专利名称：一种疏水组合物和一种制备疏水极板的方法
技术领域：
本发明涉及一种疏水组合物和一种制备疏水极板的方法，特别涉及一种具有良好疏水特性的疏水组合物，它可以给极板提供良好的疏水性质，尽管使用的少量疏水树脂以及一种应用此组合物制备疏水极板的方法。
一般讲，密封镍氢电池，即碱性蓄电池，使用金属氧化物作为阴极和氢化合金作为阳极。这种电池的充放电是，在充电过程中，把分解电解质中的水而得到的氢离子贮于氢化合金中，而在放电过程中，把氢离子释放入电解质。
镍氢电池使用氢化合金作为负极活性材料，Ni(OH)2作为正极活性材料，以及用碱水溶液作为电解质。镍氢电池可由式Ni-MH(镍-金属氢化物)电池表示。镍氢电池的电化学反应以如下方程式表示阴极……(1)阳极……(2)其中，M为可以吸收和释放氢离子的氢化合金。
充放电循环根据上述化学反应式进行。当阴极过度充电，阴极上就由电化学反应生成氧气，而当阳极过度充电，阳极上就由电化学反应生成氢气。当在上述条件下，连续进行充放电循环，生成的气体导致阳极氧化和电池的内压快速升高，因此降低了电池的寿命和容量。因此，在电池内应除去生成的氧气和氢气。基于此，阳极起除去氢气和氧气的作用。除去气体的化学反应由下列方程式表示除去气体的化学反应……(3)镍基电池的阳极吸收然后分解氢气和氧气，由此降低了电池的内压。因此，它可以促使阳极的氧分解。促进氧分解的方法如下加入还原氧的催化剂；通过蚀刻合金增加欲反应的表面积；或用疏水材料处理阳极极板。上述方法中，用疏水材料处理阳极以得到疏水性质的方法具有广泛应用，该方法可以增加阳极的接触面，而在该面上发生气体的裂解或吸收。
当根据上述方法以疏水材料处理阳极时，具有的一个优点是电池的内压降低了，但是，由于疏水材料是非导体，所以产生的一个缺点是电池的内阻增加了。另外，当极板过度致密涂覆和涂覆极板的厚度过大，很难使接触阳极的气体和阳极反应。另外，当阳极表面涂覆不匀，阳极表面上的反应因此也不一致，这样会损害电池的性能。因此，当采取用疏水材料处理阳极以降低电池内压这一方法时，疏水材料优选使用具有优良疏水性能的那些材料。另外，将具有疏水性能的氟基树脂均匀而薄薄地涂覆在阴极表面是非常重要的。
目前，为了使极板具有疏水性能，采用了一种方法，其中作为疏水材料的氟基树脂粉末分散于有机溶剂如乙醇中，或水溶液中，然后将所获得的分散液喷涂于极板上。
根据这一方法，当氟基树脂粉末喷涂于极板上时，极板表面形成了三相(气-液-固)界面，可使气体容易地附着于极板上，并因此获得极板上吸收和分解气体以降低内压的益处。
但是，喷涂方法的缺陷是难以在极板上均匀涂覆氟基树脂分散液，并会有过量树脂部分涂覆于极板上。因此，极板电导率降低并难以形成孔。更重要的是，当使用乙醇作溶剂时，乙醇挥发产生的蒸气对人体有害，而且在批量生产时特别易燃。另外，喷涂方法也存在问题，当喷嘴的孔被喷涂溶液的树脂堵塞时，降低了操作的效率。另外，当疏水树脂没有均匀涂覆，连续充放电循环中电池反应就不能在阳极极板上均匀进行，这会使电池性能受损。
为了解决上述问题，最近采用了一种方法，其中将极板浸入氟基树脂分散液中，使极板的表面具有疏水性质。
但是将极板浸入氟基树脂分散液存在的缺陷是，它涉及到一个复杂的工艺，包括的步骤有将极板浸入疏水树脂、干燥和使用辊压延。
上述的使极板具有疏水性质的常规方法具有下列问题因为只给阳极表面疏水性能，所以使极板具有疏水性能所获得的效果并不充分。另外，连续进行充放电循环，电解质并不能顺利地由阴极移至阳极，电解质在阳极被消耗，因此降低了电池容量。另外，由于干燥时溶液表面张力的原因，导致阳极表面的不平整和污痕。
为克服上述常规方法的问题，本发明的目的是提供一种疏水组合物，它可以均匀地给极板疏水性能，虽然使用了少量的疏水树脂，这是因为该树脂具有良好的分散性能。
本发明的另一目的是提供一种疏水组合物，它没有失火的威胁，具有高的操作效率，对人无害并可均匀涂覆于极板上。
本发明进一步提供一种疏水组合物，当使用这种组合物而具有增强的疏水性能的极板用作电池极板时，由于降低了电池内压，而延长了电池寿命。
本发明的另一目的是提供一种制备疏水极板的方法，该极板因使用这种组合物而具有疏水性质。
为了达到上述目的，本发明提供一种含疏水树脂和全氟化碳溶剂的疏水组合物。
