CN1177843A - 碱性电池隔离纸 - Google Patents

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Abstract

一种用于碱性电池的隔离纸包括具有一定紧密度的紧密层,和具有一定液体浸透性的液体浸透层,所述紧密层和所述液体浸透层被整体地层合,而且所述的紧密层是通过将适合于打浆的耐碱纤维素纤维与合成纤维混合而制备的,以致使,所述的耐碱纤维素纤维的含量在20—80重量%的范围内,以CSF计的打浆度为500—0ml,并且所述的液体浸透层是通过将耐碱纤维素纤维与合成纤维混合而制备的,所述的耐碱纤维素纤维的含量在20—80重量%的范围内,以CSF计的打浆度大于为700ml。

Description

碱性电池隔离纸
本发明涉及用于在若干种碱性电池如碱锰电池、氧化银电池和空气-锌电池中隔离阳极活性材料和阴极活性材料的隔离纸，其中每种碱性电池均使用了碱性电解质；更具体地说，涉及具有能防止由于未添加汞而由氧化锌枝晶引起内部短路的高紧密度的隔离纸，而且该隔离纸同时具有由于增大的电解质液体浸透性所致的更大的功率放电性能。
用于隔离碱性电池的阳极活性材料和阴极活性材料的隔离纸所需的特性是要防止由于阳极活性材料与阴极活性材料接触而引起的内部短路，以及具有由于使用如氢氧化钾的电解质和二氧化锰这样的去极化剂而不引起收缩或变形，以及保持产生电动势所需的足够量的电解质，而不妨碍离子传导这样的事实而引起的期望的耐久性。
现有技术的隔离纸使用由合成纤维和纤维素纤维构成的混合纸，更具体地说，它由作为主要材料的耐碱合成纤维的维尼纶，并混合耐碱纤维素纤维如粘胶丝人造纤维、含大于98％α-纤维素的棉绒浆、丝光化木浆、波里诺西克人造纤维、和作为粘合剂加入的聚乙烯醇纤维混合。
本申请人在日本专利特许公开2-119049中公开了一种隔离纸，其中通过混合适合打浆的耐碱纤维素纤维，例如丝光化木浆、丝光化西班牙草浆、丝光化马尼拉大麻浆、波里诺西克人造纤维和合成纤维来制造分离纸，该纸包含10-50％重量的耐碱纤维素纤维，并且所述纤维具有CSF(加拿大标准游离度)为500-0ml的打浆度。在日本专利特许公开62-154559中也公开了一种碱性电池隔离纸，其中形成隔离纸的部分或全部纤维使用细度小于0.8旦的合成纤维，而不是现有技术中所用的更大尺寸的1-3旦的纤维。
而且，在日本专利特许公开5-74439中公开了另一种隔离纸。通过把波里诺西克人造纤维打浆成CSF为300-700ml并交织小于0.4旦的维尼纶来制造这种隔离纸。
由交织纤维素纤维和人造纤维制造的这些隔离纸具有足够的耐电解质和去极化剂的能力，但是就防止两活性材料电极之间接触而导致内部短路而论，具有过大的孔径。因此要求采取措施，例如，为了使孔径相当小以层状层压此纸，或用一些例如具有微孔的玻璃纸膜这样的隔离材料与该纸叠合。
对使用锌作阴极活性材料的碱性电池已采取措施，其中为防止阴极自放电和促进电动势反应，用汞齐化锌颗粒的表面以转化成活性材料。最近，就防止汞污染引起生态破坏而论，正逐渐降低所需的汞消耗量，从而用无汞电池。也就是说，电池不使用汞，这是从1992年起的先决条件。
如果不使用汞添加剂，在活性材料的阴极中会出现腐蚀。这将导致所谓“枝晶”的导电晶体氧化锌化合物沉积，并在活性材料的两个电极之间引起电接触从而产生内部短路，并极大降低电池的容量。为防止氧化锌枝晶沉积引起的这种内部短路，要求比现有隔离纸具有更小孔径的细隔离纸。更具体地说，为防止氧化锌沉积引起的内部短路，需要气密性大于2秒/100毫升的这种隔离纸。
虽然碱性电池、尤其是碱锰电池已广泛用于便携式电源，以及由于向无汞型阴极发展，其应用在不断增加；另外也需要改进电池性能，例如以连续或间断放电形式的更长的放电时间，在其它方面要求大功率放电性能。
作为便携式电子装置，例如笔记本式个人计算机、液晶显示TV装置和便携式电话装置，已广泛使用，对作为这些电子装置电源(要求大功率放电)的碱性电池的需要迅速增加，所以，极大地要求改进大功率放电性能。这些常规电子装置要求大功率，所以通常如镍镉电池这样的二次电池用于这些装置。碱锰电池的应用已引起人们的注意，同时要求碱锰电池大功率放电的电子装置也增加，这是因为它易获得且操作简单，以及在电子装置中节能变得更为普遍。上述大功率放电可定义成用小于3欧姆负载电阻时大电流放电。
当大功率放电时，比大于10欧姆电阻的轻负载出现更大电流，对于碱锰电池这样的内-外型电池而言，随着放电电流增加，电池反应在活性材料的内部区域几乎没有发生，对此区域活性材料的利用率成指数地降低，这将导致电池容量的降低。例如，已知对产生大功率放电的2欧姆电阻负载，活性材料的利用率降到小于20％。因此，据说延长几分钟的放电时间就是很有意义的改进，除非用小于3欧姆的电阻负载来实现，当然这是所希望的改进和迫切需要的。为增加这种情况下的电池容量，活性材料的增加或电阻值的减少是无效的。相反，希望增加隔板或活性材料中电解质的液体浸透性能数量，从而由于迅速的电池反应而增加离子扩散。也就是说，为增加阴极锌离子的扩散并不降低传导率，应将更多地电解质给予隔离纸。更具体地说，考虑到增加大功率放电容量，具有大于550％液体浸透特性的隔离纸是所希望的。
然而，同时满足上述气密性和液体浸透性是困难的。也就是说，虽然保留在电池内隔板中的部分电解质移向阳极活性材料和阴极侧(放电期间)，但为保持电动势反应，所需的足够量电解质仍应保留在隔板的纤维部分中。实际上，隔离纸设计的孔越多，对暂时保留电解质的液体浸透性越有利。然而，考虑到防止短路和两极电的隔离，希望隔离纸紧密地制造。通常，当纸的紧密度增加时，电阻也增加，且液体浸透性降低，这将导致电池放电性能的降低。因此，目前没有提供这样的隔离纸，它具有增加的电解质液体浸透性，防止由于没有添加汞而产生的氧化锌枝晶引起的内部短路，适合大功率放电，特别是具有大于2秒/100毫升的气密性，同时具有大于550％的液体浸透性。
本申请人已检测了由一定程度打浆的丝光化阔叶木浆和波里诺西克人造纤维提供的隔离纸的物理性能，例如液体浸透性、气密性等的变化。至于考虑其用途的例子，想具体知道上述气密性和现有隔离纸的液体浸透性之间的关系。
实验例1
通过混合63％重量、打浆度范围从CSF710毫升(未打浆)至200毫升的丝光化阔叶木浆，25％重量维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2毫米)，和12％重量聚乙烯醇纤维(细度0.5旦×纤维长度3mm)来提供配料，然后，送至圆网造纸机上以提供定量约32克/米2的单层隔离纸。隔离纸的CSF值、气密性和液体浸透性之间的关系如表9所示。表9
  实施例 纤维素的打浆度CSF(ml)   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密度秒/100毫升 液体浸透率％ 液体吸收性mm 膨胀厚度μm
    1-1  710(未打浆)     32.2     120     3.3     1.0     480     32     137
    1-2  640     32.6     111     3.5     1.7     420     27     121
    1-3  550     32.1     100     3.8     2.8     380     26     114
1-4 430 33.0 96 4.0 5.5 340 23 101
    1-5  320     32.5     89     4.1     10.5     320     19     95
    1-6  200     33.0     84     4.2     25.6     310     19     90
63％重量丝光化阔叶木浆+25％重量维尼纶(0.5旦×2mm)+12％重量聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)实验例2
通过混合63％重量、打浆度范围从CSF740毫升(未打桨)至210毫升的波里诺西克人造纤维(尺寸0.5×纤维长度2毫米，25％重量维尼纶(尺寸0.5旦×纤维长度2毫米)，和12％重量聚乙烯醇纤维来提供配料，然后，送至圆网造纸机上以提供定量约32克/米2的单层隔离纸。隔离纸的CSF值、气密性和液体浸透性之间的关系如表10所示。表10
