用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜及其制备方法技术

用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜及其制备方法，该复合隔膜由上、下面层和位于中间的芯层构成的三层膜复合结构，芯层为具有微孔结构的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布，面层为聚烯烃纤维非织布，所述聚烯烃纤维非织布为具有皮芯结构的复合纤维，芯层为聚丙烯，皮层为聚乙烯，复合隔膜的面层与芯层通过聚烯烃纤维非织布皮层的聚乙烯热粘合在一起，复合隔膜的厚度为0.15~0.5mm。本发明专利技术具有下述优点：（1）三层复合膜结构特点使电池装配过程变得简单易行，且不会出现面层与芯层的错位及皱褶；（2）芯层聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布具有微孔结构，经辐射接枝赋予其内外表面羧基和/或磺酸基亲水性官能团，具有永久亲水性和微透气功能。

【技术实现步骤摘要】
用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜及其制备方法
本专利技术属于电池隔膜
，具体涉及一种用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜及其制备方法。
技术介绍
排气式方形镍镉电池是一类重要的大型碱性电池，由于其性能稳定、可靠、安全，大量应用于航空、高铁、船舶及军工等领域作为备用电源。隔膜是电池的关键组件，对电池的装配工艺、性能及安全可靠性具有重要影响。传统的排气式方形镍镉电池主要以聚乙烯接枝膜为芯层，以尼龙织物为面层，通过叠合用作隔膜。实际使用过程表明，这种隔膜及其应用方法存在以下几项缺陷：（1）电池装配过程复杂，容易出现尼龙织物面层与聚乙烯接枝膜芯层的局部错位或皱褶，影响电池性能，甚至造成短路。（2）尼龙布储液性能差，电池长期高温工作后，容易造成尼龙布老化、失去储液功能。（3）芯层聚乙烯接枝膜无孔结构，面电阻相对较高，影响电池放电性能；无透气性，充电过程生成的氧气和氢气会导致电池内压增高、并通过排气阀排出，导致失水快，需频繁补充电解液。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜及其制备方法。基于上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜，该复合隔膜由上、下面层和位于中间的芯层构成的三层膜复合结构，芯层为具有微孔结构的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布，面层为聚烯烃纤维非织布，所述聚烯烃纤维非织布为具有皮芯结构的复合纤维，芯层为聚丙烯，皮层为聚乙烯，复合隔膜的面层与芯层通过聚烯烃纤维非织布皮层的聚乙烯热粘合在一起，复合隔膜的厚度为0.15~0.5mm。该隔膜的表面含有经辐射接枝所获得的羧基和/或磺酸基官能团。上述的用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布作为芯层，将两层聚烯烃纤维非织布作为面层，通过热合机复合在一起制成隔膜基材，热合温度为130~150℃；（2）将步骤（1）制得的隔膜基材进行γ-射线或电子束辐射，吸收剂量为15~50kGy；将辐射后的隔膜基材装入接枝反应器中，加入接枝液，加热至反应温度进行接枝反应，反应完毕后再经水洗、烘干，得到接枝率为5%~15%的隔膜基材；（3）将步骤（2）得到的隔膜基材热轧定型为厚度均匀的隔膜。步骤（2）中接枝液与隔膜基材的质量比为（2~6）︰1，反应温度为40~90℃，反应时间为3~8小时。步骤（2）中接枝液由去离子水、润湿剂、丙烯酸和/或苯乙烯磺酸钠组成，以质量百分比计，其中，水的质量分数为82~94.5%，润湿剂的质量分数为0.5~3.0%，丙烯酸和/或苯乙烯磺酸钠的质量分数为5.0~15.0%。步骤（3）中热轧温度为80~140℃。较好地，步骤（1）中的聚丙烯微孔膜厚度为16~45µm（在此厚度范围内的聚丙烯微孔膜的面密度一般为5~20g/m2、微孔的平均孔径为0.05~5µm、孔率为40~60%），聚丙烯熔喷布的面密度为10~30g/m2（面密度为10~30g/m2聚丙烯熔喷布其纤维直径一般在0.5~5µm的范围内）；聚烯烃纤维非织布的面密度为20~50g/m2（在此面密度范围内的聚烯烃纤维非织布的纤维直径一般为10~20µm）。本专利技术中的润湿剂属于表面活性剂，可以是下述化合物中的一种或两种以上化合物的混合物：十二烷基硫酸钠、十二烷基醚硫酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烯基磺酸盐等。本专利技术中的热复合是指将聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布作为芯层，将两层聚烯烃纤维非织布作为面层，通过热合机复合在一起制成隔膜基材。隔膜基材的辐射接枝：将隔膜基材经γ-射线或电子束辐照后，将其布装入接枝反应器中，密封，抽真空，然后将接枝液从接枝反应器底部真空吸入接枝反应器中，控制进液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加热至反应温度进行接枝反应；经接枝反应过程后的隔膜基材卷通过水洗机进行清洗，去除未反应物质、均聚物和接枝液中的助剂，然后经烘干机烘干。