短纤维和水，首先将水和聚乙烯醇混合并搅拌均匀，聚乙烯醇作为一种水溶性合成粘结剂，其分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有优良机械性能的膜，用于提升胶水的粘接能力与韧性；然后将丙烯酸乙烯醇共聚体加入并混合搅拌均匀，由于丙烯酸乙烯醇共聚体具有优良的成膜、分散、乳化能力，作为成膜剂使用保证后期胶水涂敷后成膜；然后再在混合溶液中加入羧甲基纤维素钠，并将其混合均匀，羧甲基纤维素钠是纤维素羧甲基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚具吸湿性，易于分散在水中成透明胶状溶液，同时还是一种良好的分散剂，经溶解成胶体溶液的羧甲基纤维素钠可使后续添加至溶液中的短纤维分散的更加均匀，同时由于短纤维具有较高的韧性和弹性模量以及亲水性，通过将短纤维均匀混合分散至胶水中来形成具有较高的韧性和弹性模量以及亲水性的三维网状膜结构。
(2)本发明的电池极片表面处理胶水原料易得，制备方法简单；通过将本胶水涂覆于电池极片表面经烘干后会在电池极片表面形成一层三维网状亲水膜，增加了电池极片的亲水性和韧性，从而防止了电池极片在加工过程中的龟裂、分层和脱粉的问题，同时也增强电池极片的亲水性，对电池使用过程中极板水的需求提供了有力的保障，极大的提高了电池的循环性能。
(3)本发明以通过在电池极片表面处理胶水的方式对电池极片进行保护来代替原有的采用人工在极片表面包覆绵纸的方法来对极片进行包裹保护的工艺方式，有利于提高生产效率并实现大规模生产。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述。
本发明所用的原料均可从市面上购买。
实施例1
(1)原料：羧甲基纤维素钠1份，聚乙烯醇1份，丙烯酸乙烯醇共聚体3份，短纤维1份和水994份。
(2)制备方法：1)取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂(引发剂为过硫酸钾，交联剂为三官能团氮丙啶交联剂)，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重，将所述丙烯酸乙烯醇共聚体研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒，备用；
2)将1份聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入994份的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
3)向步骤2)中得到的聚乙烯醇溶液中加入3份丙烯酸乙烯醇共聚体和1份羧甲基纤维素钠，再将混合溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
4)向步骤3)中得到的混合溶液中加入1份短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中即可。
(3)使用方法：将步骤(2)中制备的胶水，通过涂覆设备中的橡胶制成的刮刀(该刮刀还可以选用塑料或橡胶制成的刮刀)，均匀涂敷在电池极板的表面，然后将涂敷完成的电池极片进行烘干即可。
实施例2
(1)原料：羧甲基纤维素钠10份，聚乙烯醇20份，丙烯酸乙烯醇共聚体15份，短纤维6份和水949份。
(2)制备方法：1)取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂(引发剂为过硫酸钾，交联剂为三官能团氮丙啶交联剂)，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重，将所述丙烯酸乙烯醇共聚体研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒，备用；
2)将20份聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入949份的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
3)向步骤2)中得到的聚乙烯醇溶液中加入15份丙烯酸乙烯醇共聚体和10份羧甲基纤维素钠，再将混合溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
4)向步骤3)中得到的混合溶液中加入6份短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中即可。
(3)使用方法：将步骤(2)中制备的胶水，通过涂覆设备中的橡胶制成的刮刀(该刮刀还可以选用塑料或橡胶制成的刮刀)，均匀涂敷在电池极板的表面，然后将涂敷完成的电池极片进行烘干即可。
实施例3
(1)原料：羧甲基纤维素钠6份，聚乙烯醇30份，丙烯酸乙烯醇共聚体18份，短纤维4份和水942份。
(2)制备方法：1)取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂(引发剂为过硫酸钾，交联剂为三官能团氮丙啶交联剂)，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重，将所述丙烯酸乙烯醇共聚体研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒，备用；
2)将30份聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入942份的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