  实施例 纤维素的打浆度CSF(ml)   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密度秒/100毫升 液体浸透率％ 液体吸收性mm 膨胀厚度μm
    2-1  740(未打浆)     32.2     128     4.0     0.7     770     53     205
    2-2  710     31.8     118     4.2     0.8     670     50     180
2-3 670 33.0 108 4.3 1.1 600 45 162
    2-4  600     32.1     102     4.5     1.7     540     40     150
    2-5  530     32.0     98     4.6     2.2     470     38     130
2-6 440 31.7 95 4.8 3.4 420 35 121
    2-7  330     32.2     92     5.0     5.6     380     33     110
    2-8  210     32.4     90     5.0     10.5     350     32     105
63％重量的波里诺西克人造纤维(0.5×2毫米)+25％重量维尼纶(0.5×2毫米)+12％重量聚乙烯醇纤维(1d×3毫米)
另外，涉及表9和10所示实验例1和2的隔离纸的CSF值、气密性和液体浸透性之间的关系如图4的曲线所示。对表9和10所列隔离纸CSF值的气密性和液体浸透性如图4曲线所示，其中符号黑三角和黑点分别表示实施例1和2的测量结果。
从实施例1和2可清楚地看出，当对纤维素，例如丝光化阔叶木浆、波里诺西克人造纤维等进行打浆，将增加隔离纸的气密性。也就是说，隔离纸具有增加的气密性和具有增加的紧密度。然而，当打浆继续时，纸的液体浸透性迅速降低，难以获得大于550％的液体浸透性，即使获得了2秒/100ml的气密性。实验例1-3中的每个例子分别表示2.8秒/100毫升的气密性，但仅具有380％的液体浸透性，实验例2-5分别有2.2秒/100ml的气密性，但仅有470％的液体浸透性，几乎不能保留电解质以提高大功率放电容量。另一方面，如果给出大于550％的液体浸透性，那么将降低纸的紧密度。因此，难以实现大于2秒/100毫升的气密性。例如，实施例2-3的每一个均显示出600％的液体浸透性，但其气密性仅为1.1秒/100毫升，这不足以有效地防止由于氧化锌引起的内部短路。这种现象在曲线图4中清楚地示出，其中气密性高达2秒/100毫升以上的每一个例子的液体浸透性均低于500％。因而，常规隔离纸不能达到适合于大功率放电的足够的液体浸透性，以便防止由于不添加汞而由氧化锌枝晶引起的内部短路。
为增加气密性，常规隔离纸需要增加卷纸数，以便使纸中孔的直径有效地降低，或选择更小直径的包含在纸中的纤维如维尼纶。此外还使用在日本特许公开2-119049或5-74439中披露的隔离纸。
然而，进一步增加隔离纸的卷纸数将使电池内隔板的体积增加，这又将减少活性材料的体积，因而将不可避免地降低电池的容量。另外，当使用更小细度的合成纤维或更小直径的合成纤维时，将使所得纸页的紧密度变得更大。通过热熔合或粘合剂将包含在纸中的纤维粘结在一起，结果是，合成纤维的直径越小，粘结区域就越大，这导致纸页的液体浸透性能容易地降低。另外添加至纸中的小细度的合成纤维如0.4旦的纤维较为昂贵，因此还将使纸页的成本增加。
另外，日本专利特许公开2-119049和5-74439披露了如下技术，即其中纤维素纤维是通过打浆被细纤维化，并将细小的分枝从纤维体中分离出，从而以此制得精细的隔离纸。然而，在打浆的早期阶段，即其中绝大部分CSF还没被降低时纤维素纤维内的纤维素组织将经受切割。也就是说，即使纤维素似乎还没发生改变时，其内部已不可避免地遭受了打浆所致的破坏。因此，即使与未打浆的纤维素如CSF值大于或等于700ml的纤维素进行比较，其挺度已被降低。因此，纤维素纤维已变软，用它制得的纸张将具有高的紧密度，这将抑制在电解质中的纸页进行膨胀，并且将使纸张的液体浸透性随打浆度的增加而降低。
因此，在使用由重度打浆的纤维素纤维紧密地制得的隔离纸的电池中，浸在纸张中电解质的量将不可避免地减少，这将使在电池放电时所需的离子扩散受到抑制，但在纸张中电解质的减少只要是通过例如10欧姆轻负载进行放电，那么就不会在电池放电时产生明显的问题。然而，在通过大电流如利用一安培的恒定值或通过2欧姆的电阻进行大功率放电时，电池活性材料的利用率被降低，这将使电池的寿命缩短，结果是，在实际情况下，这种电池不能满足现今对于改善碱性电池大功率放电容量的需要。
尽管可通过减少对纤维素纤维的打浆来增加电解质的浸透作用，并可使用于大功率放电的隔板更为令人满意，但这将使隔板的细度降低，这又将对氧化锌枝晶有影响和对防止由于活性材料(阳极和阴极的)的迁移所致的内部短路有作用，并使电池的寿命缩短。
此外，就防止由如氧化锌枝晶沉积所产生的内部短路而言，通过使用隔离材料，如彼此叠合的、具有许多微孔的玻璃纸膜，和多孔隔离纸，可完全防止这些缺陷。然而，玻璃纸膜的紧密度大于10,000秒/100毫升，该值太大，因此，将使离子的扩散受阻，因而该薄膜不适合用于大功率放电。
考虑到上述这些问题，本发明的目的是提供一种用于碱性电池的隔离纸，该纸在不使用汞的趋势中防止由于氧化锌枝晶沉积所产生的内部短路时具有适当的气密性，并具有改善电解质的液体浸透率以对大功率放电提供动手；更具体地说，该纸具有2秒/100ml至100秒/100ml的气密性的紧密度，以及具有高于550％的电解质浸透率。
为完成这些任务，本发明提供一种用于碱性电池阳极和阴极的活性材料的电绝缘隔离纸，其中所述的隔离纸可包含保持气密性的紧密层，该层防止所述两种活性材料间电的内部短路；和用于增加电池内电解质的液体浸透率的液体浸透层，所述紧密层和所述液体浸透层整体地层合。
此外，所述隔离纸可包含具有一定紧密度的紧密层，和一定液体浸透性的液体浸透层，所述紧密层防止由于氧化锌枝晶沉积而发生的内部短路；和所述液体浸透层有效地增加所述液体浸透率，结果是，该电池适合于大功率放电。
再者，所述隔离纸可包含具有一定紧密度的紧密层，和一定液体浸透性的液体浸透层，所述紧密层通过将适于打浆的耐碱纤维素纤维和合成纤维混合而制得，以致使所述耐碱纤维素纤维的含量为20-80％重量，打浆度以CSF值计为500-0ml；并且所述的液体浸透层可通过将耐碱纤维素纤维和合成纤维混合而制得，所述耐碱纤维素纤维的含量为20-80％重量，打浆度以CSF值计为700ml
另外，所述用于紧密层的适合打浆的耐碱纤维素纤维的打浆度以CSF计可从300-10ml。
所述用于液体浸透层的耐碱纤维素纤维可具有未打浆的打浆度。
另外，所述用于紧密层的并适合打浆的耐碱纤维素纤维可包含一种或多种选自丝光化木浆，棉绒浆，波里诺西克人造纤维，有机溶剂形成的人造纤维，和预氢化(prehydride)浆的纸浆或纤维。
另外，所述耐碱纤维素纤维可包含纤维长度从2-10mm的再生纤维。
另外，用于所述紧密层和所述液体浸透层的所述的合成纤维可包含一种或多种具有高度耐碱性的合成纤维。
另外，具有所述高度耐碱性的所述合成纤维可包含一种或多种选自下列的纸浆或纤维；所述纸浆或纤维为：聚丙烯纤维，聚维尼纶，聚酰胺纤维，维尼纶，聚乙烯醇纤维，聚丙烯-聚乙烯复合纤维，聚丙烯-乙烯-乙烯醇共聚物纤维，聚酰胺-变性聚酰胺复合纤维，聚丙烯-合成浆，和聚乙烯-合成浆。
另外，所述纸张可包含作为粘合剂添加的聚乙烯醇纤维或聚乙烯醇粉末，相对于所述紧密层和所述液体浸透层层压得到的隔离纸的总重量，其用量为5-20％重量。
另外，所述紧密层可带有整体地层合在其一侧或两侧上的所述的液体浸透层。
另外，相对于该纸的总定量，所述紧密层的定量小于50％，并且所述的定量为大于5g/m2。
另外，所述纸张的气密性从2-100秒/100毫升，并且，液体浸透率大于550％。