本专利技术中的热轧工序通过热轧机完成，热轧机由放卷机、热轧辊、收卷机、加热系统和电控系统构成。本专利技术具有以下几方面优点：（1）三层复合膜结构特点使电池装配过程变得简单易行，且不会出现面层与芯层的错位及皱褶；（2）面层孔结构丰富、孔率高，表面与电解液亲和性好，储液性能优由于尼龙织物，克服了传统隔膜易老化并失去储液功能的缺点；（3）芯层聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布具有微孔结构，经辐射接枝赋予其内外表面羧基和（或）磺酸基亲水性官能团，具有永久亲水性，相对于聚乙烯微孔膜，面电阻更低，更有利于电池放电性能；具有微透气功能，充电过程生成的氧气和和氢气可以透过隔膜复合成水，可以减少或避免失水，进而减少补充电解液的频次，有利于制造少维护或免维护的电池。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：（1）以16µm厚的聚丙烯微孔膜为芯层，以30g/m2面密度的ES纤维湿法非织布为上下面层，采用热合机，在温度为150℃的条件下将三层膜复合在一起，形成隔膜基材；（2）将此隔膜基材以展开状态连续通过电子加速器辐照，控制电子加速器的束流量和隔膜基材的传送速度，使隔膜基材接受的吸收剂量为20kGy；（3）将辐照后的隔膜基材装入接枝反应器中，密封，抽真空，然后将接枝液从接枝反应器底部真空吸入接枝反应器中，控制进液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加热至反应温度进行接枝反应，经接枝反应过程后的隔膜基材通过水洗机进行清洗，去除未反应物质和均聚物，然后经烘干机100℃烘干即得接枝率为11.6%的隔膜基材；接枝反应条件为：接枝液与隔膜基材的质量比为6:1，反应温度80℃，反应时间8小时；接枝液的化学组成为：水的质量分数为89.5%，辛基醇聚氧乙烯醚的质量分数为0.5%，丙烯酸质量分数为6.0%，苯乙烯磺酸钠的质量分数为4.0%；（4）接枝后的隔膜基材经热轧机热轧整理形成厚度为0.2±0.02mm的隔膜，热轧温度为130℃。将经上述制备方法制得的复合隔膜经检测：对于30wt%氢氧化钾水溶液，其面电阻为72mΩ·cm2，吸液量为275%，吸液速率57s/2.5cm，透气率为3.1mm/s，符合排气式方形镍镉电池对隔膜的要求。实施例2用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：（1）以45µm厚的聚丙烯微孔膜为芯层，以50g/m2面密度的ES纤维湿法非织布为上下面层，采用热合机，在温度为150℃的条件下将三层膜复合在一起，形成隔膜基材；（2）将隔膜基材置于钴60γ-射线辐射源中，通过控制隔膜基材在辐照室中的位置和时间，使隔膜基材接受的吸收剂量为50kGy，辐照时间过半时，停止辐照，将隔膜基材做上下和前后翻转，继续进行下半程辐照，以使隔膜基材接受辐照均匀；（3）将辐照后的隔膜基材装入接枝反应器中，密封，抽真空，然后将接枝液从接枝反应器底部真空吸入接枝反应器中，控制进液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材，然后加热至反应温度进行接枝反应，经接枝反应过程后的隔膜基材卷通过水洗机进行清洗，去除未反应物质和均聚物，然后经烘干机110℃烘干即得接枝率为13.6%的隔膜基材；接枝反应条件为：接枝液与隔膜基材的质量比为6:1，反应温度70℃，反应时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜，其特征在于，该复合隔膜由上、下面层和位于中间的芯层构成的三层膜复合结构，芯层为具有微孔结构的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布，面层为聚烯烃纤维非织布，所述聚烯烃纤维非织布为具有皮芯结构的复合纤维，芯层为聚丙烯，皮层为聚乙烯，复合隔膜的面层与芯层通过聚烯烃纤维非织布皮层的聚乙烯热粘合在一起，复合隔膜的厚度为0.15~0.5mm。

【技术特征摘要】
1.用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜，其特征在于，该复合隔膜由上、下面层和位于中间的芯层构成的三层膜复合结构，芯层为具有微孔结构的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布，面层为聚烯烃纤维非织布，所述聚烯烃纤维非织布为具有皮芯结构的复合纤维，芯层为聚丙烯，皮层为聚乙烯，复合隔膜的面层与芯层通过聚烯烃纤维非织布皮层的聚乙烯热粘合在一起，复合隔膜的厚度为0.15~0.5mm；该隔膜的表面含有经辐射接枝所获得的羧基和/或磺酸基官能团；所述聚丙烯微孔膜的厚度为16~45μm；所述聚丙烯熔喷布的面密度为10~30g/m2；所述的聚烯烃纤维非织布的面密度为20~50g/m2。2.一种权利要求1所述的用于排气式方形镍镉电池的复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔喷布作为芯层，将两层聚烯烃纤维非织布作为上、下面层，热复合在一起制成隔膜基材，热复合温度为130~150℃；（2）将步骤（1）制得的隔膜基材进行γ-射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国士，党从军，崔攀，赵红英，
申请(专利权)人：河南科高辐射化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41