Нетканый микропористый материал для сепараторов химических источников тока и способ его получения

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии. Предложен нетканый микропористый материал для сепараторов щелочных химических источников тока из ультратонкого полисульфонового волокна с диаметром пор не более 6 мкм и поверхностной плотностью 26-39 г/м2. Описан способ получения такого материала путем электроформования ультратонких полисульфоновых волокон, их прессования с последующей обработкой поверхностно-активным веществом. Техническим результатом изобретения является получение материала с высокой влаго- и щелочевпитываемостью, с низким электросопротивлением и высокой химической стойкостью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии.

Известны пленочные сепараторы, содержащие эластомеры, выбранные из группы сополимеров акрилонитрила с бутадиен-стиролом, полиэфиров и группы поливинилиденфторида, и его сополимеры, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, имеющие пористость 30-95% и диаметр пор 0,1-5 мкм (US 6274276, 14.08.2001).

Однако электросопротивление аккумулятора с такой пористой мембраной оказывается высокой.

Для повышения удельной объемной электрической емкости и снижения электрического сопротивления используются сепараторы, изготовленные из тонких полимерных волокон.

Так, например, известны материалы для сепараторов из волокон полистирола, полиолефина, поликарбоната с диаметром волокна 0,05-20 мкм и средним диаметром пор 0,5-15 мкм (US 4137379, 30.01.1979).

Известен также материал для сепараторов из ультратонких полипропиленовых волокон, где 10% волокон имеют диаметр меньше 1 мкм, а большинство волокон с диаметром, меньше или равным 5 мкм, при этом пористость материала составляет около 90% (US 5962161, 05.10.1999).

Недостатком таких материалов является низкая стойкость к прорастанию дендритов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является волокнистый нетканый материал для сепараторов щелочных аккумуляторов из полиарилсульфона, полученный путем электроформования волокон диаметром 0,6-2 мкм, и характеризующихся диаметром пор 2-3 мкм (RU 95108510 A1, 27.04.1997).

Однако известный материал имеет высокие значения электропроводности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является также способ получения нетканого волокнистого материала для сепараторов, включающий формование волокон полисульфона и обработку волокна пропиточной композицией, содержащий (мас.%): поверхностно-активное вещество 0,2-1,0; фенилглицин 0,5-1,5; растворитель 97,5-99,3, причем обработку пропиточной композицией проводят при 60-70°С в течение 3-20 мин (RU 1781737, 15.12.1992).

Данный способ малопроизводителен из-за длительной обработки, дорог, а электрическое сопротивление получаемого сепаратора велико.

Задачей настоящего изобретения является разработка микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, способных выдерживать большое колличество циклов «заряд-разряд», имеющего высокую щелочевпитываемость, низкое электросопротивление, а также разработка способа получения этого материала.

Поставленная задача решается описываемым нетканым микропористым материалом для сепараторов щелочных аккумуляторов, который выполнен трехслойным: внутренний слой состоит из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные слои из волокон с диаметром 4-8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26-39 г/м2. Полученный материал имеет поверхностную плотность 26-34 г/м2, сопротивление потоку воздуха не менее 12 Па при скорости потока 1 см/с, диаметр пор не более 6 мкм, щелочевпитываемость не менее 150%, электросопротивление не более 0,05 Ом·см-1, прочность на разрыв не менее 0,5 кгс.

Поставленная задача решается также описываемым способом получения нетканого материала для сепараторов щелочных аккумуляторов, включающий электроформование тонковолокнистого материала из раствора полисульфона в органическом растворителе, при этом материал изготавливают трехслойным: внутренний слой из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные слои из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, прессование осуществляют до толщины материала 40-60 мкм, с последующим прессованием этого материала под давлением и пропиткой поверхностно-активным веществом.

Как правило, электроформование ведут из раствора полисульфона в растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси в количестве до 90%.

Предпочтительно прессование проводят под давлением проводят 200-400 кг/см2 при температуре 20-25°С до толщины материала 40-60 мкм.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала и его характеристики.

Пример

Приготавливают 13% раствор полисульфона в дихлорэтане с добавкой 1% циклогексанона.

Полученный прядильный раствор подают к капиллярам различного гидродинамического сопротивления установки электроформования волокон и ведут процесс со следующим параметрам:

разность потенциалов120 кВ
расстояние между электродами30 см
объемный расход на один капилляр3·10-3 см3

Из волокон диаметром 0,9-1,1 мкм формируют внутренний слой с поверхностной плотностью 10 г/см2. Из волокон диаметром 4,0-5,0 мкм формируют проклеенные слои с поверхностной плотностью 9 г/см2. При этом общая поверхностаная плотность материала составляет 28 г/см2.

Затем материал прессуют под давлением 250 кг/см2 при температуре 25°С до толщины 50 мкм и смачивают водным раствором поверхностно-активного вещества ОП-10 с концентрацией 5 г/л с последующей сушкой при нормальной температуре.

Полученный сепарационный материал типа ФПСФ-6С имеет следующие характеристики:

диаметр пор5 мкм
щелочевпитываемость155%
электросопротивление0,045 Ом·см2
разрывная нагрузка0,6 кгс

Аналогично представленному выше примеру получены материалы во всем интервале заявленных параметров.