另外，所述纸张的气密性从2-100秒/100毫升，并且，液体浸透率大于600％。
根据本发明，可将所述紧密层和所述液体浸透层整体地层合，由此，所述紧密层可提供适合于防止两电极的活性材料或氧化锌枝晶迁移所需的紧密度；并且所述液体浸透层也可提供甚至在电池大功率放电时电解质所需的液体浸透率。也就是说，所述紧密层可提供更大的紧密度，而所述液体浸透层可提供比只是单层隔离纸的现有技术的液体浸透层更为合适的浸透电解质的性能。
另外，所述液体浸透层在电池进行大功率放电时，可在电解质中膨胀以浸透所需的电解质量，但是，当用电解质进行浸渍时，包括打浆过的纤维素纤维的紧密层显示出比液体浸透层更小的厚度膨胀。也就是说，即使通过层合紧密层和液体浸透层而增加了液体浸透率，伴随着浸渍电解质，紧密层孔径向膨胀不明显，并且电解质中隔板的紧密度几乎不受影响。
因此，根据本发明，可提供具有一定紧密度和增加电解质液体浸透率的隔离纸，也就是说，该隔离纸同时能满足：能防止由于不添加汞而由氧化锌枝晶沉积引起的内部短路的紧密度，和能增强电池大功率放电性的液体浸透性。
此外，本发明还能提供一种在防止内部短路时具有增加可靠性的改善的隔离纸；这是由于当与只有单层的现有技术的隔离纸比较时，通过将多于两层进行层合，在造纸过程中产生的在隔离纸中的针孔部分和汽泡(其相对较大)大大减少，各种孔的直径也被减小。此外，当与只有单层的现有技术(与本发明有相同的气密性)相比，由于层合了多孔液体浸透层，因此也增加了电解质的吸收速度，而且在电池组装期间，电解质的注入时间可被降低，这将有利于电池的生产率。
下面参考附图进行说明，其中相同的参考号表示相应的部件：
图1说明本发明隔离纸造纸步骤的第一实施方案；
图2说明本发明隔离纸造纸步骤的第二实施方案；
图3说明本发明隔离纸造纸步骤的第三实施方案；
图4是CSF值和气密性间的关系以及CSF值和液体浸透性间关系的图解表示。
现在将描述本发明碱性电池用的隔离纸的优选实施方案。本发明的特征在于，用于电隔离阳极活性材料和阴极活性材料的隔离纸是由保持紧密度以防止所述阳极活性材料和所述阴极活性材料内部短路的紧密层，和用于增加电解质的液体浸透率的液体浸透层整体地层合而制成的，从而增加了适合用于电池大功率放电的电解质的液体浸透率，所述隔离纸通过所述的紧密层防止了由于氧化锌枝晶沉积所致电池的内部短路。
本发明的发明人对示于表9和10中纤维素纤维的打浆度和隔离纸的物理性能之间的关系进行了研究，结果是，利用现有技术的单层隔离纸难于同时满足适合于大功率放电的紧密度和液体浸透性。
然而，发明人的目的是整体地层合第一层和第二层；所述第一层具有增加液体浸透性的高CSF值，也就是说该层包含低打浆度的纤维素纤维；所述第二层具有保持紧密度的低CSF值。也就是说本发明包括高打浆度的纤维素纤维，和如此发明了用于碱性电池的隔离纸，该隔离纸具有一定的紧密度和增加的电解质液体浸透率，也就是说，该隔离纸同时能满足：能防止由于不添加汞而由氧化锌枝晶引起的内部短路的紧密度，和能增强电池大功率放电性的电解质液体浸透性。
因而，对于紧密层而言，适合于打浆的纤维选自耐碱纤维素纤维，然后将适合于打浆的所述耐碱纤维素纤维纤维与合成纤维混合，以提供包括所述适合于打浆的纤维的耐碱纤维素纤维纸浆，其中所述适合于打浆的耐碱纤维素纤维的含量为20-80％重量，该纤维的打浆度以CSF(加拿大标准游离度)值计从500至0ml。
另一方面，对于液体浸透层而言，将耐碱纤维素纤维和合成纤维混合到一起，以提供包括所述耐碱纤维素纤维的纸浆，其中所述耐碱纤维素纤维的含量从20-80％重量，该纤维的打浆度为未打浆的或以CSF值计大于700ml。为了避免对纤维的破坏并保持液体浸透性，不对用于液体浸透层的耐碱纤维素纤维进行细纤维化处理。也就是说，除该纤维已具有耐碱性之外，可使用任何市售的纤维来制作该纤维，该纤维是基本末打浆的并具有优异的液体浸透性，并且不管该纤维适于打浆还是不适于打浆对之没有任何限制。因此，该纤维可选自适于打浆的纤维素纤维，如波里诺西克人造纤维，或选自难于打浆的纤维素纤维，如常规的粘胶丝人造纤维。
将具有上述排列的所述紧密层和液体浸透层整体地层合在一起，以生产隔离纸。作为整体层合各层的方法，优选在造纸阶段使用造纸机的方法，这是由于就制造步骤而言，该方法较为简单，并且所需的步骤数较少，结果是，降低了所需的成本。应指出的是，可独立地制造紧密层和液体浸透层，然后再进行层合。
作为用于紧密层和液体浸透层的耐碱纤维素纤维，最优选的纤维具有优异耐碱性，并且不会在电解质中过度地溶解或收缩。所述的纤维优选丝光化木浆，它是通过用冷碱处理天然纤维素纤维而得到的，可以包括阔叶木浆，针叶木浆，西班牙草浆，马尼拉麻浆和波罗麻浆。特别是，优选包括阔叶木浆的丝光化木浆，和西班牙草浆，这是由于这些纸浆包括提供高气密性的、具有小直径的纤维。另外，含大于97％高α-纤维素的纤维，如棉绒浆，通过预水解蒸煮进行蒸煮然后进行汽蒸的预卤化纸浆，具有优异的耐碱性，并能在没有丝光化作用下使用。此外，再生纤维素，如常规的人造纤维，波里诺西克人造纤维，和有机溶剂形成的人造纤维具有优异的耐碱性，因此它们也适合于耐碱纤维素纤维。
通过将10％重量、作为粘结剂的聚乙烯醇纤维加入90％重量的纤维素纤维中，再通过造纸机将这些纤维制成纸页，然后将它们浸入60℃、40％的KOH水溶液中24小时，最后对该纸的面积减少进行测量而对这些耐碱纤维素纤维的耐碱性进行评估。测量的结果表明，面积的减少低于15％，这表明本发明的纤维具有较小的收缩率。因此，当与收缩率约30％的常规木浆(如NUKP)的纤维素纤维相比时，这些纤维具有优异的耐碱性。
在适合于打浆和制造紧密层的耐碱纤维素纤维中，优选使用通过打浆能迅速降低CSF值，产生细小分枝的纤维，如丝光化木浆，棉绒浆，波里诺西克人造纤维，有机溶剂形成的人造纤维，和得自Rayonia Co.(USA)、商标为Polosania NBKP的预氢化纸浆。
至于液体浸透层的耐碱纤维素纤维，适于打浆的上述紧密层的耐碱纤维素纤维也可使用，更具体地说，可使用具有令人满意挺度且纤维长度为2-10mm的再生纤维素纤维。由于改善了液体浸透性，因此这些纤维是最优选的。然而，不优选纤维长度低于2mm的纤维，这是由于这些纤维将使液体浸透层的紧密度过度增加，这又将减弱液体浸透层的膨胀作用，致使液体浸透性下降。另一方面，虽然纤维长度大于10mm的纤维素纤维提供了具有优异液体浸透性的多孔液体浸透层，但这些长纤维难以溶解于水中，也就是说，难于进行造纸，即使用于造纸，定量也不稳定，结果是，这些纤维不适合于制造隔离纸。
用于紧密层和液体浸透层的耐碱纤维素纤维的含量应在20-80％重量。虽然耐碱纤维素纤维含量大于80％重量的纤维能给隔离纸提供高的密度，但相应地减少了与纤维素纤维混合的合成纤维的含量比率，这将使纸页在电解质中的收缩率大大地增大，这对于隔离纸是不希望的。对于耐碱纤维素纤维含量小于20％重量的纤维而言，所得到的隔离纸将具有不足的电解质的液体浸透性，这将不适于大功率放电。紧密层的纤维素纤维的打浆度可为低于200ml的CSF，也就是说，可具有大的打浆度，以便提供细小的纤维，但是，由于隔离纸的紧密度不够，低于20％重量的含量太低，以致不能充分地防止内部短路。
应指出的是，如果紧密层或液体浸透层只由纤维素纤维制造，那么能赋予该纸以更高的密度或液体浸透性，但其收缩率明显增大，并且往往会由于空气的环境湿度所致的卷曲，这在对纸张进行加工时将产生困难。因此，由这些纤维来制备隔离纸将是不合适的。根据本发明，对于紧密层和液体浸透层来说，耐碱纤维素纤维的含量应在20-80％重量。
用于紧密层的耐碱纤维素纤维的打浆度应为500-0mlCSF，更优选的是在300-10ml。就紧密层而言，超过500mlCSF的耐碱纤维素纤维在纤维进行细纤维化作用时将是不充分的，并且该纤维只能提供类似于现有技术的低紧密度和气密性。如果增加紧密层中纤维素纤维的打浆度，那么可制得厚度更薄的紧密层，这将使液体浸透层的厚度相应地增加，并能得到高液体浸透率的隔离纸。如果增加紧密层中纤维素纤维的打浆度，并对已达到0mlCSF的纤维素纤维进行过度的打浆，那么，这些纤维素纤维势必会在网目上产生明显地溢流，这将不希望地降低纸张的得率。为了增加液体浸透率，需要增加液体浸透层的定量，这又将相应地降低紧密层的定量。为了增加紧密层的紧密度，并增加液体浸透层的定量，用于紧密层的纤维素纤维的CSF值优选为低于300ml。另一方面，为了防止过度的打浆，希望将CSF限制在约10ml左右。因此，对于紧密层的纤维素纤维而言，300-10mlCSF是优选的。
