RU2279157C2 - Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production - Google Patents

Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production Download PDF

Info

Publication number
RU2279157C2
RU2279157C2 RU2003131004/09A RU2003131004A RU2279157C2 RU 2279157 C2 RU2279157 C2 RU 2279157C2 RU 2003131004/09 A RU2003131004/09 A RU 2003131004/09A RU 2003131004 A RU2003131004 A RU 2003131004A RU 2279157 C2 RU2279157 C2 RU 2279157C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fibers
separators
diameter
alkaline
microns
Prior art date
Application number
RU2003131004/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Богдан Феодосиевич Садовский (RU)
Богдан Феодосиевич Садовский
Александр Константинович Будыка (RU)
Александр Константинович Будыка
Юрий Николаевич Филатов (RU)
Юрий Николаевич Филатов
н Арам Арташесович Захарь (RU)
Арам Арташесович Захарьян
н Сурен Григорьевич Саак (RU)
Сурен Григорьевич Саакян
Original Assignee
ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА"
Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА", Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова filed Critical ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА"
Priority to RU2003131004/09A priority Critical patent/RU2279157C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279157C2 publication Critical patent/RU2279157C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Cell Separators (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; materials for plate-to-plate separators of alkaline cells and batteries.
SUBSTANCE: proposed non-woven microporous material for alkaline-cell separators produced from extremely thin perchlorovinyl fibers is three-layer material having surface density of 26-30 g/cm2 and pore diameter of maximum 6 μm. Proposed method for producing non-woven microporous material for alkaline-cell separators includes electroforming of extremely thin fibers, compression of material by applying pressure, and its treatment with surface-active material.
EFFECT: enhanced moisture and alkali absorbency, low resistance, and high chemical stability of material.
4 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии.The invention relates to materials used as interelectrode separators in chemical current sources and electric energy batteries.

Известны пленочные сепараторы, содержащие эластомеры, выбранные из группы сополимеров акрилонитрила с бутадиен-стиролом, полиэфиров и группы поливинилиденфторида и его сополимеры, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, имеющие пористость 30-95% и диаметр пор 0,1-5 мкм (US 6274276, 14.08.2001).Known film separators containing elastomers selected from the group of copolymers of acrylonitrile with styrene butadiene, polyesters and the group of polyvinylidene fluoride and its copolymers, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride having a porosity of 30-95% and a pore diameter of 0.1-5 microns (US 6274276, 14.08. 2001).

Однако электросопротивление аккумулятора с такой пористой мембраной оказывается высоким.However, the electrical resistance of a battery with such a porous membrane is high.

Для повышений удельной объемной электрической емкости и снижения электрического сопротивления используются сепараторы, изготовленные из тонких полимерных волокон.To increase the specific volumetric electric capacitance and reduce electric resistance, separators are used, made of thin polymer fibers.

Так, например, известны материалы для сепараторов из волокон полистирола, полиолефина, поликарбоната с диаметром волокна 0,05-20 мкм и средним диаметром пор 0,5-15 мкм (US 4137379, 30.01.1979).For example, materials for separators made of polystyrene, polyolefin, polycarbonate fibers with a fiber diameter of 0.05-20 μm and an average pore diameter of 0.5-15 μm are known (US 4137379, 01/30/1979).

Известен также материал для сепараторов из ультратонких полипропиленовых волокон, где 10% волокон имеют диаметр меньше 1 мкм, а большинство волокон с диаметром меньше или равных 5 мкм, при этом пористость материала составляет около 90% (US 5962161, 05.10.1999).Also known is material for separators of ultra-thin polypropylene fibers, where 10% of the fibers have a diameter of less than 1 μm, and most fibers with a diameter of less than or equal to 5 μm, while the porosity of the material is about 90% (US 5962161, 05.10.1999).

