一种碱性电池隔膜纸的制备方法

权利要求书

1.一种碱性电池隔膜纸的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）称取聚丙烯纤维和ES 纤维，其中聚丙烯纤维：ES 纤维的质量份数比为3～8：1～6。

（2）取聚丙烯纤维放入纤维标准疏解器中，加入水，聚丙烯纤维与水的质量比为1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（3）取ES 纤维放入装有聚丙烯纤维浆料的纤维标准疏解器中，加入水，使混合纤维在水中的质量分数为0.5%～1%， 然后继续疏解20 000～25 000 r，待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（4）将浆料悬浮液移至配浆池，再加水配成质量分数为0.2%～0.5%，搅拌10～30 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（5）将步骤（4）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅，湿纸幅经过压榨脱水处理后，最后经过干燥处理，得到干燥纸幅；压榨的具体条件为，正压1～10 min，反压1～10 min；干燥温度为80～98 ℃，得干燥纸幅。

（6）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得碱性电池隔膜纸。

2.根据权利要求1 所述的碱性电池隔膜纸的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中加水配成质量分数为0.2%～0.5%，然后加入不同种类的化学助剂，再进行搅拌。

3.根据权利要求2 所述的碱性电池隔膜纸的制备方法，其特征在于所述化学助剂为聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纤维素。

4.根据权利要求2 所述的碱性电池隔膜纸的制备方法， 其特征在于所述化学助剂的加入量为相对于绝干纤维浆料质量的0.5%～1.5%。

5. 根据权利要求1 至4 任一项所述的碱性电池隔膜纸的制备方法， 其特征在于所述聚丙烯纤维的纤维长度为1～6 mm， 纤维宽度为2～4 μm； 所述ES纤维的纤维长度为1～4 mm，纤维宽度为10～16 μm。

技术领域

本发明属于特种纸加工与制造技术领域， 尤其是一种碱性电池隔膜纸的制备方法。

背景技术

随着环境问题的日益严重，清洁型汽车（如燃料电池汽车和电动汽车等）的研发已经备受关注。在清洁型汽车中， 可充电型的混合动力汽车可能被认为是最有前景的。 但是， 混合动力型汽车的电池必须具备优良的输出功率、高容量、寿命长等特点。 碱性电池以其优良的性能而成为混合动力型汽车的电源之一。 因此，高性能的碱性电池越来越受到重视。

目前，常用的碱性电池多以二氧化锰为正极，锌为负极，氢氧化钾为电解液，正负电极间有起到隔离作用的隔膜材料， 该材料称为电池隔膜纸。 电池隔膜纸是电池中最为薄弱的部分，位于电池的正、负极之间，其作用是对电子绝缘，允许离子透过，被称为电池的心脏， 其物理性能的优劣直接影响着电池的使用、贮存性能和使用寿命。 因此，常规的碱性电池隔膜纸需具备以下特点：（1）良好的隔离性能，即将电池的正负电极隔开， 防止正极和负极的活性物质直接接触，造成电池的内部短路；（2）良好的离子渗透性，以一定的孔径作为离子通道，要求隔膜纸对电子呈现出高电阻，而对离子呈低电阻，即保证离子迁移通畅；（3） 良好的电解液吸收性能与保液性能；（4）良好的化学稳定性，尤其是在电解液中的耐碱性，以确保隔膜纸在碱性条件下的稳定性；（5）具有一定的机械性能与韧性， 以满足连续生产的要求；（6）电池的适用温度一般为-20 ℃～80 ℃，要求隔膜纸在使用温度范围内尺寸稳定， 防止因变形而造成电池内部短路。

