[發明專利]適合用于電化學電池單元的高拉伸強度紙

有效

• 申請號: 201980054119.8
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN112912564B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: M·阿夫沙里;B·S·姜
• 申請（專利權）人: 杜邦安全與建筑公司
• 主分類號: D21H13/26
• 分類號: D21H13/26;H01M50/423
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王琳;黃希貴

披露了一種適合用作電化學電池單元中的隔膜紙的紙和一種包含所述紙的電化學電池單元，所述紙包含(95)至(100)重量百分比的原纖維和(0)至(5)重量百分比的芳族聚酰胺纖條體作為唯一的纖維組分，并且具有(10)至(40)微米的厚度和至少(15)兆帕或更大的拉伸強度，所述原纖維包含(80)至(96)重量百分比的聚對苯二甲酰對苯二胺和(4)至(20)重量百分比的聚乙烯吡咯烷酮的聚合物共混物；所述原纖維具有(10)至(2000)納米的直徑、(0.2)至(3)毫米的長度、(3)至(40)平方米/克的表面積、以及(0)至(10)毫升的加拿大標準游離度。

背景技術

本發明涉及適合用作電化學電池單元中的隔膜的紙；即，可用于將電化學電池單元中的陰極與陽極隔開的紙；所述紙還對于用于此類電池單元中的電解質具有合適的透過性。隨著更高性能的電化學電池單元(或通常被稱為電池)的持續發展，對于適合作為也可以在非常高的溫度下操作的隔膜(通常稱為電池隔膜)的紙的需求增加。

Alvarado Chacon等人的美國公開US 2016/0197325公開了適合用作電化學電池單元中的隔膜的紙，所述紙包含至少60wt.％的芳族聚酰胺原纖維和至少1wt.％的芳族聚酰胺纖維。所述公開進一步公開了所述紙包含更具體地至少5wt.％的芳族聚酰胺纖維并且特別地至少10wt.％的芳族聚酰胺纖維。

如其中具體地聲明的，這些原纖維通常不通過使纖維原纖化來獲得；所述原纖維具有至多3m²/g的比表面積。

Hartzler等人的美國專利公開US 2006/0113700公開了來自芳族聚酰胺聚合物的復合纖維，所述纖維通過使芳族聚酰胺聚合物的各向異性溶液和柔性鏈聚合物的各向同性溶液組合來制造。要求保護復合纖維，其包含80至99重量百分比的芳族聚酰胺和1至20重量百分比的來自柔性鏈聚合物的各向同性溶液的聚合物。所述各向同性溶液可以包含聚(乙烯基吡咯烷酮)。

對于適合用作電化學電池單元中的隔膜的紙的要求之一是所述紙非常薄。被制成非常薄并且認為適合用作電化學電池單元中的隔膜的許多紙在此應用中性能并不好。特別地，非常薄的紙對于此應用可能不具有足夠的強度，并且一種回應曾是將較大和較小直徑的纖維材料的組合摻入到紙中，其中較大直徑的纖維材料為紙提供更多強度，并且小直徑的纖維材料填充在較大直徑的纖維材料之間的空隙中。然而，已經發現此類紙具有孔隙率和/或均勻性問題，在一些情況中包括使此類紙不適合用作隔膜的小針孔。雖然不受理論限制，但是認為此類孔隙率、均勻性和針孔問題是由于在生產紙張時難以將較大直徑的纖維材料與較小直徑的纖維材料均勻地共混和分散非常薄的層，這在較大直徑與較小直徑的纖維材料之間產生最終導致紙張中不合需要的大孔或甚至洞的應力集中或缺陷。需要的是適合用作電化學電池單元中的隔膜紙的紙，所述紙具有足夠的拉伸強度；并且此外，解決這些孔隙率和均勻性問題。

發明內容

本發明涉及一種適合用作電化學電池單元中的隔膜紙的紙和一種包含所述紙的電化學電池單元，所述紙包含95至100重量百分比的原纖維和0至5重量百分比的芳族聚酰胺纖條體作為唯一的纖維組分，并且具有10至40微米的厚度和至少15兆帕或更大的拉伸強度，所述原纖維包含80至96重量百分比的聚對苯二甲酰對苯二胺和4至20重量百分比的聚乙烯吡咯烷酮的聚合物共混物；所述原纖維具有10至2000納米的直徑、0.2至3毫米的長度、3至40平方米/克的比表面積、以及0至10毫升的加拿大標準游離度。

附圖說明

圖1是PPD-T/PVP原纖維的數碼照片

圖2是可商購的PPD-T紙漿的圖示。

圖3是將PPD-T/PVP長絲對比PPD-T長絲中的孔分布進行比較的圖示。

圖4是拉伸強度與紙孔隙率之間的關系的圖，說明改善的紙拉伸強度

具體實施方式