專利名稱：一種鎳氫電池隔膜、其制備方法及鎳氫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎳氫電池領(lǐng)域，尤其是一種鎳氫電池隔膜，隔膜的制備方法以及使用這種隔膜的鎳氫電池。
背景技術(shù)：
聚烯烴材料制成的內(nèi)部多孔的多孔性隔膜(即聚烯烴隔膜，一般用非織造工藝制成，也可稱為聚烯烴非織造布隔膜)是鎳氫電池中常用的一種隔膜，這種隔膜材料具有耐氧化性良好，在堿性電解液中不分解等性能。但聚烯烴纖維是疏水性纖維，單純使用聚烯烴隔膜作為鎳氫電池隔膜時(shí)，電池的自放電率較高，故工業(yè)上常對(duì)聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理，以改善電池的自放電性能。常用的親水化處理的方法有用尼龍與聚烯烴纖維混紡制成尼龍-聚烯烴隔膜代替聚烯烴隔膜，對(duì)聚烯烴隔膜的表面進(jìn)行物理或化學(xué)方法的親水化處理，例如暈光放電、等離子體放電、氟氣處理、磺化處理等。上述方法均可起到抑制電池自放電的作用，但無(wú)論是對(duì)聚烯烴隔膜進(jìn)行物理或化學(xué)的親水化處理，還是使用尼龍-聚烯烴隔膜代替聚烯烴隔膜，均存在成本較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鎳氫電池用聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理的方法成本較高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先提供一種鎳氫電池隔膜，包括多孔性隔膜基體和沉積在多孔性隔膜基體表面及多孔性隔膜基體內(nèi)部的至少部分孔隙中的親水性聚合物。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鎳氫電池用聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理的方法成本較高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種鎳氫電池隔膜的制備方法，包括如下步驟在多孔性隔膜基體上沉積親水性聚合物溶液，然后干燥，得到多孔性隔膜基體的表面和至少部分內(nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物的鎳氫電池隔膜。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鎳氫電池用聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理的方法成本較高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種鎳氫電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負(fù)極，其中，所述隔膜采用本發(fā)明提供的鎳氫電池隔膜。使用本發(fā)明提供的隔膜的鎳氫電池的荷電保持率有較大提高(即自放電率較低)。與使用磺化隔膜的相同型號(hào)的鎳氫電池相比，常溫充滿電后60°C下放置3天后的荷電保持率平均提高10%左右。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供的第一種鎳氫電池隔膜結(jié)構(gòu)示意圖其中，1多孔性隔膜基體2多孔性隔膜基體內(nèi)部的孔隙
31多孔性隔膜基體內(nèi)部孔隙中沉積的親水性聚合物32多孔性隔膜基體表面上沉積的親水性聚合物層(其中包含導(dǎo)電粉末顆粒，未在圖中畫出)4多孔性隔膜基體內(nèi)部孔隙中沉積的導(dǎo)電粉末顆粒
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明具體實(shí)施方式
首先提供一種鎳氫電池隔膜，包括多孔性隔膜基體和沉積在多孔性隔膜基體表面及多孔性隔膜基體內(nèi)部的至少部分孔隙中的親水性聚合物。本發(fā)明具體實(shí)施方式