Недостатком таких материалов является низкая стойкость к прорастанию дендритов.The disadvantage of such materials is the low resistance to germination of dendrites.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является материал для сепаратора химических источников тока, выполненный из перхлорвиниловых ультратонких волокон с диаметром порядка 1-7 мкм (Ю.Н.Филатов, Электроформование волокнистых материалов, М.: Нефть и газ, 1997 г., стр.199 и 278).The closest in technical essence and the achieved result is a material for a separator of chemical current sources made of perchlorovinyl ultrathin fibers with a diameter of about 1-7 μm (Yu.N. Filatov, Electroforming of fibrous materials, M .: Oil and gas, 1997, pg. 99 and 278).

Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления известного материала, который заключается в прессовании волокнистого перхлорвинилового материала под давлением от 100 до 400 кг/см2 и обработка поверхностно-активным веществом типа ОП-7 или ОП-10 (RU 166393, 19.09.1964).Closest to the proposed method is a method of manufacturing a known material, which consists in pressing fibrous perchlorovinyl material under pressure from 100 to 400 kg / cm 2 and processing with a surfactant of the type OP-7 or OP-10 (RU 166393, 09/19/1964) .

Недостатком этого материала является невысокая стойкость к прорастанию дендритов и недостаточная электропроводность, за счет малой щелочевпитываемости.The disadvantage of this material is the low resistance to germination of dendrites and insufficient electrical conductivity, due to the low alkalinity.

Задачей настоящего изобретения является разработка микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, обладающих повышенной стойкостью к прорастанию дендритов, увеличение щелочевпитываемости и уменьшение электросопротивления.The objective of the present invention is to develop a microporous material for separators of alkaline chemical current sources with increased resistance to germination of dendrites, an increase in alkalinity and a decrease in electrical resistance.

Поставленная задача решается описываемым нетканым пористым материалом для сепараторов химических источников тока из ультратонкого перхлорвинилового волокна, который выполнен трехслойным, внутренний слой из гидрофильных волокон с диаметром волокна 0,3-1,3 мкм, а наружные слои из гидрофильных волокон с диаметром 4-8 мкм, при этом поверхностная плотность материала составляет 26-30 г/м2.The problem is solved by the described non-woven porous material for separators of chemical power sources from ultrafine perchlorovinyl fiber, which is made of three layers, the inner layer of hydrophilic fibers with a fiber diameter of 0.3-1.3 microns, and the outer layers of hydrophilic fibers with a diameter of 4-8 microns while the surface density of the material is 26-30 g / m 2 .

Преимущественно материал имеет диаметр пор 6 мкм, щелочевпитываемость не менее 130%, впитываемость по воде не менее 1000%, электросопротивление не более 0,055 Ом/см2, прочность на разрыв не менее 18 кгс/см2, относительное удлинение при рызрыве не менее 25%.Mostly the material has a pore diameter of 6 μm, alkali absorption of at least 130%, water absorption of at least 1000%, electrical resistance of not more than 0.055 Ohm / cm 2 , tensile strength of not less than 18 kgf / cm 2 , elongation at burst of not less than 25% .

Поставленная задача решается также описываемым способом изготовления нетканого пористого материала для химических источников тока, включающий электроформование ультратонких волокон из раствора перхлорвиниловой смолы в органическом растворителе в присутствии поверхностно-активных веществ в прядильном растворе, материал изготавливают трехслойным, внутренний слой из волокон с диаметром 0,3-1,3 мкм, а наружные слои из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, затем проводят прессование до толщины материала 40-60 мкм.The problem is also solved by the described method of manufacturing a non-woven porous material for chemical current sources, including the electroforming of ultrafine fibers from a solution of perchlorovinyl resin in an organic solvent in the presence of surfactants in a spinning solution, the material is made three-layer, the inner layer of fibers with a diameter of 0.3 1.3 microns, and the outer layers of glued together fibers with a diameter of 4-8 microns, then they are pressed to a material thickness of 40-60 microns.

Предпочтительно прядильный раствор содержит органические растворители, выбранные из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси в количестве до 90% с добавками поверхностно-активных веществ, выбранных из ряда: алкиларилсульфокислоты или ее солей в количестве до 5%.Preferably, the spinning solution contains organic solvents selected from the range: dichloroethane, ethyl acetate, butyl acetate, cyclohexanone or mixtures thereof in an amount up to 90% with additives of surfactants selected from the range: alkylarylsulfonic acid or its salts in an amount up to 5%.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала и его характеристики.Below are examples of obtaining the claimed material and its characteristics.

