用于电化学电池的分隔体介质制造技术

本发明专利技术公开了用于电化学电池的分隔体介质，其包含至少一种聚合物纤维的非织造片材。所述非织造片材具有约0.5至约1.5m2/g的表面积并具有等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。所述片材可被磺化至0.67％的含量并且在磺化后相对于之前已知的分隔体展示优异的拉伸特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学电池的分隔体介质
技术介绍
1.
本专利技术涉及用于电化学电池、尤其是碱性电池的分隔体领域。2.相关领域的描述因为它们的高能量密度，碱性电池已经变得越来越流行。同样地，这些电池越来越多地用于通常为传统铅酸电池系统保留的应用中。为了在碱性系统中获得延长的电池寿命和效率，需要使用电池分隔体。将电池分隔体定位在阳极板和阴极板之间以便提供，(1)相反电荷的电极之间的分隔，(2)电解质储槽，(3)横跨电极表面的均匀电解质分布以便允许均匀的电流密度，以及(4)电极膨胀的空间。目前在碱性电池中使用的电池分隔体通常由聚烯烃，优选地聚丙烯、聚酰胺或尼龙非织造材料片材形成。镍金属氢化物(NiMH)电池系统中的主要缺陷之一是它们的高自放电速率，即，在储存期间持续损失它们的电量。“氨-穿梭”对自放电具有主要影响。氧化Ni电极中的含氮杂质以形成硝酸根，其通过分隔体迁移到阴极中。在阴极处将硝酸根还原成氨。氨再次通过分隔体并到达镍电极，并且完成穿梭。
技术实现思路
本专利技术涉及用于电化学电池的分隔体介质，其中电化学电池可为蓄电池或电容器。在一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有约0.5至约1.5m2/g的表面积，并且其中非织造片材具有等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。本专利技术涉及用于碱性电池的分隔体介质，并且具体地涉及镍金属氢化物电池。在一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有约0.5至约1.5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。在另一个实施例中，聚合物纤维是磺化的并含有至少0.67重量％的硫。在另一个实施例中，相对于未经受磺化的介质，分隔体保留了其纵向(MD)拉伸强度的至少70％。本专利技术还涉及制备用于电化学电池的分隔体介质的方法。本专利技术还涉及电化学电池，其中该电池是包括分隔体介质的碱性电池，该分隔体介质进一步包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有约0.5至约1.5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸，该聚合物纤维是磺化的并含有至少0.67重量％的硫，并且其中相对于未经受磺化的介质，该分隔体保留了其纵向(MD)拉伸强度的至少70％。具体实施方式申请人特别将所有引用的参考文献的完整内容引入本公开内容中。此外，当量、浓度或其他值或参数以范围、优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时，其应理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而无论所述范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围之处，该范围都旨在包括其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数，除非另行指出。不旨在将本专利技术的范围限制为限定范围时详述的具体值。定义如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物、共聚物(诸如例如，嵌段、接枝、无规和间规共聚物)、三元共聚物等，以及它们的共混物和改性形式。此外，除非另外具体限定，术语“聚合物”应包括所述材料所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构、以及无规对称。如本文所用，术语“聚烯烃”旨在表示仅由碳和氢组成的基本饱和的聚合物烃类系列中的任一种。典型的聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、以及单体乙烯、丙烯和甲基戊烯的各种组合。如本文所用，术语“聚乙烯”旨在不仅涵盖乙烯的均聚物，而且涵盖其中至少85％的重复单元为乙烯单元的共聚物诸如乙烯和α-烯烃的共聚物。优选的聚乙烯包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、和线性高密度聚乙烯。优选的线性高密度聚乙烯具有约130℃至140℃的熔点范围上限，约0.941至0.980克每立方厘米范围内的密度，以及0.1至100之间、并优选小于4的熔融指数(由ASTMD-1238-57T条件E定义)。如本文所用，术语“聚丙烯”旨在不仅涵盖丙烯的均聚物，而且涵盖其中至少85％的重复单元为丙烯单元的共聚物。优选的聚丙烯聚合物包括全同立构聚丙烯以及间同立构聚丙烯。如本文所用，术语“非织造片材”表示以无规方式定位以形成平面材料而没有如针织物中可辨别的图案的各个纤维或线的结构。