采用在商用鎳氫電池隔膜，尤其是聚烯烴隔膜上沉積親水性聚合物的方法對(duì)傳統(tǒng)的鎳氫電池隔膜進(jìn)行親水化處理，以增強(qiáng)其新水性，改善電池自放電性能，同時(shí)該方法成本較低。處理后的隔膜包括多孔性隔膜基體和沉積在多孔性隔膜基體表面及多孔性隔膜基體內(nèi)部至少部分孔隙中的親水性聚合物(如圖1所示為例)。多孔性隔膜基體的選擇沒(méi)有特殊限制，工業(yè)上常用的聚烯烴隔膜，例如乙烯非織造布隔膜、丙烯非織造布隔膜等，均可用于本發(fā)明。聚酰胺隔膜、聚酰胺-聚烯烴隔膜(即尼龍與聚烯烴纖維混紡制成尼龍-聚烯烴隔膜)也可用作本發(fā)明的隔膜基體，但聚酰胺隔膜和聚酰胺-聚烯烴隔膜由于酰胺基的親水性而具有較好的親水性，所以，采用本發(fā)明的方法對(duì)其進(jìn)行處理以增強(qiáng)其親水性的必要性不大。優(yōu)選多孔性隔膜基體內(nèi)部的全部孔隙中均沉積有親水性聚合物，且沉積在多孔性隔膜基體表面的親水性聚合物的厚度為所述多孔性隔膜基體厚度的 3 8%。在隔膜基體上沉積了親水性聚合物后會(huì)使電池內(nèi)阻增大，控制隔膜基體表面的親水性聚合物層厚度為隔膜基體厚度的3 8%可以在較大程度的改善電池自放電性能的同時(shí)控制電池內(nèi)阻在較低的范圍內(nèi)。在多孔性隔膜基體表面和至少部分內(nèi)部孔隙中沉積了親水性聚合物后，電池的內(nèi)阻會(huì)增大，為了降低電池內(nèi)阻，優(yōu)選在多孔性隔膜基體表面及內(nèi)部孔隙中沉積導(dǎo)電粉末，所述導(dǎo)電粉末為鎳粉、二氧化鈦、氧化鎳的至少一種。導(dǎo)電粉末可以填充多孔性隔膜基體內(nèi)部的所有孔隙，也可以僅填充部分孔隙，無(wú)論那種情況，均可起到降低電池內(nèi)阻的作用。具體的操作可以是將導(dǎo)電粉末添加到親水性聚合物溶液中，在親水性聚合物沉積在隔膜基體表面及內(nèi)部孔隙中的過(guò)程中，導(dǎo)電粉末也均勻沉積在多孔性隔膜基體的表面和內(nèi)部孔隙中。另外，也可以先在隔膜基體的表面及內(nèi)部孔隙中沉積導(dǎo)電粉末，再將其浸漬在親水性聚合物溶液中；或先在多孔性隔膜基體的表面及內(nèi)部孔隙中沉積導(dǎo)電粉末，再涂布親水性聚合物溶液。至于沉積導(dǎo)電粉末的方法，除了將導(dǎo)電粉末溶于親水性聚合物溶液，然后將多孔性隔膜基體浸漬于親水性聚合物溶液中外，還可以利用靜電吸附原理使導(dǎo)電粉末均勻沉積在多孔性隔膜基體表面和內(nèi)部孔隙中。對(duì)于二氧化鈦和氧化鎳，還可以用溶膠-凝膠法在多孔性隔膜基體表面及內(nèi)部孔隙中沉積二氧化鈦或氧化鎳。導(dǎo)電粉末的沉積密度過(guò)高會(huì)影響隔膜浸泡在電解液中時(shí)，電解液中的離子在隔膜中的透過(guò)率，過(guò)低則對(duì)降低電池內(nèi)阻不明顯。以隔膜基體的表面積為基準(zhǔn)，導(dǎo)電粉末在隔膜基體表面的面密度為0. 001 0. 005g/m2時(shí)，既可以有效的降低電池內(nèi)阻，又能保證隔膜透過(guò)率。所以，優(yōu)選以多孔性隔膜基體的表面積為基準(zhǔn)，導(dǎo)電粉末的沉積密度為0.001 0. 005g/m2，所述多孔性隔膜基體的表面積為其長(zhǎng)度與寬度的乘積。需要指出的是，本發(fā)明所述的隔膜基體的表面積是指隔膜基體一個(gè)表面的面積，即隔膜基體的長(zhǎng)與寬的乘積，既不是隔膜基體兩個(gè)表面的面積之和，也不是其表面面積與內(nèi)部孔隙的面積之和。且所述隔膜基體是指適用于單個(gè)鎳氫電池的隔膜基體，而不是面積較大的未經(jīng)剪裁的(不能適用于單個(gè)鎳氫電池的)隔膜基體。根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
，所述親水性聚合物優(yōu)選羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷中的至少一種。親水性聚合物的重均分子量沒(méi)有特殊要求，市售的親水性聚合物均可滿足本發(fā)明。優(yōu)選親水性聚合物重均分子量2000 500000，更優(yōu)選5000 50000。分子量過(guò)高一則聚合物溶液粘度過(guò)大，不容易浸透隔膜基體；二則制成電池后，隔膜的離子透過(guò)性變差。分子量過(guò)低則長(zhǎng)久使用后聚合物層會(huì)溶于電解液而脫落，影響電池性能。隔膜基體的選擇沒(méi)有特殊要求，鎳氫電池常用的隔膜(例如聚酰胺隔膜、聚烯烴隔膜、聚酰胺-聚烯烴隔膜)均可用于本發(fā)明。由于聚酰胺隔膜和聚酰胺-聚烯烴隔膜由于酰胺基的親水性而具有較好的親水性，所以，采用本發(fā)明的方法對(duì)其進(jìn)行處理以增強(qiáng)其親水性的必要性不大。而采用本發(fā)明的方法對(duì)聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理對(duì)鎳氫電池子放電性能的改善較明顯，故隔膜基體優(yōu)選為聚烯烴隔膜。本發(fā)明具體實(shí)施方式
