CN110622337A - 多层电池隔板和其制作方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种适用作电池隔板的纤维性结构。所述纤维性结构可包括多个板层或层。每个板层或层用于提供屏障功能和吸收功能，使得所述多层纤维性结构适用作电池隔板，例如碱性电池隔板。

Description

多层电池隔板和其制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年5月11日提交的美国临时申请第62/504,901号和2017年11月7日提交的美国临时申请第62/582,721号的权益，所述美国临时申请通过全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开总体涉及包括至少一个板层或层的纤维性结构。更具体地，本公开总体涉及可用于各种应用中(例如用作电池隔板)的多层纤维性结构。
背景技术
碱性电池通常在其阳极和阴极之间包括非常薄的多功能隔板。隔板允许氢氧根(OH-)离子在阳极和阴极隔室之间自由地通过，从而可发生产生电池的电流的化学反应，同时可在阳极和阴极之间维持物理分离。
电池隔板通常被配置为两层结构，其中一个层是吸收层，并且另一个层是阻挡层。吸收层提供所需的电解质吸收性，这是高能量容量所必需的。阻挡层用于防止在阳极和阴极之间的枝状生长，所述枝状生长可导致随后的电芯短路。通常还要求电池隔板是耐碱性的，并且在使用中不易于超过约2％的化学收缩率，以防止电池短路。
考虑到这些各种要求，持续需要提供增强功能的电池隔板，从而改善电池性能。
发明内容
在一个方面，本公开涉及多层纤维性结构，所述多层纤维性结构包括多个板层，例如至少两个板层，其中每个板层包括第一类型的纤维，以及任选的第二类型的纤维和强度添加剂中的至少一种。
在另一方面，本公开涉及多层纤维性结构，所述多层纤维性结构包括多个板层，例如至少两个板层，其中每个板层用于提供屏障功能和吸收功能，使得多层纤维性结构适合用作电池隔板，例如碱性电池隔板。
在另一方面，本公开涉及制作多层纤维性结构的方法，所述多层纤维性结构包括多个板层，例如至少两个板层，其中多层纤维性结构的至少两个板层包括多种类型的纤维(例如，第一类型的纤维和第二类型的纤维)，和任选的强度添加剂。所述方法包括形成配料的第一层，和将配料的第二层施加在配料的第一层上方(即，之上)，其中配料包括多种类型的纤维和任选的强度添加剂。通过以这种方式将配料分层，所得的多层纤维性结构基本上没有缺陷，如针孔。
在以上方面中的每个中，并且在由此预期的其它方面中，第一类型的纤维可以是纳米原纤化纤维，如纳米原纤化合成纤维素纤维或纳米原纤化丝光棉纤维。第二类型的纤维可以是聚合纤维，如耐碱性纤维，例如聚乙烯醇。强度添加剂可以是带电强度添加剂，如阳离子淀粉。各种组分的相对量可根据需要变化以实现期望的性质平衡。
尽管可主要结合将多层纤维性结构用作电池隔板(例如碱性电池隔板)来讨论本公开的各个方面，但是多层纤维性结构可用于无数其它应用中。举例来说，本文所述和由此预期的多层纤维性结构可用于其它技术，如用于其它能量存储装置(比如锂离子电池、太阳能电池和超级电容器)的隔板。
附图说明
图1示意性地描绘根据本公开的一个方面的实例性多层纤维性结构的横截面视图；和
图2示意性地描绘根据本公开的另一方面的制作图1的多层纤维性结构的实例性方法。
通过下面的详细描述以及附图，实施例的各种特征、方面和优点将变得更加显而易见，其中在整个附图和文本中，相似的数字表示相似的组件。所描述的各种特征不一定按比例绘制，而是被绘制为强调与一些实施例有关的具体特征。
具体实施方式
简要地描述，本公开涉及纤维性结构，例如包括多个板层(例如，至少两个板层)的多层纤维性结构。每个板层包括形成为薄、柔性、多孔的片材状结构的多根纤维。
在一个实施例中，多层纤维性结构的至少两个板层各自独立地包括以下(并且通常由以下形成)：多种纤维类型的纤维，例如，第一类型的纤维和第二类型的纤维。至少两个板层还可各自独立地包括强度添加剂和任选的其它组分。在另一个实施例中，可省略第二类型的纤维，使得多层纤维性结构的至少两个板层各自独立地包括第一类型的纤维(并且通常由第一类型的纤维形成)。
在一些实例中，至少两个板层通常可具有相同的组成。在其它实例中，一个或多个板层的组成可不同于一个或多个其它板层。
多层纤维性结构的至少两个板层可各自操作来提供屏障功能和吸收功能，因此多层纤维性结构适合用作电池隔板，例如碱性电池隔板。由于至少两个板层中的每个提供多功能益处，因此与其中每个层仅提供单一益处(吸收性或阻挡性)的现有技术电池隔板相比，多层纤维性结构作为电池隔板(例如碱性电池隔板)表现出优异的性能。此外，由于可使用最小化通幅材缺陷(所述通网缺陷提供枝状生长的主要途径)形成的湿法成网工艺来形成多层纤维性结构，因此大幅度降低了电池故障的可能性。
现在转到附图，图1示意性地示出根据本公开的各个方面的实例性多层纤维性结构100的横截面视图。多层纤维性结构包括第一板层或层102和第二板层或层104，所述第一板层或层102和第二板层或层104中的每个具有基本上平坦的片材状构造(使得多层纤维性结构100同样具有基本上平坦的片材状构造)。第一板层102具有限定多层纤维性结构100的第一外(即，外部)表面106的第一侧面或表面106，和与第一侧面或表面106相对的第二侧面或表面108(即，内部或内表面)。第二板层104具有限定多层纤维性结构100的第二外(即，外部)表面110的第一侧面或表面110，和与第一侧面或表面110相对的第二侧面或表面112(即，内部或内表面)。第一板层102的内部表面108和第二板层104的内部表面112在多层纤维性结构100的内部处于彼此面向的接触关系。
