權利要求書

1.一種堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于步驟如下：

（1）稱取聚丙烯纖維和ES 纖維，其中聚丙烯纖維：ES 纖維的質量份數(shù)比為3～8：1～6。

（2）取聚丙烯纖維放入纖維標準疏解器中，加入水，聚丙烯纖維與水的質量比為1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（3）取ES 纖維放入裝有聚丙烯纖維漿料的纖維標準疏解器中，加入水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.5%～1%， 然后繼續(xù)疏解20 000～25 000 r，待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（4）將漿料懸浮液移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.2%～0.5%，攪拌10～30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（5）將步驟（4）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅，濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理后，最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨的具體條件為，正壓1～10 min，反壓1～10 min；干燥溫度為80～98 ℃，得干燥紙幅。

（6）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得堿性電池隔膜紙。

2.根據(jù)權利要求1 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中加水配成質量分數(shù)為0.2%～0.5%，然后加入不同種類的化學助劑，再進行攪拌。

3.根據(jù)權利要求2 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法，其特征在于所述化學助劑為聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纖維素。

4.根據(jù)權利要求2 所述的堿性電池隔膜紙的制備方法， 其特征在于所述化學助劑的加入量為相對于絕干纖維漿料質量的0.5%～1.5%。

5. 根據(jù)權利要求1 至4 任一項所述的堿性電池隔膜紙的制備方法， 其特征在于所述聚丙烯纖維的纖維長度為1～6 mm， 纖維寬度為2～4 μm； 所述ES纖維的纖維長度為1～4 mm，纖維寬度為10～16 μm。

技術領域

本發(fā)明屬于特種紙加工與制造技術領域， 尤其是一種堿性電池隔膜紙的制備方法。

背景技術

隨著環(huán)境問題的日益嚴重，清潔型汽車（如燃料電池汽車和電動汽車等）的研發(fā)已經(jīng)備受關注。在清潔型汽車中， 可充電型的混合動力汽車可能被認為是最有前景的。 但是， 混合動力型汽車的電池必須具備優(yōu)良的輸出功率、高容量、壽命長等特點。 堿性電池以其優(yōu)良的性能而成為混合動力型汽車的電源之一。 因此，高性能的堿性電池越來越受到重視。

目前，常用的堿性電池多以二氧化錳為正極，鋅為負極，氫氧化鉀為電解液，正負電極間有起到隔離作用的隔膜材料， 該材料稱為電池隔膜紙。 電池隔膜紙是電池中最為薄弱的部分，位于電池的正、負極之間，其作用是對電子絕緣，允許離子透過，被稱為電池的心臟， 其物理性能的優(yōu)劣直接影響著電池的使用、貯存性能和使用壽命。 因此，常規(guī)的堿性電池隔膜紙需具備以下特點：（1）良好的隔離性能，即將電池的正負電極隔開， 防止正極和負極的活性物質直接接觸，造成電池的內(nèi)部短路；（2）良好的離子滲透性，以一定的孔徑作為離子通道，要求隔膜紙對電子呈現(xiàn)出高電阻，而對離子呈低電阻，即保證離子遷移通暢；（3） 良好的電解液吸收性能與保液性能；（4）良好的化學穩(wěn)定性，尤其是在電解液中的耐堿性，以確保隔膜紙在堿性條件下的穩(wěn)定性；（5）具有一定的機械性能與韌性， 以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求；（6）電池的適用溫度一般為-20 ℃～80 ℃，要求隔膜紙在使用溫度范圍內(nèi)尺寸穩(wěn)定， 防止因變形而造成電池內(nèi)部短路。

堿性電池隔膜紙的兩大基本功能是隔離性能和離子導電性能。“枝晶”現(xiàn)象普遍存在于堿性電池中，而這種“枝晶”又很容易穿透孔徑較大的隔膜紙，使得兩電極間的活性物質直接接觸， 從而導致電池內(nèi)部短路，嚴重影響到電池的使用壽命、電池容量以及電池安全等性能。 為了防止“枝晶”引起的電池內(nèi)部短路，堿性電池隔膜紙應具有較小的孔徑，即隔膜紙孔徑越小，隔離性能越好；孔隙率越高，儲液性能越好，其離子導電性能也更好。 因此，常規(guī)的堿性電池隔膜紙通常采用化學穩(wěn)定性良好的超細合成纖維制成， 使其具備有低孔徑和高孔隙率的特點。 聚丙烯纖維隔膜具有孔隙率高、孔徑小、化學純度高、有害雜質少，以及非常好的耐酸堿性、抗氧化性和電阻小的特點。 但是，聚丙烯纖維間不存在纖維結合鍵，纖維只是相互的交織在一起， 因而隔膜紙纖維間不存在結合力，導致隔膜紙結合強度極低。