還提供一種鎳氫電池隔膜的制備方法，包括如下步驟在多孔性隔膜基體上沉積親水性聚合物溶液，然后干燥，得到多孔性隔膜基體的表面和至少部分內(nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物的鎳氫電池隔膜。在多孔性隔膜基體上沉積親水性聚合物溶液的方法沒(méi)有特別限制，可以將聚合物溶液涂布(具體的實(shí)施方式例如旋涂或刷涂)在隔膜基體上，也可以將隔膜基體浸漬在親水性聚合物溶液中。優(yōu)選將隔膜基體浸漬在親水性聚合物溶液中，最好是將多孔性隔膜基體浸漬在親水性聚合物溶液，并使親水性聚合物溶液完全浸透多孔性隔膜基體，以使多孔性隔膜基體的表面和全部?jī)?nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物后，再將其取出干燥。這樣得到的隔膜的均一性較好，且聚合物與隔膜基體之間的附著力較好。涂布方式形成的親水性聚合物與隔膜基體的附著力不如浸漬方法， 隔膜的均一性也較差，故優(yōu)選將多孔性隔膜基體浸漬在親水性聚合物溶液中，并使親水性聚合物溶液完全浸透多孔性隔膜基體，以使多孔性隔膜基體的表面和全部?jī)?nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物。配置親水性聚合物溶液時(shí)，若聚合物溶液粘度太小，雖然可以較快的浸透多孔性隔膜基體，但是由于滲透到多孔性隔膜基體中的親水性聚合物分子鏈之間不能形成足夠的交聯(lián)，聚合物對(duì)隔膜基體的附著力較低；若聚合物溶液粘度太大，則較難完全浸透隔膜基體，難以實(shí)現(xiàn)隔膜基體內(nèi)部的全部孔隙中均沉積有親水性聚合物。而按照親水性聚合物與水質(zhì)量比1 100 1 200配制的溶液的粘度能夠較好的解決上述兩方面的問(wèn)題，故優(yōu)選。本發(fā)明具體實(shí)施方式
還提供一種鎳氫電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負(fù)極，其中，所述隔膜為本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供的鎳氫電池隔膜。本發(fā)明是提供一種對(duì)疏水的聚烯烴隔膜進(jìn)行親水化處理的方法，和使用該方法得到的鎳氫電池隔膜，而組成鎳氫電池的其他部件、材料，例如正、負(fù)極集流體材料，正、負(fù)極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑，粘結(jié)劑，電池外殼等均不是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)，可以根據(jù)本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行選擇和使用。同樣，電池的組裝和化成方法也沒(méi)有特別限制，可以按照本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例1.制備隔膜稱取1重量份羥丙基甲基纖維素(HPMC，重均分子量20000，廣州化學(xué)試劑廠)干粉加入100重量份去離子水中，60°C下攪拌3小時(shí)使聚合物完全溶解，然后向其中加入1重量份二氧化鈦(二氧化鈦在隔膜基體上的面密度0. 003g/m2)，再攪拌30分鐘。將隔膜基體 (長(zhǎng)X寬X厚=180mmX42. OmmXO. 11mm，科德寶公司生產(chǎn)的4384型號(hào)聚丙烯隔膜)浸入其中，攪拌30分鐘，待隔膜基體內(nèi)部的全部孔隙均沉積有親水性聚合物后(可用掃描電鏡觀察檢測(cè)隔膜基體內(nèi)的孔隙被親水性聚合物填充的情況)，取出隔膜基體，刮除表面過(guò)量的HPMC溶液，干燥，得處理后的隔膜。測(cè)量顯示，干燥后的隔膜厚度較處理前增大15%，隔膜基體表面沉積的親水性聚合物層的厚度是隔膜基體厚度的約5%。2.制備鎳氫電池正極在100重量份的覆鈷球鎳中，加入1重量份導(dǎo)電劑氧化亞鈷(廣州興利泰)，用4 重量份的CMC和5重量份的PTFE做粘結(jié)劑，加30重量份水混合，攪拌，均勻涂覆于泡沫鎳上，干燥，壓片，切片，得長(zhǎng)X寬X厚=90mmX42. OmmXO. 66mm的正極片；3.制備鎳氫電池負(fù)極在100重量份的儲(chǔ)氫合金中，加入1重量份導(dǎo)電劑鎳粉(金川生產(chǎn))，用4重量份的CMC和5重量份的PTFE做粘結(jié)劑，加10重量份水混合，攪拌，均勻涂覆于鍍鎳鋼帶上，干燥，壓片，切片，得長(zhǎng)X寬X厚=106mmX42. OmmXO. 35mm的負(fù)極片。4.制備鎳氫電池將步驟2得到的正極片、步驟1得到的處理后的隔膜、步驟3得到的負(fù)極片依次疊置、卷繞后放入電池殼體內(nèi)，然后注入電解液(7mol/L的氫氧化鉀溶液)2. 