[发明专利]具有可永久性润湿的细纤维分隔体的电池

说明书

发明领域

本发明涉及具有可用表面活性剂来永久性地润湿的细纤维分隔体的电池。

发明背景

聚合物纤维在非织造材料工业中已广泛用于制造非织造纤维网、织物及复合材料。诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯等的烯烃聚合物以及乙烯或丙烯与其它烯属单体的共聚物因它们的疏水性能而为人们所知。因此，聚烯烃纤维的非织造纤维网在很多情况下用于其中它们的疏水性是有利的应用中。例如，聚烯烃非织造材料经常用于尿布、其它卫生产品以及需要保持水分远离穿着者皮肤的医学应用中。

然而，存在其中不需要聚烯烃纤维的疏水性以及其中需要亲水性的众多其它非织造织物应用。即使由诸如聚酰胺或聚酯的聚合物制成的纤维，也可能不具有某些应用所需的亲水性。如果要利用由聚合物纤维形成的非织造织物，则必须以某种方式处理所述纤维以改变纤维的正常疏水性能而赋予其亲水性能。一种熟知的方法涉及局部施用诸如表面活性剂的组合物以使织物更具亲水性。然而，局部化学施用对于一些应用并不完全令人满意，因为它们不耐用。所述亲水性能会在洗涤后或在电池中长期使用后丧失。局部化学处理或其它纤维表面改性处理所需的额外工序还会不可取地增加织物成本。已知使得聚合物可润湿的少数方法对环境不友好、相对缓慢并且耐久性有限。

为了改善可润湿性，工业中已知可将诸如得自Rohm和Haas的TRITONX-100的某些表面活性剂作为水溶液或悬浮液施用到疏水性纤维、长丝或非织造织物的表面上，所得效果为使得所述纤维、长丝或织物可润湿，尽管不具有吸收性。这些局部处理可通过本领域的技术人员熟悉的任何方式来施用，例如泡沫喷射、浸渍和挤压或凹版辊。在几乎每种情况下，都需要某种加热步骤以移除用于制备表面活性剂溶液或悬浮液的残余水分或溶剂。该步骤显著增加了制造成本和复杂性。另外，热塑性通过暴露于热量而改变并且需要仔细监测加热过程以确保织物性能不会受到不利影响。此外，由于表面活性剂不能牢固地化学键合到纤维或长丝表面上，因此此类局部处理并不耐用。它们趋于在重复流体暴露期间洗刷掉或者使用期间擦掉。

在改进这种缺陷的尝试中，电晕放电处理已被用于改变纤维或长丝表面的电化学势。该作用使得表面更具活性，结果是疏水表面变得更具可润湿性。然而，这些电势改变也不是永久性的，尤其是受环境作用的影响，例如当在潮湿环境中贮藏时。

另外一种选择是利用表面化学处理，其中将表面活性剂共价键合到聚合物上。

另一种方法为在热塑性聚合物熔融挤出成纤维、长丝或非织造织物之前将化学试剂掺入到热塑性聚合物中，使得纤维本身更亲水。诸如硅氧烷的试剂已被提议用于该目的。此处的目的是赋予纤维或长丝持久的可润湿性改变。运用模型理论表明熔融添加剂开始分散在熔融聚合物中并在聚合物于纤维或长丝骤冷期间冷却时束缚在基质中。时间一长，由于进一步加工的影响，添加剂上升到纤维或长丝的表面上，一种称作起霜的现象，从而赋予持久的可润湿性。公布的PCT专利说明书WO99/00447公开了一种用于制备可润湿纺粘和熔喷纤维的产品和方法，所述纤维由包括润湿剂的烯烃聚合物、聚酯或聚酰胺制备，所述润湿剂基本上由单酸甘油酯或单酸甘油酯与混合甘油酯的组合组成，其中单酸甘油酯在所述组合情况下总计为按重量计至少85％。

然而，亲水性熔融添加剂的使用会显著增加非织造纤维网的成本。此外，亲水性熔融添加剂加入到聚合物中会改变纤维或长丝的性能，从而导致非织造纤维网的重要物理或美观性能变得不可接受，所述性能包括例如强度、柔软性或手感。

在碱性电池中，分隔体在正极和负极之间使用以保持它们隔开并防止其间的短路，另外保持其上的电解质并能够进行平滑的电动反应。

用于碱性电池的电池分隔体常规上为具有大孔的厚的多层非织造材料，所述大孔具有良好(低)的离子电阻但具有较差的生长枝状体阻隔(本文也称作“树枝状阻隔”)；或者为其上具有微孔膜的多层非织造材料，所述微孔膜具有极小孔，所述极小孔具有良好的树枝状阻隔但具有极高的离子电阻。

由于小型化及重量减轻的需要，电子设备中分配用于电池的空间已变得越来越小。然而，对此类小型电池的性能需求与对常规电池相同或更高，因此有必要增强电池容量并增加电极内的活性物质量。因此，如果能够减小电池内分配给分隔体的体积并将分隔体制得更薄将是有利的。然而，如果只是简单地将常规分隔体制得更薄，则其用于容纳电极的容量(即，电极容纳容量)将被减少。具有大纤维的较薄非织造材料导致分隔体的较大有效孔径和较差阻隔性能。此外，在这些较薄的非织造材料中，纤维分配的均匀性会降低，从而进一步增加了有效孔径。