碱性电池隔膜纸的两大基本功能是隔离性能和离子导电性能。“枝晶”现象普遍存在于碱性电池中，而这种“枝晶”又很容易穿透孔径较大的隔膜纸，使得两电极间的活性物质直接接触， 从而导致电池内部短路，严重影响到电池的使用寿命、电池容量以及电池安全等性能。 为了防止“枝晶”引起的电池内部短路，碱性电池隔膜纸应具有较小的孔径，即隔膜纸孔径越小，隔离性能越好；孔隙率越高，储液性能越好，其离子导电性能也更好。 因此，常规的碱性电池隔膜纸通常采用化学稳定性良好的超细合成纤维制成， 使其具备有低孔径和高孔隙率的特点。 聚丙烯纤维隔膜具有孔隙率高、孔径小、化学纯度高、有害杂质少，以及非常好的耐酸碱性、抗氧化性和电阻小的特点。 但是，聚丙烯纤维间不存在纤维结合键，纤维只是相互的交织在一起， 因而隔膜纸纤维间不存在结合力，导致隔膜纸结合强度极低。

中国专利02147638.1 中披露了“一种碱性电池隔膜纸的制造方法”，该方法利用辊压复合的方法制得一种尼龙非纺织布和聚丙烯非纺织布复合膜，用作碱性电池隔膜。但是，这种复合隔膜并未有效地结合在一起，其稳定性能有限。

除专利外的其他资料表明，熔喷法、干法、湿法等工艺均可用于生产隔膜纸。 熔喷法制备的隔膜纸纤维直径小，但强度差；干法生产的隔膜纸品质较差；采用湿法生产的碱性电池隔膜纸具有紧度高、匀度好、成本低等特点。 因此，本发明以湿法工艺制造碱性电池隔膜纸。

通过检索， 尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种碱性电池隔膜纸的制备方法， 该方法采用聚丙烯纤维和ES 纤维为原料， 采用湿法成型工艺制备匀度较佳的纸页， 然后采用热压处理的方法制备碱性电池隔膜纸， 制备得到的碱性电池隔膜纸具有高强度、高孔隙率、高吸碱率等性能。 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）称取聚丙烯纤维和ES 纤维，其中聚丙烯纤维：ES 纤维的质量份数比为3～8∶1～6。

（2）取聚丙烯纤维放入纤维标准疏解器中，加入水，聚丙烯纤维与水的质量比为1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（3）取ES 纤维放入装有聚丙烯纤维浆料的纤维标准疏解器中，加入水，使混合纤维在水中的质量分数为0.5%～1%， 然后继续疏解20 000～25 000 r，待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解， 得浆料悬浮液。

（4）将浆料悬浮液移至配浆池，再加水配成质量分数为0.2%～0.5%，搅拌10～30 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（5）将步骤（4）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅， 湿纸幅经过压榨脱水处理后， 最后经过干燥处理，得到干燥纸幅；压榨的具体条件为，正压1～10 min，反压1～10 min；干燥温度为80～98 ℃，得干燥纸幅。

（6）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得碱性电池隔膜纸。

而且，所述步骤（4）中加水配成质量分数为0.2%～0.5%，然后加入不同种类的化学助剂，再进行搅拌。

而且， 所述化学助剂的加入量为相对于绝干纤维浆料质量的0.5%～1.5%。

而且，所述化学助剂为聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纤维素。

而且，所述聚丙烯纤维的长度为1～6 mm，纤维宽度为2～4 μm；所述ES 纤维的长度为1～4 mm，纤维宽度为10～16 μm。

本发明取得的优点和积极效果是：

1.本方法采用聚丙烯纤维与低熔点纤维混合制备碱性电池隔膜纸，其中低熔点纤维选用了聚乙烯/聚丙烯双组分皮芯结构（Ethylene-Propylene Side By Side，简称ES）纤维，利用ES 纤维的皮、芯层的熔点不同，即一定温度下，ES 纤维的皮层熔化，而芯层不熔化，不同纤维的皮层可以有机的黏结在一起，从而达到隔膜纸强度增强的目的， 制备得到的碱性电池隔膜纸具有高强度、高孔隙率、高吸碱率等性能。

