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镍氢电池隔膜纸的关键技术

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镍氢电池隔膜纸的关键技术 Key Technology of Separator Paper of MH-Ni battery 主讲人:赵丽君 第一部分 镍氢电池及隔膜纸简介 1 镍氢电池及隔膜纸简介 储氢合金 镍氢电池? 隔膜纸? 氢氧化镍 性能: ?化学性能稳定; 正极反应:Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e负极反应:M + xH2O + e- → MHx + xOH- 作用: ?良好的绝缘性,阻隔电子,延长寿命; ? 吸收电解液,导通离子; ?一定的机械强度,满足生产需要; ? 隔离正负极,阻隔电子; ?具有吸液性并对离子运动阻力小。 ? 阻挡活性物质脱落和迁移。 2 镍氢电池隔膜纸研究的背景和目的 1 替代镍镉电池,绿色环保、容量高、体积小、成本低、安全性高; 2 3 4 德国、日本、美国等公司产品占据着大部分隔膜纸市场; 国内隔膜纸企业少、产能小、品种少、生产工艺落后; 隔膜纸成熟的工艺有熔喷法、干法,熔喷法产量小,干法隔膜 纸产品性能较差,现在湿法隔膜纸发展前景较好。 以聚烯烃类短切纤维为主要纤维原料,经过湿法抄造得到镍氢电池隔膜纸。 目前,该工艺存在三大技术难题: ? 聚烯烃类纤维如何在水中均匀分散。 ? 如何通过热压成型工艺获得物理性能合格的镍氢电池隔膜纸基。 ? 如何对镍氢电池隔膜纸基进行亲水改性。 第二部分 隔膜纸原料和湿法生产 工艺难点 1、隔膜纸生产原料和生产工艺 2、聚烯烃类纤维分散性能 3、聚烯烃类纤维亲水改性 4、镍氢电池隔膜纸基的热压工艺 2 .1 隔膜纸生产原料 1、聚乙烯纤维(PE纤维):熔点130 ℃,主要分为 高密度PE和低密度PE,低密度PE比高密度PE易改 性,高密度PE支链少、短,低密度PE支链多、长。 2、聚丙烯纤维(PP纤维):熔点165 ℃,密度小, 刚性好,透明性好。 共性特征 优良的电绝缘性能 优异的耐酸碱性和化学稳定性 吸水性小、疏水性 3、聚乙烯-聚丙烯复合纤维(ES纤维):皮层-聚乙 烯, 芯层-聚丙烯,组份比例=(30~50):(50~80), 纤度(0.8~2)dtex。 2 .1 湿法隔膜纸生产工艺 生产工艺 ? PP纤维 ? ES复合纤维及种类 ?消泡剂 ?PEO分散剂 热压温度 热压压力 热压速度 纤维种类 亲水改性 处理时间 整饰卷取 纸基热压 原料选择 综合考虑择优选型 纤维分散成型 匀度、初始强度、 透气率 强度、透气率、厚度、 伸长率 吸碱率、碱损失、吸 碱高度、接触角 2.2 聚烯烃类纤维分散性能······难点一 匀度是衡量隔膜纸的重要指标之一,聚烯烃类纤维在水 中分散情况直接影响隔膜纸匀度。 聚烯烃类纤维疏水、容易絮聚 聚烯烃类纤维密度小、容易上浮 聚烯烃类纤维疏解流送容易产生小气泡 2.2 聚烯烃类纤维分散性能······难点一 悬浮液观察法 评 价 方 法 初始性能指标测定 ? 透气率; ? 抗张强度; 显微镜观察成纸表面 2.2 聚烯烃类纤维分散性能······难点一 1、斜网成型器:兼容了长网、圆网成型器的特点,适合抄 造长纤维特种纸,其有助于纤维均匀分散,成纸匀度好。 2、消泡剂:常用的消泡剂有脂肪醇类、有机硅类、聚醚 类、高碳醇类,有持效强的抑泡和消泡性能。 3、分散剂:常用的分散剂有聚氧化乙烯(PEO)、十二 烷基硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、十二烷基 苯磺酸钠等。 4、亲水改性:磺化、辐射、等离子体、米氏酸改性。 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 化学稳定 性好 PP、ES 纤维 吸液性、 亲水改性 保液性差 表面活性剂 X ? 等离子体 处理法 ? 浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫 气体等强氧化剂法。 化学 处理法 ? 引发剂 + 接枝丙烯酸 辐射法 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 磺化亲水改性机理 隔膜纸基 浓硫酸 磺化 处理 油浴锅 HDPE/LDPE/PP SO3H SO3H SO3H SO3H 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 冷凝回收槽槽 尾 气 处 理 器 隔膜纸 磺化反应槽 气体发生器 磺化反应设备 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 未磺化接枝的隔膜纸 磺化接枝的隔膜纸 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 等离子体处理亲水改性机理 HDPE (高密度聚乙烯) LDPE (低密度聚乙烯) 分子式 等离子体? 物质存在的第四种状态,是电离的导电气体,包括电子、正离子、负离 引入极性基团 子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子六种粒子。 COOH COOH O=C-O-R COOH C-OH R-C=O C-OH CHO COOH O=C-O-R 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 等离子体处理设备 电机冷却、 臭氧排风口 干式工艺,节能环保 处理时间短,效率高 改善材料表面性能,而基体性能不变 处理幅宽1250mm,速度20m/min 单面处理,左右均可进料 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 未等离子体处理隔膜纸 等离子体处理隔膜纸 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 辐射接枝亲水改性机理 聚合物材料 接枝的单体 + ‖ + UV等辐射处理 接 枝 后 的 聚 合 物 2.3聚烯烃类纤维亲水改性······难点二 密 封 隧 道 隔 膜 纸 基 涂 布 装 置 接枝 液供 给系 统 辐 照 室 水 洗 装 置 干 燥 装 置 辐射接枝设备 2.4 隔膜纸基的热压工艺······难点三 强度、透气率、厚度 双棍热压、硬辊为加热辊 热压温度、压力、转速 热压温度接*聚烯烃类原料熔点 辊式热压机 2.4 隔膜纸基的热压工艺······难点三 低 ? 透气



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