对用于液体浸透层的耐碱纤维素纤维的打浆，选择不会大量破坏纤维的末打浆或一定程度的打浆，但这将适合于电解质的液体浸透。更具体地说，以CSF值计，选择大于700ml的打浆度。对于CSF值小于700ml而言，液体浸透率将维持在现有技术的水平，结果是，不能得到能使碱性电池的大功率放电性能增加的大于550％的液体浸透率。在打浆过程中，在CSF值还没下降的打浆起始阶段，在纤维素纤维的内部即发生纤维结构的切断，纤维遭受由打浆引起的破坏，并且甚至在没有发现任何纤维的内部变化时也将迅速失去其挺度。因此，如此得到的隔离纸的紧密度往往会由于纤维素纤维的变软而增加，并且，由于隔离纸在电解质中的膨胀受到抑制，如此得到的隔离纸的电解质的液体浸透率将随着打浆的进行而迅速地下降。因而，对于液体浸透层而言，为增加液体浸透性，需要大于700mlCSF，或末打浆的或与之相当的打浆度。
对用于紧密层和液体浸透层的与耐碱纤维素纤维混合的合成纤维来说，使用一种或多种具有优异耐碱性的纤维，如合成纤维，它们包括：聚丙烯纤维，聚维尼纶，聚酰胺纤维，维尼纶，和聚乙烯醇纤维；和复合纤维，它们包括：聚丙烯-聚乙烯复合纤维，聚丙烯-乙烯乙烯醇共聚物纤维(如UBF纤维，得自Daiwa Spinning Co.)，和聚酰胺-变性聚酰胺复合纤维(如Unimelt纤维UL60，得自Unitika Co.)；和复合浆，它们包括：聚丙烯-复合浆和聚乙烯复合浆。
在这些合成纤维中，复合纤维指的是，低熔点合成塑料粘结至例如聚丙烯纤维的表面上，并且当通过造纸机的烘缸进行加热时，该低熔点组分被软化并粘结在一起。由于在造纸阶段通过简单地混合纤维素纤维就能提供足够强度的隔离纸，因此这些纤维是优选的。
另外，在造纸阶段，当纤维被造纸机的烘缸加热至大于50℃时，聚乙烯醇纤维将被包括在湿纸中的水份溶解，并且在干燥时粘结在一起。由于通过添加和与其它合成纤维混合的聚乙烯醇的用量甚至低于添加剂量10％时，仍能提供足够强度的隔离纸，因此该纤维是优选的，尤其优选用于与其它合成纤维一起使用。
通过如使用闪蒸纺丝法的合成树脂的细纤维化而制得合成浆，它们包括，带有细小分支细纤维的浆料。根据本发明，通过混合用于紧密层的被打浆的纤维素纤维，可增加所得隔离纸的紧密度。
在将这些纤维浸于60℃、40％的KOH溶液中24小时后，其重量下降2％，这表明这些纤维具有优异的耐碱性能。
根据本发明，优选通过使用合成纤维来增加隔离纸的液体浸透率，所述合成纤维具有优异的耐碱性和相对较高的疏水性能。因此，能满足这些要求的合成纤维例如有具有极性基团的聚酰胺纤维，维尼纶。对于提供具有优异耐碱性能并且强度好的隔离纸来说，它们是优选的。在这些合成纤维如聚酰胺纤维，和维尼纶与纤维素纤维混合的场合，在进入造纸的另一过程之前，添加作为粘合剂的聚乙烯醇纤维或聚乙烯醇粉末(如得自Unitika Co.的Poval UV-2S)并与这些合成纤维进行混合。以通过粘合紧密层和液体浸透层而制得的隔离纸总重量为准，所添加的这些聚乙烯醇纤维粘合剂的量优选在5-20重量％。当所添加的粘合剂的量小于5％重量时，该隔离纸的强度将明显下降，当所添加的粘合剂的量大于20重量％时，该纤维不仅是粘的，而且还将在纤维的间隙之间以片状相互粘结，结果是，该纸的电阻将不希望地增加，而且这以将抑制纸张的膨胀，使最终的液体浸透率下降。
应指出的是，聚乙烯醇粉末不会保持纤维的形状，但当将该粉末与其它合成纤维和纤维素纤维混合来制备隔离纸时，在造纸结束后，它将保留在所生产的隔离纸中，并且其作用与聚乙烯醇纤维基本相同，因此，本发明称之为聚乙烯醇纤维。
可用于紧密层的合成纤维，不仅包括细度小于一旦的细小纤维，而且还包括细度为1-3旦的可足量获取的相对较大直径的纤维。为增加紧密层的紧密度，优选使用小于一旦的较细小的纤维。然而，根据本发明，由于可通过混合由打浆控制的纤维素纤维来确定紧密层的紧密度，因此也可使用细度1-3旦的相对较大直径的合成纤维进行造纸。然而，细度大于3旦的纤维其直径约为20微米，因此由此很难制备薄的紧密层，并且将不希望地降低其紧度。
在本发明中，对用于液体浸透层合成纤维的细度没有特别的限定，但优选其细度小于5旦。这是因为细度大于5旦的纤维的直径大于约30微米，也就是说，超过了通常使用的隔离纸的合适的直径，通常使用的隔离纸合适的直径大小为100微米，因此，将降低隔离纸的抗张强度，并且还将使之不可能制备厚度小于200微米的隔离纸。
同样地，直径超过30微米的用于液体浸透层的纤维素纤维也不能制备具有合适厚度的隔离纸，结果是，即使使用回用的纤维素纤维，合适的细度也小于5旦。
根据本发明，可适当地选择层合的紧密层和液体浸透层的结构比率。为了使液体浸透率明显大于常规的隔离纸，并且提供能防止由于氧化锌枝晶的沉积而引起的内部短路的合适的气密性，最优选的是，相对于总定量，紧密层的比率小于50％，并且定量大于5g/m2。
优选本发明隔离纸的气密性范围在2-100秒/100毫升。以前，当允许添加汞时，小于一秒的隔离纸也能正常使用，但为了防止现今不添加汞而由氧化锌枝晶的沉积引起的内部短路，只能使用气密性大于2秒/100毫升的隔离纸。当隔离纸的气密性大于100秒/100毫升时，离子将很难扩散，以致使不适合用于大功率放电。此外，为增加本发明的大功率放电性能，优选气密性范围在2秒/100毫升至100秒/100毫升，电解质的液体浸透率大于550％，特别是大于600％。
另外，该隔离纸通常需要有大于2kg/15mm的抗张强度，借此可对该纸进行加工，并且不会在电池制备的隔板插入阶段或在制造隔板时出现任何问题。
现在，将对本发明用于碱性电池隔离纸的制备方法进行描述。隔离纸紧密层的制备方法为，将一种或两种适合于打浆的耐碱纤维素纤维分散于水中，使用用于造纸机的打浆设备，如打浆机或双盘磨对所述纤维打浆至预定的CSF；将该纤维与一种或两种所述的合成纤维混合；并且，如果需要增加隔离纸的强度，通过添加用作粘合剂的纤维如聚乙烯醇纤维使之进一步混合，以提供原料浆；将该原料浆送至造纸机，如圆网造纸机，长网造纸机，使用常规的造纸方法进行造纸。
此外，液体浸透层与紧密层基本相同，即将一种或两种耐碱纤维素纤维分散于水中，混合一种或两种所述的纤维，以便充分溶解，然后如果需要增加隔离纸的强度，通过添加用作粘合剂的纤维如聚乙烯醇纤维使之进一步混合，以提供原料浆；将该原料浆送至造纸机，如圆网造纸机，长网造纸机，使用常规的造纸方法进行造纸。
此外，为保证制备液体浸透层时纤维的溶解，可简单地通过使用造纸用的打浆机如打浆机或双盘磨来加速溶解。然而，纤维素纤维的溶解将明显地降低隔离纸的液体浸透率，因此必须细心操作，以便保正打浆度大于700ml。
通过在造纸阶段使用能复合各层的造纸机，使液体浸透层层合至紧密层的一侧或两侧上，而实现紧密层和液体浸透层的整体化操作。任选地，在单独制得紧缩密层和液体浸透层之后，可由后续工艺将后者粘合到前者的一面或两面上。
图1显出了使用圆网多层造纸机将液体浸透层整体地层合于紧密层一侧上的双层层合造纸步骤的第一实施方案。紧密层用的所述纸浆2包含在圆网槽1中，而液体浸透层用的纸浆6包含在圆网槽5中。包含在圆网槽1中紧密层用的纸浆2通过在圆网槽1中旋转的圆网造纸机四周的网目而过滤，并形成紧密层的纸层8a，该纸层从造纸机3延伸出。将如此形成的紧密层的纸层8a从所述网送至湿毯4上。同样地，包含在圆网槽5中液体浸透层用的纸浆6通过在圆网槽5中旋转的圆网造纸机四周的网目而过滤，并形成液体浸透层的纸层8b，该纸层从造纸机7延伸出。将如此形成的液体浸透层的纸层8b从所述网送出并叠置于湿毯4上的纸层8a上，以层合成单一的层合纸层8(纸层8a+纸层8b)。当湿毯4移动时，将如此层合的纸层8送至压辊9，并且通过压榨除去纸层8中过多的水份，然后送至上毛毯10。再将上毛毯10上的纸层8送至通过蒸汽或热介质加热的圆柱烘缸11的四周上。使由纸层8a和液体浸透层的纸层8b层合的纸层8与烘缸11接触，并干燥。在干燥完成后，通过卷纸轴卷成筒形，并形成卷筒纸12。然后，根据其最终用途，将筒形卷筒纸以满足隔板的宽度如45mm宽进行切割。如果需要，然后将稀释的表面活性剂施加至该筒形卷筒纸12上，以便增加电解质的液体浸透性。
