适合于电化学电池单元的包含芳族聚酰胺浆粕的纸及由其制成的电化学电池单元制造技术

一种适合在电化学电池单元中使用或与电化学电池单元一起使用的用作隔膜或隔热材料或隔火材料的纸，以及包括该纸的电化学电池单元，该纸具有90至99重量百分比的包含芳族聚酰胺聚合物原纤维的芳族聚酰胺纤维浆粕和1至10重量百分比的作为涂层存在于这些纤维的表面上的聚乙烯吡咯烷酮，该纸具有10至40微米的厚度以及至少15兆帕或更大的拉伸强度。度以及至少15兆帕或更大的拉伸强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】适合于电化学电池单元的包含芳族聚酰胺浆粕的纸及由其制成的电化学电池单元
[0001]优先权数据
[0002]本申请是2018年10月22日提交的美国申请序列号16/166,296的部分继续申请，该申请要求2017年11月1日提交的美国临时申请序列号62/580,009的优先权。

技术介绍

[0003]本专利技术涉及一种包含芳族聚酰胺浆粕和聚乙烯吡咯烷酮的原纸。所述纸当涂覆有树脂时可用作摩擦材料。在一些其他实施例中，纸本身(原纸)适合在电化学电池单元中用作电解质隔膜或用作隔热材料或隔火材料。
[0004]授予Lee的美国专利号5,532,059公开了一种聚(对苯二甲酰对苯二胺)和聚(乙烯吡咯烷酮)的组合的纤维浆粕及其制造方法。所述方法涉及在聚(乙烯吡咯烷酮)存在下进行聚(对苯二甲酰对苯二胺)聚合反应，并且产物是具有增加的原纤维而没有纤维秆(stalks)的改进的浆粕。
[0005]授予Martin的美国专利号3,036,950描述了一种在经打浆的纤维素浆粕纤维上沉积水分散性树脂的方法，所述方法包括首先将聚乙烯吡咯烷酮分散到所述纤维的水性浆料中，以及随后将所述树脂分散到所述浆料中，所述聚乙烯吡咯烷酮的添加量基于所述浆粕纤维的干重为至少约0.05重量％。
[0006]授予Ramachandran的美国专利号6,139,688教导了一种经涂覆的芳族聚酰胺纤维，其中涂层是少量的壳聚糖，并且所述经涂覆的纤维可用于制造改进的摩擦纸。
[0007]一直需要提供一种用于摩擦应用的纸，以及同样适合在电化学电池单元中使用或与电化学电池单元一起使用的纸；也就是说，适合作为电化学电池单元中的隔膜(通常称为电池隔膜)的纸，其还可以在非常高的温度下工作；或者可以用作电化学电池单元或含有多个电化学电池单元的电化学模块内或周围的隔热材料或阻火材料的纸，其中纸的拉伸强度可得到提高。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及一种适合用作电化学电池单元的隔膜或隔热材料的纸，该纸包含：
[0009]a)基于所述纸的总重量，90至99重量百分比的芳族聚酰胺纤维浆粕，所述芳族聚酰胺纤维浆粕包含芳族聚酰胺聚合物原纤维，其中所述芳族聚酰胺聚合物原纤维具有：i)10至2000纳米的直径、ii)0.2至3毫米的长度、iii)3至40平方米/克的比表面积、以及iv)0至100毫升的加拿大标准游离度；以及
[0010]b)基于所述纸的总重量，1至10重量百分比的作为涂层存在于所述纤维的表面上的聚乙烯吡咯烷酮，所述涂层既不以化学方式也不以静电方式结合到所述纤维上；所述纸具有10至40微米的厚度和至少15兆帕或更大的拉伸强度。
[0011]本专利技术还涉及一种电化学电池单元或电化学电池单元模块，其包括作为电解质隔膜或作为隔热材料或隔火材料的纸，所述纸包含：
[0012]a)基于所述纸的总重量，90至99重量百分比的芳族聚酰胺纤维浆粕，所述芳族聚酰胺纤维浆粕包含芳族聚酰胺聚合物原纤维，其中所述芳族聚酰胺聚合物原纤维具有：i)10至2000纳米的直径、ii)0.2至3毫米的长度、iii)3至40平方米/克的比表面积、以及iv)0至100毫升的加拿大标准游离度；以及
[0013]b)基于所述纸的总重量，1至10重量百分比的作为涂层存在于所述纤维的表面上的聚乙烯吡咯烷酮，所述涂层既不以化学方式也不以静电方式结合到所述纤维上；
[0014]所述纸具有10至40微米的厚度和至少15兆帕或更大的拉伸强度。
附图说明
[0015]图1是聚对苯二甲酰苯二胺(PPD
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T)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原纤维的数码照片。
[0016]图2是可商购的PPD
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T浆粕的图示。
[0017]图3是将PPD
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T/PVP长丝对比PPD
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T长丝中的孔分布进行比较的图示。
具体实施方式
[0018]尽管本专利技术能够以各种形式实施，但是以下对几个实施例的描述是在理解本公开应被认为是本专利技术的范例的情况下进行的，并且不旨在将本专利技术限制于所示的具体实施例。提供标题仅仅是为了方便，而不应以任何方式解释为限制本专利技术。在本公开的任何标题下或任何部分中示出的实施例可以与在本公开的相同或任何其他标题或其他部分下示出的实施例组合。
