一種堿性電池隔膜紙的制備方法

權(quán)利要求書

1.一種堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于步驟如下：

（1）稱取聚丙烯纖維和ES 纖維，其中聚丙烯纖維：ES 纖維的質(zhì)量份數(shù)比為3～8：1～6。

（2）取聚丙烯纖維放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入水，聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（3）取ES 纖維放入裝有聚丙烯纖維漿料的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1%， 然后繼續(xù)疏解20 000～25 000 r，待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（4）將漿料懸浮液移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%，攪拌10～30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（5）將步驟（4）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅，濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理后，最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨的具體條件為，正壓1～10 min，反壓1～10 min；干燥溫度為80～98 ℃，得干燥紙幅。

（6）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得堿性電池隔膜紙。

2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%，然后加入不同種類的化學(xué)助劑，再進(jìn)行攪拌。

3.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于所述化學(xué)助劑為聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纖維素。

4.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法， 其特征在于所述化學(xué)助劑的加入量為相對于絕干纖維漿料質(zhì)量的0.5%～1.5%。

5. 根據(jù)權(quán)利要求1 至4 任一項所述的堿性電池隔膜紙的制備方法， 其特征在于所述聚丙烯纖維的纖維長度為1～6 mm， 纖維寬度為2～4 μm； 所述ES纖維的纖維長度為1～4 mm，纖維寬度為10～16 μm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于特種紙加工與制造技術(shù)領(lǐng)域， 尤其是一種堿性電池隔膜紙的制備方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，清潔型汽車（如燃料電池汽車和電動汽車等）的研發(fā)已經(jīng)備受關(guān)注。在清潔型汽車中， 可充電型的混合動力汽車可能被認(rèn)為是最有前景的。 但是， 混合動力型汽車的電池必須具備優(yōu)良的輸出功率、高容量、壽命長等特點。 堿性電池以其優(yōu)良的性能而成為混合動力型汽車的電源之一。 因此，高性能的堿性電池越來越受到重視。

目前，常用的堿性電池多以二氧化錳為正極，鋅為負(fù)極，氫氧化鉀為電解液，正負(fù)電極間有起到隔離作用的隔膜材料， 該材料稱為電池隔膜紙。 電池隔膜紙是電池中最為薄弱的部分，位于電池的正、負(fù)極之間，其作用是對電子絕緣，允許離子透過，被稱為電池的心臟， 其物理性能的優(yōu)劣直接影響著電池的使用、貯存性能和使用壽命。 因此，常規(guī)的堿性電池隔膜紙需具備以下特點：（1）良好的隔離性能，即將電池的正負(fù)電極隔開， 防止正極和負(fù)極的活性物質(zhì)直接接觸，造成電池的內(nèi)部短路；（2）良好的離子滲透性，以一定的孔徑作為離子通道，要求隔膜紙對電子呈現(xiàn)出高電阻，而對離子呈低電阻，即保證離子遷移通暢；（3） 良好的電解液吸收性能與保液性能；（4）良好的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是在電解液中的耐堿性，以確保隔膜紙在堿性條件下的穩(wěn)定性；（5）具有一定的機(jī)械性能與韌性， 以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求；（6）電池的適用溫度一般為-20 ℃～80 ℃，要求隔膜紙在使用溫度范圍內(nèi)尺寸穩(wěn)定， 防止因變形而造成電池內(nèi)部短路。

堿性電池隔膜紙的兩大基本功能是隔離性能和離子導(dǎo)電性能?！爸А爆F(xiàn)象普遍存在于堿性電池中，而這種“枝晶”又很容易穿透孔徑較大的隔膜紙，使得兩電極間的活性物質(zhì)直接接觸， 從而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，嚴(yán)重影響到電池的使用壽命、電池容量以及電池安全等性能。 為了防止“枝晶”引起的電池內(nèi)部短路，堿性電池隔膜紙應(yīng)具有較小的孔徑，即隔膜紙孔徑越小，隔離性能越好；孔隙率越高，儲液性能越好，其離子導(dǎo)電性能也更好。 因此，常規(guī)的堿性電池隔膜紙通常采用化學(xué)穩(wěn)定性良好的超細(xì)合成纖維制成， 使其具備有低孔徑和高孔隙率的特點。 聚丙烯纖維隔膜具有孔隙率高、孔徑小、化學(xué)純度高、有害雜質(zhì)少，以及非常好的耐酸堿性、抗氧化性和電阻小的特點。 但是，聚丙烯纖維間不存在纖維結(jié)合鍵，纖維只是相互的交織在一起， 因而隔膜紙纖維間不存在結(jié)合力，導(dǎo)致隔膜紙結(jié)合強(qiáng)度極低。

