用于电化学电池的分隔体介质的制作方法
【专利说明】用于电化学电池的分隔体介质
【背景技术】
[0001] 1.抟术领域
[0002] 本发明涉及用于电化学电池、尤其是碱性电池的分隔体领域。
[0003] 2.相关领域的描沭
[0004] 因为它们的高能量密度，碱性电池已经变得越来越流行。同样地，这些电池越来越 多地用于通常为传统铅酸电池系统保留的应用中。
[0005] 为了在碱性系统中获得延长的电池寿命和效率，需要使用电池分隔体。将电池分 隔体定位在阳极板和阴极板之间以便提供，（1)相反电荷的电极之间的分隔，（2)电解质储 槽，（3)横跨电极表面的均匀电解质分布以便允许均匀的电流密度，以及（4)电极膨胀的空 间。
[0006] 目前在碱性电池中使用的电池分隔体通常由聚烯烃，优选地聚丙烯、聚酰胺或尼 龙非织造材料片材形成。
[0007] 镍金属氢化物（NiMH)电池系统中的主要缺陷之一是它们的高自放电速率，S卩，在 储存期间持续损失它们的电量。"氨-穿梭"对自放电具有主要影响。氧化Ni电极中的含 氮杂质以形成硝酸根，其通过分隔体迀移到阴极中。在阴极处将硝酸根还原成氨。氨再次 通过分隔体并到达镍电极，并且完成穿梭。
【发明内容】
[0008] 本发明涉及用于电化学电池的分隔体介质，其中电化学电池可为蓄电池或电容 器。在一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片 材具有约〇. 5至约I. 5m2/g的表面积，并且其中非织造片材具有等于或大于2. 5倍中流量 孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。
[0009] 本发明涉及用于碱性电池的分隔体介质，并且具体地涉及镍金属氢化物电池。在 一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有 约0. 5至约I. 5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2. 5倍中流量孔尺 寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。在另一个实施例中，聚合物纤维是磺化的并含有 至少〇. 67重量％的硫。在另一个实施例中，相对于未经受磺化的介质，分隔体保留了其纵 向（MD)拉伸强度的至少70%。
[0010] 本发明还涉及制备用于电化学电池的分隔体介质的方法。
[0011] 本发明还涉及电化学电池，其中该电池是包括分隔体介质的碱性电池，该分隔体 介质进一步包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片材具有约0. 5 至约I. 5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2. 5倍中流量孔尺寸且大 于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸，该聚合物纤维是磺化的并含有至少〇. 67重量％的硫，并 且其中相对于未经受磺化的介质，该分隔体保留了其纵向（MD)拉伸强度的至少70%。
【具体实施方式】
[0012] 申请人特别将所有引用的参考文献的完整内容引入本公开内容中。此外，当量、浓 度或其他值或参数以范围、优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时， 其应理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值的任何一 对所构成的所有范围，而无论所述范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围 之处，该范围都旨在包括其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数，除非另行指出。不 旨在将本发明的范围限制为限定范围时详述的具体值。
[0013] 定义
[0014] 如本文所用，术语"聚合物"通常包括但不限于均聚物、共聚物（诸如例如，嵌段、 接枝、无规和间规共聚物）、三元共聚物等，以及它们的共混物和改性形式。此外，除非另外 具体限定，术语"聚合物"应包括所述材料所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全 同立构、间同立构、以及无规对称。
[0015] 如本文所用，术语"聚烯烃"旨在表示仅由碳和氢组成的基本饱和的聚合物烃类系 列中的任一种。典型的聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、以及单体乙烯、丙 烯和甲基戊烯的各种组合。
[0016] 如本文所用，术语"聚乙烯"旨在不仅涵盖乙烯的均聚物，而且涵盖其中至少85% 的重复单元为乙烯单元的共聚物诸如乙烯和烯烃的共聚物。优选的聚乙烯包括低密度 聚乙烯、线性低密度聚乙烯、和线性高密度聚乙烯。优选的线性高密度聚乙烯具有约130°C 至140°C的熔点范围上限，约0.941至0.980克每立方厘米范围内的密度，以及0. 1至100 之间、并优选小于4的熔融指数（由ASTMD-1238-5H条件E定义）。
[0017] 如本文所用，术语"聚丙烯"旨在不仅涵盖丙烯的均聚物，而且涵盖其中至少85% 的重复单元为丙烯单元的共聚物。优选的聚丙烯聚合物包括全同立构聚丙烯以及间同立构 聚丙烯。
[0018] 如本文所用，术语"非织造片材"表示以无规方式定位以形成平面材料而没有如针 织物中可辨别的图案的各个纤维或线的结构。
[0019] 如本文所用，术语"丛丝"表示多个无规长度的薄、带状、薄膜-原纤元件的三维整 体网络或纤维网。通常，它们具有小于约4微米的平均膜厚度和小于约25微米的中值原纤 宽度。如果数学转换成圆面积，则平均膜-原纤截面积将产生约1微米至25微米之间的有 效直径。在丛丝结构中，薄膜-原纤元件以不规则间隔在贯穿该结构的长度、宽度和厚度的 多个位置间歇联合并分离以形成连续的三维网络。
[0020] "磺化"是指含硫部分化学结合纤维所包含的聚合物的至少一部分。磺化可通过本 领域技术人员已知的任何方法进行。例如，磺化可使用US3, 684, 554中所述的纤维网气相 表面磺化进行。基本方法涉及使干燥聚合物纤维网与连续的一股气态SOJi(在干燥惰性 气体中2-15%的体积）接触，其能够连续高速（100-200英尺/秒）运行。磺化的聚合物纤 维网可用去离子水冲洗。磺化也可通过美国专利6, 403, 265的方法，使用浓硫酸进行。
[0021] 描述
[0022] 本发明克服了当前使用的分隔体固有的问题并且提供一种可润湿的片材材料，其 具有期望的拉伸强度、氨吸收特性、电解质吸收和电阻性能，这是可用于碱性电池的。
[0023]因此本发明的目的是为了提供一种可润湿的片材材料，其在碱性电池中用作分隔 体。本发明的另一目的是为了提供一种片材材料，它是可通过电解质润湿的并且在碱性电 池系统中具有良好的电解质吸收和氨吸收。
[0024] 因此本发明涉及用于碱性电池的分隔体介质，并且具体地涉及镍金属氢化物电 池。在一个实施例中，介质包括至少一个非织造片材，其包含聚合物纤维，其中该非织造片 材具有约〇. 5至约I. 5m2/g的表面积，并且其中该非织造片材具有等于或大于2. 5倍中流 量孔尺寸且大于11倍最小孔尺寸的最大孔尺寸。在另一个实施例中，聚合物纤维是磺化的 并含有至少〇. 67重量％的硫。在另一个实施例中，相对于未经受磺化的介质，分隔体保留 了其纵向（MD)拉伸强度的至少70%。
[0025] 聚合物纤维可包含选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、氟化 聚合物以及它们的各种组合的聚合物。当聚合物纤维由聚烯烃制成时，聚合物可选自聚乙 烯、聚丙烯、聚丁烯和聚甲基戊烯。
[0026] 用于碱性电池分隔体的合适聚合物还包括脂族聚酰胺、半芳族聚酰胺、聚乙烯醇、 纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二酸丁二醇酯、聚砜、聚偏 氟乙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚缩醛、聚丙烯腈、聚氨酯、芳族聚酰胺、以及它们的各种共 混物、混合物和共聚物。尤其适用于碱性电池分隔体的聚合物包含聚乙烯醇、纤维素、脂族 聚酰胺和聚砜。
[0027] 聚合