ПримерExample

Приготавливают 14%-ный раствор перхлорвинила в дихлорэтане с добавкой 3% алкиларилсульфокислоты и 2% циклогексанона.A 14% solution of perchlorovinyl in dichloroethane is prepared with the addition of 3% alkylarylsulfonic acid and 2% cyclohexanone.

Полученный прядильный раствор подают к капиллярам различного гидродинамического сопротивления установки электроформования волокон и ведут процесс со следующими параметрами:The obtained spinning solution is fed to the capillaries of different hydrodynamic resistance of the fiber electrospinning unit and the process is conducted with the following parameters:

разность потенциаловpotential difference 120 кВ120 kV расстояние между электродамиdistance between electrodes 30 см30 cm объемный расход на один капиллярvolumetric flow per capillary 3·10-3 см33 · 10 -3 cm 3 / s

Из гидрофильных волокон диаметром 0,9-1,1 мкм формируют внутренний слой с поверхностной плотностью 10 г/см2. Из гидрофильных волокон диаметром 4,0-5,0 мкм формируют проклеенные слои с поверхностной плотностью 9 г/см2. При этом общая поверхностаная плотность материала составляет 28 г/см2.From hydrophilic fibers with a diameter of 0.9-1.1 μm, an inner layer with a surface density of 10 g / cm 2 is formed . From hydrophilic fibers with a diameter of 4.0-5.0 μm, glued layers with a surface density of 9 g / cm 2 are formed . The total surface density of the material is 28 g / cm 2 .

Затем материал прессуют под давлением 300 кг/см2 при температуре 20°С до толщины 55 мкм и смачивают водным раствором поверхностно-активного вещества ОП-10 с концентрацией 5 г/л с последующей сушкой при нормальной температуре.Then the material is pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 at a temperature of 20 ° C to a thickness of 55 μm and moistened with an aqueous solution of surfactant OP-10 with a concentration of 5 g / l, followed by drying at normal temperature.

Полученный сепарационный материал типа ФПП-10СГ имеет следующие характеристики:The obtained separation material of the FPP-10SG type has the following characteristics:

диаметр порpore diameter 5 мкм5 microns впитываемость по водеwater absorbency 1100%1100% щелочевпитываемостьalkalinity 150%150% электросопротивлениеelectrical resistance 0,050 Ом·см2 0,050 Ohm · cm 2 прочность на разрывtensile strength 20 кгс/см2 20 kgf / cm 2 относительное удлинение при разрывеelongation at break 28%28%

Аналогично представленному выше примеру получены материалы во всем интервале заявленных параметров.Similarly to the above example, materials were obtained in the entire interval of the declared parameters.

Использование полученных сепарационных материалов в щелочных аккумуляторах обеспечивает до 600 циклов «заряд-разряд» до замыкания. Имеют щелочевпитываемость в 1,5 раза выше, а электросопротивление в 2 раза ниже, чем у прототипа.The use of the obtained separation materials in alkaline batteries provides up to 600 charge-discharge cycles to circuit. They have alkali absorption of 1.5 times higher, and the electrical resistance is 2 times lower than that of the prototype.

Claims (4)