另外，本发明提供一种制备疏水极板的方法，包括的步骤是，用含疏水树脂和全氟化碳溶剂的疏水组合物涂覆极板。
在本发明中，优选的全氟化碳溶剂选自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2ClF5，更优选C6F14、C7F16和C8F18。
另外，疏水树脂优选使用无定形的氟基树脂，以全氟化碳溶液重量计，它含0.01％～5％(重量)的四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和或/聚四氟乙烯。另外，疏水树脂的表面能优选10～20达因/厘米。
在本发明中，涂覆疏水组合物的步骤优选通过将极板浸入疏水组合物中或将疏水组合物喷涂于极板上来进行。
优选涂覆步骤的进行要使得涂覆于极板上的组合物的量达到0.005＜X＜0.8mg/cm2。
本发明的其它目的、益处和新特征。将部分可由下文予以说明，部分将在读完下文对本领域技术人员显而易见，或由实施本发明而获知。
通过所附权利要求特别指出的方法和组合，本发明的目的和益处将得以认识和实现。
图1显示将组合物用于镍氢电池的阳极的本发明实施例和对比例制备的电池的充电速率与内压的关系图。
在以下详细说明中，只展示和描述本发明的优选实施方案，其方法是直接说明本发明人认为实施本发明的最佳方式。应认识到，在不偏离本发明精神的情况下，本发明可以做各种明显的改动。因此，图和说明应认为是说明性的，而非限制性的。
参照下述本发明范围的实施例进一步详细说明本发明。
实施例1将5克四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物分散于100克的C6F14溶剂中制备疏水组合物。极板浸入该疏水组合物中，直至0.5mg/cm2的疏水组合物涂覆于极板上，由此制得一疏水极板。
实施例210克的无定形氟基树脂溶液(2％重量)(FC722，3M Co.，Ltd.出品)溶于90克的C6F14溶剂中制备疏水组合物。极板浸入疏水组合物中5分钟，直至0.04mg/cm2的疏水组合物涂覆于极板上，由此制得一疏水极板。
实施例3除用聚四氟乙烯(PTFE)代替四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物用作氟基树脂外，用与实施例1相同的方法制备疏水极板。
对比例1将一极板浸入一种分散液5秒钟，以涂覆0.5mg/cm2待涂覆于该极板上的分散体溶液，该分散液有5％(重量)的颗粒形式的尼夫龙(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)。然后，极板在烤箱中60℃干燥。为控制极板的厚度，干燥极板使用辊进行压延，由此制得一疏水极板。
对比例2除使用PTFE代替尼夫龙用作氟基树脂外，同对比例1的方法制备一疏水极板。
使用以上对比例和实施例获得的疏水极板，制成具有4/5A，1800mAh标准容量的电池后，即可测得根据电池充电速率而得的内压，所得结果分别示于图1的曲线a-e。曲线a表示本发明实施例1中将组合物用于镍-氢电池的阳极而制备的电池的内压与充电率的关系。曲线b表示本发明实施例2中将组合物用于镍-氢电池的阳极而制备的电池的内压与充电率的关系。曲线c表示本发明实施例3中将组合物用于镍-氢电池的阳极而制备的电池的内压与充电率的关系。曲线d表示对比例1制备的电池的内压与充电率的关系。曲线e表示对比例2制备的电池的内压与充电率的关系。
另外，测量以上实施例和对比例制备的疏水极板的疏水层厚度，并将结果列于下表1。另外，使用上述疏水极板制备具有4/5A，1800mAh容量的圆筒形电池。测量电池在1C速率和150％充电时间的峰内压、内阻和寿命，也将结果列于下表1。电池寿命指电池效率降低90％的容量时，充放电循环的数量
本发明的方法可以均匀地给所有阴极极板以疏水性质，使用的疏水组合物包括作为给予极板疏水性质的疏水树脂的无定形氟基树脂和作为溶剂的全氟化碳。因此，可以将反应材料的扩散层薄薄地施于阳极活性物质上，以随即分解氧气。
