[发明专利]一种等离子体引发接枝丙烯酸改性镍氢电池隔膜纸的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍氢电池隔膜成型方法和改性技术，属于电池隔膜材料和电池制造技术领域。

背景技术

蓄电池的种类主要有铅酸蓄电池、锂电池和镍氢电池等。当前，应用前景最好的是镍氢电池，因为其具有能量大、比功率高、高倍率放电、循环寿命长、无记忆效应和无污染等优点。镍氢电池作为一种高科技产品，是镍镉电池的替代产品，以其绿色环保、容量高、体积小、成本低和安全性好等优点备受消费者青睐，同时对隔膜纸产品性能要求也越来越高。隔膜纸是镍氢二次电池必不可少的材料，隔膜纸吸收电解液后，可以防止电池中正负极直接接触产生电子导电而在电池内部形成短路。因此，隔膜纸必须具有离子的良导体和电子的绝缘体的双重特性。上世纪90年代起，国内有天津造纸研究所和浙江普瑞科技公司等单位开始研究镍氢电池隔膜纸，2000年以后，出现生产等离子处理的镍氢电池隔膜纸的上海世龙科技有限公司，生产接枝聚丙烯镍氢电池隔膜纸的常州康捷电池材料有限公司，生产改性聚烯烃类镍氢电池隔膜纸的苏州贝格新材料科技有限公司，生产低密度ES镍氢电池隔膜纸的河南科高辐射化工科技有限公司，以及杭州新华集团和牡丹江恒丰集团等企业。经过多年的努力，国内镍氢电池隔膜纸的开发取得显著突破，镍氢电池隔膜纸的性能有了很大的提高。德国Freudenberg公司、日本Vilene公司、美国Pall公司、Hollingsworth&Vose公司和美国SCIMA公司是镍氢电池隔膜纸的主要生厂商，占据着镍氢隔膜纸大部分市场，这几家公司涉及产品有磺化隔膜纸、等离子体处理隔膜纸、化学法接枝丙烯酸和辐射法接枝隔膜纸等。

生产镍氢电池的原料主要为两大类化学纤维：聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）或者两者混合纤维。但是聚烯烃类纤维本身没有吸水性，需要行亲水化处理，亲水处理方法有磺化处理、等离子体处理、氟化处理、接枝处理、电晕处理和添加表面活性剂等，各种处理方式得到的隔膜性能各不相同。目前镍氢电池隔膜纸的亲水改性研究热点为等离子体处理和单体接枝改性联合使用，辐射处理和单体接枝改性联合使用。磺化亲水改性对反应的设备要求高，且废酸难处理。氟化处理和电晕处理逐渐被淘汰。

等离子体由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。实验室中可以通过辉光放电、电晕放电及射频放电等方式获得低温等离子体。低温等离子体中具有足够高能量的活性粒子使反应物分子自由基化、氧化、刻蚀、裂解、交联等，在高分子材料表面改性方面具有独特的优越性。低温等离子体技术已经实现了在纺织行业、特种纤维材料及纸浆造纸领域的研究及应用，并逐渐显示出其优势。亚大气压辉光放电技术已经成熟并被应用于工业化的生产中，可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。

日本NKK公司和日本三菱纸业株式会社生产的等离子体处理用丙烯酸接枝的镍氢电池隔膜纸具有很大的优势。虽然国内莱州联友金浩新型材料有限公司出售等离子体处理的镍氢电池隔膜纸，但是等离子体处理技术仍然是日本的。苏州贝格新材料科技有限公司研发出接枝磺酸基团的真空等离子处理的先进生产工艺，生产出的隔膜纸性能优于纯磺化隔膜纸，现有高性能镍氢电池隔膜纸BG5512、BG5815、BG6018和BG7022系列。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体引发接枝丙烯酸改性镍氢电池隔膜纸的制备方法，该方法生产的隔膜纸具有保液性高、电荷保持率高、尺寸稳定、碱损失小等特点。

为了实现上述目的，本发明通过等离子体引发隔膜纸基表面产生自由基，并接枝含丙烯酸类单体的方法提高隔膜纸基亲水性能和保液性能，主要包括以下两大步骤：

一、为隔膜纸基的制备：隔膜纸选用的原料为40～80%（以质量分数计）高密度聚乙烯-聚丙烯纤维（HDPE/PP）和20～60%PP纤维。纤维原料经过混合后稀释、疏解和分散制成浆料，经过湿法抄造成形，再经过脱水、热风干燥、热熔碾压和精压修饰制成隔膜纸。

一中所述的HDPE/PP纤维的纤度为0.8～1.2dtex，长度为4～8mm；PP纤维的纤度为0.6～1.0dtex，长度为4～8mm。

一中所述隔膜纸基的热熔碾压条件为温度120～133℃，面压力1.0kg/cm²～3.0kg/cm²。

一中所述隔膜纸基定量为50g/cm²，厚度为110～130μm，透气度为40～45mm/s，抗张强度为2.0～2.2kN/m，伸长率为12～15%。