用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池隔膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]排氣式方形鎳鎘電池是一類重要的大型堿性電池，由于其性能穩(wěn)定、可靠、安全，大量應(yīng)用于航空、高鐵、船舶及軍工等領(lǐng)域作為備用電源。隔膜是電池的關(guān)鍵組件，對(duì)電池的裝配工藝、性能及安全可靠性具有重要影響。傳統(tǒng)的排氣式方形鎳鎘電池主要以聚乙烯接枝膜為芯層，以尼龍織物為面層，通過疊合用作隔膜。實(shí)際使用過程表明，這種隔膜及其應(yīng)用方法存在以下幾項(xiàng)缺陷:(1)電池裝配過程復(fù)雜，容易出現(xiàn)尼龍織物面層與聚乙烯接枝膜芯層的局部錯(cuò)位或皺褶，影響電池性能，甚至造成短路。(2)尼龍布儲(chǔ)液性能差，電池長(zhǎng)期高溫工作后，容易造成尼龍布老化、失去儲(chǔ)液功能。(3)芯層聚乙烯接枝膜無孔結(jié)構(gòu)，面電阻相對(duì)較高，影響電池放電性能；無透氣性，充電過程生成的氧氣和氫氣會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)壓增高、并通過排氣閥排出，導(dǎo)致失水快，需頻繁補(bǔ)充電解液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜及其制備方法。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜，該復(fù)合隔膜由上、下面層和位于中間的芯層構(gòu)成的三層膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，芯層為具有微孔結(jié)構(gòu)的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布，面層為聚烯烴纖維非織布，所述聚烯烴纖維非織布為具有皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，芯層為聚丙烯，皮層為聚乙烯，復(fù)合隔膜的面層與芯層通過聚烯烴纖維非織布皮層的聚乙烯熱粘合在一起，復(fù)合隔膜的厚度為0.15-0.5mm。
[0005]該隔膜的表面含有經(jīng)輻射接枝所獲得的羧基和/或磺酸基官能團(tuán)。
[0006]上述的用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)將聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布作為芯層，將兩層聚烯烴纖維非織布作為面層，通過熱合機(jī)復(fù)合在一起制成隔膜基材，熱合溫度為130~150°C ;
(2)將步驟(I)制得的隔膜基材進(jìn)行γ_射線或電子束輻射，吸收劑量為15~50kGy;將輻射后的隔膜基材裝入接枝反應(yīng)器中，加入接枝液，加熱至反應(yīng)溫度進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)完畢后再經(jīng)水洗、烘干，得到接枝率為5°/『15%的隔膜基材；
(3)將步驟(2)得到的隔膜基材熱乳定型為厚度均勻的隔膜。
[0007]步驟(2)中接枝液與隔膜基材的質(zhì)量比為(2~6): 1，反應(yīng)溫度為40~90°C，反應(yīng)時(shí)間為3~8小時(shí)。
[0008]步驟(2)中接枝液由去離子水、潤(rùn)濕劑、丙烯酸和/或苯乙烯磺酸鈉組成，以質(zhì)量百分比計(jì)，其中，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82~94.5%，潤(rùn)濕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 -3.0%，丙烯酸和/或苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0-15.0%。
[0009]步驟(3)中熱乳溫度為80~140°C。
[0010]較好地，步驟(I)中的聚丙稀微孔膜厚度為16~45Pm (在此厚度范圍內(nèi)的聚丙稀微孔膜的面密度一般為5~20g/m2、微孔的平均孔徑為0.05~5μπι、孔率為40~60%)，聚丙烯熔噴布的面密度為10~30g/m2(面密度為10~30g/m2聚丙烯熔噴布其纖維直徑一般在0.5~5Mm的范圍內(nèi))；聚烯烴纖維非織布的面密度為20~50g/m2 (在此面密度范圍內(nèi)的聚烯烴纖維非織布的纖維直徑一般為10~20Mm)。
[0011 ] 本發(fā)明中的潤(rùn)濕劑屬于表面活性劑，可以是下述化合物中的一種或兩種以上化合物的混合物:十二烷基硫酸鈉、十二烷基醚硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烯基磺酸鹽等。
[0012]本發(fā)明中的熱復(fù)合是指將聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布作為芯層，將兩層聚烯烴纖維非織布作為面層，通過熱合機(jī)復(fù)合在一起制成隔膜基材。