第一板层102和第二板层104通常各自包含多根纤维(即，至少部分地由多根纤维形成)(在图1中仅示意性地示出其中的一些)。
在图1所示的一个实例性实施例中，第一板层102和第二板层104中的至少一个各自包含以下(即，各自至少部分地由以下形成)：纤维的共混物(即，混合物或组合)，所述纤维包括第一类型的纤维114(即，第一纤维类型的多根纤维114)(示意性地示出为较窄的波浪线)，和第二类型的纤维116(即，第二纤维类型的多根纤维116)(示意性地示出为较宽的直线)。第一板层102和第二板层104中的至少一个可进一步包括强度添加剂118(示意性地示出为实心点)。通常可选择第一类型的纤维114、第二类型的纤维116和任选的强度添加剂120(以及存在于相应的层102、104中的任何其它组分)，以共同为特定的最终用途提供期望的特性。举例来说，当多层纤维性结构100旨在用作碱性电池隔板时，可选择第一类型的纤维114、第二类型的纤维116和任选的强度添加剂120(以及存在于相应的层102、104中的任何其它组分)以及其相对量来提供必要的阻挡和吸收特性、抗收缩性、耐碱性等。在一些情况下，板层或层102、104通常可具有相同组成的纤维114、116和/或强度添加剂118。在其它情况下，一个板层或层102、104的纤维114、116和/或强度添加剂118的组成可不同于另一个板层或层102、104的纤维114、116和/或强度添加剂118的组成。
在另一实例性实施例(未示出)中，可省略第二类型的纤维116，使得第一板层102和第二板层104的纤维各自包含第一类型的纤维114(即，第一纤维类型的多根纤维114)。如上所述，第一板层102和第二板层104可各自独立地进一步包括强度添加剂118。通常可选择第一类型的纤维114和任选的强度添加剂118(以及存在于相应的层102、104中的任何其它组分)以及其相对量，以为特定的最终用途提供期望的特性。举例来说，当多层纤维性结构100旨在用作碱性电池隔板时，可选择纤维114和任选的强度添加剂118(以及存在于相应的层102、104中的任何其它组分)来共同提供必要的阻挡和吸收特性、抗收缩性、耐碱性等。在一些情况下，板层或层102、104层通常可具有相同组成的纤维114和任选的强度添加剂118。在其它情况下，一个板层或层102、104的纤维114和任选的强度添加剂118的组成可不同于另一个板层或层102、104的纤维114和任选的强度添加剂118的组成。
第一类型的纤维114通常可包含基于纤维素的纤维，例如，再生的(即，合成/结晶的)纤维素纤维或精制的(例如，经处理)纤维素纤维。第一类型的纤维114(例如，合成的纤维素纤维或精制的纤维素纤维)可被原纤化(即，机械地加工或精制，以增加纤维的表面积，并创建支化纤维结构)，并且更具体地可被纳米原纤化，使得纤维的直径(例如，纳米纤维直径)为约10-8至约10-10m。所得基于纳米原纤化纤维素的纤维可具有约83至约97(例如约90)的肖伯尔—瑞格勒(Schopper-Riegler)标度打浆度(°SR)，和约12至约20(例如约16)的CSF(加拿大标准游离度)。
第一类型的纤维114(例如，基于纤维素的纤维)可被提供为具有约4mm至约8mm，例如约5mm至约7mm，例如约6mm的长度。另外或替代地，第一类型的纤维114(例如，基于纤维素的纤维)可被提供为具有约1.4dTex至约2.0dTex，例如约1.6dTex至约1.8dTex，例如约1.7dTex的纤度。
可适用于形成多层纤维性结构(例如，作为第一类型的纤维114)的一种合成纤维素纤维是莱赛尔纤维，例如(可商购自兰精(Lenzing))，其可被提供为具有约6mm的长度和约1.7dTex的纤度。可合适的精制的基于纤维素的纤维的实例是丝光棉纤维(也称为“珍珠”或“珍珠型(pearle)”棉纤维)，如得自佐治亚太平洋公司(Georgia Pacific)的GP225HL-M，其可被提供为具有约6mm的长度和约1.7dTex的纤度。然而，其它纤维可为合适的。
第二类型的纤维116通常可包含聚合纤维。当多层纤维性结构100旨在用作电池隔板(例如碱性电池隔板)时，聚合纤维通常可以是耐碱性的(即，使得聚合纤维可被认为是耐碱性聚合纤维)。可例如通过将2g纤维置于100ml 40％KOH中并使其静置在71℃的热板上2周来测量耐碱性。然后可将样品冷却至环境温度并倾析以去除过量的KOH。然后可将剩余的纤维在对流烤箱中于100℃下干燥，直到不再存在任何重量损失，并且然后重新称重。如果重量损失小于2％，则认为纤维是耐碱性的。对于片材样本，可在室温下将3in.×2.5in.样品(用数字千分尺测量)置于400ml 40％KOH中5分钟。在5分钟的停留时间后，可取出样品并将剩余的KOH溶液倒掉。然后可使用数字千分尺重新测量湿样本。如果材料收缩率在两个维度上均小于或等于2％，则样品被认为是耐碱性的。尽管不希望受到理论的束缚，但认为使用耐碱性聚合纤维通常可用于当在电池中经受氢氧化钾溶液时使多层纤维性结构稳定以免受化学收缩的影响，并可增强湿强度性质(如耐皱性能/成褶性)(例如，根据T.A.P.P.I.测试方法T-494通过双倍抗拉测试测量)、刚度和耐破度。
另外，根据用于形成多层纤维性结构的工艺，如通过ASTM 2503-07所测量的，合适的耐碱性纤维可具有至少约100℃，例如约100℃至约200℃的溶解温度。(例如，如果溶解温度太低，则在形成多层纤维性结构期间可不期望地溶解纤维。)
