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电池用纸:说说镍氢电池隔膜纸

镍氢电池是一种可充放电的绿色电池,以金属氢化物为负极,以氢氧化镍为正极,以30%-40%的KOH为电解液,下图为电池结构,分离层即电池隔膜。


电极反应为:

  镍氢电池隔膜应用在镍氢电池中,起着吸附电解液,隔离正负极的作用,是电池的骨架结构,其质量对电池的安全性也有重要影响。


  镍氢电池隔膜必须满足以下性能要求:


  化学稳定性:镍氢电池的电解液为30%-40%的KOH,因此隔膜在强碱性电解质溶液中要有很好的化学稳定性,包括耐碱性和耐氧化性,主要是防止隔膜在碱液中发生化学反应以影响电池的放电。


  吸液速率快:隔膜吸液速率快有利于电池生产的进行。


  保液率高:隔膜吸收的电解液越多,阴极和阳极的化学物质反应便越充分。电池容量也就越大,寿命也就越长。


  机械强度高:隔膜要具有较高的干、湿强度,因为生产中隔膜随正负极材料的卷绕速度非常快,隔膜受到较大的拉伸力作用,这就要求隔膜具有较高的干强度;又因为隔膜浸在碱液中被反复充放电,因而要求具有较高的湿强度;卷绕时卷针和极板都有可能刺破隔膜。


  厚度:在满足上述指标的同时越薄越好。隔膜较厚则会占据较多的空间,相同条件下电池的容量就会下降。


  电阻:隔膜的电阻要低,隔膜电阻高会使电池内耗增加,从而导致电池无法大电流放电。


  绝缘性:保证正负极不会短路。


  多孔性及透气性:孔隙率太大会使两极的化学物质互相渗透造成短路,孔隙率太小不利于离子通过。增大隔膜电阻无法保证电池的大电流放电。电池在过充电时正极产生的氧气必须穿过隔膜与与负极的氢结合。否则电池的内压升高会导致电池漏液。


  离子交换率:离子文换率太小或为零表示离子不能穿过隔膜。则充放电化学反应就不能正常进行。、

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  原料:目前市场上较认可的材料是聚烯烃纤维。


  制造方法:


  湿法:即造纸的方法,称为湿法非织造布。疏解——上网成型——干燥?——热熔定型——后处理。


  湿法非织造布所用纤维长度一般为5-20mm,且在水中具有良好的分散性。湿法非织造布因具有成网均匀度高,纤网中纤维杂乱排列的效果好,布的各向同性效果好,柔软度、机械强度好等优点而备受亲睐。


  干法非织造布:是指纤维通过梳理或气流成网的方法制成纤维网,再经机械加热熔粘合加固形成的一种非织造材料。干法非织造布所用纤维一般长度为60mm,直径为10-25μm。为满足镍氢电池隔膜均匀性的要求,纤维一般经过梳理,采用热粘合或水刺的加固方式。镍氢电池非织造隔膜一般不采用针刺固方法,因为在刺针的作用下,非织造布易产生较大的针孔。


  熔喷非织造布技术:熔喷法是将螺杆挤出机挤出的高聚物熔体通过用高速高温气流喷吹或通过其他手段(离心力、静电力),使熔体细流受到极度拉伸而形成超细的短纤维,然后聚集到成网滚筒或成网帘上形成纤网,最后经自身粘合作用制成熔喷非织造材料的方法。熔喷非织造材料具有纤维直径细、表面积大、蓬松、过滤阻力小、过滤效率高等优点,但是强度较差。


  静电纺丝:是指通过对聚合物溶液(或熔体)施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术。通过静电纺丝技术制得的亚纳米级纤维具有直径小、比表面积高等特点,而且亚微米级纤维堆积而成的层状膜具有较高的孔隙率和优异的离子电导率。因此,静电纺丝法是制备高性能电池隔膜较为理想的方法之一。但目前并未实现产业化。


  亲水性:聚烃类纤维亲水性差。但镍氢电池隔膜要求其必须具有优良的吸液性能,所以对用于电池隔膜的聚烯烃非织造材料进行亲水处理是有必要的。


  目前,国内外对提高聚丙烯亲水性能的研究主要分为两类:一类是在纺前/纺丝阶段的改性以获得亲水性,如与亲水物质共混法、将纤维进行亲水改性等;第二类是利用后处理的方法对非织造布的表面进行亲水改性。两类方法的共同点就是,在基本不损伤隔膜材料力学性能的前提下,在隔膜表面引进或生产大量的亲水性或活性基团,纤维表面的亲水性基团增多,粗糙度和沟槽增加,毛细效应增强,提高表面能,改善亲水性。亲水改性的方法包括磺化处理法、化学接枝法、等离子体法、辐射法、氟化法、电晕处理等。