[0019]除非本文另有指示或在其他方面与上下文明显矛盾，否则本专利技术包括本文所述的要素以其所有可能变型的任何组合。
[0020]定义
[0021]如本文所用，术语“纸”以其正常含义使用，并且是指使用常规湿法造纸工艺和设备制备的非织造片材。在本公开的上下文中，纸也可互换地称为“原纸”。除非本文中另有具体说明，否则词语“纸”和“原纸”都被认为包含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)涂层。
[0022]如本文所述的“摩擦纸”是包含如上所述的原纸和另外地不同于PVP涂层的摩擦树脂涂层的复合物。
[0023]所谓“浆粕”，关于它在摩擦纸中的用途，意指具有秆和从秆延伸的原纤维的芳族聚酰胺材料的颗粒，其中秆通常为柱状并且直径为约10至50微米，并且原纤维是直径仅为几分之一微米或几微米的附接到秆上的且长度为约10至100微米的毛发状构件。在造纸中，浆粕上的原纤维对起到钩或紧固件的作用以将相邻颗粒保持在纸中并为纸结构提供完整性非常重要。本文所用的浆粕的表面积为0.5至20平方米/克。芳族聚酰胺浆粕可以例如通过精制芳族聚酰胺絮凝物或如美国专利号5,202,184中所述而制造。
[0024]絮凝物通常包括通过在没有明显的原纤化的情况下将连续的长丝纤维切成短的长度所制成的短纤维。尽管短纤维的长度可以是几乎任何长度，但是合适的范围的实例对于加强纤维而言为从1mm至12mm，并且对于纺成纱线的短切纤维而言为从5mm至800mm。典型地，絮凝物的表面积为约0.08至0.6平方米/克。适用于本专利技术的短纤维是授予Hoiness的美国专利号5,474,842中公开的加强纤维。
[0025]如本文所用，术语“纤条体”意指小的薄膜状的基本上为二维颗粒的非常细分的聚
合物产品，其具有约100至1000微米的长度和宽度以及约0.1至1微米的厚度。
[0026]在本申请的上下文中，术语芳族聚酰胺包括其中至少85％的酰胺(
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CONH
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)键直接附接至两个芳环的聚合物。添加剂可以与芳族聚酰胺一起使用；并且已经发现，可以将最高多达10重量％的其他聚合物材料与芳族聚酰胺共混，或者可以使用共聚物，这些共聚物具有多达10％的替代芳族聚酰胺的二胺的其他二胺或多达10％的替代芳族聚酰胺的二酰氯的其他二酰氯。对位芳族聚酰胺是本专利技术纤维中的示例性聚合物，并且聚(对苯二甲酰对苯二胺)(PPD
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T)是优选的对位芳族聚酰胺。另一种合适的芳族聚酰胺型纤维是基于芳族共聚酰胺的纤维，如通过对苯二甲酰氯(TPA)与对苯二胺(PPD)和3,4'
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二氨基二苯醚(DPE)的组合混合物(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纸，其适合用作电化学电池单元的隔膜或隔热材料或隔火材料，所述纸包含：a)基于所述纸的总重量，90至99重量百分比的芳族聚酰胺纤维浆粕，所述芳族聚酰胺纤维浆粕包含芳族聚酰胺聚合物原纤维，其中所述芳族聚酰胺聚合物原纤维具有：i)10至2000纳米的直径，ii)0.2至3毫米的长度，iii)3至40平方米/克的比表面积，以及iv)0至100毫升的加拿大标准游离度；以及b)基于所述纸的总重量，1至10重量百分比的作为涂层存在于所述纤维的表面上的聚乙烯吡咯烷酮；所述纸具有10至40微米的厚度和至少15兆帕或更大的拉伸强度。2.如权利要求1所述的纸，其具有100兆帕或更小的拉伸强度。3.如权利要求1所述的纸，其具有0.01至0.5微米的平均流量孔径。4.如权利要求1所述的纸，其中，所述芳族聚酰胺聚合物原纤维具有10至1200纳米的直径。5.如权利要求1所述的纸，其中，所述芳族聚酰胺聚合物原纤维包含聚(对苯二甲酰对苯二胺)。6.如权利要求2所述的纸，其中，所述芳族聚酰胺聚合物原纤维包含聚合物的共混物，所述聚合物的共混物包含大于50重量百分比的聚(对苯二甲酰对苯二胺)和至少一种其他聚合物。7.如权利要求3所述的纸，其中，所述芳族聚酰胺聚合物原纤维包含聚合物的共混物，所述聚合物的共混物包含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)。8.如权利要求7所述的纸，其具有100兆帕或更小的拉伸强度。9.如权利要求7所述的纸，其具有0.01至0.5微米的平均流量孔径。10.如权利要求7所述的纸，其中，所述芳族聚酰胺聚合物原纤维具有10至1200纳米的直径。11.如权利要求7所述的纸，其进一步包含芳族聚酰胺纤条体，其中所述芳族聚酰胺纤条体以基于所述纸中芳族聚酰胺聚合物浆粕重量的最高达5重量百分比的量存在。12.如权利要求7所述的纸，其进一步包含芳族聚酰胺絮凝物。13.一种电化学电池单元或电化学电池单元模块，所述电化学电池单元或电化学电池单元模块包括作为电解质隔膜或作为隔热材料或隔火材料的纸，所述纸包含：a)基于所述纸的总...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：杜邦安全与建筑公司，
类型：发明
国别省市：