3)向步骤2)中得到的聚乙烯醇溶液中加入18份丙烯酸乙烯醇共聚体和6份羧甲基纤维素钠，再将混合溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
4)向步骤3)中得到的混合溶液中加入4份短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中即可。
(3)使用方法：将步骤(2)中制备的胶水，通过涂覆设备中的橡胶制成的刮刀(该刮刀还可以选用塑料或橡胶制成的刮刀)，均匀涂敷在电池极板的表面，然后将涂敷完成的电池极片进行烘干即可。
实施例4
(1)原料：羧甲基纤维素钠20份，聚乙烯醇40份，丙烯酸乙烯醇共聚体30份，短纤维10份和水900份。
(2)制备方法：1)取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂(引发剂为过硫酸钾，交联剂为三官能团氮丙啶交联剂)，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重，将所述丙烯酸乙烯醇共聚体研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒，备用；
2)将40份聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入900份的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
3)向步骤2)中得到的聚乙烯醇溶液中加入30份丙烯酸乙烯醇共聚体和20份羧甲基纤维素钠，再将混合溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
4)向步骤3)中得到的混合溶液中加入10份短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中即可。
(3)使用方法：将步骤(2)中制备的胶水，通过涂覆设备中的橡胶制成的刮刀(该刮刀还可以选用塑料或橡胶制成的刮刀)，均匀涂敷在电池极板的表面，然后将涂敷完成的电池极片进行烘干即可。
本实验通过将在电池极片表面包覆绵纸作为使用前的状态，将在电池极片表面涂敷了本发明中的胶水作为使用后的状态进行实验检测。
下面通过实验来考察本发明电池极片表面涂敷胶水的作用效果，每一实验点记录电池极片表面处理胶水使用前后电池极片的表面状态、韧性和亲水性数据，依据国家标准GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》来测是韧性，使用亲水接触角测量仪(该仪器是符合行业标准的快速检测仪)来检测亲水性，具体情况表1所示：
表1
注：①上述数据为测试5次的平均值；
由表1可见，采用本发明实施例1-4的电池极片表面处理胶水对测试的电池极片进行涂敷，经测试，表面涂敷胶水后的电池极片的柔韧性和亲水性明显高于电池极片表面包覆绵纸柔韧性和亲水性，且表面涂敷胶水后的电池极片无龟裂和脱粉的现象。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种电池极片表面处理胶水，其特征在于：该电池极片表面处理胶水按照质量百分比计包括如下组分：
羧甲基纤维素钠0.1％-2％，
聚乙烯醇0.1％-4％，
丙烯酸乙烯醇共聚体0.3％-3％，
短纤维0.1％-1％，其余为水；
所述丙烯酸乙烯醇共聚体的制备方法包括如下步骤：取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重备用。
2.一种电池极片表面处理胶水，其特征在于：该电池极片表面处理胶水按照质量百分比计包括如下组分：
羧甲基纤维素钠0.4％-0.7％，
聚乙烯醇2.4％-3.6％，
丙烯酸乙烯醇共聚体1.2％-2.3％，
短纤维0.3％-0.6％，其余为水；
所述丙烯酸乙烯醇共聚体的制备方法包括如下步骤：取预先配制的10％的聚乙烯醇的水溶液和单体丙烯酸按聚乙烯醇与丙烯酸反应物质的量的比为1:6的比例混合，加入一定量引发剂、交联剂，混合均匀后通入氮气除氧5min，密封反应瓶置于70℃～80℃水浴中反应5h，取出样品，用去离子水浸泡48h，定期换水以除去未交联的单体或聚合物，最后将凝胶切成薄片，室温晾干，真空干燥至恒重备用。
3.根据权利要求1所述的一种电池极片表面处理胶水，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为三官能团氮丙啶交联剂。
4.根据权利要求1所述的一种电池极片表面处理胶水，其特征在于：所述短纤维长度为1-2mm，所述短纤维类型为聚丙烯或维尼龙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种电池极片表面处理胶水的制备工艺，其特征在于：所述一种电池极片表面处理胶水的制备工艺包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇放入搅拌机中，边搅拌边加入适量的水，充分搅拌至聚乙烯醇完全溶解成为均匀溶液即可；
(2)向步骤(1)中得到的聚乙烯醇溶液中按照所述比例加入丙烯酸乙烯醇共聚体和羧甲基纤维素钠，再将溶液搅拌至均匀胶体溶液即可；
(3)向步骤(2)中得到的混合溶液中按照所述比例加入短纤维，然后对混合溶液进行搅拌，搅拌至溶液中短纤维均匀分散于溶液中，即得所述电池极片表面处理胶水。
6.根据权利要求5所述的一种电池极片表面处理胶水的制备工艺，其特征在于：所述丙烯酸乙烯醇共聚体经研磨20-30min，使所述丙烯酸乙烯醇共聚体被研磨至细小状均匀颗粒。
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