一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，采用湿法造纸技术制备电池隔膜纸，充分发挥原料自身特性，制备过程简单，成品性能优异。具体方法是：1）先将玻璃棉分散酸性溶液中，连续搅拌，加入玻璃纤维再搅拌，用标准纤维疏解机疏解，加入分散好的粘结剂纤维，制成均匀悬浮的混合纤维浆料。2）成型后的纸幅转移到平整致密的聚酯网上，用压辊轻压，置微波炉中高火微波10-30s。3）微波后的湿纸幅转移到两个铜网之间准备干燥，干燥方式包括远红外干燥和热风穿透干燥。本发明可以充分发挥玻璃纤维和玻璃棉的优异性能，通过湿法造纸技术及特种纸制备中的热风穿透干燥工艺，得到高质量的电池隔膜纸原纸。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及特种纤维湿法造纸领域，具体涉及一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池 隔膜纸的方法，主要利用玻璃纤维和玻璃棉加工而成。 一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法
【背景技术】
[0002] 电池隔膜纸作为电池中分开正极和负极的隔膜材料，主要作用是防止电池中正负 电极直接接触而短路，并能够让电解液中的离子在正负极之间自由通过而电子不能自由穿 过，在组成电池的各个部分之中，隔膜材料起到了举足轻重的作用，它的优劣直接影响电池 的放电容量、循环使用寿命和充放电电流密度等关键特性。
[0003] 将玻璃纤维应用于电池隔膜纸的制造中，生产的电池隔膜纸，其性能将会优于一 般的电池隔膜纸，如吸液量更高，吸液速度更快，亲水性更好等，并在整个寿命期间保持其 高的吸液率； 同时，由于玻璃纤维隔膜具有表面积大，孔隙率高，孔径小，化学纯度高，有害杂质少， 以及非常好的耐酸性、抗氧化性和小的电阻等特点。
[0004] 但采用玻璃纤维生产电池隔膜纸也存在不少问题，如玻璃纤维结合力比较弱，成 纸强度低；粗纤维过多，虽然可以保证隔膜纸的强度，但吸液性能会有所下降；细纤维过 多，虽然吸液量提高了，但强度又会有所下降。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种采用玻璃纤维和玻璃棉进行混合抄造，以聚乙烯醇为粘结剂， 并采用湿法造纸技术制备电池隔膜纸的方法，旨在提高玻璃纤维电池隔膜纸的强度及吸液 性能，制备过程简单，成品性能优异。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，包括以下步骤： 1) 称取一定量的的玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯醇纤维，其中玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯 醇纤维质量份比为（45?60) : (40?55) :(3?15); 2) 将40-55份的玻璃棉，放入酸性溶液中进行分散，并连续搅拌防止玻璃棉絮聚； 3) 在上述步骤2)中加入45-60份的玻璃纤维，继续搅拌，用纤维疏解机疏解 4000r-5000r，形成疏解混合液； 4) 将：Γ15份的聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液，所述聚乙烯醇纤维作为粘结剂， 赋予成纸强度； 5) 将步骤3)中的疏解混合液加入步骤4)中配置完成的聚乙烯醇纤维溶液中，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料； 6) 将步骤5)中的混合纤维浆料在抄片器中经迅速脱水后抄造得到湿纸幅，然后将湿纸 幅进行干燥处理后，得到电池隔膜纸。
[0007] 在本发明的一个优选实施例中，所述步骤6)中干燥处理方法：首先将湿纸幅在微 波炉中微波烘烤l(T6〇s，微波处理后将湿纸幅置于两张铜网之间，并放入红外干燥箱中进 行进一步干燥。
[0008] 在本发明的一个优选实施例中，所述湿纸幅中的含胶量的质量分数为3-8%。
[0009] 在本发明的一个优选实施例中，所述步骤6)中湿纸幅脱水成型时，用玻璃棒搅拌， 保证浆料成型瞬间有适当的流动，提高成纸的表面平整度。
[0010] 在本发明的一个优选实施例中，所述步骤6)中制备出来的电池隔膜纸的定量为 50?60g/m 2。
