СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕПАРАТОРА ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА Российский патент 1997 года по МПК H01M2/14 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве аккумуляторов.

Известный способ изготовления сепаратора заключается в обработке волокнистого полимерного материала пропиточной композицией на основе фенилглицина и термообработки, при этом в качестве волокнистого полимерного материала взят нетканый материал, выбираемый из группы, содержащей полипропилен или полисульфон, а пропиточная композиция дополнительно содержит поверхностно активное вещество, выбираемое из группы, содержащей ОП 7 и ОП 10, при следующем соотношении компонентов, 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^oС в течение 3 20 мин [1]
Данный способ малопроизводителен из-за длительной обработки, в течение 3 20 мин, дорог, а также велико электрическое сопротивление сепаратора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в том, что волокнистое полимерное полотно пропитывают раствором полимера, сушат и прокатывают через валки каландра при повышенных температурах [2]
Недостатком способа-прототипа является высокое электрическое сопротивление сепаратора. Кроме того, данный вид сепаратора не профилируется и не обладает свариваемостью.

Цель изобретения уменьшение электрического сопротивления сепаратора, обеспечение свариваемости сепараторных листов для изготовления конвертов, достижение возможности профилирования поверхности.

Цель достигается тем, что способ изготовления сепаратора для аккумулятора из волокнистого полимерного полотна заключается в том, что полотно пропитывается раствором полимера, в качестве которого используют раствор полиэтилена, а после пропитки полотно сушат и прокатывают через валки каландра при 110 160^oС, при этом все компоненты взяты в соотношение, мас. полиэтилен 5 40; растворитель 60 95, при этом для формирования необходимого профиля на поверхности сепаратора на рабочую поверхность цилиндрической поверхности валков каландра наносятрисунок тиснением, а цилиндрическую рабочую поверхность валков каландpа выполняют с кольцевыми впадинами, в которые при каландрировании подают ленты из полиэтилена.

Предлагаемый способ изготовления сепаратора состоит в следующем.

Волокнистый полимерный материал, например нетканое полиэфирное полотно, пропитывают раствором полиэтилена, например, в уайт-спирите при температуре раствора 70 120^oС, при соотношении компонентов, мас. полиэтилен 5 - 40; растворитель 60 95.

Температурный диапазон 70 120^oС подобран экспериментально из условия технологических характеристик процесса пропитки и обусловлен следующим: при температуре ниже 70^oС резко повышается вязкость раствора; полиэтилен частично выпадает в осадок, затрудняется проникновение раствора полиэтилена внутрь пропитываемого пористого полотна. При температуре выше 120^oС наблюдается повышенное испарение растворителя из пропиточной емкости, а также неравномерное распределение раствора полиэтилена из-за понижения его вязкости внутри пропитанного полотна. Границы соотношения компонентов также подобраны экспериментально из следующих условий. При массовом процентном соотношении полиэтилена и растворителя 5 95 внутрь полотна попадает мало полиэтилена, на волокнах полотна остаются непокрытые участки, что приводит к тому, что сепараторное полотно не обладает способностью к свариванию, а также не обладает необходимыми термопластическими свойствами для последующего профилирования его поверхности. При массовом процентном соотношении полиэтилена и растворителя более 40 60 на поверхности полотна образуется сплошная полиэтиленовая пленка, вследствие чего резко повышается электросопротивление сепаратора.

После пропитки полиэтиленовым раствором сепараторное полотно сушат при 110 160^oС для удаления растворителя из полотна, а также для оплавления и закрепления полиэтилена на волокнах. Температурный диапазон сушки подобран экспериментально.

Нижний предел сушки 110^oС обусловлен тем, что при более низкой температуре резко замедляется удаление растворителя и не происходит оплавление и закрепление полиэтилена на волокнах внутри полотна. При температуре сушки выше 160^oС расплавленный полиэтилен стекает с волокон внутри полотна на его поверхность и образует на поверхности сплошную пленку. Время сушки зависит от толщины полотна, температурных режимов сушки, от концентрации раствора полиэтилена, от типа сушильной камеры и может находиться в пределах 10 200 с.

Однако при непрерывной технологии пропитки время сушки отражается на производительности изготовления сепараторного полотна, так как современные пропиточные (клеепромазочные) машины, например,клеепромазочная машина КМ 1, комплектуется сушильными камерами, обеспечивающими нахождение в них полотна в течение времени до 300 секунд при скорости движения полотна до 20 м в минуту. При необходимости уплотнения структуры сепаратора (если в качестве протипываемого материала используется очень рыхлое волокнистое полотно), сепараторное полотно дополнительно прокатывают через валки каландра при 110 - 160^oС. При этом уменьшается пористость, а также поверхность полотна становится более плотной, повышаются и механические характеристики полотна.