现在，将高粘度的水溶液，如高分子量的聚环氧乙烷或聚丙烯酰胺添加至引入圆网槽1和5中的原料浆2和6中。通过添加该高粘度的水溶液，均匀化了该原料浆的水分散体。另外，通过延长原料浆通过网目的自由时间，可对纸层进行均匀化调节，结果是，当与其它已知的造纸方法如长网造纸法进行比较时，减少了定量的改变。因此，该造纸方法适合于制造隔离纸。
另外，在图1所示的第一实施方案中，隔离纸紧密层的纸层8a与烘缸11的表面接触并进行干燥。另一替代方案是，液体浸透层的纸层8b与烘缸11的表面接触并进行干燥。然而，应指出的是，在通过层合两层来制备这样的隔离纸时，通过紧密层或液体浸透层与烘缸的表面进行接触，可分别得到不同的气密性和液体浸透率。也就是说，通过将紧密层与烘缸的表面接触，可得到较高气密性的隔离纸，但通过将液体浸透层与烘缸的表面接触，可得到比紧密层更低的气密性，但将赋予隔离纸以增加的液体浸透性。
通过使用圆网多层造纸机将液体浸透层分别层合至紧密层两侧上，以提供浸透层用的整体化纸的本发明造纸方法的第二实施方案示于图2中，其中，与图1所示第一实施方案中相同的部件用相同的参考号表示，并有相同的说明，在此不再说明。为得到三层的排列，将用于液体浸透层的浆料放在圆网13中，该圆网位于其中包含有用于紧密层的浆料2的圆网槽1的上游。结果是，圆网槽1位于三个圆网槽的中间位置。包含在圆网槽13中的浆料在网状圆柱体15四周的网目上过滤，该网状圆柱体15在圆网槽13中旋转，并在圆柱体15上形成连续的液体浸透层的纸层8c。将如此得到的液体浸透层的纸层8c从该圆网送至湿毯4上。然后，将湿毯4上的纸层8c叠加在紧密层的纸层8a上，再在其上叠加液体浸透层用的纸层8b，以形成层合的层8(即纸层8c+8a+8b)，相同的过程如在第一实施方案中所述。
通过使用圆网-长网复合机将液体浸透层层合至紧密层一侧上，以提供液体浸透层用的整体化纸的本发明造纸方法的第三实施方案示于图3中，其中，与图1所示第一实施方案中相同的部件用相同的参考号表示，并有相同的说明，在此不再说明。该第三实施方案带有圆网-长网复合机的长网，该长网用来制备紧密层。如图3所示，将包含在长网入口16处用于紧密层的浆料17供至在入口16下旋转的长网18的圆柱形表面上，以便在该网18的圆柱形表面上形成连续的液体浸透层的纸层8a。然后，将如此形成的纸层8a从长网送至湿毯4上。然后，以与第一实施方案图1相同的方式，将载在湿毯4上的纸层8a与液体浸透层用的纸层8b叠加，以形成层合的纸层8(即纸层8a+8b)，相同的过程如在第一实施方案中所述。
在使用圆网造纸机的造纸过程中，首先通过圆网从原料浆分散体中取出纤维，并附着在位于圆网槽中的网状圆柱体的四周表面上，由此形成了连续的纸层。在该过程中，网状圆柱体内的浆位总是被控制在恒定值，该值低于圆网槽的浆位。在该造纸方法中，使用如此产生的不同的浆位，使在网上的纸层变得均匀。因而，引起游离度变坏的过度打浆的原料浆，往往易于发生堵塞，这反过来又将降低游离度。在这种情况下，对于过度打浆的原料浆，即使使浆位差变得更大，以致使造纸速度明显下降，也不可能提供大于圆网直径的浆位差。通过使用圆网造纸机进行的造纸适合于需要包括大于100mlCSF打浆度的浆料的紧密层或液体浸透层的造纸。
另一方面，在使用长网造纸机的造纸方法中，通过以传送带的形式排列的无端旋转网从原料浆分散体中取出纤维，并在其上形成连续的纸层。在该过程中，由于使用了传送带形式的长网，因此可延长原料含水分散体的自由持续时间，另外，为了增加其细度，可使含水分散体通过传送带形式的网，并可在该网下连接真空泵。因此，不管该原料浆是否进行了引起游离度变坏的过度打浆，均能保证有令人满意的细度，而不会有任何明显的问题。因此，通过延长网的造纸适合于紧密层的造纸，所述紧密层包括有低于100mlCSF的过度打浆的纤维素纤维。
现在将对根据本发明碱性电池用的隔离纸的某些具体实施方案与按常规制备的纸张进行对比。应指出的是，根据下列方法测量各实施方案，实施例和常规隔离纸的测量值。
1)CSF(加拿大标准游离度)
以JIS P 8121定义的CSF为基准进行测量。
2)厚度
通过使用指针式厚度仪以纸张的五个预定的位置进行测量，并对如此测量的值取平均值来确定所得到隔离纸的厚度。
3)定量和抗张强度
根据JIS P 8124规定的条件测量隔离纸的定量，并根据JIS P 8113规定的条件测量纸张的纵向抗张强度。
4)气密性
通过测量100ml气体通过直径为6mm的隔离纸的圆柱形表面所需的时间来确定气密性，其中，将该纸插入直径为6mm的小孔中，该小孔连接至安装在根据JIS P 8117标准(该标准指出了用于纸和纸板的透气性测试方法)进行操作的B型测量装置下侧的测试片上。
5)液体浸透率
为测量液体浸透率，从隔离纸上切取50mm×50mm的正方形纸片，干燥并浸入40％的KOH溶液中为时10分钟。将该试样展开在倾钭的玻璃板上，在45度将其状态保持3分钟，在过量KOH溶液除去期间，对试样的重量进行测量，并根据下列等式计算浸透率；
             液体浸透率(％)＝(W2-W1)/W1×100式中，W1＝浸渍前的重量，W2＝浸渍后的重量。
6)膨胀后的厚度
为测量隔离纸的厚度，将它浸入40％的KOH溶液中30分钟，并用指针式厚度仪测量纸张的厚度。
7)耐碱性(收缩百分数)
为测量隔离纸的耐碱性，精确地从隔离纸上切取100mm×100mm的正方形片，以便提供一试样，将该试样浸入40％的KOH溶液中为时24小时，然后用水洗涤。通过下列等式测量试样的垂直和纵向长度。其中，A1＝浸渍前的面积，A2＝浸渍后的面积。
收缩百分数＝(A1-A2)/A1×100
其中A1＝浸渍前的面积，A2＝浸渍后的面积
8)液体吸收性
为测量液体吸收性，从隔离纸上切取15mm×200mm的矩形片，以提供一试样，将该试样垂直悬挂，并将其下侧大于3mm浸入40％的KOH溶液中为时3分钟，然后，测量该溶液的渗透高度作为液体吸收性(mm)。
实施方案1：由图1所示圆网造纸机制造的双重结构的紧密层+液体浸透层。
对于紧密层而言，通过双盘磨将63％重量的丝光化阔叶木浆打浆至至多290mlCSF，与25％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)混合，并与12％重量的聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合，以提供配料。另外，对于液体浸透层而言，将63％重量的波里诺西克人造纤维(细度0.5旦×纤维长度2mm)，25％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和12％重量聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合在一起，以提供配料。应指出的是，使用末打浆的波里诺西克人造纤维，并且其CSF值为740ml。将这些原料分别送至两个圆网槽中，然后进行层合。在造纸过程中，紧密层的定量保持在12g/m2的恒定值，如表1所示，只有液体浸透层其定量有变化，如从24.6-49.5g/m2，以便制得本发明碱性电池用的隔离纸。表1
实施方案 层结构(g/m2)紧密层                液体浸透层   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100ml 液体浸透率％ 液体吸收性mm
    1-1     12.0     12.6     24.6     74     3.6     4.1     605     35
    1-2     12.0     20.4     32.4     104     5.0     4.3     620     44
    1-3     12.0     29.3     41.3     139     6.3     4.5     665     48
    1-4     12.0     37.5     49.5     162     7.0     5.2     690     52