2.本方法的浆料由聚丙烯纤维和ES 纤维按一定比例混合。聚丙烯纤维的应用有利于提高碱性电池隔膜的致密性和耐碱性，超细的结构有利于保障电池隔膜纸孔径与化学稳定性；采用湿法成型制备隔膜纸时，由于聚丙烯纤维密度小，易絮聚，纸页匀度差，采用ES 纤维与聚丙烯纤维混合抄造隔膜纸时，一方面，ES 纤维刚性比聚丙烯纤维大，若将ES 纤维与聚丙烯纤维配抄，刚性的ES 纤维可以阻碍聚丙烯纤维絮聚，可以改善纸页匀度；另一方面，在热压处理纸页的过程中，由于ES 纤维在一定温度和压强下纤维表皮熔化，使纤维之间能黏结到一起，隔膜纸的强度得到提升，且两种材料均具备良好的耐腐蚀性。

3. 本方法采用湿法成型工艺可以制备紧度高、匀度好的隔膜纸，不仅提高了纸页的强度，也降低了隔膜纸的孔径，增强了电池隔膜纸抵抗ZnO“枝晶”穿透的能力，而且该工艺操作简单、方便，成本较低。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）取质量份数为80 份的聚丙烯纤维，放入纤维标准疏解器中，加入适量水，使聚丙烯纤维与水的质量比为1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（2）取质量份数为20 份的ES 纤维放入已分散完聚丙烯纤维的纤维标准疏解器中，加入适量水，使混合纤维在水中的质量分数为0.5%，然后继续疏解20 000 r， 待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（3）将浆料悬浮液转移至配浆池，再加水配成质量分数为0.3%，加入0.5%(相对于绝干浆料质量)的化学助剂PEO，搅拌10 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（4）将步骤（3）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅， 湿纸幅经过压榨脱水处理， 最后经过干燥处理，得到干燥纸幅；压榨具体条件为，正压5 min，反压2 min；干燥温度为94 ℃。

（5）将干燥后的纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为135 ℃和0.3 MPa， 最后得到碱性电池隔膜纸。

检测结果：在上述条件下制备出来的碱性电池隔膜纸，定量为50.12 g/m2，抗张指数为22.93 N·m/g，吸碱率为276.7%，耐碱损失为0.52%，最大孔径为37.92 μm，平均孔径为18.40 μm，孔隙率为47.7%，透气度为119.94 L/（m2·s）。

实施例2

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）取质量份数为70 份的聚丙烯纤维，放入纤维标准疏解器中，加入适量水，使聚丙烯纤维与水的质量比为1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（2）取质量份数为30 份的ES 纤维放入已分散完聚丙烯纤维的纤维标准疏解器中，加入适量水，使混合纤维在水中的质量分数为0.5%，然后继续疏解20 000 r， 待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（3）将浆料悬浮液转移至配浆池，再加水配成质量分数为0.3%，搅拌15 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（4）将步骤（3）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅， 湿纸幅经过压榨脱水处理， 最后经过干燥处理，得到干燥纸幅。 压榨具体条件为，正压5 min，反压2 min；干燥温度为94℃。

（5）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为150 ℃，0.5 MPa， 最后得到碱性电池隔膜纸。

检测结果：在上述条件下制备出来的碱性电池隔膜纸，定量为50.00 g/m2，抗张指数为38.81 N·m/g，吸碱率为248.1%， 耐碱损失为0.82%， 最大孔径为35.66 μm，平均孔径为15.23 μm，孔隙率为38.6%，透气度为49.83 L/（m2·s），。

实施例3

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）取质量份数为65 份的聚丙烯纤维，放入纤维标准疏解器中，加入适量水，使聚丙烯纤维与水的质量比为1∶200；然后疏解15 000 r，使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（2）取质量份数为35 份的ES 纤维放入已分散完聚丙烯纤维的纤维标准疏解器中，加入适量水，使混合纤维在水中的质量分数为0.7%，然后继续疏解23 000 r， 待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（3）将浆料悬浮液转移至配浆池，再加水配成质量分数为0.3%，加入0.5%(相对于绝干浆料质量)的化学助剂CMC，搅拌10 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（4）将步骤（3）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅，湿纸幅经过压榨脱水处理，最后经过干燥处理，得到干燥纸幅。 压榨具体条件为，正压10 min，反压10 min；干燥温度为80 ℃。

