[發明專利]一種隔膜紙及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310026108.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103137931A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 胡健;王習文;龍金
• 申請（專利權）人: 廣州華創化工材料科技開發有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;B32B5/26
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 李渤;侯淑紅

技術領域

本發明屬于新材料領域，具體涉及一種隔膜紙及其制備方法和應用。

背景技術

堿性鋅錳電池、氧化銀電池、空氣-鋅電池、鎳氫電池和鋰離子電池中隔離正極和負極活性材料的隔膜，需要具備多種性能，如：

(1)防止正極和負極活性物質之間接觸造成的內部短路，但是離子能夠順暢通過；

(2)纖維分布均勻，保證電池放電性能的均一、穩定；

(3)具有適宜的抗張強度及吸堿速度，滿足制管工藝及生產線連續生產的要求；

(4)吸堿率應滿足連續放電時離子導電性的需要，特別是大功率放電時，隔膜必須有大的吸堿率；

(5)優良的耐電解質性能，特別是熱堿條件下耐電解質性能好，在電解液中尺寸穩定，防止變形或短路，從而保證儲存期電容量穩定。

堿錳電池普遍存在“枝晶”現象，而“枝晶”很容易穿透孔徑較大的隔膜，使得兩極活性材料接觸從而產生內部短路，嚴重降低電池的容量，為了防止“枝晶”引起的內部短路，則要求隔膜具有更小的空隙結構，更具體的說要求隔膜平均孔徑小于10μm。同時由于堿性鋅錳電池的負極材料鋅粉的直徑最小可以到20μm，所以隔膜孔徑大于20μm的數量最好不能超過總孔數量的1%，這樣就可以更好防止內部短路。

電池隔膜一般采用多種纖維混合通過干法無紡布或濕法無紡布制備而成，主要有單層和雙層兩種結構。如可樂麗股份有限公司的PCT專利申請（PCT公開號：WO2006/090790）公開了一種用于堿性電池的單層隔膜，其具有25～62質量(wt)%耐堿性合成纖維、5～25wt%加拿大游離度值(CSF)為10～280ml的原纖化的有機溶劑紡纖維素纖維和33～50wt%CSF不小于550ml的絲光化漿。盡管這種隔膜具有優良的耐堿性、致密性，但良好的致密性會導致隔膜的電阻增加、電解質的吸收性變差和吸收速率變慢，導致電池放電性能下降。永備電池有限公司的PCT發明專利申請（PCT公開號：WO2003/043103）公開了另一種單層電池隔膜，其定量20～30g/m²，厚度小于0.15mm，平均孔徑小于14μm，由25～95wt%的具有30～65Shopper?Riegler（SR）打漿度的原纖化的纖維和合成纖維組成。雖然有較小的平均孔徑和良好的隔離性能，但同樣存在電解質的吸收性和吸收速率較差的缺點。另外日本高度紙工業株式會社的發明專利申請（公開號CN1177843A,優先權JP265147/96），公開了一種由一定的液體浸透層和一定緊密層層合的隔膜。緊密層含有20～80wt%的耐堿纖維素纖維和合成纖維組成，纖維素纖維以CSF計的打漿度為500～0ml；液體浸透層由20～80wt%的CSF計的打漿度為700ml的耐堿纖維素纖維和合成纖維組成；緊密層單獨成形。但是該技術難以同時滿足既具有優異的電解質吸收性能又防止內部短路的功能。因為要保證優異的電解質吸收性能，則液體浸透層就要求相對較多，此時緊密層的量就變少，由于緊密層單獨成形，定量較少，則其缺陷必然會較多，形成的大孔增多，而液體浸透層不能彌補那些大孔，使得其難以獲得優異的隔離性能。如果增加緊密層的量，則液體浸透層就會減少，隔膜就難以獲得優異的電解質吸收性。同時這種層合的方式使得隔膜液體浸透層和緊密層間的層間結合力較差，在使用過程中的收縮率較大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新的隔膜紙，其包含三層結構，中間層具有較小的孔徑、良好的隔離性能，能夠有效的起到隔離正負極的效果；上下兩層具有優異的液體透過性和電解質吸收率，可保證電池的放電性能。該材料還具有尺寸穩定性好、厚度薄的優異性能，可以實現電池的高容量化。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種隔膜紙，包括第一層，第二層和第三層，第二層位于第一層和第三層之間；所述第一層和第三層為疏松層，平均孔徑>10μm，定量為5-30g/m²，各自獨立地含有聚乙烯醇纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、乙烯-乙烯醇共聚物纖維、復合纖維、天然植物纖維、粘膠纖維、芳綸纖維和聚對苯撐苯并二惡唑纖維中的一種或幾種；所述第二層為致密層，平均孔徑<5μm，定量為2-15g/m²，含有纖度<0.5dtex的聚乙醇纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、乙烯-乙烯醇共聚物纖維、復合纖維、天然植物纖維、粘膠纖維、芳綸纖維和聚對苯撐苯并二惡唑纖維中的一種或幾種，以及原纖化纖維。