鎳-金屬氫化物蓄電池隔片材料制造技術

一種堿性蓄電池隔片材料。它具有適當的氣體滲透率、電解質吸收性能和機械強度，能制得具有較高容量密度與較長循環壽命的堿性蓄電池。該隔片材料包含由單絲直徑為２－８微米的細聚烯烴樹脂纖維與單絲直徑為９－１５微米的粗聚烯烴樹脂纖維的混合物所構成的非織造織物片材，其中所述細纖維與粗纖維的重量比為９０∶１０至５０∶５０，非織造織物片材的基重為４０－７０克／平方米，其氣體滲透率為３－１４毫升／平方厘米.秒。樹脂纖維經過表面處理而具有親水性。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及堿性蓄電池隔片材料的改進，更具體地，涉及具有優良電解質吸收性和氣體滲透率的隔片材料。一般而言，要求密封的堿性蓄電池具有較高的放電容量、較長的循環壽命和快速充電能力。為了滿足這些要求，曾作了各種嘗試來改進在電極中活性材料的填充能力和應用，以及負極的氣體吸收能力。蓄電池的容量密度和循環壽命與電池中所包含的電解質的數量有很大關系。一般來說，從電池的放電容量和循環壽命方面來看，最好包含較多的電解質。但從過量充電過程中負極的氧氣吸收方面來看，為了使隔片的氣體滲透率不是變劣而是提高，則電解質的數量最好較少。附帶地，在給定大小的密封的電池內的電解質的數量是有限的，因為電解質不能以游離狀態存在，只能以浸透和存留在電極中的方式存在。對密封的電池的循環壽命產生不利影響的一個因素是隔片內電解質的干涸或缺乏。這不會發生在電池充電/放電循環的初始階段，因為在這階段隔片會適當地吸收和存留電解質。但是，隨著充電/放電循環的進展，電極會發生膨脹，產生的膨脹壓力會迫使包含在隔片中的電解質從隔片中漏出。漏出的電解質被電極吸收。這就是隔片中電解質不足的機理。結果，隔片的電阻增大，使電池的放電電壓降低。電解質被鎳質正極吸收對隔片電解質缺乏產生很大的影響。而且，放電反應也會受到隔片電解質缺乏的抑制，從而使電池的放電容量降低。另一方面，在密封電池中，要求把在電池過量充電過程中正極所產生的氧氣移動至負極，氣體在該處被還原。當隔片中的電解質的數量增大，隔片的氣體滲透率降低，在某些情況下，電解質會比所需要的更稠密地覆蓋負極表面。結果使氣體還原的三相界面減小，因而使在負極被還原的氧氣減少，從而難以制成密封的電池。在這兩種情況中不論哪種情況，隔片材料對實現上述的電池性能都起著重要的作用。隔片材料所要求的主要因素是低電阻，以及良好的耐堿性和抗氧化性。此外，還要求隔片材料具有較好的電解質吸收性和適當的氣體滲透率，并且能長期保持這些性能。為了提供一種具有適當耐熱性而且在高溫的高濃度堿性電解質中也不會分解的隔片材料，提出了各種使隔片材料具有親水性的方法，例如日本專利公開平-6-101323指出的，使主要包含聚丙烯的聚烯烴樹脂纖維所構成的非織造織物片材上的單根纖維表面磺化、使聚烯烴樹脂纖維與丙烯酸接枝聚合等。不論哪種方法，都需要增大纖維的表面積，以增加纖維與電解質接觸的面積，從而提高電解質吸收性能。同時需要縮短單根纖維之間互相交錯的距離，以使電解質均勻分布在隔片內。由于上述理由，減小單根纖維的直徑是有利的。因此，有人建議使用將熔融樹脂吹過小直徑噴嘴的熔體吹制過程制得的纖維所構成的非織造織物片材。另一種建議使用的非織造片材是由分段的復合纖維制成。該種分段的復合纖維的橫截面包含多種樹脂材料，其排列形式是一種樹脂材料位于其它樹脂材料之間，并通過氣流之類將其紡制成沿縱向分成多根非常細的纖維。由常規熔體吹制方法制得的包含聚烯烴(如聚丙烯)樹脂纖維的非織造織物片材的問題是單根纖維的拉伸強度不能令人滿意，使這種材料作為電池隔片材料時缺乏生產過程中所需的機械強度。另一種非織造織物片材是由分段的復合纖維制成，這些纖維通過干法或濕法互相纏繞在一起而形成非織造織物狀態。這樣結構的非織造織物片材的拉伸強度比熔體吹制方法制得的織物大，并能解決熔體吹制方法制得的織物所遇到的問題，因為各根纖維在紡絲階段已被拉伸過。但是由于每根纖維很細，用這方法制得的非織造織物片材的機械強度不足，因而缺乏所謂的“筋”。這就使得在電池制造過程中將它作為隔片材料與電極一起卷成螺旋形時缺乏必需的機械強度。此外，如果單根纖維的單絲直徑小，用該種纖維制成的非織造織物片材的網孔往往比較密。這就可能降低隔片材料的氣體滲透率。