磺化电池隔膜制造技术

磺化电池隔膜属于一种镍氢动力电池隔膜的制造技术。由隔膜基布及其外表面磺化处理的磺酸基均匀地接枝在表面组成，其特征在于隔膜基布是由有机纤维作为第一成分，第二成分为无机纤维，第三成分为无机金属氧化物粉末，第四成分为有机粘合剂，上述四种成分可以同时包含，或者单独只有第一成分，或者第一成分和其它三种成分中的一种或两种合理搭配组成，经过湿法造纸或干法梳理工艺成型，水刺加固，制成单层隔膜基布。优点是热缩率低，抗氧化性能好；抗拉强度大；降低了热收缩率，提高了耐高温性能，而且也提高了吸液量，加快了离子传递速度，降低了内阻，提高了荷电保持率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镍氢动力电池隔膜的制造技术，具体说是一种磺化电池隔膜。(二)
技术介绍
随着社会经济的快速发展，世界燃料日益枯竭，同时人们对环境保护要求越来越 高，镍氢电池已成为目前最具发展前景的绿色能源电池之一。随着镍氢电池在电动汽车 特别是混合动力车辆上的成功应用，对电池的性能提出了更高的要求，不仅要具有大功率 的输入和输出能力，而且电池要具有良好的常温与高温下的荷电保持能力。电池隔膜作为 镍氢电池不可缺少的重要组成部分，其性能的优劣对电池的容量，充放电性能，自放电和循 环使用寿命等方面都产生较大的影响。因此各方面性能更加优异的磺化电池隔膜的研制显 得愈发重要。 电池隔膜各种材料的搭配，隔膜的后处理工艺，对电池隔膜的性能指标影响很大。 目前电池隔膜的主要材料组成，有聚酰胺纤维、维纶纤维、聚烯烃纤维和部分无机 纤维。从综合性能分析，聚烯烃纤维及部分无机纤维因其具有较高耐温性，良好的耐碱性、 抗氧化性和绝缘性，而且材料价格低廉，所以最适合制造电池隔膜。但是表面未经改性处理 的聚烯烃纤维隔膜由于其碳氢结合物缺少极性基团，亲水性差，造成电池内阻大，不利电极 间离子传递，影响电池容量和循环寿命。为发挥聚烯烃纤维隔膜的优点，必须对聚烯烃纤维 隔膜进行亲水处理，以增加隔膜吸收电解液能力。目前亲水处理所使用的方法，主要有磺化 处理和等离子体接枝处理方法。等离子体处理方法处理的隔膜，存在着自放电大和内阻偏 高缺陷，而经磺化处理的隔膜在电池使用中性能优良，表现在荷电保持率高，内阻小，特别 适合于镍氢电池及其它大电流放电的电池。2006年第l期《过程工程学报》中的《隔膜对镍 氢电池大电流放电性能的影响及特征》一文中详细进行综合对比，得出磺化隔膜在镍氢电 池中大电流放电性能优良；2009年第2期《有色金属》中的《隔膜对MH/Ni电池容量、内阻 和自放电的影响》 一文中就几种隔膜对电池性能的影响对比试验得出，采用磺化电池隔膜 可以改善MH/Ni电池的性能。因此经磺化处理的电池隔膜，是目前镍氢动力电池的首选隔 膜材料。现在磺化处理的工艺主要有发烟硫酸、浓硫酸、氯磺酸、三氧化硫等处理方式。申 请号为200610015843. 4、公开号为CN1747199A的中国专利技术专利申请《一种镍氢电池隔膜的 制备方法及其制品》，公开了一种含有低密度聚乙烯的聚烯烃纤维隔膜，缺点是选用浓硫酸 进行磺化处理工艺，该工艺对温度、时间的控制要求非常严格，选用浓硫酸做试剂会产生大 量的废酸，处理费用大且成本高。申请号为00108570. 0、公开号为CN1294416A的中国专利 申请《电池隔膜极其电池》，公开了使用了甲基戊烯和聚烯烃两类材料及其形成的分割型超 细纤维制成的隔膜，缺点是使用发烟硫酸等磺化剂进行了磺化处理，超细纤维易碳化，隔膜 强度降低，生产成本高，而且没有给出具体的磺化工艺及条件。 