Использование полученных сепарационных материалов в щелочных аккумуляторах обеспечивает до 1000 циклов «заряд-разряд» до замыкания. Имеют щелочевпитываемость в 2 раза выше, а электросопротивление в 2,5 раза ниже, чем у прототипа.

1. Нетканый микропористый материал для сепараторов щелочных химических источников тока, выполненный из ультратонкого полисульфонового волокна, отличающийся тем, что он содержит три слоя, при этом внутренний слой образован из волокон диаметром 0,3-3 мкм, наружные слои из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, при этом он имеет диаметр пор не более 6 мкм и поверхностную плотность 26-39 г/м2.

2. Нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что он имеет щелочевпитываемость не менее 150%, электросопротивление не более 0,05 Ом·см2.

3. Способ получения нетканого микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока из полисульфоновых волокон путем обработки волокнистого полимерного материала пропиточным поверхностно-активным материалом, отличающийся тем, что электроформование ультратонких волокон ведут из раствора полисульфона в органическом растворителе, материал изготавливают трехслойным, где внутренний слой образован из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, наружные слои из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, после чего материал прессуют до толщины 40-60 мкм и осуществляют его пропитку.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что формование ведут из раствора полисульфона в органическом растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аккумуляторной литиевой батарее, использующей сепаратор, частично покрытый гелеобразным полимером, и сборке электрода, и к аккумуляторной литиевой батарее, содержащей их.

Изобретение относится к электротехнике, а конкретнее к серебряно-цинковым аккумуляторам для коротких режимов разряда. .
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам получения пористых гибких диэлектрических материалов для сепараторов химических источников тока.

Изобретение относится к тонкослойным жидкостным гальваническим элементам, предпочтительно с открытой конфигурацией, используемым в качестве батарейных источников питания за счет преобразования химической энергии в электрическую энергию, в частности к элементу с жидким электролитом и с самоформируемым пористым разделительным слоем между слоями отрицательного полюса и положительного полюса.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к абсорбирующему сепаратору для аккумуляторных батарей, изготовленному по существу из однородной смеси термопластичного полимера и, по меньшей мере, одного инертного наполнителя и отличающемуся тем, что инертный наполнитель выбран из группы, включающей пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид титана, карбонат магния, оксид магния и гидроксид магния или их смеси, объемная пористость сепаратора составляет как минимум 75%, а ширина экстракционных пор превышает 2 мкм, при этом содержание пирогенного диоксида кремния не превышает 18 об.%.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов, в частности к получению пористых гибких диэлектрических материалов для сепараторов химических источников тока.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии.

Изобретение относится к технологии получения диоксида кремния, который может быть использован в качестве усиливающей добавки для упрочнения полимеров. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке герметичных никель-водородных аккумуляторов (НВА) с длительным циклическим ресурсом.

Изобретение относится к области создания протонопроводящих мембран на основе ионогенных гидрофильных сополимеров, используемых в мембранных топливных элементах

Изобретение относится к новой органическо-неорганической композитной пористой пленке, а также к содержащему ее электрохимическому устройству и способу ее изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изготовлению подзаряжаемых аккумуляторных батарей

Изобретение относится к новому органическому/неорганическому композитному пористому сепаратору, способу его изготовления и электрохимическому устройству

Изобретение относится к получению мембран
Изобретение относится к области электротехники, в частности к инертному безасбестовому разделителю и способу его изготовления, при этом разделитель содержит: материал неорганического/полимерного композита, состоящего из волокна и агломератов, содержащий от 5 мас.% до 70 мас.% волокон органического галогенуглеродного полимера вместе с от 30 мас.% до 95 мас.% тонкоизмельченных неорганических частиц, где данные неорганические частицы крепко связаны в упомянутом композите волокна и агломератов; натуральный смолистый загуститель в количестве, обеспечивающем вязкость от 6270 до 590 сПа при 0,22 с-1; и порошок инертных неорганических частиц, где данные инертные неорганические частицы остаются несвязанными с неорганическим/полимерным композитом волокна и агломератов, причем данный порошок неорганических частиц имеет средний размер частиц не больше, чем 1,0 мкм и присутствует в количестве, обеспечивающем отношение полимерного волокнистого композита к несвязанным неорганическим частицам в диапазоне приблизительно от 1 до 25
Изобретение относится к области электрохимии, в частности к разделу прямого преобразования химической энергии в электрическую, и может быть использовано в производстве сепараторов для топливных элементов со щелочным электролитом (ТЭЩЭ)
Изобретение относится к технологии производства микропористых мембран, в частности многослойных, микропористых полиэтиленовых мембран, которые могут быть использованы в различных фильтрах, сепараторах для литьевых аккумуляторов, сепараторах электролитических конденсаторов
Изобретение относится к области электрохимии, в частности к разделу прямого преобразования химической энергии в электрическую, и может быть использовано в производстве сепараторов для топливных элементов со щелочным электролитом (ТЭЩЭ)
Наверх