在实施方案1-1中，紧密层和液体浸透层的定量基本相同。通过整体地层合紧密层和液体浸透层，得到了4.1秒/100毫升的气密性和605％的液体浸透率。另外，如实施方案1-2，1-3和1-4中所示，通过增加定量，液体浸透率分别增加至620，650和690，而且，通过增加整个隔离纸的定量，还提供了增加的气密性。在表1所示的实施方案1-2中，整个隔离纸的定量为32.4g/m2，该值分别与表9和10中的定量基本相同。表9实施例1-4的结果表明，可得到5.5秒/100毫升的气密性和605％的液体浸透率，而实施例2-2的结果表明，可得到670％的液体浸透率，但气密性仅为0.8秒/100毫升。然而，在实施例1-2中，得到了4.3秒/100毫升的气密性和620％的液体浸透率，这将同时保证改善的紧密度，这将能够防止由于不添加汞伴随的氧化锌枝晶的沉积所致的内部短路；以及改善的液体浸透性，这将能够增加大功率放电容量。
应指出的是，第一实施方案具有通过将紧密层与烘缸表面接触以便进行自干燥而制得的隔离纸，并且当将液体浸透层的气密性与两层均与烘缸表面接触的紧密层的气密性进行比较时，前者显示出比后者更低的气密性，但前者的隔离纸具有更高的液体浸透率。例如，在液体浸透层与通过将其与烘缸接触而制得的实施方案1-2的液体浸透层具有相同的材料和相同的结构情况下，得到了气密性为3.2秒/100毫升，液体浸透率为650％的隔离纸。
实施方案2    由图所示圆网多层造纸机制造的三重结构的液体浸透层+紧密层+液体浸透层。
对于紧密层而言，通过双盘磨将50％重量的棉绒浆打浆至至多200mlCSF，并与40％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和10％重量的聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合，以提供配料。另外，对于液体浸透层而言，将60％重量的通常的人造纤维(细度0.7旦×纤维长度3mm)，28％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和12％重量聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合在一起，以提供配料。应指出的是，使用通常的，末打浆的人造纤维，并且其CSF值为760ml。将这些原料分别送至造纸机的三个圆网槽中，以致使由图2所示紧密层的原材料形成的纸层置于中间层的位置，并且将由相同定量和相同原料浆形成的两侧的液体浸透层同等地放置在一起以提供层合的纸。在造纸过程中，紧密层的定量保持在10g/m2的恒定值，如表2所示，只有液体浸透层其定量同等地变化，如从33.0-40.0g/m2，以便制得本发明碱电池用的隔离纸。表2
实施方案 层结构(g/m2)液体浸透层              紧密层                 液体浸透层   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100ml 液体浸透率％ 液体吸收性mm
    2-1     11.5     10.0     11.5     33.0     108     4.0     2.5     630     32
2-2 15.0 10.0 15.0 40.0 115 4.9 2.8 640 34
实施方案2(如表2所示)具有三层结构的液体浸透层+紧密层+液体浸透层，如实施方案2-1所示，它同时获得2.5秒/100ml的气密性和630％的液体浸透率。本发明可以是这样的层，它在一个紧密层的两侧整体层合了液体浸透层。优选地，对于三层结构而言，紧密层处于中间，从而使液体浸渍层可以保持电解质，而且液体浸透层在紧密层两侧分别整体层合。这是因为当紧密层在液体浸透层两侧层合时，电解质的液体浸透率低，而且在电池浸渍阶段要求更长的浸渍时间，并且由于在隔离纸上纤维上保持了气泡，容易产生浸渍不充分。为了提高大功率放电性能，将电解质保持在与活性材料接触的平面是很重要的。
实施方案3    由图3所示圆网-长网复合造纸机制得的两层结构的紧密层+液体浸透层。
对于紧密层而言，通过双盘磨将溶剂纺丝人造纤维(细度1.5旦×纤维长度4mm)：70％重量的Tencel(Tencel是英国Coutlouse Co.公司的商标)打浆至至多10mlCSF，并与25％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)混合，以及与5％重量聚乙烯醇纤维(细度1×第八工度3mm)以提供配料。另外，对于液体浸透层而言，将60％重量的波里诺西克人造纤维(细度0.5旦×纤维长度2mm)，25％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和15％重量聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合在一起，以提供配料。应指出的是，使用末打浆的波里诺西克人造纤维，并且其CSF值为740ml。将这些原料送至长网造纸机的长网入口处，而液体浸透层的原料浆被送至圆网槽中，从而制备如表3所示的本发明碱性电池的隔离纸的层合纸，其定量为20.2-39.6g/m2。表3
实施方案 层结构(g/m2)紧密层                液体浸透层   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100ml 液体浸透率％ 液体吸收性mm
    3-1     10.0     10.2     20.2     67     3.0     20.4     630     30
    3-2     10.0     15.2     25.2     80     3.5     25.6     660     38
    3-3     10.0     22.8     32.8     107     4.8     27.5     670     45
    3-4     17.0     22.6     39.6     121     6.6     57.2     570     45
第三实施方案示于表3中，其中将溶剂纺丝人造纤维调节至10mlCSF，结果是，在制备紧密层时使用圆网-长网复合造纸机的长网部。如实施方案3-3所示，得到了27.5秒/100毫升的气密性，例如，作为紧密层的纤维素纤维，由于选择了大打浆度，同时也得到了670％的液体浸透率。
实施方案4-7    由多层圆网造纸机制备的两层结构的紧密层+液体浸透层。
与实施方案1相同，在借助带有图1所示双圆网的多层圆网造纸机制备双层层合纸时，使用表4的原材料，并制得了本发明碱性电池的隔离纸用的层合纸(例于表5)。
                     表4
层的种类     材料含量 材料比率％
实施方案4 紧密层液体浸透层 波里诺西克人造纤维(0.5旦×2mm)CSF470ml打浆维尼纶(0.5旦×2mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)波里诺西克人造纤维(0.5旦×2mm)CSF720ml打浆维尼纶(0.5旦×2mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm) 602515603010
实施方案5 紧密层液体浸透层 针叶木预氢化浆CSF210ml打浆维尼纶(0.5旦×2mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)波里诺西克人造纤维(3旦×5mm)CSF780ml(末打浆)尼龙-6纤维(1.5旦×5mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)     306010504010
实施方案 紧密层 丝光化阔叶木浆CSF220ml打浆维尼纶(0.5旦×2mm)     5040
   6 液体浸透层 聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)通常的人造纤维(1.5旦×5mm)CSF770ml(末打浆)维尼纶(1.0旦×2mm)聚丙烯-聚乙烯乙烯醇共聚物纤维(2旦×5mm)     10254530
