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

Формула изобретения

1. Нетканый микропористый материал для сепараторов щелочных источников тока из ультратонкого перхлорвинилового волокна, отличающийся тем, что он содержит три слоя, при этом внутренний слой образован из волокон диаметром 0,3÷3 мкм, а наружные слои - из проклеенных между собой волокон с диаметром 4÷8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26-39 г/м², диаметр пор не более 9 мкм.

2. Нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что имеет щелочевпитываемость не менее 100%, электросопротивление не более 0,075 Ом·см², прочность на разрыв не менее 18 кгс/см², относительное удлинение при разрыве не менее 25%.

3. Способ получения нетканого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, включающий формование ультратонких волокон из раствора полимера в органическом растворителе, прессование материала под давлением и обработку поверхностно-активным веществом, отличающийся тем, что электроформование волокон проводят из раствора перхлорвинила в органическом растворителе, 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.

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

Описание изобретения к патенту

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 равных 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 материал для сепаратора химических источников тока, выполненный из перхлорвиниловых ультратонких волокон с диаметром порядка 1-7 мкм (Ю.Н. Филатов, Электроформование волокнистых материалов. - М.: Нефть и газ, 1997, стр.199 и 278).

Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления известного материала, который заключается в прессовании волокнистого перхлорвинилового материала под давлением от 100 до 400 кг/см² и обработка поверхностно-активным веществом типа ОП-7 или ОП-10 (RU 166393, 19.09.1964).

Недостатком этого материала является невысокая стойкость к прорастанию дендритов и недостаточная электропроводность за счет малой щелочевпитываемости.

Задачей настоящего изобретения является разработка микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, обладающих повышенной стойкостью к прорастанию дендритов, увеличение щелочевпитываемости и уменьшение электросопротивления.

Поставленная задача решается описываемым нетканым микропористым материалом для сепараторов щелочных химических источников тока из ультратонких перхлорвиниловых волокон, выполненного трехслойным: внутренний слой из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные слои из волокон 4-8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26-39 г/м².

Предпочтительно, материал имеет диаметр пор 9 мкм, щелочевпитываемость 100%, электросопротивление 0,075 Ом·см², прочность на разрыв не менее 18 кгс/см², относительное удлинение не менее 25%.

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

Как правило, электроформование ведут из раствора перхлорвинила в растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала и его характеристики.

Пример 1

Приготавливают 12% раствор перхлорвинила в дихлорэтане.

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

разность потенциалов	120 кВ
расстояние между электродами	30 см
объемный расход на один капилляр	3·10 -3 см3/с

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 поверхностная 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 ФПП-10С имеет следующие характеристики:

диаметр пор	5 мкм
щелочевпитываемость	140%
электросопротивление	0,050 Ом·см2
прочность на разрыв	20 кгс/см 2
относительное удлинение при разрыве	28%

Пример 2

Приготавливают 14% раствор перхлорвинила в смеси этилацетата и бутилацетата в объемном отношении 1:1.

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

разность потенциалов	100 кВ
расстояние между электродами	30 см
объемный расход на один капилляр	6·10 -3 см3/с

Из волокон диаметром 1,8-2,0 мкм формируют внутренний слой с поверхностной плотностью 9 г/см². Из волокон диаметром 4,0-5,0 мкм формируют проклеенные слои с поверхностной плотностью 15 г/см². При этом общая поверхностная плотность материала составляет 39 г/см².

Затем материал прессуют под давлением 300 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 ФПП-20СА имеет следующие характеристики:

диаметр пор	8 мкм
щелочевпитываемость	110%
электросопротивление	0,065 Ом·см2
прочность на разрыв	22 кгс/см 2
относительное удлинение при разрыве	26%

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

Использование полученных сепарационных материалов в щелочных аккумуляторах обеспечивает до 600 циклов «заряд - разряд» до замыкания. Имеют щелочевпитываемость на 20% выше, а электросопротивление на 30% ниже, чем у прототипа.