[发明专利]一种用于二次碱性锌锰电池的复合隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池隔膜技术领域，具体涉及一种用于二次碱性锌锰电池的复合隔膜及其制备方法。

背景技术

常规的碱性锌锰电池是一种一次性高比能电池，人们一直试图在不改变其基本结构的条件下，将其制成可充电的二次电池。即使其循环次数只有数十次，也将大幅提高碱性锌锰电池使用价值。为了达到这一目的，人们在电极材料上进行了许多研究开发，电极材料的可充电性已基本解决。但是，锌电极氧化锌枝晶问题依然阻碍着二次碱性锌锰电池的发展。二次碱性锌锰电池至今一直未能获得很好的发展。

为了解决二次碱性锌锰电池的氧化锌枝晶问题，人们采用的主要方法之一就是提高隔膜的抗枝晶功能，其中普遍采用的一种有效方法是采用水化纤维素膜与常规的非织布隔膜复合在一起用作二次碱性锌锰锌电池隔膜。但是这种方法存在一些缺点，其一是水化纤维素膜在高浓度氢氧化钾电解液中容易碱降解，影响电池的使用寿命；其二是碱性锌锰电池在使用隔膜过程中，需要首先将隔膜加工成试管形状的隔膜管，其底部是通过热熔粘合形成。而且这一加工过程是在自动卷管机上完成的。水化纤维素膜的存在使这一过程变得困难，因为水化纤维素膜是无法热熔的。人们只能通过仔细的手工卷管来完成这一加工过程，生产效率很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于二次碱性锌锰电池的复合隔膜及其制备方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种用于二次碱性锌锰电池的复合隔膜，该复合隔膜由聚丙烯微孔膜及含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布构成的两层复合结构，且该复合隔膜的厚度为0.08mm至0.12mm。

上述复合隔膜的表面含有经辐射接枝所获得的羧基和/或磺酸基官能团。

上述用于二次碱性锌锰电池的复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将聚丙烯微孔膜与含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布热复合在一起制成隔膜基材，热复合温度为135~150℃；

（2）将步骤（1）制得的隔膜基材进行γ-射线或电子束辐射，吸收剂量为15~40kGy；将辐射后的隔膜基材装入接枝反应器中，加入接枝液，加热至反应温度进行接枝反应，反应完毕后，再经水洗、烘干，得接枝改性的隔膜基材，接枝率为5%~15%；

（3）将步骤（2）得到的隔膜基材热轧定型为厚度均匀的隔膜。

步骤（2）中接枝液与隔膜基材的质量比为（3~6）︰1，反应温度为50~90℃，反应时间为3~8小时。

步骤（3）中热轧温度为90~130℃。

接枝液由去离子水、润湿剂、丙烯酸和/或苯乙烯磺酸钠组成，以质量百分比计，水的质量分数为88~94.5%，润湿剂的质量分数为0.5 ~2.0%，丙烯酸和/或苯乙烯磺酸钠的质量分数为5.0~10.0%。

较好地，所述的聚丙烯微孔膜的厚度为10~25µm（在此厚度范围的聚丙烯微孔膜的面密度一般为5~12.5g/m²，孔率为40%~60%）。

步骤（1）中：所述的含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布的面密度为30~60g/ m²（在此面密度范围内的含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布含纤维的直径为10~30µm，所含纤维的长度为3~12mm）所采用的超细聚烯烃纤维是一种具有皮芯结构的复合纤维，其芯层为聚丙烯，皮层为聚乙烯；所述超细聚烯烃纤维在湿法非织布中的质量分数为20%至50%；所采用的维尼纶纤维的质量百分数为50%至80%。

本发明中的润湿剂属于表面活性剂，可以是下述化合物中的一种或两种以上化合物的混合物：十二烷基硫酸钠、十二烷基醚硫酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烯基磺酸盐等。

本发明中的热复合过程是指用网带式热复合机将聚丙烯微孔膜与含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布粘合在一起，所采用的网带式热复合机包括放卷系统、热缸及热缸上的闭合循环覆带以及收卷系统。复合过程系将聚丙烯微孔膜与含超细聚烯烃纤维和维尼纶纤维的湿法非织布置于热复合机的放卷工位上，使聚丙烯微孔膜处于下方，将两层膜卷头叠合在一起通过热合机复合在一起制成隔膜基材，再通过收卷系统收卷，热合温度在135~150℃之间。