在一个实例中，第二类型的纤维116(例如，耐碱性聚合纤维)可包含如聚乙烯醇(PVOH)的乙烯基聚合物(即，至少部分地由所述乙烯基聚合物形成)。可适用于本公开的PVOH纤维(或基于PVOH的纤维)的实例是可商购自可乐丽(Kuraray)的PovalTM。然而，可使用无数其它PVOH纤维或任何其它合适的聚合纤维。第二类型的纤维(例如，PVOH)可具有约4mm至约9mm的长度和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度。然而，根据特定的应用，可使用其它纤维类型和尺寸。
根据需要，可使用任何强度添加剂118以满足特定最终用途的要求。可合适的强度添加剂的实例包括但不限于表氯醇、三聚氰胺、脲醛、聚亚胺、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺衍生物、粘合纤维、乙烯基/亚乙烯基氯化物或其任何组合。在一个特定实例中，当将多层纤维性结构100用作碱性电池隔板时，可期望强度添加剂是耐碱性的。在这种情况下，合适的强度添加剂可带电，例如阳离子带电。可适用于本公开的耐碱性、阳离子强度添加剂的一个实例是阳离子淀粉，如可商购自艾维贝(荷兰)(Avebe(The Netherlands))的Solvitose PLV马铃薯淀粉。然而，无数其它强度添加剂可为合适的。
多层纤维性结构100的各个层或板层(例如，板层102、104)中的每个可具有相同的组成或可在组成上彼此不同。
在使用纤维类型的共混物的情况下(例如，如图1所示)，对于每种应用，第一类型的纤维114和第二类型的纤维116的相对量可变化。举例来说，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约65wt％至最多100wt％的第一类型的纤维114和0wt％至约35wt％的第二类型的纤维116。第一板层102和第二板层104可各自进一步独立地包括0至约10wt％的强度添加剂118。
在一个实例中，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约70wt％至约88wt％的第一类型的纤维114和约12wt％至约25wt％的第二类型的纤维116。第一板层102和第二板层104可各自进一步独立地包括约3wt％至约8wt％的强度添加剂118。
在另一个实例中，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约65wt％至约85wt％的第一类型的纤维114和约15wt％至约35wt％的第二类型的纤维116。第一板层102和第二板层104可各自进一步独立地包括约2wt％至约7wt％的强度添加剂118。
在又一实例中，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约75wt％至约80wt％的第一类型的纤维114和约15wt％至约20wt％的第二类型的纤维116。第一板层102和第二板层104可各自进一步独立地包括约3wt％至约6wt％的强度添加剂118。预期了其它可能性。
在仅使用一种纤维类型的情况下(例如，第一类型的纤维114，如纳米原纤化合成纤维素或纳米原纤化丝光棉)，例如在如上所述省略第二类型的纤维116的情况下，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约90wt％至最多100wt％的纤维114(例如，第一类型的纤维114)和从0wt％至约10wt％的强度添加剂118。在一个实例中，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约92wt％至约97wt％纤维114(例如，第一类型的纤维114)和约3wt％至约8wt％的强度添加剂118。在又一个实例中，第一板层102和第二板层104可各自独立地包括约96wt％的纤维114(例如，第一类型的纤维114)和约4wt％的强度添加剂118。预期了其它可能的组成。
多层纤维性结构100的各个层或板层(例如，板层102、104)中的每个可具有特定应用所需的任何合适的基重。纤维性结构或材料的基重(如本文中预期的基重)通常以每单位面积的重量表示，例如以克/平方米(gsm)或盎司/平方英尺(osf)(1osf＝305gsm)或lbs./2880ft2表示，并且根据T.A.P.P.I.测试方法T-410或A.S.T.M.D-646进行测量。
当将多层纤维性结构100用作电池隔板，例如碱性电池隔板时，多层纤维性结构100的各个层或板层(例如，板层102、104)中的每个可独立地具有约8gsm至约16gsm，例如约10gsm至约14gsm，例如约12gsm的基重。这类实例性基重也可适合于其它应用，并且可根据需要使用其它基重。在一些实施例中，第一板层102和第二板层104可各自具有约相同的基重，使得每个板层102、104为多层纤维性结构100的重量的约一半。在其它实施例中，第一板层102和第二板层104的基重可不同。
多层纤维性结构100同样可具有特定应用所需的任何合适的总基重。举例来说，当将多层纤维性结构100用作电池隔板，例如碱性电池隔板时，多层纤维性结构100的基重可为约16gsm至约32gsm，例如约20gsm至约28gsm，例如约24gsm。这类实例性基重也可适合于其它应用，并且可根据需要使用其它基重。
根据特定应用的需要，多层纤维性结构100同样可具有任何合适的(干)厚度(根据TAPPI T-411om-97测量，以7.3psi的底压使用电子卡尺微型计量器3.3型号49-62(由TMI制造)的“纸、纸板和组合板的厚度(卡尺)”)。举例来说，当将多层纤维性结构100用作电池隔板，例如碱性电池隔板时，多层纤维性结构100的厚度可小于约5000μ，例如为约2000μ至约4000μ。这类实例性厚度也可适合于其它应用，并且可根据需要使用其它厚度。