中國專利02147638.1 中披露了“一種堿性電池隔膜紙的制造方法”，該方法利用輥壓復(fù)合的方法制得一種尼龍非紡織布和聚丙烯非紡織布復(fù)合膜，用作堿性電池隔膜。但是，這種復(fù)合隔膜并未有效地結(jié)合在一起，其穩(wěn)定性能有限。

除專利外的其他資料表明，熔噴法、干法、濕法等工藝均可用于生產(chǎn)隔膜紙。 熔噴法制備的隔膜紙纖維直徑小，但強(qiáng)度差；干法生產(chǎn)的隔膜紙品質(zhì)較差；采用濕法生產(chǎn)的堿性電池隔膜紙具有緊度高、勻度好、成本低等特點。 因此，本發(fā)明以濕法工藝制造堿性電池隔膜紙。

通過檢索， 尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明專利申請相關(guān)的專利公開文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種堿性電池隔膜紙的制備方法， 該方法采用聚丙烯纖維和ES 纖維為原料， 采用濕法成型工藝制備勻度較佳的紙頁， 然后采用熱壓處理的方法制備堿性電池隔膜紙， 制備得到的堿性電池隔膜紙具有高強(qiáng)度、高孔隙率、高吸堿率等性能。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）稱取聚丙烯纖維和ES 纖維，其中聚丙烯纖維：ES 纖維的質(zhì)量份數(shù)比為3～8∶1～6。

（2）取聚丙烯纖維放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入水，聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（3）取ES 纖維放入裝有聚丙烯纖維漿料的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1%， 然后繼續(xù)疏解20 000～25 000 r，待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解， 得漿料懸浮液。

（4）將漿料懸浮液移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%，攪拌10～30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（5）將步驟（4）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理后， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨的具體條件為，正壓1～10 min，反壓1～10 min；干燥溫度為80～98 ℃，得干燥紙幅。

（6）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得堿性電池隔膜紙。

而且，所述步驟（4）中加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%，然后加入不同種類的化學(xué)助劑，再進(jìn)行攪拌。

而且， 所述化學(xué)助劑的加入量為相對于絕干纖維漿料質(zhì)量的0.5%～1.5%。

而且，所述化學(xué)助劑為聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纖維素。

而且，所述聚丙烯纖維的長度為1～6 mm，纖維寬度為2～4 μm；所述ES 纖維的長度為1～4 mm，纖維寬度為10～16 μm。

本發(fā)明取得的優(yōu)點和積極效果是：

1.本方法采用聚丙烯纖維與低熔點纖維混合制備堿性電池隔膜紙，其中低熔點纖維選用了聚乙烯/聚丙烯雙組分皮芯結(jié)構(gòu)（Ethylene-Propylene Side By Side，簡稱ES）纖維，利用ES 纖維的皮、芯層的熔點不同，即一定溫度下，ES 纖維的皮層熔化，而芯層不熔化，不同纖維的皮層可以有機(jī)的黏結(jié)在一起，從而達(dá)到隔膜紙強(qiáng)度增強(qiáng)的目的， 制備得到的堿性電池隔膜紙具有高強(qiáng)度、高孔隙率、高吸堿率等性能。

2.本方法的漿料由聚丙烯纖維和ES 纖維按一定比例混合。聚丙烯纖維的應(yīng)用有利于提高堿性電池隔膜的致密性和耐堿性，超細(xì)的結(jié)構(gòu)有利于保障電池隔膜紙孔徑與化學(xué)穩(wěn)定性；采用濕法成型制備隔膜紙時，由于聚丙烯纖維密度小，易絮聚，紙頁勻度差，采用ES 纖維與聚丙烯纖維混合抄造隔膜紙時，一方面，ES 纖維剛性比聚丙烯纖維大，若將ES 纖維與聚丙烯纖維配抄，剛性的ES 纖維可以阻礙聚丙烯纖維絮聚，可以改善紙頁勻度；另一方面，在熱壓處理紙頁的過程中，由于ES 纖維在一定溫度和壓強(qiáng)下纖維表皮熔化，使纖維之間能黏結(jié)到一起，隔膜紙的強(qiáng)度得到提升，且兩種材料均具備良好的耐腐蝕性。

