用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電池隔膜技術領域，具體涉及一種用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]排氣式方形鎳鎘電池是一類重要的大型堿性電池，由于其性能穩(wěn)定、可靠、安全，大量應用于航空、高鐵、船舶及軍工等領域作為備用電源。隔膜是電池的關鍵組件，對電池的裝配工藝、性能及安全可靠性具有重要影響。傳統(tǒng)的排氣式方形鎳鎘電池主要以聚乙烯接枝膜為芯層，以尼龍織物為面層，通過疊合用作隔膜。實際使用過程表明，這種隔膜及其應用方法存在以下幾項缺陷:(1)電池裝配過程復雜，容易出現尼龍織物面層與聚乙烯接枝膜芯層的局部錯位或皺褶，影響電池性能，甚至造成短路。(2)尼龍布儲液性能差，電池長期高溫工作后，容易造成尼龍布老化、失去儲液功能。(3)芯層聚乙烯接枝膜無孔結構，面電阻相對較高，影響電池放電性能；無透氣性，充電過程生成的氧氣和氫氣會導致電池內壓增高、并通過排氣閥排出，導致失水快，需頻繁補充電解液。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜及其制備方法。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案:
用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜，該復合隔膜由上、下面層和位于中間的芯層構成的三層膜復合結構，芯層為具有微孔結構的聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布，面層為聚烯烴纖維非織布，所述聚烯烴纖維非織布為具有皮芯結構的復合纖維，芯層為聚丙烯，皮層為聚乙烯，復合隔膜的面層與芯層通過聚烯烴纖維非織布皮層的聚乙烯熱粘合在一起，復合隔膜的厚度為0.15-0.5mm。
[0005]該隔膜的表面含有經輻射接枝所獲得的羧基和/或磺酸基官能團。
[0006]上述的用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)將聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布作為芯層，將兩層聚烯烴纖維非織布作為面層，通過熱合機復合在一起制成隔膜基材，熱合溫度為130~150°C ;
(2)將步驟(I)制得的隔膜基材進行γ_射線或電子束輻射，吸收劑量為15~50kGy;將輻射后的隔膜基材裝入接枝反應器中，加入接枝液，加熱至反應溫度進行接枝反應，反應完畢后再經水洗、烘干，得到接枝率為5°/『15%的隔膜基材；
(3)將步驟(2)得到的隔膜基材熱乳定型為厚度均勻的隔膜。
[0007]步驟(2)中接枝液與隔膜基材的質量比為(2~6): 1，反應溫度為40~90°C，反應時間為3~8小時。
[0008]步驟(2)中接枝液由去離子水、潤濕劑、丙烯酸和/或苯乙烯磺酸鈉組成，以質量百分比計，其中，水的質量分數為82~94.5%，潤濕劑的質量分數為0.5 -3.0%，丙烯酸和/或苯乙烯磺酸鈉的質量分數為5.0-15.0%。
[0009]步驟(3)中熱乳溫度為80~140°C。
[0010]較好地，步驟(I)中的聚丙稀微孔膜厚度為16~45Pm (在此厚度范圍內的聚丙稀微孔膜的面密度一般為5~20g/m2、微孔的平均孔徑為0.05~5μπι、孔率為40~60%)，聚丙烯熔噴布的面密度為10~30g/m2(面密度為10~30g/m2聚丙烯熔噴布其纖維直徑一般在0.5~5Mm的范圍內)；聚烯烴纖維非織布的面密度為20~50g/m2 (在此面密度范圍內的聚烯烴纖維非織布的纖維直徑一般為10~20Mm)。
[0011 ] 本發(fā)明中的潤濕劑屬于表面活性劑，可以是下述化合物中的一種或兩種以上化合物的混合物:十二烷基硫酸鈉、十二烷基醚硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烯基磺酸鹽等。
