[发明专利]适合用于电化学电池单元的高拉伸强度纸

说明书

披露了一种适合用作电化学电池单元中的隔膜纸的纸和一种包含所述纸的电化学电池单元，所述纸包含(95)至(100)重量百分比的原纤维和(0)至(5)重量百分比的芳族聚酰胺纤条体作为唯一的纤维组分，并且具有(10)至(40)微米的厚度和至少(15)兆帕或更大的拉伸强度，所述原纤维包含(80)至(96)重量百分比的聚对苯二甲酰对苯二胺和(4)至(20)重量百分比的聚乙烯吡咯烷酮的聚合物共混物；所述原纤维具有(10)至(2000)纳米的直径、(0.2)至(3)毫米的长度、(3)至(40)平方米/克的表面积、以及(0)至(10)毫升的加拿大标准游离度。

背景技术

本发明涉及适合用作电化学电池单元中的隔膜的纸；即，可用于将电化学电池单元中的阴极与阳极隔开的纸；所述纸还对于用于此类电池单元中的电解质具有合适的透过性。随着更高性能的电化学电池单元(或通常被称为电池)的持续发展，对于适合作为也可以在非常高的温度下操作的隔膜(通常称为电池隔膜)的纸的需求增加。

Alvarado Chacon等人的美国公开US 2016/0197325公开了适合用作电化学电池单元中的隔膜的纸，所述纸包含至少60wt.％的芳族聚酰胺原纤维和至少1wt.％的芳族聚酰胺纤维。所述公开进一步公开了所述纸包含更具体地至少5wt.％的芳族聚酰胺纤维并且特别地至少10wt.％的芳族聚酰胺纤维。

如其中具体地声明的，这些原纤维通常不通过使纤维原纤化来获得；所述原纤维具有至多3m²/g的比表面积。

Hartzler等人的美国专利公开US 2006/0113700公开了来自芳族聚酰胺聚合物的复合纤维，所述纤维通过使芳族聚酰胺聚合物的各向异性溶液和柔性链聚合物的各向同性溶液组合来制造。要求保护复合纤维，其包含80至99重量百分比的芳族聚酰胺和1至20重量百分比的来自柔性链聚合物的各向同性溶液的聚合物。所述各向同性溶液可以包含聚(乙烯基吡咯烷酮)。

对于适合用作电化学电池单元中的隔膜的纸的要求之一是所述纸非常薄。被制成非常薄并且认为适合用作电化学电池单元中的隔膜的许多纸在此应用中性能并不好。特别地，非常薄的纸对于此应用可能不具有足够的强度，并且一种回应曾是将较大和较小直径的纤维材料的组合掺入到纸中，其中较大直径的纤维材料为纸提供更多强度，并且小直径的纤维材料填充在较大直径的纤维材料之间的空隙中。然而，已经发现此类纸具有孔隙率和/或均匀性问题，在一些情况中包括使此类纸不适合用作隔膜的小针孔。虽然不受理论限制，但是认为此类孔隙率、均匀性和针孔问题是由于在生产纸张时难以将较大直径的纤维材料与较小直径的纤维材料均匀地共混和分散非常薄的层，这在较大直径与较小直径的纤维材料之间产生最终导致纸张中不合需要的大孔或甚至洞的应力集中或缺陷。需要的是适合用作电化学电池单元中的隔膜纸的纸，所述纸具有足够的拉伸强度；并且此外，解决这些孔隙率和均匀性问题。

发明内容

本发明涉及一种适合用作电化学电池单元中的隔膜纸的纸和一种包含所述纸的电化学电池单元，所述纸包含95至100重量百分比的原纤维和0至5重量百分比的芳族聚酰胺纤条体作为唯一的纤维组分，并且具有10至40微米的厚度和至少15兆帕或更大的拉伸强度，所述原纤维包含80至96重量百分比的聚对苯二甲酰对苯二胺和4至20重量百分比的聚乙烯吡咯烷酮的聚合物共混物；所述原纤维具有10至2000纳米的直径、0.2至3毫米的长度、3至40平方米/克的比表面积、以及0至10毫升的加拿大标准游离度。

附图说明

图1是PPD-T/PVP原纤维的数码照片

图2是可商购的PPD-T纸浆的图示。

图3是将PPD-T/PVP长丝对比PPD-T长丝中的孔分布进行比较的图示。

图4是拉伸强度与纸孔隙率之间的关系的图，说明改善的纸拉伸强度

具体实施方式