[发明专利]一种具有优良离子传导性的隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌离子电池用隔膜的制备方法技术领域。

背景技术

现有的电池含有重组体隔膜包括多孔的熔融吹制的聚合物纤维，该聚合物纤维包括表面活性剂或润滑剂，其促使气体在表面传输。美国专利第6,054,084号描述了用于铅酸电池的隔膜，该隔膜由加入颗粒状硅石填充物的聚四氟乙烯(PTFE)原纤维基质和作为气体传输剂的非蒸发性润滑剂构成。Zucker在美国专利第5,962,161号中描述了用于铅酸电池的重组体隔膜，其包括熔融吹制的聚丙烯，而表面活性剂使得该聚丙烯变得可浸湿，从而使其能够传输氧气。

聚乙烯微孔膜在120～130℃间熔化，其早期关闭特点使得易于抑制与微孔关闭的相关温度的增加，但是在单由聚乙烯制成的隔离膜中，其膜破裂温度也低，因而不能认为其安全性高。专利CN99804321采用HDPE和液体石蜡共混，所得微孔薄膜闭孔温度131.9℃，膜破裂温度133.1℃，电池的安全性较差。近来也采用复合薄膜而非单一材料薄膜来解决隔膜的安全性问题。Tonen、Asahi-Kasei、Hoechst公司已申请了两层PE/PP和三层PP/PE/PP微孔膜的专利。专利CN92109189给出了由聚乙烯与聚丙烯构成的微孔膜，其闭孔温度为135～140℃，膜破裂的温度接近170℃，两者相差30～35℃，具有非常高的安全性能。但这些复合薄膜均采用熔融拉伸法制得。熔融拉伸法是在提高熔融聚合物应力的条件下先将结晶性聚合物挤塑成膜，然后使薄膜在无张力或低张力下经退火得到必要结晶结构，后进行纵向拉伸产生一种狭缝状空隙的网状结构。因此这些复合薄膜存在孔径及孔隙率较难控制等缺点，而且由于只进行纵向拉伸，薄膜横向强度较差。

镍电池是近年来发展起来的新型二次电池，具有比能量高、电池容量大，可达到同体积福镍电池的1.5-2倍，耐过充、放电，不怕滥用等特性，并且与福镍电池可以互换，充电器无需做任何变动即可使用，更主要的是它不存在如锅、汞等重金属对环境的污染，被称之为“绿色电源”。因此，近年来镍电池的发展十分迅速，已逐步取代福镍电池，正广泛应用于便携式电脑、无绳电话、手机、摄像机等电子器具中。在上述镍二次电池中，隔膜是其关键的组成部分之一，除起到隔离正负极的作用外，还必须具有良好的吸收碱性电解液的能力和优良的化学稳定性。以往的镍电池，其隔膜通常采用亲水性良好的维尼纶隔膜和聚酞胺纤维隔膜，然而维尼纶的抗氧化能力较差，致使电池的性能受到很大的影响。聚酰胺纤维隔膜在碱溶液中会水解生成例如硝酸根离子、亚硝酸根离子、氨等杂质，这些杂质的存在同样导致电池的自放电增加，电池的性能明显变劣。

在美国专利第4,909,645号中，Nelson披露了制备复合膜方法，该复合膜是由聚甲基丙烯酸甲酯和纤维素衍生物(如乙酸纤维素)的混合物制成。存在的甲基丙烯酸甲酯选择性的除去含有氢气的气流中的氢气。然而，聚甲基丙烯酸甲酯并不适合于作为具有处理(handling)高电流的能力的电池隔膜，因为其具有高的电阻。

发明内容

本发明的目的就是为克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种具有优良离子传导性的电池隔膜的制备方法。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案如下：

一种具有优良离子传导性的电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

a、在溶剂中溶解聚合度为500-1500的纤维素形成溶液；

b、在溶剂中溶解烷基纤维素以形成溶液；

c、将上述的两种溶液混合成聚合物的质量浓度为25～60％的溶液，然后加入聚乙二醇和氯化锌溶液；

d、形成含有分散在再生纤维素连续相中的烷基纤维素溶液的凝胶薄膜；

e、干燥凝胶薄膜以制备电池隔膜。

上述的步骤c，聚乙二醇和氯化锌所用的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺。聚乙二醇的用量为1-10％，氯化锌的用量为0.5-2％。

上述的步骤d，在凝结时所述薄膜上方的环境大气具有50-95％的相对湿度。

形成含有分散在再生纤维素连续相中的所述疏水性聚合物的不连续区域的所述第三溶液的凝胶薄膜；以及干燥所述薄膜以制备所述隔膜。其中所述不连续区域在水或乙醇存在的条件下，通过凝结所述薄膜被形成在所述薄膜中，并且将水间接地施于所述澎朗交薄膜。

上述的步骤d，优选的方案还包括在凝结时保持所述环境大气在25-45℃的步骤。

上述的步骤e，在干燥前将所述薄膜进行冲洗以除去溶剂；

上述的烷基纤维素还可以由聚苯氧化物、聚甲基硅氧烷或醋酸纤维素代替。