本发明中应用的全氟化碳溶剂作为溶剂是一种稳定的材料，它与电池反应无关，并且它的沸点取决于碳原子和氟原子数。所以，覆涂后溶剂可很好地干燥，这样在制备疏水极板时，就不要求另外的干燥步骤。
另外，该溶剂的表面张力也明显的低，为10达因/厘米，这样溶剂就有很好的流动性，因此疏水树脂的涂覆厚度就可以很薄。除此之外，因为使用无定形的氟基树脂，所以氟基树脂可以薄膜形式涂覆于极板上，极板表面的涂层厚度可以是0.2μm或更小。因此，该树脂在单位面积上涂覆的树脂的量可降低至常规树脂的1/20，降低内压的效率也比使用常规组合物高。所以，本发明的方法可以均匀细密地将可降低电池内压的氟原子涂覆于阳极表面。
另外，当使用本发明的极板制备电池时，充放电循环中电解质可以在阳极均匀分布，因此可以防止阳极电解质的消耗。
本发明制备疏水极板的方法可应用于各领域中制备极板的方法，例如冷凝器和制备目的是增大气体接触面的极板的电池。
另外，本发明的方法也可用于给予某些物品以及电池阳极板的疏水性质。
本说明书中，只对优选实施方案显示和描述，但如前所述，应理解在各种不同组合和环境下本发明可以利用，以及在本文表达的发明概念范围内可以改变或修正。
权利要求
1.一种疏水组合物，包含一种疏水树脂；和全氟化碳溶剂。
2.权利要求1的疏水组合物，其中全氟化碳选自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2CIF5。
3.权利要求2的疏水组合物，其中全氟化碳选自C6F14、C7F16和C8F18。
4.权利要求1的疏水组合物，其中疏水树脂是氟基树脂。
5.权利要求1的疏水组合物，其中疏水树脂为不定形的。
6.权利要求4的疏水组合物，其中氟基树脂为四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和/或聚四氟乙烯。
7.权利要求1的疏水组合物，其中疏水树脂的使用量为全氟化碳溶剂重量的0.01～5％。
8.权利要求1的疏水组合物，其中疏水树脂的表面能为10～20达因/厘米。
9.一种制备疏水极板的方法，包括下列步骤用包含疏水树脂和全氟化碳溶剂的疏水组合物涂覆极板。
10.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中全氟化碳选自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2ClF5。
11.权利要求10的制备疏水极板的方法，其中全氟化碳选自C6F14、C7F16和C8F18。
12.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中疏水树脂是氟基树脂。
13.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中疏水树脂为不定形的。
14.权利要求12的制备疏水极板的方法，其中氟基树脂为四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和/或聚四氟乙烯。
15.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中疏水树脂的使用量为全氟化碳溶剂重量的0.01～5％。
16.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中涂覆步骤的完成是通过将极板浸入疏水组合物，或将疏水组合物喷涂于极板上。
17.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中进行涂覆步骤直至0.005＜X＜0.8mg/cm2的疏水树脂涂覆于极板上。
18.权利要求9的制备疏水极板的方法，其中疏水树脂的表面能为10～20达因/厘米。
全文摘要
由疏水树脂溶于全氟化碳制成的疏水组合物可以非常细密均匀涂覆于极板上。因此,使用此涂覆极板制备电池时,电池内压可以降低。
文档编号H01M4/24GK1186100SQ97104660
公开日1998年7月1日 申请日期1997年7月29日 优先权日1996年12月24日
发明者崔水石, 柳成英, 罗载澔, 孙荣培, 金镇洙, 黄佑铉, 姜秉炫 申请人:三星电管株式会社