Температурный диапазон каландрования подобран экспериментально и обусловлен следующим. При температуре ниже 110^o не происходит уплотнения полотна. При температуре каландрования выше 160^oС расплавленный полиэтилен стекает в волокон внутри полотна на поверхность и образует пленку, что способствует резкому повышению электросопротивления сепаратора.

При необходимости профилирования поверхности сепаратора, сепараторное полотно прокатывают через валки каландра, имеющие на рабочей цилиндрической поверхности рисунок для тиснения комбинацию выпуклостей и впадин. Сепаратор, полученный таким способом, при размещении между электродами аккумулятора гарантирует между электродами необходимый зазор, заполненный электролитом. Выпуклости на поверхности сепаратора, изготовленного каландрованием с тиснением, представляют собой неуплотненные участки сепараторного полотна и обеспечивают мягкий контакт между сепаратором и электродом аккумулятора.

В случае, если необходимо более жесткое фиксирование зазора между электродами путем профилирования поверхности сепаратора, при каландрировании используют валки, имеющие на рабочей цилиндрической поверхности кольцевые проточки или впадины. В процессе каландрования во впадины попадают ленты из термопластичного материала, например, из полиэтилена. При каландровании эти ленты привариваются к поверхности полотна и образуют на поверхности сепаратора продольные возвышения (ребра). При промышленном производстве весь процесс изготовления сепараторного полотна пропитка, сушка, каландрование - производится за один технологический цикл, что обеспечивает высокую производительность, и, как следствие, низкую стоимость сепаратора.

Пример 1. Нетканое полотно из смеси сополиэфирных и вискозных волокон поверхностной плотностью 160 г/м² пропитывали 20-ным раствором полиэтилена в уайт-спирите при температуре раствора 95^oС на клеепромазочноймашине КМ 1 во взрывоопасном исполнении со скоростью подачи полотна 16 метров в секунду. Использовалось полотно шириной 160 см. Сушка полотна производилась при 135^o в сушильной камере этой машины под принудительной вентиляцией с последующим охлаждением и конденсацией пара уайт-спирита и возвращением уайт-спирита в специальный накопитель для повторного использования. Пористость полученного сепараторного полотна составила 90 электросопротивление 0,07 0,08 Ом/см²; капиллярность 80 мм.

Пример 2. Сепараторное полотно по примеру 1 прокатали через валки каландра при температуре валков 150^oС. В результате получили сепараторное полотно с пористостью 80% электросопротивления полотна не изменилось и составило 0,07 -0,08 Ом/см² капиллярность полотна 84 мм.

Пример 3. Сепараторное полотно по примеру 1 прокатали через валки каландра, имеющие рисунок тиснения (валки с рисунком тиснения для изготовления сепаратора по этому примеру были заимствованы с технологической линии изготовления искусственной кожи на Пермском заводе им. Кирова) при температуре на валках 145^oС. В результате получили сепараторное полотно с пористостью 78 при этом электросопротивление полотна составило 0,09 Ом/см², а капиллярность 85 мм.

Пример 4. Сепараторное полотно по примеру 1 прокатали через валки каландра, причем на рабочей поверхности одного из валков имелись 4 кольцевые проточки шириной по 1, 2 мм и глубиной 0,7 мм. Температура на валках каландра составляла 150^oС. При каландровании в проточки подавались полиэтиленовые шнуры квадратного сечения 1 х 1 мм. В результате получили сепараторное полотно с приваренными продольными полосами (ребрами) из полиэтилена. Пористость полученного сепаратора составила 83 электросопротивление полотна 0,07
0,080 м/см²; капиллярность 86 мм.

Использование: производство электрических аккумуляторов. Сущность изобретения: полотно из волокнистого полимерного материала пропитывают раствором полиэтилена, состоящим из 5 - 40 мас. % полиэтилена и 60 - 95 мас. % растворителя, сушат при 110 - 160^oC и прокатывают при той же температуре через валки каландра, которые могут иметь тисненый рисунок либо кольцевые впадины; это обеспечивает уменьшение электрического сопротивления, возможность сварки и необходимый профиль сепараторов. 2 з. п. ф-лы.

1. Способ изготовления сепаратора для аккумулятора из волокнистого полимерного полотна, заключающийся в том, что полотно пропитывают раствором полимера, сушат и прокатывают через валки каландра при повышенной температуре, отличающийся тем, что волокнистое полимерное полотно пропитывают раствором полиэтилена, а повышенные температуры, при которых пропитанное волокнистое полотно сушат и прокатывают через валки каландра, выбирают в диапазоне 110 160^oС, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

Полиэтилен 5 40
Растворитель 60 95
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования необходимого профиля на поверхности сепаратора для аккумулятора на рабочую поверхность цилиндрической поверхности валков каландра наносят рисунок тиснением.