[0011] 在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2)中的玻璃棉与酸性溶液的质量比为 1: (2000^10000)〇
[0012] 通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 本发明可以充分发挥玻璃纤维和玻璃棉的优异性能，通过湿法造纸技术及特种纸制备 中的热风穿透干燥工艺，得到高质量的电池隔膜纸，可用作电池的内部隔膜材料。
【具体实施方式】
[0013] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进 一步阐述本发明。
[0014] 一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，本发明主要选用玻璃纤维、玻 璃棉和聚乙烯醇纤维作为制备原材料， 其中玻璃棉是直径更细的一种玻璃纤维，在抄造过程中，增加玻璃纤维的配比，可一定 程度增加成纸的强度，但纤维之间空隙较大，难以保留住电解液，从而降低成纸的吸液性； 增加玻璃棉的配比，一定程度上可以增加成纸的吸液性，但强度会有所降低。因而需要一个 合适的玻璃纤维及玻璃棉的配比，使其强度和吸液性达到最佳； 而且由于玻璃纤维之间不含有氢键，成纸强度低，只能通过外加粘结剂来提高纸张强 度；为了使粘结剂在玻璃纤维及玻璃棉中分布均匀，本发明采取在抄造过程中加入粘结剂 来提高粘结剂在纸张中的分布均匀性，由于纸张的抄造是在水环境中完成，此时需要使用 水溶性的粘结剂，而聚乙烯醇具有良好的水溶性及粘性，并且在抄造过程中容易留着在纤 维上，干燥后使纤维之间能粘结在一起，从而赋予纸张良好的强度。
[0015] 具体包括以下步骤： 1) 称取一定量的的玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯醇纤维，其中玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯 醇纤维质量份比为（45?60) : (40?55) :(3?15); 2) 将40-55份的玻璃棉，放入酸性溶液中进行分散，并连续搅拌防止玻璃棉絮聚；步骤 2)中的玻璃棉与酸性溶液的质量比为1: (200(Γ10000); 3) 在上述步骤2)中加入45-60份的玻璃纤维，继续搅拌，用纤维疏解机疏解 4000r-5000r (4000r-5000r是指疏解4000-5000转），形成疏解混合液； 4) 将：Γ15份的聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液，所述聚乙烯醇纤维作为粘结剂， 赋予成纸强度； 5) 将步骤3)中的疏解混合液加入步骤4)中配置完成的聚乙烯醇纤维溶液中，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料； 6) 将步骤5)中的混合纤维浆料在抄片器中经迅速脱水后抄造得到湿纸幅，然后将湿纸 幅进行干燥处理后，得到电池隔膜纸；制备出来的电池隔膜纸的定量为5(T60g/m2。
[0016] 混合纤维浆料在抄片器中分散均匀后，将下面的排水阀打开，迅速排水得到湿纸 幅，先将湿纸幅放入微波炉中微波烘烤l(T6〇 S，微波处理后将湿纸幅置于两张铜网之间，并 放入红外干燥箱中进行进一步干燥。
[0017] 上述步骤6)中干燥处理方法：首先将湿纸幅在微波炉中微波烘烤l(T6〇S，微波处 理后将湿纸幅置于两张铜网之间，并放入红外干燥箱中进行进一步干燥。
[0018] 上述由于微波加热是通过使物体内部偶极分子做高频往复运动，产生"内摩擦热" 而使被加热物料温度升高，使物料内外部同步加热升温，具有加热速度快且均匀等优点；由 于干燥时间过长会使粘结剂发生热迁移，减少纸张中粘结剂含量，因而在干燥过程中首先 采用微波加热处理，能够使纸张得到迅速干燥，减少粘结剂在干燥过程中的热迁移，从而减 少粘结剂的损失 所述湿纸幅中的含胶量的质量分数为3-8%。湿纸幅脱水成型时，用玻璃棒搅拌，保证浆 料成型瞬间有适当的湍动，提高成纸的表面平整度。