（5）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为100 ℃，1 MPa，最后得到碱性电池隔膜纸。

检测结果： 在上述条件下制备出来的碱性电池隔膜纸，定量为50.00 g/m2，抗张指数为29.29N·m/g，吸碱率为306.4%，耐碱损失为0.63%，最大孔径为45.65 μm，平均孔径为19 μm，孔隙率为48.7%，透气度为190.83 L/（m2·s）。

实施例4

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）取质量份数为30 份的聚丙烯纤维，放入纤维标准疏解器中，加入适量水，使聚丙烯纤维与水的质量比为1∶250；然后疏解18 000 r，使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（2）取质量份数为10 份的ES 纤维放入已分散完聚丙烯纤维的纤维标准疏解器中，加入适量水，使混合纤维在水中的质量分数为1%， 然后继续疏解25 000 r， 待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（3）将浆料悬浮液转移至配浆池，再加水配成质量分数为0.5%，加入1%(相对于绝干浆料质量)的化学助剂PAM，搅拌30 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（4）将步骤（3）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅， 湿纸幅经过压榨脱水处理， 最后经过干燥处理，得到干燥纸幅。 压榨具体条件为，正压1 min，反压1 min；干燥温度为90 ℃。

（5）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为160 ℃，0.9 MPa， 最后得到碱性电池隔膜纸。

检测结果： 在上述条件下制备出来的碱性电池隔膜纸，定量为50.14 g/m2，抗张指数为38.66 N·m/g，吸碱率为287.3%，耐碱损失为0.83%，最大孔径为39.21 μm，平均孔径为15.50 μm，孔隙率为46.4%，透气度为176.67 L/（m2·s）。

实施例5

一种碱性电池隔膜纸的制备方法，步骤如下：

（1）取质量份数为40 份的聚丙烯纤维，放入纤维标准疏解器中，加入适量水，使聚丙烯纤维与水的质量比为1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮状聚丙烯纤维分散开，从而形成聚丙烯纤维浆料。

（2）取质量份数为60 份的ES 纤维放入已分散完聚丙烯纤维的纤维标准疏解器中，加入适量水，使混合纤维在水中的质量分数为0.5%，然后继续疏解20 000 r， 待混合纤维完全分散无絮聚点后停止疏解，得浆料悬浮液。

（3）将浆料悬浮液转移至配浆池，再加水配成质量分数为0.3%，加入1.5%(相对于绝干浆料质量)的化学助剂PEO，搅拌15 min，待搅拌均匀后即为混合纤维浆料。

（4）将步骤（3）中的混合纤维浆料进行抄造得湿纸幅， 湿纸幅经过压榨脱水处理， 最后经过干燥处理，得到干燥纸幅。 压榨具体条件为，正压5 min，反压2 min；干燥温度为94 ℃。

（5）将干燥纸幅进行热压处理，热压温度和热压强度分别设定为135 ℃，0.5 MPa， 最后得到碱性电池隔膜纸。

检测结果：在上述条件下制备出来的碱性电池隔膜纸，定量为50.05 g/m2，抗张指数为44.01 N·m/g，吸碱率为357.4%，耐碱损失为0.78%， 最大孔径为52.01 μm，平均孔径为16.15 μm，孔隙率为56.1%，透气度为195.61 L/（m2·s）。

以上描述了本发明的基本原理和主要特征。本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例描述只是说明本发明的基本原理， 在不脱离本发明精神和范围内的前提下， 本发明将会有各种变化和改进， 这些变化和改进都会落入要求保护的本发明范围内。