多层纤维性结构100还可具有特定应用所需的任何合适的吸收量(如通过IST10.1-92测量)。举例来说，当将多层纤维性结构100用作电池隔板，例如碱性电池隔板时，多层纤维性结构100的吸收量可为至少约100gsm，例如至少约125gsm、至少约150gsm、至少约175gsm、至少约200gsm、至少约225gsm、至少约250gsm、至少约275gsm或至少约300gsm。这类实例性吸收量也可适合于其它应用，并且可根据需要使用其它吸收量。
根据特定应用的需要，多层纤维性结构100可同样具有任何合适的湿离子电阻(如通过ASTM D7148-13测量)。举例来说，当将多层纤维性结构100用作电池隔板，例如碱性电池隔板时，多层纤维性结构100的湿离子电阻可为小于约65mΩ-cm2，例如约0mΩ-cm2至约50mΩ-cm2。
可预期，多层纤维性结构100可包括附加层(未示出)。可选择这类层以提供附加的功能，如阻挡性质、吸收、尺寸稳定性、刚度、抗拉强度、抗穿刺/耐破性、芯吸速率或其任何组合。由此设想了无数其它可能性。
图2示意性地示出根据本公开的各个方面的形成多层纤维性结构(如上述多层纤维性结构100)的实例性方法200。
如图2所示，可任选地将第一类型的纤维114在容器220中与第二类型的纤维116和/或强度添加剂118(如以上结合图1所述的那些)组合。上面提供了可合适的纤维114、116的类型和强度添加剂118的各种实例以及其相对量，并且为简洁起见在此不再重复。
可将水222添加到纤维114(或纤维共混物114、116)和任选的强度添加剂118中以形成具有约1wt％至约8wt％固体的配料224。如本领域技术人员将理解的，配料可包括其它组分，如例如加工助剂(例如，表面活性剂、消泡剂、助滤剂、助留剂、分散剂等)、杀生物剂等。
可将配料224的第一层226沉积在成形表面(例如，移动带或成形丝网)228上，以形成待形成的多层纤维性结构100的第一板层或层102。如以上概述的，通常可以以一定量将配料224的第一层226沉积，所述量使得所得的干重为约8gsm至约16gsm，例如约10gsm至约14gsm，例如约12gsm。
然后可将配料224的第二层230沉积到配料的第一板层或层226上。如以上概述的，通常可以以一定量将配料224的第二层230沉积，所述量使得所得的干重为约8gsm至约16gsm，例如约10gsm至约14gsm，例如约12gsm。
如本领域技术人员将理解的，在上述基重下，在湿法成网的幅材中存在针孔或其它缺陷是很常见的。然而，通过在配料的第一层226的上方施加配料的第二层230，第一层中的任何缺陷都可能被遮盖或覆盖，并且将以其它方式存在于第二层或板层中的任何缺陷都可能被第一层或板层遮盖或叠覆。由于第一板层中的缺陷与第二板层中的缺陷重合(即对准)的可能性很小或没有，因此所得多层纤维性结构100无(通幅材)缺陷的可能性很高。
当用作电池隔板时，这相对于典型的电池隔板构造呈现出明显的优势，在所述典型的电池隔板构造中，双层结构的一个层提供屏障功能，并且另一个层提供吸收性。举例来说，如果常规的现有技术电池隔板的阻挡层被破坏，则枝晶很可能通过吸收层。与之形成鲜明对比的是，对于本设计，其中两层结构的每个层提供阻挡和吸收功能两者，即使一个层被破坏，相邻的重合层也可用于提供屏障功能。
返回到图2，如果需要，可通过将幅材通过一对轧辊(未示出)来压缩或压制所得的两板层幅材。然后可在所选择的温度下在干燥器232中干燥幅材，使得PVOH纤维在纳米纤维间隙中烧结或融合(通过熔融或连结)，并在那些点处形成焊接/粘结，而不是使PVOH熔融并流动(以便形成膜)。当干燥时，配料224的第一层226成为多层纤维性结构100的第一层或板层102，并且配料224的第二层230成为多层纤维性结构100的第二层或板层104。两个板层或层102、104通过形成工艺彼此连接。
如果需要，可对所得的多层纤维性结构100进行压延(未示出)以减小厚度并增加体积，以用于电池中的附加KOH电解质装载。
应当理解，实例性过程的一个或多个步骤或阶段可用其它步骤或阶段代替。此外，将理解的是，实例性过程的一个或多个步骤或阶段可在线形成或可离线、间歇或连续形成。可添加附加步骤或阶段，并且可省略步骤或阶段。因此，本文描述的实例性过程不应以任何方式解释为限制性的。
实例1
基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成多层纤维性结构，其中第一板层和第二板层各自包括约78wt％的纳米原纤化合成纤维(例如，莱赛尔纤维，如)、约18wt％的PVOH纤维和约4wt％的阳离子淀粉。
评估多层纤维性结构的各种性质。测试两个样品。将结果取平均值并与目标值进行比较。结果呈现在表1-3中。
表1
表2
表3
实例2
基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成多层纤维性结构，其中第一板层和第二板层各自包括约74wt％的丝光棉纤维(Georgia Pacific 225HL-M)(在选矿用水中精制)、约20wt％的PVOH纤维和约6wt％的阳离子淀粉。
评估多层纤维性结构的各种性质。测试四个样品。将结果取平均值并与目标值进行比较。结果呈现在表4-6中。
表4
表5
表6
实例3
基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成多层纤维性结构，其中第一板层和第二板层各自包括约74wt％的丝光棉纤维(Georgia Pacific 225HL-M)(在城市水中精制)、约20wt％的PVOH纤维和约6wt％的阳离子淀粉。
