[发明专利]一种丙纶熔喷电池隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型电池隔膜材料开发领域，具体是涉及一种新型的丙纶熔喷电池隔膜的制备方法。

背景技术

自1960年随着稳定的合成材料出现，国外出现了独立的隔膜产业，该产业对电池的电池隔膜起了很大的推进作用。隔膜有两个重要的功能，除了避免正负极间任何电子流直接通过外，它还要求离子流通过时的阻力尽可能的小。故选择多孔非导体作为隔膜材料，可以最佳地满足这两个对立的要求。在电池的开发初期，使用聚酰胺纤维干法非织造布作隔膜。聚酰胺隔膜亲水性好，配合电解液好，易获得电池特性，但是长期在碱溶液中聚酰胺会逐渐分解，生成氨，在正极上被氧化而生成硝酸离子，硝酸离子在负极上被还原成氨，同时聚酰胺隔膜本身也会分解，电解液保持性降低，致使电解液干枯，强度降低，发生电极短路，缩短了电池的循环寿命。为此，隔膜改用聚烯烃非织造布。聚烯烃隔膜耐药品性能好，在碱性电解液中不分解，耐氧化性好，可延长电池使用寿命。但聚烯烃隔膜是憎水的，吸碱率偏低，使用时其表面需经物理或化学方法的亲水化处理，如晕光放电、等离子体放电处理、化学接枝处理、氟气处理和磺化处理等。

非织造布电池隔膜是非织造布经过一定物理的或化学的处理，以达到电池隔膜性能要求的一种电池隔膜，其主要种类有纺粘非织造布、湿法非织造布和热粘合非织造布。目前，电池隔膜生产技术较成熟的是日本、英国、德国和美国，如日本Vilene公司、日本Oji Paper公司、日本Toyobo公司、日本NKK公司、英国Scimat公司、美国Pall公司、美国HV公司、德国的Frendenberg公司等。在隔膜改性研究上Seong-Ho Choi研究了羧酸基团改性聚烯烃非织造布电池隔膜的电化学性质，羧酸基团能引发丙烯酸接枝到聚烯烃非织造布表面；这种隔膜非织造布中的聚乙烯纤维含量大于60%，熔融温度为132℃，聚丙烯的含量小于40%，熔融温度为162℃。G.V.Medyak和A.A.hunkevich等人研究了用r射线辐射法在丙烯纤维上接枝丙烯酸。Ovoruc公司通过对聚酰胺隔膜的细化处理使电池的循环寿命提高了3倍，采用化学处理的聚丙烯隔膜使电池30天荷电保持能力从原来的10%提高到50%。日本Vilene公司聚烯烃纤维无纺布经过接枝处理、磺化处理、氟气处理、放电处理或喷水处理，具有亲水性能。制品中含有20%的热粘合聚丙烯纤维和低密度聚乙烯纤维，80%的高密度聚乙烯纤维。日本Oji Paper公司的碱性电池聚烯烃无纺布隔膜，在无纺布用磺化纤维中含有0.1%～50%的硫，电池的自放电特性和循环寿命显著提高。日本Toyobo公司用特定的装置将隔膜在≥120℃的溶液或气体中压紧，装置的压紧力为0.05—50kPa，制备的电池隔膜具有高强度并可防止电流短路。Yamamoto Hiroyuki等人利用磺化法磺化皮芯结构的双组分纤维制备的非织造布来生产碱性电池隔膜，这种纤维的皮层含有至少30%的茂金属聚乙烯组分，芯层是聚烯烃组分。Omae Yoshinobu，Nagi Hisashi等人研究了利用热塑性聚酰胺纤维和Polypara-fenileno Benzobis Oxazol纤维制各的非织造布来制作碱性电池隔膜，也获得较好自放电特性。

我国在电池隔膜方面研究较为落后目前有一些研究机构及企业都在研究和生产电池隔膜，但与国外产品相比还存在很大差距，仅仅能满足低性能电池的要求。杭州普瑞公司用湿法生产碱性非织造布电池隔膜，该公司已经产业化生产，但是其隔膜的内阻较高，多次充放电后隔膜在电池内成絮状；天津大学的蔡志江等人研究了一种新型聚合物凝胶改性隔膜在镍氢电池中应用的可能性，通过紫外接枝技术，在普通的聚丙烯隔膜两侧接枝了一层聚丙烯酸凝胶膜，当凝胶层吸附碱液后形成凝胶，使实验电池体系全固态化。但是目前国内市场上还没有能够与国外产品一较高下的电池隔膜，大多存在寿命短、强度低、电池的荷电保持能力差等问题。

而中国是电池生产大国， 2013年生产了总数超过400亿件原电池，其中360亿件出口。但是中国生产的电池性能不高和质量不稳的问题还比较突出，与国际上的先进水平相比还有很大差距，制约其发展的瓶颈在于电池材料开发，尤其是电池隔离膜材料的开发滞后，质量难以保证。隔膜是电池的重要原材料，用来将电池的正负极活性物质隔开，避免电池短路。它本身并不直接参与电化学的贮能过程，但可以较好地延长电池的寿命。