[0012]本發(fā)明中的熱復合是指將聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布作為芯層，將兩層聚烯烴纖維非織布作為面層，通過熱合機復合在一起制成隔膜基材。
[0013]隔膜基材的輻射接枝:將隔膜基材經γ-射線或電子束輻照后，將其布裝入接枝反應器中，密封，抽真空，然后將接枝液從接枝反應器底部真空吸入接枝反應器中，控制進液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加熱至反應溫度進行接枝反應；經接枝反應過程后的隔膜基材卷通過水洗機進行清洗，去除未反應物質、均聚物和接枝液中的助劑，然后經烘干機烘干。
[0014]本發(fā)明中的熱乳工序通過熱乳機完成，熱乳機由放卷機、熱乳輥、收卷機、加熱系統(tǒng)和電控系統(tǒng)構成。
[0015]本發(fā)明具有以下幾方面優(yōu)點:
(1)三層復合膜結構特點使電池裝配過程變得簡單易行，且不會出現面層與芯層的錯位及皺褶；
(2)面層孔結構豐富、孔率高，表面與電解液親和性好，儲液性能優(yōu)由于尼龍織物，克服了傳統(tǒng)隔膜易老化并失去儲液功能的缺點；
(3)芯層聚丙烯微孔膜或聚丙烯熔噴布具有微孔結構，經輻射接枝賦予其內外表面羧基和(或)磺酸基親水性官能團，具有永久親水性，相對于聚乙烯微孔膜，面電阻更低，更有利于電池放電性能；具有微透氣功能，充電過程生成的氧氣和和氫氣可以透過隔膜復合成水，可以減少或避免失水，進而減少補充電解液的頻次，有利于制造少維護或免維護的電池。
【具體實施方式】
[0016]以下結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0017]實施例1
用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)以16Pffl厚的聚丙烯微孔膜為芯層，以30g/m2面密度的ES纖維濕法非織布為上下面層，采用熱合機，在溫度為150°C的條件下將三層膜復合在一起，形成隔膜基材；
(2)將此隔膜基材以展開狀態(tài)連續(xù)通過電子加速器輻照，控制電子加速器的束流量和隔膜基材的傳送速度，使隔膜基材接受的吸收劑量為20kGy ;
(3)將輻照后的隔膜基材裝入接枝反應器中，密封，抽真空，然后將接枝液從接枝反應器底部真空吸入接枝反應器中，控制進液速度，使接枝液充分浸透至隔膜基材卷，然后加熱至反應溫度進行接枝反應，經接枝反應過程后的隔膜基材通過水洗機進行清洗，去除未反應物質和均聚物，然后經烘干機10tC烘干即得接枝率為11.6%的隔膜基材；接枝反應條件為:接枝液與隔膜基材的質量比為6:1，反應溫度80°C，反應時間8小時；接枝液的化學組成為:水的質量分數為89.5%，辛基醇聚氧乙烯醚的質量分數為0.5%，丙烯酸質量分數為6.0%，苯乙烯磺酸鈉的質量分數為4.0% ；
(4)接枝后的隔膜基材經熱乳機熱乳整理形成厚度為0.2±0.02mm的隔膜，熱乳溫度為 130。。。
[0018]將經上述制備方法制得的復合隔膜經檢測:對于30wt%氫氧化鉀水溶液，其面電阻為72m Ω.cm2,吸液量為275%，吸液速率57s/2.5cm，透氣率為3.lmm/s，符合排氣式方形鎳鎘電池對隔膜的要求。
[0019]實施例2
用于排氣式方形鎳鎘電池的復合隔膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)以45μπι厚的聚丙烯微孔膜為芯層，以50g/m2面密度的ES纖維濕法非織布為上下面層，采用熱合機，在溫度為150°C的條件下將三層膜復合在一起，形成隔膜基材；
(2)將隔膜基材置于鈷60γ-射線輻射源中，通過控制隔膜基材在輻照室中的位置和時間，使隔膜基材接受的吸收劑量為50kGy，輻照時間過半時，停止輻照，將隔膜基材做上下和前后翻轉，繼續(xù)進行下半程輻照，以使隔膜基材接受輻照均勻；
(3)將