中國專利02147638.1 中披露了“一種堿性電池隔膜紙的制造方法”，該方法利用輥壓復合的方法制得一種尼龍非紡織布和聚丙烯非紡織布復合膜，用作堿性電池隔膜。但是，這種復合隔膜并未有效地結合在一起，其穩(wěn)定性能有限。

除專利外的其他資料表明，熔噴法、干法、濕法等工藝均可用于生產(chǎn)隔膜紙。 熔噴法制備的隔膜紙纖維直徑小，但強度差；干法生產(chǎn)的隔膜紙品質較差；采用濕法生產(chǎn)的堿性電池隔膜紙具有緊度高、勻度好、成本低等特點。 因此，本發(fā)明以濕法工藝制造堿性電池隔膜紙。

通過檢索， 尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明專利申請相關的專利公開文獻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種堿性電池隔膜紙的制備方法， 該方法采用聚丙烯纖維和ES 纖維為原料， 采用濕法成型工藝制備勻度較佳的紙頁， 然后采用熱壓處理的方法制備堿性電池隔膜紙， 制備得到的堿性電池隔膜紙具有高強度、高孔隙率、高吸堿率等性能。 本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）稱取聚丙烯纖維和ES 纖維，其中聚丙烯纖維：ES 纖維的質量份數(shù)比為3～8∶1～6。

（2）取聚丙烯纖維放入纖維標準疏解器中，加入水，聚丙烯纖維與水的質量比為1∶200～300，然后疏解15 000～20 000 r， 使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（3）取ES 纖維放入裝有聚丙烯纖維漿料的纖維標準疏解器中，加入水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.5%～1%， 然后繼續(xù)疏解20 000～25 000 r，待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解， 得漿料懸浮液。

（4）將漿料懸浮液移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.2%～0.5%，攪拌10～30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（5）將步驟（4）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理后， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨的具體條件為，正壓1～10 min，反壓1～10 min；干燥溫度為80～98 ℃，得干燥紙幅。

（6）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為100～160 ℃，0.1～1.2 MPa， 即得堿性電池隔膜紙。

而且，所述步驟（4）中加水配成質量分數(shù)為0.2%～0.5%，然后加入不同種類的化學助劑，再進行攪拌。

而且， 所述化學助劑的加入量為相對于絕干纖維漿料質量的0.5%～1.5%。

而且，所述化學助劑為聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯或羧甲基纖維素。

而且，所述聚丙烯纖維的長度為1～6 mm，纖維寬度為2～4 μm；所述ES 纖維的長度為1～4 mm，纖維寬度為10～16 μm。

本發(fā)明取得的優(yōu)點和積極效果是：

1.本方法采用聚丙烯纖維與低熔點纖維混合制備堿性電池隔膜紙，其中低熔點纖維選用了聚乙烯/聚丙烯雙組分皮芯結構（Ethylene-Propylene Side By Side，簡稱ES）纖維，利用ES 纖維的皮、芯層的熔點不同，即一定溫度下，ES 纖維的皮層熔化，而芯層不熔化，不同纖維的皮層可以有機的黏結在一起，從而達到隔膜紙強度增強的目的， 制備得到的堿性電池隔膜紙具有高強度、高孔隙率、高吸堿率等性能。

2.本方法的漿料由聚丙烯纖維和ES 纖維按一定比例混合。聚丙烯纖維的應用有利于提高堿性電池隔膜的致密性和耐堿性，超細的結構有利于保障電池隔膜紙孔徑與化學穩(wěn)定性；采用濕法成型制備隔膜紙時，由于聚丙烯纖維密度小，易絮聚，紙頁勻度差，采用ES 纖維與聚丙烯纖維混合抄造隔膜紙時，一方面，ES 纖維剛性比聚丙烯纖維大，若將ES 纖維與聚丙烯纖維配抄，剛性的ES 纖維可以阻礙聚丙烯纖維絮聚，可以改善紙頁勻度；另一方面，在熱壓處理紙頁的過程中，由于ES 纖維在一定溫度和壓強下纖維表皮熔化，使纖維之間能黏結到一起，隔膜紙的強度得到提升，且兩種材料均具備良好的耐腐蝕性。

3. 本方法采用濕法成型工藝可以制備緊度高、勻度好的隔膜紙，不僅提高了紙頁的強度，也降低了隔膜紙的孔徑，增強了電池隔膜紙抵抗ZnO“枝晶”穿透的能力，而且該工藝操作簡單、方便，成本較低。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發(fā)明進一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明中所使用的原料，如無特殊說明，均為常規(guī)的市售產(chǎn)品；本發(fā)明中所使用的方法，如無特殊說明，均為本領域的常規(guī)方法。