因此需要根據電池的內部壓力，控制氣體滲透率以及與它相矛盾的電解質吸收性能。因此，本專利技術的主要目的是解決上述現有技術中固有的問題，提供一種具有適當的電解質吸收性能、氣體滲透率和足夠物理強度的堿性蓄電池隔片材料。本專利技術的另一目的是提供一種隔片材料，它用于高容量密度堿性蓄電池時，不會使電池內部壓力升高，而且具有長的循環壽命。本專利技術的堿性蓄電池隔片材料包括一非織造織物片材，該片材由單絲直徑為2-8微米的細聚烯烴樹脂纖維與單絲直徑為9-15微米的粗聚烯烴樹脂纖維的混合物構成，其中細樹脂纖維與粗樹脂纖維的重量比為90∶10至50∶50，非織造織物片材的基重為40克/平方米至70克/平方米，氣體滲透率為3-14毫升/平方厘米·秒，而且細和粗樹脂纖維經表面處理，具有親水性。使用上述以細纖維為主要成分，并以較佳比例摻入粗纖維的非織造織物片材，可得到一種堿性蓄電池隔片材料，它具有較佳的電解質吸收性能和氣體滲透率以及足夠的拉伸強度和高的勁度，即所謂的“筋”。使單根樹脂纖維表面具有親水性的方法最好是與丙烯酸接枝聚合或是磺化。對與細樹脂纖維混合的粗樹脂纖維的定性要求，可以是任何包含乙烯組分的聚烯烴樹脂，可任意選自主要由聚丙烯構成而包含聚乙烯的纖維、在聚丙烯纖維芯上涂覆聚乙烯殼層而得到的芯—殼纖維等。此外，當非織造織物片材包含這些纖維作為主要組分時，還可以有少量的不含有乙烯組分的其它纖維(例如聚丙烯纖維)與它們混合。特別是將粗樹脂纖維與細樹脂纖維混合，可加強由纖維構成的非織造織物片材所制得的隔片的拉伸強度和勁度，即所謂的“筋”，使其便于處理，并提高電池的生產率。另外，也能很容易地控制隔片材料的氣體滲透率和電解質吸收性，使得即使電池具有較高的放電容量密度時，電池的內部壓力仍可維持在足夠低的水平，并使電池得到較長的循環壽命。本專利技術的新穎特征具體地在后附的權利要求中揭示，但本專利技術的組織和內容，以及其它的目的和特征，可通過以下的詳細說明并結合附圖而更好理解。附圖說明圖1是本專利技術一個實施例的隔片材料的放大示意圖，該材料包含細纖維與粗纖維構成的非織造織物片材，其中各單根纖維的表面經過與丙烯酸接枝聚合的處理。圖2是隔片材料中所用的分段復合纖維的放大透視示意圖。如上所述，本專利技術的堿性蓄電池隔片材料包括一非織造織物片材，該片材是由細聚烯烴樹脂纖維與粗聚烯烴樹脂纖維按預定比例混合而成，非織造織物片材的基重為40克/平方米至70克/平方米，氣體滲透率為3-14毫升/平方厘米·秒。這種結構不僅保證了隔片材料的物理強度(這是電池生產過程所必需的)，而且保證了隔片材料具有電解質吸收性和氣體滲透率(這是密封性蓄電池所必需的)。由于用以構成上述非織造織物片材的聚烯烴樹脂纖維的電解質吸收性能不足，本專利技術在單根纖維的表面引入了親水性基團。較好是通過與具有羧基的親水性單體接枝聚合而在單根纖維的表面引入親水性基團。這可使隔片材料具有長期親水性。按照本專利技術，是將親水性能不足的聚烯烴樹脂纖維表面與丙烯酸接枝聚合，或是將含有乙烯組分的纖維浸在發煙硫酸或濃硫酸內使其磺化，從而用砜基使含乙烯組分的部分改性，以使隔片材料具有長期親水性。除了上述方法以外，也可用表面活性劑處理纖維表面、電暈放電等其它方法來使隔片材料具有親水性能。圖1中構成隔片材料的細樹脂纖維1是聚丙烯和聚乙烯的分段復合纖維。粗樹脂纖維2是在聚丙烯纖維芯上復蓋聚乙烯殼的芯殼型纖維。在這些纖維以外，還可加入聚丙烯纖維。通過在細纖維中加入粗纖維，可使由其構成的非織造織物片材所需的“筋”加強。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種堿性蓄電池的隔片材料，它包含由單絲直徑為２－８微米的細聚烯烴樹脂纖維與單絲直徑為９－１５微米的粗聚烯烴樹脂纖維的混合物所構成的非織造織物片材，其中所述細樹脂纖維與粗樹脂纖維的重量比為９０∶１０至５０∶５０，所述非織造織物片材的基重為４０－７０克／平方米，其氣體滲透率為３－１４毫升／平方厘米.秒，且所述細樹脂纖維和粗樹脂纖維經過表面處理而具有親水性。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：五味川香，橫尾定顕，湯淺浩次，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]