1. Нетканый микропористый материал для сепараторов щелочных источников тока из ультратонкого перхлорвинилового волокна, отличающийся тем, что он выполнен трехслойным: внутренний состоит из гидрофилизированных волокон с диаметром 0,3÷1,3 мкм, а наружные слои - из гидрофилизированных проклеенных между собой волокон с диаметром 4÷8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26÷30 г/см2, а диаметр пор не более 6 мкм.1. Non-woven microporous material for separators of alkaline current sources from ultrafine perchlorovinyl fiber, characterized in that it is made of three layers: the inner consists of hydrophilized fibers with a diameter of 0.3 ÷ 1.3 μm, and the outer layers are made of hydrophilized glued together fibers with a diameter of 4 ÷ 8 μm, with a surface density of 26 ÷ 30 g / cm 2 and a pore diameter of not more than 6 μm. 2. Нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что он имеет впитываемость по воде не менее 1000%, щелочевпитываемость не менее 130%, электросопротивление не более 0,055 Ом.см2, прочность на разрыв не менее 18 кгс/см, относительное удлинение при разрыве не менее 25%.2. The nonwoven material according to claim 1, characterized in that it has a water absorbency of at least 1000%, alkali absorbency of at least 130%, electrical resistance of not more than 0.055 Ohm.cm 2 , tensile strength of at least 18 kgf / cm, elongation at a break of at least 25%. 3. Способ получения нетканого микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, включающий формование ультратонких волокон из раствора полимера в органическом растворителе, прессование материала под давлением и обработку поверхностно-активным веществом, отличающийся тем, что электроформование волокон проводят из раствора полисульфона в органическом растворителе, материал изготавливают трехслойным: внутренний слой - из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные слои - из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, прессование осуществляют до толщины материала 40-60 мкм.3. A method of producing a nonwoven microporous material for separators of alkaline chemical current sources, including the formation of ultrafine fibers from a polymer solution in an organic solvent, pressing the material under pressure and processing with a surfactant, characterized in that the fibers are electroformed from a solution of polysulfone in an organic solvent, the material is made three-layer: the inner layer is made of fibers with a diameter of 0.3-3.0 microns, and the outer layers are made of diam trom 4-8 microns, pressing is carried out to a material thickness of 40-60 microns. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что формование ведут из раствора полисульфона в органическом растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси.4. The method according to claim 3, characterized in that the molding is carried out from a solution of polysulfone in an organic solvent selected from the series: dichloroethane, ethyl acetate, butyl acetate, cyclohexanone or mixtures thereof.
RU2003131004/09A 2003-10-21 2003-10-21 Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production RU2279157C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131004/09A RU2279157C2 (en) 2003-10-21 2003-10-21 Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131004/09A RU2279157C2 (en) 2003-10-21 2003-10-21 Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279157C2 true RU2279157C2 (en) 2006-06-27

Family

ID=36714819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003131004/09A RU2279157C2 (en) 2003-10-21 2003-10-21 Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279157C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8512612B2 (en) Nano-fibered membrane for western blot and manufacturing method of the same
KR101374434B1 (en) Electrochemical double layer capacitors including improved nanofiber separators
CN102892534A (en) Biaxially oriented porous membranes, composites, and methods of manufacture and use
JPH07282794A (en) Battery separator
KR20100019561A (en) Batteries with permanently wet-able fine fiber separators
JP2002373636A (en) Separator for polymer battery
KR20110136448A (en) Porous support and method for manufacturing the same
CN1210823C (en) Accumulator comprising resin composition with hydrophilic radical polyolefine as main component
CN115506081A (en) Instantaneously wettable polymeric fibrous sheet
US20240159704A1 (en) Composite membrane for western blotting containing a pvdf nanofiber web and manufacturing method thereof
KR20180055277A (en) Membranes having porous ethylene-vinyl acetate copolymer layer and preparation method thereof
KR20120021734A (en) Nano-fibered membrane of hydrophile property for western blot by plasma coating and manufacturing method of the same
JPH0572063B2 (en)
JP2023549035A (en) Separator for electrochemical devices using cellulose fiber
RU2279157C2 (en) Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production
RU2279158C2 (en) Non-woven microporous material for separators of alkaline cells and method for its production
JPH05283053A (en) Separator for sealed lead-acid battery
RU2307428C2 (en) Nonwoven microporous material for chemical power supply separators and method for its production
JP2011210680A (en) Separator for battery
JP2008071579A (en) Air battery
JP2014170693A (en) Cell separator and process of manufacturing the same
KR101449997B1 (en) Gas separation membrane, manufacturing method thereof and cell having the gas separation membrane
JPS637575B2 (en)
JP2003132870A (en) Separator for secondary battery comprising resin composition having polyolefin with hydrophilic functional group as main constituent
JP3366426B2 (en) Easy sulfonated fiber

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051022

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070920

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091022