评估多层纤维性结构的各种性质。测试三个样品。将结果取平均值并与目标值进行比较。结果呈现在表7-9中。
表7
表8
表9
实例4
基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成多层纤维性结构，其中第一板层和第二板层各自包括约74wt％的丝光棉纤维(Georgia Pacific 225HL-M)(在城市水中精制105分钟)、约20wt％的PVOH纤维和约6wt％的阳离子淀粉。
评估多层纤维性结构的各种性质。测试三个样品。将结果取平均值并与目标值进行比较。结果呈现在表10-12中。
表10
表11
表12
实例5
基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成多层纤维性结构，其中第一板层和第二板层各自包括约74wt％的丝光棉纤维(Georgia Pacific 225HL-M)(在GRI DI水中精制77分钟)、约20wt％的PVOH纤维和约6wt％的阳离子淀粉。
评估多层纤维性结构的各种性质。测试三个样品。将结果取平均值并与目标值进行比较。结果呈现在表13-15中。
表13
表14
表15
实例6
对基本上如上面结合图1和图2所述地那样来形成的多层纤维性结构进行重量损失研究，其中第一板层和第二板层各自包括约74wt％的丝光棉纤维(Georgia Pacific225HL-M)或纳米原纤化合成纤维(Tencel)、约20wt％的PVOH纤维和约6wt％的阳离子淀粉。
为此，将2.00g原始纤维类型(Tencel或丝光棉)置于100ml烧杯中的60g 40wt％KOH溶液中。将样品置于在71℃的固定温度和40％RH下的扁平板式干燥器上2周。2周后，将烧杯从扁平板式干燥器中取出并冷却至室温。倾析出40％KOH溶液，并将具有纤维束的烧杯置于190℃的对流烤箱中72小时。在天平上将干燥的纤维称重至最接近百分之一克。结果呈现在表16中。
表16
结果指示，与使用丝光棉形成的电池隔板相比，使用Tencel纤维形成的电池隔板可展现出更大的重量损失。因此，由丝光棉形成的电池隔板可用于更多的应用中。
使用以下附加测试方法来测试材料，其结果在上面的表中阐述：
抗拉强度：T.A.P.P.I.测试方法T-494，“纸和纸板的抗拉断裂性质”用于测试实例性材料的机械强度，并使用Instron测试机器就纵向(MD)抗拉强度(应力)进行测量，以lb./in.为单位报告。在此测试中，样本(尺寸：10in.×1in.(25.4mm x 25.4mm)以预定的速率(1in/min./(25.4mm/min.))拉伸直至断裂。抗拉强度由使材料断裂时施加的最大载荷或力(以磅为单位)除以测试件的初始横截面面积(以线性英寸为单位)来计算。
刚度：T.A.P.P.I.测试方法T-543，“纸的刚度”，以毫克报告，使用Gurley型刚度测试仪。
湿耐破度：ASTM D774-97。
透气量(经由Textech数字仪器)：ASTM D737。
根据T.A.P.P.I.测试方法T-460测试Gurley空气阻力，所述方法通过引用的方式特此并入。此测试使用的仪器是4159型Gurley密度计。为了进行测试，将样品插入并固定在密度计内。将钢瓶梯度升至100cc(100ml)线，然后使其在其自身重量下下降。记录100cc的空气通过样品的时间(以秒为单位)。结果以秒/100cc为单位报告，这是100立方厘米的空气通过结构所需的时间。
湿收缩率：使用数字卡尺在干燥状态下测量大约3英寸(纵向)×2.5英寸(横向)样品的尺寸。然后将样品浸没在40％KOH溶液中5分钟。然后将样品从KOH溶液中取出，并通过夹子在环架上垂直悬浮5分钟，以倾析出过量的/表面KOH。然后使用数字卡尺在两个维度上重新测量样品。基于两个样品尺寸各自的浸泡前和浸泡后尺寸测量值计算％湿收缩率。
芯吸速率：AATCC测试方法197。
平均流量孔径：根据ASTM E-1294“使用自动液体孔率计的膜过滤器的孔径特性的标准测试方法”进行测试，其使用根据ASTM F316(使用毛细管流动孔率计)的自动气泡点方法。此测量可用于帮助确定结构的阻挡性质。
上述评估的结果通常指示实验多层纤维性结构适合用作碱性电池隔板。值得注意的是，吸收值表明，相对于目前可用的电池隔板，多层纤维性结构可展现出优异的性能。
示出的设备的组件不限于本文描述的具体实施例，而是作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可在其它实施例上使用或与其它实施例结合使用以产生又一实施例。预期设备包括这类修改和变化。进一步地，方法中描述的步骤可与本文描述的其它步骤独立地并且分开地使用。
作为实例而非限制，根据本公开的纤维性结构的各种其它实施例可具有一个或多个层(或板层)，并且可包括：
(a)基于纳米原纤化纤维素的纤维，和任选地，强度添加剂；
(b)基于纳米原纤化纤维素的纤维、耐碱性聚合纤维和任选的强度添加剂；
(c)约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维、0wt％至约35wt％的聚合纤维，和任选的强度添加剂；
(d)约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂；
(e)纳米原纤化合成纤维素纤维，和任选的强度添加剂；
(f)纳米原纤化合成纤维素纤维、耐碱性聚合纤维和任选的强度添加剂；