3. 本方法采用濕法成型工藝可以制備緊度高、勻度好的隔膜紙，不僅提高了紙頁的強(qiáng)度，也降低了隔膜紙的孔徑，增強(qiáng)了電池隔膜紙抵抗ZnO“枝晶”穿透的能力，而且該工藝操作簡單、方便，成本較低。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明中所使用的原料，如無特殊說明，均為常規(guī)的市售產(chǎn)品；本發(fā)明中所使用的方法，如無特殊說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

實施例1

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質(zhì)量份數(shù)為80 份的聚丙烯纖維，放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質(zhì)量份數(shù)為20 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉(zhuǎn)移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，加入0.5%(相對于絕干漿料質(zhì)量)的化學(xué)助劑PEO，攪拌10 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94 ℃。

（5）將干燥后的紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為135 ℃和0.3 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結(jié)果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.12 g/m2，抗張指數(shù)為22.93 N·m/g，吸堿率為276.7%，耐堿損失為0.52%，最大孔徑為37.92 μm，平均孔徑為18.40 μm，孔隙率為47.7%，透氣度為119.94 L/（m2·s）。

實施例2

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質(zhì)量份數(shù)為70 份的聚丙烯纖維，放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質(zhì)量份數(shù)為30 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉(zhuǎn)移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，攪拌15 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94℃。

（5）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為150 ℃，0.5 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結(jié)果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.00 g/m2，抗張指數(shù)為38.81 N·m/g，吸堿率為248.1%， 耐堿損失為0.82%， 最大孔徑為35.66 μm，平均孔徑為15.23 μm，孔隙率為38.6%，透氣度為49.83 L/（m2·s），。

實施例3

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質(zhì)量份數(shù)為65 份的聚丙烯纖維，放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶200；然后疏解15 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質(zhì)量份數(shù)為35 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%，然后繼續(xù)疏解23 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉(zhuǎn)移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，加入0.5%(相對于絕干漿料質(zhì)量)的化學(xué)助劑CMC，攪拌10 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅，濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理，最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓10 min，反壓10 min；干燥溫度為80 ℃。

（5）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為100 ℃，1 MPa，最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結(jié)果： 在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.00 g/m2，抗張指數(shù)為29.29N·m/g，吸堿率為306.4%，耐堿損失為0.63%，最大孔徑為45.65 μm，平均孔徑為19 μm，孔隙率為48.7%，透氣度為190.83 L/（m2·s）。

實施例4

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質(zhì)量份數(shù)為30 份的聚丙烯纖維，放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶250；然后疏解18 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質(zhì)量份數(shù)為10 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%， 然后繼續(xù)疏解25 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉(zhuǎn)移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，加入1%(相對于絕干漿料質(zhì)量)的化學(xué)助劑PAM，攪拌30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓1 min，反壓1 min；干燥溫度為90 ℃。

（5）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為160 ℃，0.9 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結(jié)果： 在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.14 g/m2，抗張指數(shù)為38.66 N·m/g，吸堿率為287.3%，耐堿損失為0.83%，最大孔徑為39.21 μm，平均孔徑為15.50 μm，孔隙率為46.4%，透氣度為176.67 L/（m2·s）。

實施例5

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質(zhì)量份數(shù)為40 份的聚丙烯纖維，放入纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質(zhì)量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質(zhì)量份數(shù)為60 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉(zhuǎn)移至配漿池，再加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，加入1.5%(相對于絕干漿料質(zhì)量)的化學(xué)助劑PEO，攪拌15 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進(jìn)行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94 ℃。

（5）將干燥紙幅進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強(qiáng)度分別設(shè)定為135 ℃，0.5 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結(jié)果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.05 g/m2，抗張指數(shù)為44.01 N·m/g，吸堿率為357.4%，耐堿損失為0.78%， 最大孔徑為52.01 μm，平均孔徑為16.15 μm，孔隙率為56.1%，透氣度為195.61 L/（m2·s）。

以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本發(fā)明不受上述實施例的限制， 上述實施例描述只是說明本發(fā)明的基本原理， 在不脫離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的前提下， 本發(fā)明將會有各種變化和改進(jìn)， 這些變化和改進(jìn)都會落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。