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日志

镍氢电池隔膜专题研究 (绝密文件)

已有 584 次阅读2013-12-16 10:00

    聚烯烃无纺布的类型
    1,传统的湿法
    纤维组成:PP,PP/PE
    纤维大小:15—20微米
    特点:使用聚乙烯和聚丙烯的混合物,均匀性高,是从湿法造纸的生产方面发展而来,为满足PP和PE的结合,所以要使用直径相对大一些的纤维。
   2,拼合纤维法
    纤维组成:PP,PE+PEVOH
    纤维大小:2—8微米,15—20微米
    特点:也是使用湿法制备的,但不同的是,使用水流进行纤维的拼合和缠结。因为在缠结过程中有针孔形成的问题,所以产品的定量最小值值要限制在约55g/m2。当拼合纤维细度直径为2—8微米时,则需要有较大直径的纤维通过交联以加强产品的强度。万一拼合不完善,同得不到均匀的产物。制备这种隔膜的原材料,既含有聚乙烯纤维,也含有聚丙烯纤维,在一些情况下还含有乙烯-乙烯醇共聚物纤维。
    3,干法
    纤维组成:纯PP
    纤维大小:8—12微米
   4,熔喷法
    纤维组成:纯PP
    纤维大小:1—5微米
    特点:是将聚丙烯用熔喷的方法制成,通常不含有添加剂,所以不会降低电池性能。
   聚烯烃无纺布的表面处理
    聚烯烃无纺布材料一般都是疏水性的,在用作碱性电池隔膜前需要经过表面处理,以使其具有吸湿性。最常用的方法有:
    1,用表面活性剂处理
    是通过涂覆阴离子或非离子表面活性剂使其具有亲水性。此方法主要的缺点在于表面活性剂会很快从隔膜中散失,对电池的电解液和电极造成污染,结果是隔膜成为憎水的,而且杂质的介入会造成电池性能的下降。
   2,电晕放电
    是将隔膜经受高压放电,使聚合物表面氧化的方法,以使其具有亲水性。此种处理方式的时间不能太长,并且隔膜使用时间一长吸水性会丧失。
   3,氟气处理
    是将隔膜用在不活泼的气体如氮或氩中稀释的氟气来处理,另一种反应的气体如二氧化硫也加入到混合气体中。用这种方法处理过的隔膜具有一定的亲水性,该法对隔膜的抗拉强度影响最小。
   4,加入亲水性纤维
    通过加入相对较少部分的亲水纤维,聚烯烃无纺布隔膜可以具有浸水性。通常使用的纤维是乙烯-乙烯醇的共聚物(PEVOH)。
   5,磺化处理
    这个过程包括对在硫酸或类似的化学溶剂中将无纺布进行表面的亲水处理。该过程将硫酸接触纤维表面,但这也会由于化学氧化反应造成聚烯烃的降解。处理的结果会造成无纺布的抗拉性能降低。因为氧化反应造成的降解,所以只有聚乙烯覆盖的聚丙烯纤维可以使用,这样纤维直径被限制在15微米或更大。细的纯聚丙烯纤维不可以用此法处理。
   6,对乙烯基进行接枝共聚合
    在以上工艺中此法是最常用的方法。所有类型的无纺布隔膜都会被处理得具有有效且持久的浸水性。通常采用辐射技术,在乙烯基上接枝丙烯酸是最有效的方法。辐射接枝工艺能产出均匀且亲水性的优良隔膜,同时,可以提高无纺布隔膜的机械性能。该过程的另一个优势是给隔膜加上离子交换性能,从而提高电池的性能,例如充电后电量保留时间和循环。
   隔膜的性能
    1,机械性能
    抗拉强度是一个非常重要的参数,它随隔膜的结构,纤维的种类,纤维的直径和隔膜的定量而变化。表面处理也会影响隔膜的机械性能.
   ①熔喷法-接枝
    定量(g/m2):50
    抗拉强度MD(N/m):1200
    延伸率(%):20
   ②干法-接枝
    定量(g/m2):58
    抗拉强度MD(N/m):3500
    延伸率(%):20
   ③湿法-接枝
    定量(g/m2):58
    抗拉强度MD(N/m):3500
    延伸率(%):20
   ④湿法-磺化
    定量(g/m2):62
    抗拉强度MD(N/m):2100
    延伸率(%):11
   ⑤拼合纤维法-氟处理
    定量(g/m2):60
    抗拉强度MD(N/m):3700
    延伸率(%):25
   ⑥拼合纤维法中添加亲水纤维
    定量(g/m2):57
    抗拉强度MD(N/m):2000
    延伸率(%):20
   1,电解熔喷法-接枝
    电液的吸收与保留:300(g/m2)
    电解液的保留:19.7(g/m2)
    电解液保留率(%):6.6
   2,干法-接枝
    电液的吸收与保留:190(g/m2)
    电解液的保留:14.8(g/m2)
    电解液保留率(%):7.8
   3,湿法-接枝
    电液的吸收与保留:160(g/m2)
    电解液的保留:9.3(g/m2)
    电解液保留率(%):5.8
   4,湿法-磺化
    电液的吸收与保留:140(g/m2)
    电解液的保留:8.8(g/m2)
    电解液保留率(%):5.7
   5,拼合纤维法-接枝
    电液的吸收与保留:180(g/m2)
    电解液的保留:13.7(g/m2)
    电解液保留率(%):7.6
   6,拼合纤维法-氟处理
    电液的吸收与保留:230(g/m2)
    电解液的保留:12.6(g/m2)
    电解液保留率(%):5.5
   7,拼合纤维法加亲水纤维
    电液的吸收与保留:210(g/m2)
    电解液的保留:14.3(g/m2)
    电解液保留率(%):6.8

    对电解液的保留能力影响主要是纤维的直径大小,纤维的直径同时也是控制隔膜孔径的因素。对于方形电池,熔喷法制作的无纺布隔膜是最好的选择,而对于密封卷式电池,干法无纺布隔膜是最好的选择.
   ⑤杂质分离/自放电性能
    镍氢电池自放电较大。但是使用接枝和磺化的聚烯烃无纺布隔膜的镍氢电池自放电率可达到镍镉电池的水平。这个性能提高的一个原因是聚烯烃无纺布隔膜的化学稳定性较强,可以防止电池的污染,而杂质是造成自放电加速的原因。例如,尼龙隔膜会由于杂质中的氮的介入而使电池自放电加速。另外,辐射接枝聚烯烃无纺布隔膜的一个非常重要的特点是:有效地降低导致加速自放电的杂质含量。有资料表明这类隔膜的离子交换特性可吸收和阻止金属离子和氨等杂质。这些污染在电池中会造成电极的腐蚀,就向电极内部有杂质一样。例如,在正极中硝酸盐杂质可能减少而到负极中变成氨,从而加速自放电。这就是所谓的氮传导反应。
    接枝隔膜对氨的吸收能力:
    1,湿法-接枝
    氨的吸收能力(NH3mmol/g):3.0
   2,拼合纤维法-接枝
    氨的吸收能力(NH3mmol/g):3.6
   3,干法-接枝
    氨的吸收能力(NH3mmol/g):4.0
   4,熔喷法-接枝
    氨的吸收能力(NH3mmol/g):5.2
   5,熔喷法-无接枝
    氨的吸收能力(NH3mmol/g):0
   70℃下镍氢电池贮存7天后充电保持能力:
    1,接枝PP
    充电率(%):80
   2,氟处理
    充电率(%):54
   3,Corona discharge PP
    充电率(%):50
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