(g)约65wt％至最多100wt％的纳米原纤化合成纤维素纤维、0wt％至约35wt％的聚合纤维，和任选的强度添加剂；
(h)约65wt％至最多100wt％的纳米原纤化合成纤维素纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂；
(i)纳米原纤化丝光棉纤维，和任选的强度添加剂；
(j)纳米原纤化丝光棉纤维、耐碱性聚合纤维，和任选的强度添加剂；
(k)约65wt％至最多100wt％的纳米原纤化丝光棉纤维、0wt％至约35wt％的聚合纤维，和任选的强度添加剂；
(l)约65wt％至最多100wt％的丝光棉纤维素纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂，或
(m)其无数种变化。
这类结构中的任一种都可用于各种应用中，例如用作电池隔板(例如，碱性电池隔板)。
同样地，作为实例而非限制，根据本公开的制作纤维性结构的方法的各种其它实施例可包括：
(a)形成第一板层；和形成与第一板层呈面对面关系的第二板层，其中第一板层和第二板层各自包括基于纳米原纤化纤维素的纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种，并且第一板层和第二板层各自占多层纤维性结构的约50wt％；
(b)形成配料，所述配料包括基于纳米原纤化纤维素的纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种；形成配料的第一层；形成配料的第二层，使得配料的第二层遮盖配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(c)将配料的第一层施加到成形丝网，所述配料包含基于纳米原纤化纤维素的纤维、聚乙烯醇纤维和任选的强度添加剂，所述基于纳米原纤化纤维素的纤维具有约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度和约12至约20的加拿大标准游离度，所述聚乙烯醇纤维具有约4mm至约9mm的长度，和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度；将配料的第二层施加到配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(d)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂；将配料的第一层沉积到移动带(或其它成形表面)上；将配料的第二层沉积到配料的第一层上；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(e)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至约85wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维、约15wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和约2wt％至约7wt％的阳离子淀粉；形成配料的第一层；形成遮盖配料的第一层的配料的第二层；和干燥配料的第一层和配料的第二层，使得聚乙烯醇纤维与相邻的基于纳米原纤化纤维素的纤维烧结或融合；
(f)形成第一板层；和形成与第一板层呈面对面关系的第二板层，其中第一板层和第二板层各自包括纳米原纤化合成纤维素纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种，并且其中第一板层和第二板层各自占多层纤维性结构的约50wt％；
(g)形成配料，所述配料包括基于纳米原纤化纤维素的纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种；形成配料的第一层；形成配料的第二层，使得配料的第二层遮盖配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(h)将配料的第一层施加到成形丝网，所述配料包含纳米原纤化合成纤维素纤维、聚乙烯醇纤维和任选的强度添加剂，所述纳米原纤化合成纤维素纤维具有约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度和约12至约20的加拿大标准游离度，所述聚乙烯醇纤维具有约4mm至约9mm的长度，和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度；将配料的第二层施加到配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(i)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至最多100wt％的纳米原纤化合成纤维素纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂；将配料的第一层沉积到移动带(或其它成形表面)上；将配料的第二层沉积到配料的第一层上；干燥配料的第一层和配料的第二层；
(j)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至约85wt％的纳米原纤化合成纤维素纤维、约15wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和约2wt％至约7wt％的阳离子淀粉；形成配料的第一层；形成遮盖配料的第一层的配料的第二层；干燥配料的第一层和配料的第二层，使得聚乙烯醇纤维与相邻的纳米原纤化合成纤维素纤维烧结或融合；