[0019] 实施例1 : 1) 称取质量份比为50 :50 :7的玻璃纤维、玻璃棉及聚乙烯醇纤维，先将50份玻璃棉分 散在pH=2. 5的硫酸溶液中，玻璃棉与硫酸溶液的质量比为1:10000,并连续搅拌防止其絮 聚；然后加入50份玻璃纤维，继续搅拌，用标准纤维疏解机疏解4000r，形成疏解混合液； 2) 将步骤1)中称取的7份聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液； 3) 玻璃纤维和玻璃棉疏解结束之后，加入步骤2)中配好的聚乙烯醇纤维溶液，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料。
[0020] 4)将混合纤维浆料抄造成湿纸幅，含胶量为3%，然后将湿纸幅在微波炉中高火微 波20s，微波后置于两张铜网之间，将远红外干燥及高热风双面吹干两种干燥方式结合起来 对湿纸幅进行干燥，干燥后得到玻璃纤维电池隔膜纸。
[0021] 经检测，得到的电池隔膜纸成纸定量为50. 79g/m2,厚度0. 235mm，抗张力 18. 80N/15mm，吸乙醇高度 99mm/10min，吸喊量 742. 5%。
[0022] 实施例2 : 1) 称取质量份比为50 :50 :9的玻璃纤维、玻璃棉及聚乙烯醇纤维，先将50份玻璃棉分 散在pH=2. 5的硫酸溶液中，玻璃棉与硫酸溶液的质量比为1:10000,并连续搅拌防止其絮 聚；然后加入50份玻璃纤维，继续搅拌，用标准纤维疏解机疏解4000r ; 2) 将步骤1)中称取的9份聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液； 3) 玻璃纤维和玻璃棉疏解结束之后，加入步骤2)中配好的聚乙烯醇纤维溶液，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料。
[0023] 4)将混合纤维浆料抄造成湿纸幅，含胶量为3. 5%，然后将湿纸幅在微波炉中高 火微波20s，微波后置于两张铜网之间，之后将湿纸幅热放入烘箱中进行干燥，干燥温度为 105°C，干燥时间为lOmin，干燥后得到玻璃纤维电池隔膜纸。
[0024] 经检测，得到的电池隔膜纸成纸定量为51. 10g/m2,厚度0· 250mm，抗张力 19. 12N/15mm，吸乙醇高度 90. 5mm/10min,吸喊量 749. 4%。
[0025] 实施例3 : 1)称取质量份比为50 :50 :11的玻璃纤维、玻璃棉及聚乙烯醇纤维，先将50份玻璃棉 分散在pH=2. 8的硫酸溶液中，玻璃棉与硫酸溶液的质量比为1:10000,并连续搅拌防止其 絮聚；然后加入50份玻璃纤维，继续搅拌，用标准纤维疏解机疏解4000r ; 2) 将步骤1)中称取的11份聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液； 3) 玻璃纤维和玻璃棉疏解结束之后，加入步骤2)中配好的聚乙烯醇纤维溶液，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料。
[0026] 4)将混合纤维浆料抄造成湿纸幅，含胶量为4. 1%，然后将湿纸幅在微波炉中高 火微波20s，微波后置于两张铜网之间，之后将湿纸幅热放入烘箱中进行干燥，干燥温度为 110°C，干燥时间为8min，干燥后得到玻璃纤维电池隔膜纸。
[0027] 经检测，得到的电池隔膜纸成纸定量51. 41g/m2,厚度0. 237mm，抗张力 22. 88N/15mm，吸乙醇高度 93. 5mm/10min，吸碱量 749. 4%。
[0028] 实施例4 : 1) 称取质量份比为50 :50 :13的玻璃纤维、玻璃棉及聚乙烯醇纤维，先将50份玻璃棉 分散在pH=2. 5的硫酸溶液中，玻璃棉与硫酸溶液的质量比为1:10000,并连续搅拌防止其 絮聚；然后加入50份玻璃纤维，继续搅拌，用标准纤维疏解机疏解5000r ; 2) 将步骤1)中称取的13份聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液； 3) 玻璃纤维和玻璃棉疏解结束之后，加入步骤2)中配好的聚乙烯醇纤维溶液，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料。
[0029] 4)将混合纤维浆料抄造成湿纸幅，含胶量为4. 8%，然后将湿纸幅在微波炉中高火 微波20s，微波后置于两张铜网之间，之后将湿纸幅热放入红外干燥箱中进行干燥，干燥后 得到玻璃纤维电池隔膜纸。
