聚丙烯纤维在电池隔膜材料生产上的应用

丁大欢(云南农垦集团有限责任公司，云南 昆明 650051)

0 引言

长期以来，技术人员注重研究电池隔膜材料，通过多种防护，加强电池隔膜材料生产质量，优化产品性能，比如：磺化处理、等离子体处理、辐射接枝处理、表面活性剂处理等。在近几年发展中，推广应用聚丙烯纤维材料，能够显著提升产品效果。聚丙烯纤维质地轻、熔点低，耐碱性良好，因此被广泛应用到纺织品、非纺织品领域。聚丙烯纤维制作电池隔膜，抗氧化性优势显著。聚丙烯纤维，由湿法工艺制成品技术，可以满足设备特殊要求，所以聚丙烯纤维的应用仍然处于初步阶段。

1 聚丙烯纤维材料特点

聚丙烯纤维材料，能够应用到多个产业发展中，强度高、耐腐蚀性能强，且电绝缘性良好。材料密度约为0.9 g/cm3，属于轻质化学纤维。聚丙烯纤维材料电阻率高，约为7×10 Ω·cm，导热系数低。在电池隔膜材料应用中，能够发挥出材料使用优势，有助于提升电池隔膜材料生产质量[1]。

2 电池隔膜材料介绍

当前，我国电池产业发展进步大，并且形成成熟的工业体系，增长速度快。然而，高性能电池产业原材料，未实现国产化发展。电池隔膜材料，被称为电池“第三级”，技术难度高，基本依赖进口。电池隔膜是电池重要组成，材料性能对电池容量、使用寿命的影响大。储能工业、消费电子、新能源汽车领域发展，电池隔膜市场前景广阔。电池隔膜材料、原料开发与研究，是高性能电池产业发展的重要问题。技术专家注重研究电池隔膜材料问题，确保其具备小孔径优势，孔径分布窄，以此优化电池使用性能。

隔膜材料，是电池的重要组成，性能指标会极大影响电池质量、循环寿命、放电容量等。电池隔膜作用，是电池使用期间，隔离正负极，避免两极间形成电子通路，允许电解液离子通过。不管哪种隔膜材料、基本技术要求都相同，比如耐化学腐蚀性、保持电解液能力，隔膜厚度均匀，孔径、孔率基本相同。高性能电池品种开发，电池隔膜材料，多应用合成纤维、无机纤维原料。不同电池品种，隔膜材料选择的差别较大，需要多种纤维混合抄造。电池无汞化、二次电池、自动化生产线，都对电池隔膜要求高。湿法工艺，原料适应范围广，产品均匀性强，可以实现多种纤维混合使用特点。所以多数纤维质电池隔膜，均应用湿法工艺生产[2]。

适应生产碱性电池隔膜，选择聚丙烯、聚乙烯醇作为主体原料，具备良好的抗氧化性、耐碱性。聚酰胺纤维隔膜，是首次应用合成纤维生产隔膜，广泛应用到碱性电池生产中，耐氧化、耐碱腐蚀力强。在分子结构中，包含酰胺基团，会与水形成氢键，吸碱性能良好。聚酰胺纤维充放电时，降解度高，化学稳定性不足，导致电池存在严重充放电现象，对电池寿命影响大。

聚丙烯纤维的耐碱性良好，能够适应电池对隔膜性能的优势。聚丙烯纤维制作隔膜，是氢镍电池优选材料。聚丙烯材料的不足在于，分子不含亲水基团，吸液、保液性差，所以作为电池原材料时，必须做好亲水改性处理，以此满足应用要求。氢镍电池对隔膜的电解液吸收能力、存储能力要求高，离子导通能力强，能够控制正极氧气传输[3]。

3 聚丙烯纤维电池隔膜

在电池隔膜材料中，亲水改性属于热议话题。电池隔膜材料亲水改性，对电池隔膜材料质量影响大。当前，电池隔膜材料亲水改性中，涉及到较多技术方法，比如：表面活性剂处理、等离子体处理、磺化处理等。

3.1 制作方法

非织造工艺，均可以作为电池隔膜制作工艺。聚丙烯纤维制作电池隔膜，干法产品多为热轧非织造布，具备良好机械强度。纺粘非织造布，具备良好机械强度，然而分布不均匀。熔喷非织造布，虽然质地密度大，但是强度不足。现代科学技术支持下，电池逐渐朝着小型化、高容量发展，降低隔膜面密度，且不会导致电池锻炼，所以对隔膜厚度、面密度均匀性要求高。湿法非织造工艺，属于优质制造方法[4]。

