镍氢电池隔膜的非织造成形工艺技术优化

非织造材料镍氢电池隔膜最早出现在日本，目前技术比较先进的是日本和德国等国家。用于镍氢电池隔膜的生产方法主要有湿法、气流和梳理成网后热轧加固黏合法，熔喷和静电纺丝是近几年比较热门的研究方向。

3.2.3.1　湿法非织造材料

湿法非织造材料是以水为介质将纤维分散的方法，纤维在成形网帘上脱水和沉积形成纤维网，再经热黏合或者化学黏合剂加固而形成的一种纸状非织造材料。在用作镍氢电池隔膜时，最佳方法是热黏合加固。因为化学黏合剂的引入会使隔膜在高温碱液中强度下降，多次充放电后，隔膜纤维易分散成絮状。黏合剂与碱液发生反应后，还会增加电池内阻。图3-3是一种湿法成网后热轧加固的非织造材料电镜照片。

湿法非织造材料所用纤维长度一般为5～20mm，在水中具有良好的分散性。湿法非织造材料因具有成网均匀度高，纤网中纤维杂乱排列，各向同性效果好等优点而受到青睐。国外较先进的隔膜生产厂家（可乐丽、东洋纺等）多采用湿法非织造成形工艺制备镍氢电池隔膜。据报道，美国BBA非织造有限公司生产的湿法非织造聚烯烃电池隔膜，需要经过润湿处理后再红外加热烘燥，使纤维间相互黏合形成网状结构。

图3-3　湿法成网热轧非织造材料

为了解决聚烯烃类纤维亲水性差等问题，发明专利CN101775757A提供了一种镍氢电池隔膜的制备方法，其将ES纤维进行磺化处理后，采用湿法成网，再经热熔加固制得镍氢电池磺化隔膜。湿法成网的打浆工序可以使纤维原纤化，降低纤维细度。有人用湿法非织造成网技术将原纤化芳纶与ES纤维混合制成纤网，再经热轧加固制成镍氢电池隔膜，结果表明，芳纶原纤化后可以使隔膜强力增加，但孔隙率降低。

湿法成网的非织造材料纤网均匀度高，但要求纤维原料有较好的水分散性。亲水性好的纤维在水中容易分散，成网较均匀。而聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料的亲水性较差，在水中的分散性不好，制浆时要加入一定量的分散剂，如聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯等，这些分散剂会影响后续电池的充放电性能。丙纶的相对密度小，容易漂浮在浆液表面。相对来说，ES纤维具有更好的湿法成网均匀性。

近年来，随着高容量电池的发展，要求隔膜的面密度不断降低，对均匀性的要求越来越高。因此，国外较先进的隔膜生产厂家多采用湿法成网工艺制备镍氢电池隔膜。目前国内可用来生产镍氢电池隔膜的湿法非织造生产设备较少，技术储备少，因此高档镍氢电池隔膜基布还是主要依赖进口。

3.2.3.2　干法非织造材料

干法非织造材料是指纤维通过梳理或气流成网的方法制成纤维网，再经机械加固或热熔黏合加固而成形的一类非织造材料。干法非织造材料所用纤维长度一般为30～60mm，其中气流成网用纤维比机械梳理成网要短，成网均匀性更好，但国内气流成网设备很少。对于机械梳理成网来说，为满足镍氢电池隔膜纤网均匀性的要求，一般采用两次梳理的机械梳理成网方法。镍氢电池隔膜用非织造材料一般不采用针刺和水刺加固工艺，因为容易在非织造材料中产生较大的针孔。(www.xing528.com)

有人将细旦ES纤维机械梳理成网后再经热风和光辊热压，制成镍氢电池隔膜用非织造材料，具有纤网均匀性好、机械强度高等优点。图3-4是一种商业镍氢电池隔膜电镜照片。

图3-4　镍氢电池隔膜电镜照片

3.2.3.3　熔喷非织造材料

熔喷非织造材料是利用高速高温气流，将从喷丝板挤出的熔体细流极度拉伸后聚集到成网滚筒或成网帘上，在自身余热的作用下自黏合而成的非织造材料。熔喷非织造材料具有纤维直径细，材料孔径小、孔隙率高等优点，是常用空气过滤材料。图3-5是常见熔喷非织造材料的电镜图。

有人将亲水母粒与聚丙烯树脂混合后采用熔喷非织造成形工艺纺丝成网，进一步模压后用作镍氢电池隔膜。经测试，该材料的平均孔径小于10µm，吸碱率超过760%，由其装配成的镍氢电池具有良好的循环性能，是一种适合我国国情的镍氢电池隔膜材料。

图3-5　熔喷非织造材料电镜图

3.2.3.4　静电纺丝

静电纺丝是指通过对聚合物溶液（或熔体）施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术。通过静电纺丝工艺技术制得的亚微米级纤维具有直径小、比表面积大等特点，由其堆积而成的微孔纤维膜具有较高的孔隙率和优异的离子电导率。静电纺丝法是制备高性能电池隔膜较为理想的方法之一，特别是锂离子电池隔膜等要求孔径在微纳米级范围的隔膜。但是，静电纺丝工艺技术至今还存在生产效率低、微孔膜机械强度低、溶剂回收困难等问题，尚未实现规模化生产。