电池隔膜的磺化处理，隔膜基布中使用不同的材料及不同的纤维搭配方式，使用 不同的磺化处理工艺及条件，对电池隔膜的各方面性能指标有着较大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有电池隔膜细纤维易碳化，高温收縮率大等影响电池 性能指标的缺点，提出一种高温收縮率低、高保液性、高透气性、高荷电保持率的磺化电池 隔膜。 本专利技术目的由以下技术方案实现该磺化电池隔膜，由隔膜基布及其外表面磺化 处理的磺酸基均匀地接枝在表面组成，其特征在于隔膜基布是由有机纤维作为第一成分， 第二成分为无机纤维，第三成分为无机金属氧化物粉末，第四成分为有机粘合剂，上述四种 成分可以同时包含，或者单独只有第一成分，或者第一成分和其它三种成分中的一种或两 种合理搭配组成，经过湿法造纸或干法梳理工艺成型，水剌加固，制成单层隔膜基布，隔膜 基布中的第一成分和第二成分的纤维排列是随机的，纤维之间充满第三成分和第四成分， 单层隔膜基布经过两层以上热轧、涂布粘合或热风复合，制得隔膜基布。 磺化处理所用的磺化剂可以是发烟硫酸、浓硫酸、二氧化硫、三氧化硫，优选为三 氧化硫。 使用95%以上浓度的气态三氧化硫对隔膜基布进行磺化处理，磺化完毕后再进行 减洗、水洗、添加表面活性剂，并压轧到标称厚度，即得到磺化电池隔膜。 第一成分有机纤维是聚烯烃纤维，聚烯烃皮芯型纤维，即皮为聚乙烯，芯为聚丙 烯，及聚丙烯超细纤维，纤维直径为3 ii m 15 ii m其长度在5mm 51mm范围内。在第一成 分优选时，考虑到纤维过细，在进行磺化处理时，会引起碳化而使隔膜强度降低，从而效果 不好，因此优选纤维直径在3 ii m 15 ii m之间。 第二成分无机纤维是氧化锆纤维、氧化钛纤维、氧化镁纤维，纤维直径是纳米级的 或微米级的，纤维长度在2mm 51mm范围内，优选是氧化锆纤维。 第三成分是无机金属氧化物，是纳米级的或者是微米级的氧化锆粉末、氧化钛粉末、氧化镁粉末、镧系元素氧化物粉末，优选是氧化钛粉末。 第四成分有机粘合剂为液态无规聚丙烯，其浓度为5% 30%。 第三成分与第四成分，按一定重量比可以搭配制成标准粘合剂，即氧化锆、氧化钛、氧化镁、镧系元素氧化粉末，其中一种或几种与浓度为5% 30%的液态无规聚丙烯进行充分合成，其中金属氧化物含量为0. 5% 50%，优选为10%，液态无规聚丙烯为90%。 隔膜基布仅有第一成分，按一定重量比搭配聚烯烃皮芯型纤维50% 90%，搭配聚丙烯超细纤维10% 50%，优选为聚烯烃皮芯型纤维70%，聚丙烯超细纤维30%，制成面密度40g/m2 70g/m2的隔膜基布，优选为55g/m2的隔膜基布。 隔膜基布由第一成分聚烯烃皮芯型纤维制成面密度40g/tf 70g/tf的基布，优选 为60g/m2，再涂布第四成分有机粘合剂或标准粘合剂，涂布量0 40g/m2，优选为20g/m2，组 成隔膜基布。 隔膜基布由第一成分和第二成分按重量比可以搭配成有机纤维70% 99. 9%， 无机纤维0. 1 % 30 % ，优选为聚烯烃纤维80 % ，氧化锆20 % ，组成隔膜基布40g/m2 70g/ 1112，优选为60g/m2。 将上述由第一成分和第二成分按重量比搭配成的隔膜基布，再涂布有机粘合剂或标准粘合剂0 40g/m2，是又一种面密度45g/m2 75g/m2的隔膜基布，。 