3.2 亲水改性方法

亲水改性方法比较多，比如辐射接枝处理法、等离子体处理法、表面活性剂处理法。经过表面活性剂处理，亲水性效果不理想。应用湿法工艺加工时，表面活性剂溶解在水中。使用干法工艺制作织造布，之后处理电池隔膜，此时初期具备亲水性，在充放电之后，表面活性剂溶解在电解液中，隔膜亲水性不足。使用负荷接枝、等离子体、磺化处理电池隔膜，亲水性良好，且永久性强。国外应用磺化工艺比较多，低压等离子体处理工艺，可以应用到聚丙烯纤维电池隔膜制造中。

3.3 辐射接枝亲水改性法

在聚丙烯纤维电池隔膜中，辐射接枝亲水改性法应用比较多。该项技术应用接枝共聚反应，使用化学键方式，将亲水性单体、聚烯烃纤维结合在一起，以此加强聚烯烃纤维亲水性。60 Coγ射线，会引发接枝共聚反应，属于重要辐射源，高能物理射线、紫外线优势。比较分析不同辐射源可知，高能物理射线、紫外线的敷设穿透效果不佳，60 Coγ射线的接枝率高，且穿透力强，具备显著应用效果。

辐射接枝亲水改性法，按照辐射、接枝反应顺序，可以划分为预辐射法、共辐射法。其中，预辐射法主要是辐射聚丙烯，产生自由基，之后使用亲水性单体，在反应容器内，与聚丙烯材料相混合，引发接枝反应。共辐射法，是混合聚丙烯、亲水性单体后辐射。在辐射时，会产生接枝反应。通过试验研究可知，应用预敷设接枝工艺，会损伤聚丙烯强度。接枝反应后，后续接枝技术工艺复杂。共敷设法辐射、接枝完成后，接枝工艺较为简单[5]。

电池隔膜生产工艺，首先要加工聚丙烯纤维，使其成为非织造布，之后接枝改性。在纤维接枝后，加工为非织造布。部分学者研究非织造卷材接枝工艺，发现存在较多不合理问题。第一，非织造卷筒大小适宜，当卷筒较大时，则接枝容器大。接枝容器中，以接枝改性液为主，会增加运输难度。第二，改性液不能均匀渗透到卷筒内部，当卷筒较大时，则不良问题比较多。卷筒内外层非织造布接枝差异不均匀，内层非织造布无接枝。第三，接枝后成卷产品，需要经过洗涤、碱处理、干燥设备，因此该种方法多处理平张产品。应用纤维接枝后，抄造电池隔膜工艺路线。改性后，纤维洗涤便利性强。按照常规方法，能够生产卷筒产品，满足电池小型化发展，符合配套隔膜材料要求[6]。

4 聚丙烯纤维在电池隔膜材料中的注意事项

通过相关分析可知，电池隔膜材料生产中，应用聚丙烯纤维材料的价值显著。对于新的生产材料。尽管电池隔膜材料生产优势强，然而生产过程的不良因素比较多，对电池隔膜材料生产质量、产品性能影响大。所以，在应用聚丙烯纤维时，必须关注到以下问题：合理控制聚丙烯纤维材料，防止纤维并丝、僵丝，此种问题多出现在国产聚丙烯纤维材料中，受到生产设备、技术工艺后，就会出现该类问题，已经成为电池隔膜材料生产的重要问题。国产聚丙烯纤维，只有部分厂家生产1 dtex长丝，短纤维细度为1.67 dtex。辐射亲水改性后，接枝亲水单体纤维增粗，生产低面密度电池隔膜时，孔径比较大，隔膜隔离效果不佳，极易出现短路问题。在现代技术支持下，注重改善聚丙烯纤维性能，加强聚丙烯纤维的材料生产适应性，维护生产质量，加强产品性能，扩展聚丙烯纤维应用范围。国外纤维原料，不仅满足纺织需求，还需要满足非织造布专用纤维、湿法非织造布纤维。国内生产电池隔膜材料时，主要应用聚乙烯醇缩甲醛纤维，性能指标不满足湿法非织造布要求。国产聚丙烯纤维，作为电池隔膜原材料时，所面临的问题与不足非常多。聚丙烯纤维，是电池隔膜原料，研发单位自主开展改性处理，工艺流程复杂，且生产能力不足，导致废弃物处理问题也比较多。国内聚丙烯纤维研发企业，开发亲水性聚丙烯纤维，优化改善聚丙烯纤维性能，加强技术工艺适应性[7]。

5 结语

综上所述，在电池隔膜材料生产中，应用聚丙烯纤维的价值显著，能够促进行业发展，不断提升产品应用有效性。然而在实际应用中，联合聚丙烯纤维特点，分析材料不足与缺陷问题，联合现代处理技术，持续优化聚丙烯纤维的应用工艺，以此展示出聚丙烯纤维应用优势，加强电池隔膜产品应用性能。