实施方案7 紧密层液体浸透层 丝光化阔叶木浆CSF150ml打浆维尼纶(0.5旦×2mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)丝光化针叶木浆CSF760ml(未打浆)波里诺西克人造纤维(1旦×3mm)CSF770ml(末打浆)维尼纶(1旦×3mm)聚乙烯醇纤维(1旦×3mm)     30601020502010
表5
实施方案 层结构(g/m2)紧密层                   液体浸透层   定量g/m2   厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100ml 液体浸透率％ 液体吸收性mm
    4     20.0     12.2     32.2     105     4.3     2.4     590     45
    5     10.3     22.2     32.5     115     3.6     2.6     660     44
    6     10.6     22.0     32.6     107     5.0     4.6     580     40
    7     7.0     25.0     32.0     112     4.1     2.8     710     47
在表4中所示的实施方案4-7表明，可用于本发明的纤维素纤维的若干种混合物和合成纤维的特定的实施例，以及这些实施例的每一个均能同时获得满足表5所示本发明目的的气密性和液体浸透率。
实施方案8：通过层合制造的双重结构的紧密层+液体浸透层。对于紧密层而言，通过双盘磨将60％重量的丝光化阔叶木浆打浆至至多270mlCSF，并与30重量％的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和10％重量的聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合，以提供原料的配料。然后再将该配料送至圆网造纸机上，由此制得定量为9.5g/m2用于紧密层的单层原纸。
另外，对于液体浸透层而言，将60％重量的波里诺西克人造纤维(细度0.5旦×纤维长度2mm)，30％重量的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和10％重量聚乙烯醇纤维(细度1旦×纤维长度3mm)混合在一起，以提供配料。由此，通过圆网造纸机制得定量为16.2和22.4g/m2用于液体浸透层的两种单层原纸。使用未打浆的波里诺西克人造纤维，并且其CSF值为740ml。借助使用带有烘缸的涂布机，将紧密层和液体浸透层用的原纸进行粘结。在第一步骤中，将用于紧密层和液体浸透层的原纸叠加并浸入水中至饱和，然后将其送至烘缸的表面上，借此对叠加的层进行干燥，并用烘缸的辊压到表面上。借此，包含在原纸中的聚乙烯醇纤维通过加热被再次溶解并将原纸的两层粘结至一起。用这种方式，获得了本发明碱性电池用的隔离纸(如表6所示)。表6
实施方案                  层合的原纸             层合后的隔离纸
    定量g/m2   厚度μm     定量g/m2     厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100毫升 液体浸透层％ 液体吸收性mm
    8-1   紧密层-原纸液体浸透层-原纸     9.516.2     2580     25.7     90     3.2     2.1     730     38
    8-2   紧密层-原纸液体浸透层-原纸     9.522.4     2595     31.9     115     4.1     2.7     740     47
表6中所示的第八个实施方案显出了将紧密层和液体浸透层粘结成整体层合的层。该层合的层的粘结表明，发顺实施方案8-1所示，甚至该层由整体粘结的层制成，也能同时获得2.1秒/100毫升的气密性和730％的液体浸透率。现有技术例1
将60％重量未打浆的丝光化针叶木浆，25重量％的维尼纶(细度1.0旦×纤维长度3mm)和15重量％的聚乙烯醇纤维(细度1.0旦×纤维长度3mm)混合，以提供配料。将该配料送至圆网造纸机上，得到了定量约为32g/m2常规的单层隔离纸。这种隔离纸被日本专利申请公开54-87824披露，该项专利的申请人与本发明相同。应指出的是，在这项专利申请时还没禁止将汞添加至碱锰电池的锌活性材料中。现有技术例2
将30％重量调节至280mlCSF打浆度的丝光化阔叶木浆，55重量％的维尼纶(细度0.5旦×纤维长度2mm)和15重量％的聚乙烯醇纤维(细度1.0旦×纤维长度3mm)混合，以提供配料。将该配料送至圆网造纸机上，得到了定量约为32g/m2常规的单层隔离纸。这种隔离纸被日本专利申请公开2-119049披露，该项专利的申请人与本发明相同。甚至不将汞添加至碱锰电池的锌活性材料中也是允许的，该发明所披露的用于制备隔离纸的技术在目前仍然是有用的。现有技术例3
将52％重量调节至450mlCSF打浆度的波里诺西克人造纤维，33％重量的维尼纶(细度0.3旦×纤维长度2mm)和15重量％的聚乙烯醇纤维(细度1.0旦×纤维长度3mm)混合，以提供配料。将该配料送至圆网造纸机上，得到了定量约为32g/m2常规的单层隔离纸。这种隔离纸被日本专利申请公开5-74439披露，该项技术的目的是。在不将汞添加至电池的锌活性材料中时，提供一种改善的碱锰电池。这些现有技术的实施例1-3示于表7中。表7
现有技术例 纤维素纤维的打浆度CSF(ml)     定量g/m2     厚度μm 抗张强度kg/15mm 气密性秒/100ml 液体浸透率％ 液体浸透性mm
    123     760280450     32.032.532.1     12510495     3.05.04.7     1.05.73.5     520330400     322729
在表7中示出的现有技术例1是不允许的，这是由于这些技术是在可以添加汞时使用的，那时无需考虑内部短路并且甚至在1.0秒/100ml气密性和其本身的液体浸透率选择为520％时也不会有实际的问题。
在表7中示出的现有技术例2在目前仍可使用，这是由于该技术在不添加汞时可达到如5.7秒/100ml的气密性，但其液体浸透率仍在330％之内，这将不能满足目前要求的用于大功率放电的改进。现在所需要的是，不仅能防止由于氧化锌的沉积而引起的内部短路，而且还要能增加液体浸透率。
在表7中示出的现有技术例3使用与纤维素纤维混合用的维尼纶，该纤维较为昂贵，且具有如3旦直径的小细度，但其液体浸透率仍在400％，这将不足以改善大功率放电的需要。
因此，LR-6碱锰电池通过使用上述实施方案1-8和现有技术例1-3的隔离纸而制备，并对其进行2欧姆负载的放电试验(当利用2欧姆负荷电池电压降至0.9V的最终电压时，测量时间周期)，并进行间歇的放电试验(在3.9欧姆负载下每天放电5分钟，50天后测量电池电压)，这些试验的结果列于表8中。在制造电池时，使隔离纸的液体浸透层位于与阳极活性材料接触的位置，而并确定其卷纸数以使隔板具有相等的定量。任选地，紧密层也可设置成与阳极活性物质接触。表8
    隔离纸   放电性的试验结果
    隔离纸的特性 卷纸数 2欧姆放电(分钟) 间歇放电(V)
  隔离纸 气密性秒/100ml   液体浸透率％   液体吸收性mm   百分收缩％
  实施方案1-1     4.1     605     35     4.1     4     160     1.2
  实施方案1-2     4.3     620     44     4.3     3     159     1.1
  实施方案1-4     5.2     690     52     5.0     2     157     1.1
  实施方案2-1     2.5     630     32     4.2     3     160     1.1