[0030] 经检测，得到的电池隔膜纸成纸定量53. 13g/m2,厚度0· 243mm，抗张力 25. 32N/15mm，吸乙醇高度 92. 5mm/10min，吸碱量 753. 4%。
[0031] 实施例5: 1) 称取质量份比为50 :50 :15的玻璃纤维、玻璃棉及聚乙烯醇纤维，先将50份玻璃棉 分散在pH=2. 5的硫酸溶液中，玻璃棉与硫酸溶液的质量比为1:10000,并连续搅拌防止其 絮聚；然后加入50份玻璃纤维，继续搅拌，用标准纤维疏解机疏解5000r ; 2) 将步骤1)中称取的15份聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液； 3) 玻璃纤维和玻璃棉疏解结束之后，加入步骤2)中配好的聚乙烯醇纤维溶液，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料。
[0032] 4)将混合纤维浆料抄造成湿纸幅，含胶量为6. 8%，然后将湿纸幅在微波炉中高火 微波20s，微波后置于两张铜网之间，将远红外干燥及高热风双面吹干两种干燥方式结合起 来对湿纸幅进行干燥，干燥后得到玻璃纤维电池隔膜纸。
[0033] 经检测，得到的电池隔膜纸成纸定量52. 97g/m2,厚度0· 249mm，抗张力 23. 08N/15mm,吸乙醇高度 99mm/10min，吸喊量 754. 6%。
[0034] 本发明将玻璃纤维和玻璃棉各自的优点结合起来，并通过添加粘结剂来赋予其高 强度，其制备玻璃纤维电池隔膜纸的方法，包括玻璃纤维及玻璃棉的分散工艺，添加粘结剂 后湿纸幅的干燥过程。
[0035] 选用玻璃纤维和玻璃棉，采用湿法抄造技术，探索出了合适的抄造工艺，抄造得到 了具有高强度及良好吸液性能的电池隔膜纸。
【权利要求】
1. 一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 称取一定量的的玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯醇纤维，其中玻璃纤维、玻璃棉和聚乙烯 醇纤维质量份比为（45?60) : (40?55) :(3?15); 2) 将40-55份的玻璃棉，放入酸性溶液中进行分散，并连续搅拌防止玻璃棉絮聚； 3)在上述步骤2)中加入45-60份的玻璃纤维，继续搅拌，用纤维疏解机疏解 4000r-5000r，形成疏解混合液； 4)将：Γ15份的聚乙烯醇纤维用水溶解，配成水溶液，所述聚乙烯醇纤维作为粘结剂， 赋予成纸强度； 5)将步骤3)中的疏解混合液加入步骤4)中配置完成的聚乙烯醇纤维溶液中，用玻璃 棒搅拌分散制成均匀悬浮的混合纤维浆料； 6)将步骤5)中的混合纤维浆料抄造成湿纸幅，然后将湿纸幅进行干燥处理后，得到电 池隔膜纸。
2. 根据权利要求1所述的一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在 于，所述步骤6)中干燥处理方法：首先将湿纸幅在微波炉中微波烘烤l(T6〇 S，微波处理后 将湿纸幅置于两张铜网之间，并放入红外干燥箱中进行进一步干燥。
3. 根据权利要求1所述的一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在 于，所述湿纸幅中的含胶量的质量分数为3-8%。
4. 根据权利要求1所述的一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在 于，所述步骤6)中湿纸幅脱水成型时，用玻璃棒搅拌，保证浆料成型瞬间有适当的流动，提 高成纸的表面平整度。
5. 根据权利要求1所述的一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在 于，所述步骤6)中制备出来的电池隔膜纸的定量为5(T60g/m 2。
6. 根据权利要求1所述的一种用玻璃纤维和玻璃棉制备电池隔膜纸的方法，其特征在 于，所述步骤2)中的玻璃棉与酸性溶液的质量比为1: (200(Γ10000)。
【文档编号】D21H13/16GK104120619SQ201410308195
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】徐永建, 左磊刚, 王家泳, 宁宇震, 岳小鹏 申请人:陕西科技大学