其磺化程度与被处理表面磺酸基团中(_S03H)的硫原子(S)数，氧原子(0)数以及碳原子(C)数之间比率有相互关系，其中以0/C比进行标称，0/C比在0. 05 0. 2以内， 其中的0不包含金属氧化物、无机纤维和表面活性剂中的0。 将前述中的任一种隔膜基布组成的电池隔膜装入电池，都可以改善自身放电性 能，特别适用于混合动力汽车(HEV)。 前述的任意一种电池隔膜基布，都可以成为独立的电池隔膜基布，使用95%以上 浓度的气态三氧化硫对隔膜基布进行磺化处理，磺化完毕后再进行减洗、水洗、添加表面活 性剂，并压轧到标称厚度，即得到磺化电池隔膜。 本专利技术的优点是采用不同有机纤维搭配、或有机纤维和无机纤维搭配，填充无机 金属氧化物并涂布有机粘合剂，再使用三氧化硫进行磺化处理，是一种以前没有的技术手 段。由于采用了有机纤维和无机纤维搭配得方式，所以热縮率低，抗氧化性能好；因采用了 液态无规聚丙烯有机粘合剂及合理的磺化方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磺化电池隔膜，由隔膜基布及其外表面磺化处理的磺酸基（５）均匀地接枝在表面组成，其特征在于隔膜基布是由有机纤维（１）作为第一成分，第二成分为无机纤维（２），第三成分为无机金属氧化物粉末（３），第四成分为有机粘合剂（４），上述四种成分可以同时包含，或者单独只有第一成分，或第一成分和其它三种成分中的一种或两种合理搭配组成，经过湿法造纸或干法梳理工艺成型，水刺加固，制成单层隔膜基布，隔膜基布中的第一成分和第二成分的纤维排列是随机的，纤维之间充满第三成分和第四成分，单层隔膜基布经过两层以上热轧、涂布粘合或热风复合，制得隔膜基布。

【技术特征摘要】
一种磺化电池隔膜，由隔膜基布及其外表面磺化处理的磺酸基(5)均匀地接枝在表面组成，其特征在于隔膜基布是由有机纤维(1)作为第一成分，第二成分为无机纤维(2)，第三成分为无机金属氧化物粉末(3)，第四成分为有机粘合剂(4)，上述四种成分可以同时包含，或者单独只有第一成分，或第一成分和其它三种成分中的一种或两种合理搭配组成，经过湿法造纸或干法梳理工艺成型，水刺加固，制成单层隔膜基布，隔膜基布中的第一成分和第二成分的纤维排列是随机的，纤维之间充满第三成分和第四成分，单层隔膜基布经过两层以上热轧、涂布粘合或热风复合，制得隔膜基布。2. 按照权利要求l所述的磺化电池隔膜，其特征在于第一成分有机纤维是聚烯烃 纤维，聚烯烃皮芯型纤维，即皮为聚乙烯，芯为聚丙烯，及聚丙烯超细纤维，纤维直径为 3 ii m 15 ii m其长度在5mm 51mm范围内。3 按照权利要求1所述的磺化电池隔膜，其特征在于第二成分无机纤维是氧化锆纤维、 氧化钛纤维、氧化镁纤维，纤维直径是纳米级的或微米级的，纤维长度在2mm 51mm范围 内，优选是氧化锆纤维。4. 按照权利要求1所述的磺化电池隔膜，其特征在于第三成分是无机金属氧化物，是 纳米级的或者是微米级的氧化锆粉末、氧化钛粉末、氧化镁粉末、镧系元素氧化物粉末，优 选是氧化钛粉末。5. 按照权利要求1所述的磺化电池隔膜，其特征在于第四成分有机粘合剂为液态无规 聚丙烯，其浓度为5% 30%。6. 按照权利要求l所述的磺化电池隔膜，其特征在于第三成分与第四成分，按一定 重量比可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：方开东，徐继亮，
申请(专利权)人：莱州联友金浩新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]