如本文所用，术语“丛丝”表示多个无规长度的薄、带状、薄膜-原纤元件的三维整体网络或纤维网。通常，它们具有小于约4微米的平均膜厚度和小于约25微米的中值原纤宽度。如果数学转换成圆面积，则平均膜-原纤截面积将产生约1微米至25微米之间的有效直径。在丛丝结构中，薄膜-原纤元件以不规则间隔在贯穿该结构的长度、宽度和厚度的多个位置间歇联合并分离以形成连续的三维网络。“磺化”是指含硫部分化学结合纤维所包含的聚合物的至少一部分。磺化可通过本领域技术人员已知的任何方法进行。例如，磺化可使用US3,684,554中所述的纤维网气相表面磺化进行。基本方法涉及使干燥聚合物纤维网与连续的一股气态SO3流(在干燥惰性气体中2-15％的体积)接触，其能够连续高速(100-200英尺/秒)运行。磺化的聚合物纤维网可用去离子水冲洗。磺化也可通过美国专利6,403,265的方法，使用浓硫酸进行。描述本专利技术克服了当前使用的分隔体固有的问题并且提供一种可润湿的片材材料，其具有期望的拉伸强度、氨吸收特性、电解质吸收和电阻性能，这是可用于碱性电池的。因此本专利技术的目的是为了提供一种可润湿的片材材料，其在碱性电池中用作分隔体。本专利技术的另一目的是为了提供一种片材材料，它是可通过电解质润湿的并且在碱性电池系统中具有良好的电解质吸收和氨吸收。因此本专利技术涉及用于碱性电池的分隔体介质，并且具体地涉及镍金属氢化物电池。在一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有约0.5至约1.5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。在另一个实施例中，聚合物纤维是磺化的并含有至少0.67重量％的硫。在另一个实施例中，相对于未经受磺化的介质，分隔体保留了其纵向(MD)拉伸强度的至少70％。聚合物纤维可包含选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、氟化聚合物以及它们的各种组合的聚合物。当聚合物纤维由聚烯烃制成时，聚合物可选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚甲基戊烯。用于碱性电池分隔体的合适聚合物还包括脂族聚酰胺、半芳族聚酰胺、聚乙烯醇、纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二酸丁二醇酯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚缩醛、聚丙烯腈、聚氨酯、芳族聚酰胺、以及它们的各种共混物、混合物和共聚物。尤其适用于碱性电池分隔体的聚合物包含聚乙烯醇、纤维素、脂族聚酰胺和聚砜。聚合物纤维可为丛丝纤维束。此外聚合物纤维可具有非圆形截面。在另一个实施例中，非织造片材为单向经拉伸的非织造片材，其中拉伸已经沿纵向发生。此外非织造片材可具有约0.5至约1.0m2/g的表面积。在另一个实施例中，非织造片材由纤维组成，100％的该纤维具有大于1微米的数均纤维直径。非织造片材可具有0.20毫摩尔/克的氨捕集和至少16牛顿/厘米(N/cm)的纵向拉伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电化学电池的分隔体介质，所述分隔体介质包括至少一个非织造片材，所述非织造片材包含聚合物纤维，其中所述非织造片材具有0.5至1.5m2/g的表面积，并且相对于未经受磺化的介质，所述分隔体保留了其纵向(MD)拉伸强度的至少70％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.14 US 61/7261681.一种用于电化学电池的分隔体介质，所述分隔体介质包括至少一个非织造片材，所述非织造片材包含聚合物纤维，其中所述非织造片材具有0.5至1.5m2/g的表面积，等于或大于2.5倍中流量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸，其中所述分隔体介质通过包括下述步骤的方法获得：在205℃至220℃的纺丝温度下将12重量%至24重量%聚乙烯在纺丝剂中的溶液闪蒸纺丝以形成丛丝纤维束，并将所述丛丝纤维束收集成未粘结纤维网，其中所述纺丝剂由正戊烷与环戊烷的混合物组成；在温度处于124℃至154℃之间且定位成分开5cm至30cm之间的加热拉伸辊之间，将所述未粘结纤维网沿纵向单向拉伸，并拉伸3%至25%之间以形成经拉伸的纤维网；以及在温度处于124℃至154℃之间的加热粘结辊之间粘结所述经拉伸的纤维网以形成非织造片材，其中所述非织造片材具有0.5至约1.5m2/g的表面积，以及所述方法还包括在粘结所述经拉伸的纤维网后使所述非织造片材磺化。2.根据权利要求1的分隔体介质，其中相对于未经受磺化的介质，所述分隔体保留了其纵向（MD）拉伸强度的至少70%。3.根据权利要求1所述的分隔体介质，其中所述聚合物纤维是磺化的并含有至少0.67重量%的硫。4.根据权利要求1所述的分隔体介质，其中所述聚合物纤维具有非圆形截面。5.根据权利要求1所述的分隔体介质，其中所述非织造片材具有0.5至1.0m2/g的表面积。6.根据权利要求1所述的分隔体介质，其中所述非织造片材由纤维组成，100%的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：HS林，P阿罗拉，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US