(k)形成第一板层；和形成与第一板层呈面对面关系的第二板层，其中第一板层和第二板层各自包括纳米原纤化丝光棉纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种，并且其中第一板层和第二板层各自占多层纤维性结构的约50wt％；
(l)形成配料，所述配料包括纳米原纤化丝光棉纤维，和任选的聚乙烯醇纤维和强度添加剂中的至少一种；形成配料的第一层；形成配料的第二层，使得配料的第二层遮盖配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(m)将配料的第一层施加到成形丝网，所述配料包含纳米原纤化丝光棉纤维、聚乙烯醇纤维和任选的强度添加剂，所述纳米原纤化丝光棉纤维具有约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度和约12至约20的加拿大标准游离度，所述聚乙烯醇纤维具有约4mm至约9mm的长度，和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度；将配料的第二层施加到配料的第一层；和干燥配料的第一层和配料的第二层；
(n)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至最多100wt％的纳米原纤化丝光棉纤维、0wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维和0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂；将配料的第一层沉积到移动带(或其它成形表面)上；将配料的第二层沉积到配料的第一层上；干燥配料的第一层和配料的第二层；
(o)形成配料，所述配料具有约1至约8wt％的固含量，所述固含量包含约65wt％至约85wt％的纳米原纤化丝光棉纤维、约15wt％至约35wt％的聚乙烯醇纤维，和约2wt％至约7wt％的阳离子淀粉；形成配料的第一层；形成遮盖配料的第一层的配料的第二层；干燥配料的第一层和配料的第二层，使得聚乙烯醇纤维与相邻的纳米原纤化丝光棉纤维烧结或融合；或
(p)其无数的变化。
尽管已经参考具体实施例描述了设备和方法，但是本领域技术人员将理解，在不脱离预期的范围的情况下可进行各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本文中的教导。
在本说明书和随后的权利要求中，将参考具有以下含义的多个术语。除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括复数对象。此外，对“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”等的引用不旨在被解释为排除也并入有所述特征的附加实施例的存在。如本文在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似类语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，通过如“约”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似类语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。如“第一”、“第二”、“上部”、“下部”等的术语用于将一个元件与另一个元件识别，并且除非另有指定，否则并不意味着指代元件的特定顺序或数量。
如本文所使用，术语“可”和“可以是”指示一组情形内的发生可能性；指定性质、特性或功能的拥有；和/或通过表达与认定的动词相关联的能力、技能或可能性中的一个或多个来认定另一动词。因此，“可”和“可以是”的使用指示修改后的术语明显适当、有能力或适合于所指示能力、功能或用途，同时考虑在一些情况下修改后的术语可能有时不适当、不能或不合适。举例来说，在一些情况下，可预计事件或能力，而在其它情况下，事件或能力无法发生--通过术语“可”和“可以是”取得此区别。
如在权利要求中所使用的，单词“包含”及其语法变体在逻辑上还针对且包括变化的和不同的程度的短语，如例如但不限于，“基本上由...组成”和“由...组成”。必要时，提供了范围，并且这些范围包括它们之间的所有子范围。预期这些范围的变化自身将启发具有本领域中的一般技术的从业者，且在尚未献给公众的情况下，所附权利要求应覆盖那些变化。
科学和技术的进步可使由于语言的不精确性而现在未考虑的等同形式和替代形式成为可能；这些变化应由所附权利要求书覆盖。本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的方法、机器和计算机可读介质，并且还使本领域的任何技术人员能够实践这些，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。其可申请专利保护的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同结构要素，那么它们意图在权利要求书范围内。

Claims (20)

1.一种碱性电池隔板，其包含：
约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维；
0wt％至约35wt％的耐碱性聚合纤维；和
0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂。