實施例1

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質量份數(shù)為80 份的聚丙烯纖維，放入纖維標準疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質量份數(shù)為20 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標準疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.3%，加入0.5%(相對于絕干漿料質量)的化學助劑PEO，攪拌10 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅；壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94 ℃。

（5）將干燥后的紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為135 ℃和0.3 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.12 g/m2，抗張指數(shù)為22.93 N·m/g，吸堿率為276.7%，耐堿損失為0.52%，最大孔徑為37.92 μm，平均孔徑為18.40 μm，孔隙率為47.7%，透氣度為119.94 L/（m2·s）。

實施例2

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質量份數(shù)為70 份的聚丙烯纖維，放入纖維標準疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質量份數(shù)為30 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標準疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.3%，攪拌15 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94℃。

（5）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為150 ℃，0.5 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.00 g/m2，抗張指數(shù)為38.81 N·m/g，吸堿率為248.1%， 耐堿損失為0.82%， 最大孔徑為35.66 μm，平均孔徑為15.23 μm，孔隙率為38.6%，透氣度為49.83 L/（m2·s），。

實施例3

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質量份數(shù)為65 份的聚丙烯纖維，放入纖維標準疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質量比為1∶200；然后疏解15 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質量份數(shù)為35 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標準疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.7%，然后繼續(xù)疏解23 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.3%，加入0.5%(相對于絕干漿料質量)的化學助劑CMC，攪拌10 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅，濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理，最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓10 min，反壓10 min；干燥溫度為80 ℃。

（5）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為100 ℃，1 MPa，最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結果： 在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.00 g/m2，抗張指數(shù)為29.29N·m/g，吸堿率為306.4%，耐堿損失為0.63%，最大孔徑為45.65 μm，平均孔徑為19 μm，孔隙率為48.7%，透氣度為190.83 L/（m2·s）。

實施例4

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質量份數(shù)為30 份的聚丙烯纖維，放入纖維標準疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質量比為1∶250；然后疏解18 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質量份數(shù)為10 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標準疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為1%， 然后繼續(xù)疏解25 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.5%，加入1%(相對于絕干漿料質量)的化學助劑PAM，攪拌30 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓1 min，反壓1 min；干燥溫度為90 ℃。

（5）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為160 ℃，0.9 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結果： 在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.14 g/m2，抗張指數(shù)為38.66 N·m/g，吸堿率為287.3%，耐堿損失為0.83%，最大孔徑為39.21 μm，平均孔徑為15.50 μm，孔隙率為46.4%，透氣度為176.67 L/（m2·s）。

實施例5

一種堿性電池隔膜紙的制備方法，步驟如下：

（1）取質量份數(shù)為40 份的聚丙烯纖維，放入纖維標準疏解器中，加入適量水，使聚丙烯纖維與水的質量比為1∶300；然后疏解20 000 r，使棉絮狀聚丙烯纖維分散開，從而形成聚丙烯纖維漿料。

（2）取質量份數(shù)為60 份的ES 纖維放入已分散完聚丙烯纖維的纖維標準疏解器中，加入適量水，使混合纖維在水中的質量分數(shù)為0.5%，然后繼續(xù)疏解20 000 r， 待混合纖維完全分散無絮聚點后停止疏解，得漿料懸浮液。

（3）將漿料懸浮液轉移至配漿池，再加水配成質量分數(shù)為0.3%，加入1.5%(相對于絕干漿料質量)的化學助劑PEO，攪拌15 min，待攪拌均勻后即為混合纖維漿料。

（4）將步驟（3）中的混合纖維漿料進行抄造得濕紙幅， 濕紙幅經(jīng)過壓榨脫水處理， 最后經(jīng)過干燥處理，得到干燥紙幅。 壓榨具體條件為，正壓5 min，反壓2 min；干燥溫度為94 ℃。

（5）將干燥紙幅進行熱壓處理，熱壓溫度和熱壓強度分別設定為135 ℃，0.5 MPa， 最后得到堿性電池隔膜紙。

檢測結果：在上述條件下制備出來的堿性電池隔膜紙，定量為50.05 g/m2，抗張指數(shù)為44.01 N·m/g，吸堿率為357.4%，耐堿損失為0.78%， 最大孔徑為52.01 μm，平均孔徑為16.15 μm，孔隙率為56.1%，透氣度為195.61 L/（m2·s）。

以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本發(fā)明不受上述實施例的限制， 上述實施例描述只是說明本發(fā)明的基本原理， 在不脫離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的前提下， 本發(fā)明將會有各種變化和改進， 這些變化和改進都會落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。