1ml，蓋帽，0. IC 充電3小時(shí)，得到AA1500型號(hào)的鎳氫電池。比較例按照實(shí)施例的方法，不同之處在于隔膜未經(jīng)本發(fā)明提供的方法處理。性能測(cè)試1.電池內(nèi)阻將成品電池用內(nèi)阻儀測(cè)試內(nèi)阻。2. 60°C放置3天荷電保持率將電池充滿電在60°C下擱置3天，再0. 2C放電至電壓降至額定電壓的60%截止，得剩余容量，將剩余容量比上額定容量，得荷電保持率。3. 2C過(guò)充漏液時(shí)間室溫下將電池用2C的電流充電，直到電池出現(xiàn)漏液為止，記錄電池剛開(kāi)始漏液的時(shí)間，得過(guò)充漏液時(shí)間。表1鎳氫電池性能測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鎳氫電池隔膜，其特征在于，包括多孔性隔膜基體和沉積在多孔性隔膜基體表面及多孔性隔膜基體內(nèi)部的至少部分孔隙中的親水性聚合物。
2.如權(quán)利要求2所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，多孔性隔膜基體內(nèi)部的全部孔隙中均沉積有親水性聚合物，且沉積在多孔性隔膜基體表面的親水性聚合物的厚度為所述多孔性隔膜基體厚度的3 8%。
3.如權(quán)利要求1所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，還包括均勻沉積在多孔性隔膜基體表面及內(nèi)部孔隙中的導(dǎo)電粉末，所述導(dǎo)電粉末為鎳粉、二氧化鈦、氧化鎳的至少一種。
4.如權(quán)利要求3所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，以多孔性隔膜基體的表面積為基準(zhǔn)，導(dǎo)電粉末的沉積密度為0. 001 0. 005g/m2，所述多孔性隔膜基體的表面積為其長(zhǎng)度與寬度的乘積。
5.如權(quán)利要求1所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，所述親水性聚合物選自羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷中的至少一種。
6.如權(quán)利要求5所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，所述親水性聚合物的重均分子量為 2000 500000。
7.如權(quán)利要求1所述的鎳氫電池隔膜，其特征在于，所述多孔性隔膜基體為聚烯烴材料。
8.一種鎳氫電池隔膜的制備方法，包括如下步驟在多孔性隔膜基體上沉積親水性聚合物溶液，然后干燥，得到多孔性隔膜基體的表面和至少部分內(nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物的鎳氫電池隔膜。
9.如權(quán)利要求8所述的鎳氫電池隔膜的制備方法，其特征在于，將多孔性隔膜基體浸漬在親水性聚合物溶液，并使親水性聚合物溶液完全浸透多孔性隔膜基體，以使多孔性隔膜基體的表面和全部?jī)?nèi)部孔隙中均沉積有親水性聚合物。
10.如權(quán)利要求9所述的鎳氫電池隔膜的制備方法，其特征在于，將親水性聚合物與水按照質(zhì)量比1 100 1 200配成親水性聚合物溶液，然后將多孔性隔膜基體浸在所述親水性聚合物溶液中。
11.一種鎳氫電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負(fù)極，其特征在于，所述隔膜為權(quán)利要求 1 7任意一項(xiàng)所述的鎳氫電池隔膜。
全文摘要
本發(fā)明屬于鎳氫電池技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種鎳氫電池隔膜，包括多孔性隔膜基體和沉積在多孔性隔膜基體表面及多孔性隔膜基體內(nèi)部的至少部分孔隙中的親水性聚合物。本發(fā)明解決了使用傳統(tǒng)聚烯烴多孔性隔膜的鎳氫電池自放電率較高，即荷電保持率較低的技術(shù)問(wèn)題，使使用這種隔膜的鎳氫電池與使用磺化隔膜的相同型號(hào)的鎳氫電池相比，常溫充滿電后60℃下放置3天后的荷電保持率平均提高10％左右。
文檔編號(hào)H01M2/16GK102315406SQ201010219090
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者謝紅波, 黃政益 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司