2.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述电池隔板包含
约65wt％至约85wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维，
约15wt％至约35wt％的耐碱性聚合纤维，和
约2wt％至约7wt％的阳离子强度添加剂。
3.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其包含彼此呈面对面关系的第一板层和第二板层，其中所述第一板层和所述第二板层各自独立地包含
约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维，
0wt％至约35wt％的耐碱性聚合纤维，和
0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂。
4.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述基于纳米原纤化纤维素的纤维包含纳米原纤化合成纤维素纤维和纳米原纤化丝光棉纤维素纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述基于纳米原纤化纤维素的纤维具有
约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度，和
约12至约20的加拿大标准游离度。
6.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述耐碱性聚合纤维包含聚乙烯醇纤维。
7.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述耐碱性聚合纤维具有
约4mm至约9mm的长度，和
约1.5dpf至约5.0dpf的纤度。
8.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中所述阳离子强度添加剂包含阳离子淀粉。
9.根据权利要求8所述的碱性电池隔板，其中所述阳离子淀粉包含马铃薯淀粉。
10.根据权利要求1所述的碱性电池隔板，其中
所述基于纳米原纤化纤维素的纤维包含纳米原纤化合成纤维素纤维和纳米原纤化丝光棉纤维素纤维中的至少一种，
所述耐碱性聚合纤维包含聚乙烯醇纤维，并且
所述阳离子强度添加剂包含阳离子淀粉。
11.根据权利要求10所述的碱性电池隔板，其中
所述基于纳米原纤化纤维素的纤维具有约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度，和约12至约20的加拿大标准游离度，并且
所述聚乙烯醇纤维具有约4mm至约9mm的长度，和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度。
12.一种制作碱性电池隔板的方法，所述方法包含：
形成第一板层；和
形成与所述第一板层呈面对面关系的第二板层，
其中所述第一板层和所述第二板层各自独立地包含
约65wt％至最多100wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维，
0wt％至约35wt％的耐碱性聚合纤维，和
0wt％至约10wt％的阳离子强度添加剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一板层和所述第二板层各自独立地包含
约65wt％至约85wt％的基于纳米原纤化纤维素的纤维，
约15wt％至约35wt％的耐碱性聚合纤维，和
约2wt％至约7wt％的阳离子强度添加剂。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含制作至少一种具有约1至约8wt％固含量的配料，其中所述第一板层和所述第二板层由所述至少一种配料形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含干燥配料的第一层和配料的第二层，以分别形成所述第一板层和所述第二板层。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含干燥配料的所述第一层和配料的所述第二层，使得所述耐碱性聚合纤维与基于纳米原纤化纤维素的相邻纤维烧结或融合。
17.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述第一板层和所述第二板层包含
在成形表面上沉积所述至少一种配料的第一层；
在配料的所述第一层上沉积所述至少一种配料的第二层；和
干燥配料的所述第一层和配料的所述第二层以分别形成所述第一板层和所述第二板层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一板层和所述第二板层各自占所述碱性电池隔板的约50wt％。
19.根据权利要求14所述的方法，其中
所述基于纳米原纤化纤维素的纤维包含纳米原纤化合成纤维素纤维和纳米原纤化丝光棉纤维素纤维中的至少一种，
所述耐碱性聚合纤维包含聚乙烯醇纤维，并且
所述阳离子强度添加剂包含阳离子淀粉。
20.根据权利要求19所述的方法，其中
所述基于纳米原纤化纤维素的纤维具有约83至约97的肖伯尔—瑞格勒标度打浆度，和约12至约20的加拿大标准游离度，并且
所述聚乙烯醇纤维具有约4mm至约9mm的长度，和约1.5dpf至约5.0dpf的纤度。
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