[0013]隔膜基材的輻射接枝:將隔膜基材經(jīng)γ-射線或電子束輻照后，將其布裝入接枝反應(yīng)器中，密封，抽真空，然后將接枝液從接枝反應(yīng)器底部真空吸入接枝反應(yīng)器中，控制進(jìn)液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加熱至反應(yīng)溫度進(jìn)行接枝反應(yīng)；經(jīng)接枝反應(yīng)過程后的隔膜基材卷通過水洗機(jī)進(jìn)行清洗，去除未反應(yīng)物質(zhì)、均聚物和接枝液中的助劑，然后經(jīng)烘干機(jī)烘干。
[0014]本發(fā)明中的熱乳工序通過熱乳機(jī)完成，熱乳機(jī)由放卷機(jī)、熱乳輥、收卷機(jī)、加熱系統(tǒng)和電控系統(tǒng)構(gòu)成。
[0015]本發(fā)明具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn):
(1)三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使電池裝配過程變得簡(jiǎn)單易行，且不會(huì)出現(xiàn)面層與芯層的錯(cuò)位及皺褶；
(2)面層孔結(jié)構(gòu)豐富、孔率高，表面與電解液親和性好，儲(chǔ)液性能優(yōu)由于尼龍織物，克服了傳統(tǒng)隔膜易老化并失去儲(chǔ)液功能的缺點(diǎn)；
(3)芯層聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布具有微孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)輻射接枝賦予其內(nèi)外表面羧基和(或)磺酸基親水性官能團(tuán)，具有永久親水性，相對(duì)于聚乙烯微孔膜，面電阻更低，更有利于電池放電性能；具有微透氣功能，充電過程生成的氧氣和和氫氣可以透過隔膜復(fù)合成水，可以減少或避免失水，進(jìn)而減少補(bǔ)充電解液的頻次，有利于制造少維護(hù)或免維護(hù)的電池。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0017]實(shí)施例1
用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)以16Pffl厚的聚丙烯微孔膜為芯層，以30g/m2面密度的ES纖維濕法非織布為上下面層，采用熱合機(jī)，在溫度為150°C的條件下將三層膜復(fù)合在一起，形成隔膜基材；
(2)將此隔膜基材以展開狀態(tài)連續(xù)通過電子加速器輻照，控制電子加速器的束流量和隔膜基材的傳送速度，使隔膜基材接受的吸收劑量為20kGy ;
(3)將輻照后的隔膜基材裝入接枝反應(yīng)器中，密封，抽真空，然后將接枝液從接枝反應(yīng)器底部真空吸入接枝反應(yīng)器中，控制進(jìn)液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加熱至反應(yīng)溫度進(jìn)行接枝反應(yīng)，經(jīng)接枝反應(yīng)過程后的隔膜基材通過水洗機(jī)進(jìn)行清洗，去除未反應(yīng)物質(zhì)和均聚物，然后經(jīng)烘干機(jī)10tC烘干即得接枝率為11.6%的隔膜基材；接枝反應(yīng)條件為:接枝液與隔膜基材的質(zhì)量比為6:1，反應(yīng)溫度80°C，反應(yīng)時(shí)間8小時(shí)；接枝液的化學(xué)組成為:水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89.5%，辛基醇聚氧乙烯醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%，苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0% ；
(4)接枝后的隔膜基材經(jīng)熱乳機(jī)熱乳整理形成厚度為0.2±0.02mm的隔膜，熱乳溫度為 130。。。
[0018]將經(jīng)上述制備方法制得的復(fù)合隔膜經(jīng)檢測(cè):對(duì)于30wt%氫氧化鉀水溶液，其面電阻為72m Ω.cm2,吸液量為275%，吸液速率57s/2.5cm，透氣率為3.lmm/s，符合排氣式方形鎳鎘電池對(duì)隔膜的要求。
[0019]實(shí)施例2
用于排氣式方形鎳鎘電池的復(fù)合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)以45μπι厚的聚丙烯微孔膜為芯層，以50g/m2面密度的ES纖維濕法非織布為上下面層，采用熱合機(jī)，在溫度為150°C的條件下將三層膜復(fù)合在一起，形成隔膜基材；
(2)將隔膜基材置于鈷60γ-射線輻射源中，通過控制隔膜基材在輻照室中的位置和時(shí)間，使隔膜基材接受的吸收劑量為50kGy，輻照時(shí)間過半時(shí)，停止輻照，將隔膜基材做上下和前后翻轉(zhuǎn)，繼續(xù)進(jìn)行下半程輻照，以使隔膜基材接受輻照均勻；
(3)將