亲水性电池隔膜纸的研究

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随着科学技术的不断提高,镍氢电池除作为电子信息领域迫切需求的小型移动电源外,很可能成为近期和中期电动车用首选动力电池。而在组成氢-镍电池的各个部分之中,隔膜起着隔离阴阳极不使电池发生短路、吸收电解液、让导电离子能够顺利通过以及让气体透过等作用,其质量的好坏直接影响到电池的放电容量和循环使用寿命,因此,必须对隔膜材料的研究和加工技术给以足够的重视。而非织造布由于其高度的化学稳定性(如耐碱、耐氧化)、良好的机械强度和比电阻小等优势,成为电池隔膜的首选材料。目前,用于氢-镍电池的非织造布隔膜材料主要有:尼龙纤维电池隔膜、丙纶纤维电池隔膜、维纶纤维电池隔膜等。其中,丙纶纤维隔膜的耐碱性能、耐氧化性能都比尼龙纤维和维纶纤维隔膜好,再加上其制造工艺简单、耗能少、无污染、价廉,成为目前电池隔膜的最佳材料。然而,由于电池隔膜特殊的亲水性要求,丙纶纤维的惰性强成为制约其产业化的主要因素。 本论文采用湿法造纸的生产方法,以聚烯烃纤维(聚乙烯和聚丙烯纤维)和亲水化处理过的聚烯烃纤维为原料,抄造出电池隔膜纸,重点探讨了聚烯烃纤维纸的亲水化处理,研究了电池隔膜纸的生产加工工艺。 在对电池隔膜纸的生产过程中,丙纶纤维的分散往往采用较低的浓度,最好在水介质中先加入分散剂和消泡剂再加人丙纶纤维,以促进纤维更好的分散,尽量减少分散好的纤维的转移次数和存储时间,并保证浆料输送管道的光滑性减少挂浆。 丙纶纤维间不存在类似植物纤维的氢键等结合键,只有纤维相互交织在一起,因而,在形成的纸页纤维间没有结合力,使得纸页根本不存在强度。本论文采用皮芯结构的低熔点纤维(ES)和丙纶纤维在一定的配比下,一定的热压条件下,使皮层纤维熔化,相互粘结,提高纸页的强度。 电池隔膜纸的特点是良好的吸液性能,而聚烯烃纤维的结晶度很高,使得纤维基本上不浸水。所以,实验对聚烯烃纤维采用表面氧化处理和化学法引发接枝丙烯酸来进行亲水化处理,在一定程度上,确实改善了纤维的亲水性,从而也改善了纸页的匀度,但抄造出的合成纸很难满足电池隔膜纸吸液性能的要求,再加上实验室检测手段的限制,为了抄造出性能优异的电池隔膜纸,本论文采用直接对纸页进行亲水化处理,来制出亲水性能良好的纸页。 因此,高质量的电池隔膜纸,宜采用亲水处理的方法对纸页进行处理。论文采用强酸一重铬酸钾溶液和氩等离子体处理接枝丙烯酸的方法对聚烯烃纸纤维进行了亲水化处理,并对处理后纸页的吸收性能、电解液保留和抗张强度做了检测,发现:纸页吸收性能和电解液保留能力增大。并对氩等离子体处理接枝丙烯酸后的纸纤维表面采用红外光谱(FTIR)、表面能谱(ESCA)、扫描电镜(SEM)做了表征。实验表明,这两种亲水化处理方法都是切实有效的,两种方法各有优缺点,在生产中应用哪种方法要根据具体的条件进行选择。
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