  实施方案3-2     25.6     660     38     4.3     4     158     1.2
  实施方案3-3     27.5     670     45     4.7     3     153     1.2
  实施方案4     2.4     590     45     5.0     3     154     1.1
  实施方案5     2.6     660     44     3.7     3     157     1.1
  实施方案6     4.6     580     40     4.3     3     148     1.1
  实施方案7     2.8     710     47     3.9     3     159     1.1
  实施方案     2.1     730     38     4.4     4     164     1.1
8-1
实施方案8-2   2.7   740   47   4.6   3   161     1.1
现有技术例1   1.0   520   32   3.5   3   140     0.2
现有技术例2 5.7 330 27 2.8 3 135 1.1
现有技术例3 3.5 400 31 5.0 3 138 1.1
如表8所示，各个采用本发明所述的实施方案制得的隔离纸的电池显示出了在用2欧姆放电电流的大功率放电时，它们能保持长于148分钟的长实验放电时间，并且当与现有技术例1-3相比时，显示出了大功率放电改善的电池寿命。另外，这些实施方案的每一个均显示出了，每个电池在间歇放电试验后均能保持大于1.1V的放电电压，并且能防止电池内由于氧化锌枝晶的沉积而引起的内部短路。然而，在每个现有技术例中，放电时间均短于根据本发明的实施方案。当与现有技术例1-3相比，本发明的每个实施方案均显示，已获得了最小8分钟，最大29分钟的放电性的改善。也就是说已获得了明显的改善。另外，如表8所示，本发明的每个实施方案均表明，它们具有较高的电解质的吸收速度，以致使有利于降低电解质的注入时间。与其耐碱性有关的收缩率，本发明的纸张表明与现有技术例1-3基本相同，并且相对于耐碱性而言，实际应用中不会出现任何重大的问题。
在现有技术例1中，获得了140分钟的放电时间，但由于间歇放电，电池的电压已降至指示隔离纸气密性的0.2V，也就是说，紧度已低至不能防止电池内由于氧化锌枝晶的沉积而引起的内部短路。现有技术例2和3显出了，当在间歇放电试验后电池电压保持在1.1V时，放电时间低于140分钟。这意味着，液体浸透率不够，并且在大功率放电期间，电池的隔离纸中电解质的浸透量已经不足，这将导致电池的使用寿命缩短。
另外，如表8所示，根据本发明的各个实施方案表明，其具有较高的电解质吸收速度，以致使它有助于降低电解质的注入时间。相对于与耐碱性有关的收缩率，本发明的纸张显示出与现有技术基本相同的收缩率，结果很清楚，不会有与其耐碱性有关的明显的实际问题。
虽然本发明打算改善碱性一次电池，但也可用于碱性二次电池，如镍锌电池，镍氢电池等，除非所述电池为允许10％过充电的低功率型电池。
如上面详细的描述，本发明的隔离纸可提供整体地层合用于保持其细度的紧密层和用于增加电解质的液体浸透率的液体浸透层的结构，以致使，所述的紧密层具有适于防止两极的活性材料和电池内的氧化锌枝晶迁移的足够的细度；所述液体浸透层可具有提供给电池大功率放电所需的电解质的足够的液体浸透性；所述紧密层的紧密度比现有技术的更高，以及所述液体浸透层可制成具有更适合的电解质的液体浸透性，也就是说，所述的液体浸透层在电解质中膨胀，以保持大功率放电时所需的电解质的量，与此同时，所述包括通过打浆调节的纤维素纤维的紧密层，当与电解质中所述的液体浸透层相比，显示出低得多的厚度膨胀作用。因此，伴随紧密层在电解质中的膨胀，其各自的孔径仅有稍微的膨胀，并且，虽然所述液体浸透层的液体浸透率通过层合所述的紧密层和液体浸透层而增加，但电解质中隔离纸的细度不会降低。
因此，本发明的隔离纸可提供紧密度和高液体浸透率。该隔离纸不仅能满足，能防止不添加汞而由氧化锌枝晶引起的内部短路的紧密度；而且还能增加，能改善大功率放电容量的液体浸透率。
另外，根据本发明，由于根据本发明的造纸中有多于两层原纸的整体叠加方法，因此，它可使在原纸制造期间产生的针孔和汽泡和孔径的变化所造成的孔变得更小和更窄，结果是，当与现有技术的单层隔离纸相比，增加了防止隔离纸内部短路的可靠性。
此外，根据本发明，由于层合了许多多孔液体浸透层，因此，与现有技术的单层隔离纸相比，在有相似气密性的条件下，可增加电解质的浸透速度，以致使在组装电池期间，可缩短电解质的注入时间，这又将有利于电池的生产率。

Claims (14)

1.一种用于碱性电池阳极和阴极的活性材料电隔离用的隔离纸，其中，所述的隔离纸包括，保持其紧密度以防止所述两活性材料内部短路的紧密层，和用于增加电池内电解质液体浸透率的液体浸透层，所述的紧密层和所述的液体浸透层是整体层合的。
2.一种用于碱性电池阳极和阴极的活性材料电隔离用的隔离纸，其中，所述的隔离纸包括具有一定紧密度的紧密层，和具有一定液体浸透性的液体浸透层，所述的紧密层和所述的液体浸透层是整体层合的，并且所述的紧密层能防止由于氧化锌枝晶的沉积而引起的内部短路，所述的液体浸透层能增加所述的液体浸透率，以致使该电池适合于大功率放电。
3.一种用于碱性电池阳极和阴极的活性材料电隔离用的隔离纸，其中，所述的隔离纸包括具有一定紧密度的紧密层，和具有一定液体浸透性的液体浸透层，所述的紧密层和所述的液体浸透层是整体层合的，所述的紧密层是通过将适合于打浆的耐碱纤维素纤维与合成纤维混合而制备的，以致使，所述的耐碱纤维素纤维的含量在20-80重量％的范围内，以CSF计的打浆度为500-0ml，并且所述的液体浸透层是通过将耐碱纤维素纤维与合成纤维混合而制备的，所述的耐碱纤维素纤维的含量在20-80重量％的范围内，以CSF计的打浆度大于700ml。
4.根据权利要求3的碱性电池隔离纸，其中所述的用于紧密层并适合打浆的耐碱纤维素纤维的打浆度以CSF计为300-10ml。
5.根据权利要求3或4的碱性电池隔离纸，其中所述的用于液体浸透层的耐碱纤维素纤维具有未打浆的打浆度。
6.根据权利要求3，4或5的碱性电池隔离纸，其中所述的用于紧密层并适合于打浆的耐碱纤维素纤维包括选自丝光化木浆，棉绒浆，波里诺西克人造纤维，有机溶剂形成的人造纤维，和预氢化浆的一种或多种纸浆或纤维。
7.根据权利要求3，4，5或6的碱性电池隔离纸，其中所述的用于液体浸透层的耐碱纤维素纤维包括纤维长度为2-10mm的再生纤维。
8.根据权利要求3，4，5，6或7的碱性电池隔离纸，其中用于所述紧密层和所述液体浸透层的所述的合成纤维包括一种或多种具有高度耐碱性的合成纤维。
9.根据权利要求8的碱性电池隔离纸，其中所述的具有所述高度耐碱性的合成纤维包括选自聚丙烯纤维，聚维尼纶，聚酰胺纤维，维尼纶，聚乙烯醇纤维，聚丙烯-聚乙烯复合纤维，聚丙烯-乙烯乙烯醇共聚物纤维，聚酰胺-变性聚酰胺复合纤维，聚丙烯-合成浆，和聚乙烯-合成浆的一种或多种纸浆或纤维。
10.根据权利要求3，4，5，6，7，8，或9的碱性电池隔离纸，其中所述的纸还包括，作为粘合剂添加的聚乙烯醇纤维或聚乙烯醇粉末，其添加量相对于通过所述紧密层和所述液体浸透层层合的隔离纸的总重量为5-20重量％。
11.根据权利要求1-10中任一项的碱性电池隔离纸，其中所述紧密层带有在其一侧或两侧整体层合的所述的液体浸透层。
12.根据权利要求1-11中任一项的碱性电池隔离纸，其中所述紧密层的定量低于隔离纸总定量的50％，并且所述的定量大于5g/m2。
13.根据权利要求1-12中任一项的碱性电池隔离纸，其中所述的隔离纸的气密性在2秒/100毫升至100秒/100毫升的范围，并且液体浸透率大于550％。
14.根据权利要求1-12中任一项的用于碱性电池的隔离纸，其中该纸的气密性在2秒/100毫升至100秒/100毫升的范围，并且液体浸透率大于600％。
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