用于叠层式电池的浆层纸及其制备方法.pdf

本发明是关于一种用于叠层式电池的浆层纸及其制备方法。本发明的浆层纸包括基纸和涂覆在基纸正面的涂布层，即单面涂布；涂布层由改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、复合缓蚀剂及聚乙烯基吡咯烷酮等组成。该叠层式电池浆层纸由负极浆板纸和纸杯纸(即包炭纸)组成，负极浆板纸保液性能好，隔离性能高；纸杯纸吸液量大，吸液速度快，能满足叠层式锌—锰干电池开路电压高而短路电流低的电性能要求。本发明生产的浆层纸能满足叠层式电池工业化生产的需要。

1、  一种用于叠层式电池的浆层纸，具有基纸，其特征在于：所述基质的一面涂覆有一涂布层。

2、  根据权利要求1所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述涂布层包括以下重量百分含量的各组份：
改性淀粉                35％～40％
聚丙烯酰胺              2％～3％
聚乙烯醇                35％～50％
复合缓蚀剂              1.5％～3％
聚乙烯基吡咯烷酮        13％～15％
羧甲基纤维素            3.5％～5.5％。

3、  根据权利要求2所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述复合缓蚀剂由三氯化铋与EDTA组成，其中，三氯化铋与EDTA的重量比为5～7∶1。

4、  根据权利要求3所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述聚乙烯醇包括：15％～20％的聚乙烯醇-1788，及25％～35％的聚乙烯醇-1799。

5、  根据权利要求4所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述聚乙烯基吡咯烷酮包括：10％～13％聚乙烯基吡咯烷酮K-90，及1％～3％聚乙烯基吡咯烷酮K-30。

6、  根据权利要求1～5中任一权利要求所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述涂布层是由贴在锌负极上的负极浆板纸涂层、及用来包裹正极材料的纸杯纸涂层组成。

7、  根据权利要求6所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述负极浆板纸涂层包括以下重量百分含量的各组份：
改性淀粉  40％                聚丙烯酰胺  2％
聚乙烯醇-1799  30％           聚乙烯醇-1788  18％
复合缓蚀剂  3％               聚乙烯基吡咯烷酮K-90  2％
羧甲基纤维素  5％。

8、  根据权利要求6所述的用于叠层式电池的浆层纸，其特征在于：所述纸杯纸涂层包括以下重量百分含量的各组份：
改性淀粉  40％                聚丙烯酰胺  3％
聚乙烯醇-1799  10％                  聚乙烯醇-1788  25％
复合缓蚀剂  2％                      聚乙烯基吡咯烷酮K-90  13％
聚乙烯基吡咯烷酮K-30  2％            羧甲基纤维素  5％。

9、  一种用于叠层式电池的浆层纸的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：
①涂布层的制备：
将35％～40％的改性淀粉加入去离子水调制成改性淀粉溶液，再将35％～50％的聚乙烯醇、2％～3％的聚丙烯酰胺、3.5％～5.5％的羧甲基纤维素、13％～15％的聚乙烯基吡咯烷酮加去离子水溶解，然后加入到改性淀粉溶液中搅拌，在搅拌过程中加入1.5％～3％的复合缓蚀剂，搅拌直至均匀混合，可分别得到负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层；
②将上述负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层均匀涂布在基纸的一面，干燥后即得浆层纸。

10、  根据权利要求9所述的用于叠层式电池的浆层纸的制备方法，其特征在于：所述纸杯纸涂布层的厚度为40～45μm，所述浆板纸涂布层的厚度为60～70μm。

用于叠层式电池的浆层纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种浆层纸及其制备方法，涉及干电池制造技术领域，特别是涉及一种用于制造叠层式电池的浆层纸及其制备方法。
背景技术
叠层式锌-锰干电池与圆筒型锌-锰干电池在电性能上有着较大的差别：叠层式锌-锰干电池的开路电压是6-22.5伏或更高，短路电流只有0.5-1安，而园筒型锌-锰干电池开路电压只有1.5-1.7V，短路电流却达3-10安。这就要求叠层式电池浆层纸的负极浆板纸比圆筒型电池浆层纸阻隔性更好，而叠层式电池浆层纸的纸杯纸又要比园筒型锌-锰干电池浆层纸的吸水速度更快，保液性更强，离子通透性更好。
过去，国内生产叠层式锌-锰干电池，是使用圆筒型锌-锰干电池浆层纸的，由于隔离性能不好，导致产品质量差，同时，由于用其作包炭纸吸液速度慢，致使不能连续流水作业生产。经广东省科技情报研究所检索，国内尚无叠层式浆层纸技术的报导。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种满足叠层式电池机械化流水作业生产用的浆层纸，该叠层式电池浆层纸隔离性能和保液性能好，同时吸液量大，吸液速度快，能满足叠层式锌-锰干电池的电性能要求及生产工艺要求。
本发明的另一目的是提供一种用于叠层式电池的浆层纸的制备方法。
为了达到上述目的，必须解决纸杯纸吸液速度快，吸液量大；负极浆板纸隔离性能高的技术问题。本发明是采用以下技术方案来实现的：依据本发明提出的一种用于叠层式电池的浆层纸，具有基纸，所述基质的一面涂覆有一涂布层。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述涂布层包括以下重量百分含量的各组份，各组份的百分含量之和为100％：
改性淀粉        35％～40％
聚丙烯酰胺      2％～3％
聚乙烯醇        35％～50％
复合缓蚀剂          1.5％～3％
聚乙烯基吡咯烷酮    13％～15％。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述复合缓蚀剂由三氯化铋与EDTA组成，其中，三氯化铋与EDTA的重量比为5～7∶1。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述聚乙烯醇包括：15％～20％的聚乙烯醇-1788，及25％～35％的聚乙烯醇-1799。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述聚乙烯基吡咯烷酮包括：10％～13％聚乙烯基吡咯烷酮K-90，及1％～3％聚乙烯基吡咯烷酮K-30。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述涂布层是由贴在锌负极上的负极浆板纸涂层、及用来包裹正极材料的纸杯纸涂层组成。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，所述负极浆板纸涂层包括以下重量百分含量的各组份：
改性淀粉  40％聚丙烯酰胺2％
聚乙烯醇-1799  30％    聚乙烯醇-1788  18％
复合缓蚀剂  3％        聚乙烯基吡咯烷酮K-90  2％
羧甲基纤维素  5％。
根据本发明实施例的用于叠层式电池的浆层纸，纸杯纸涂层包括以下重量百分含量的各组份：
改性淀粉  40％聚丙烯酰胺3％
聚乙烯醇-1799  10％              聚乙烯醇-1788  25％
复合缓蚀剂  2％                  聚乙烯基吡咯烷酮K-90  13％
聚乙烯基吡咯烷酮K-30  2％        羧甲基纤维素  5％。
另外，本发明还提出了一种用于叠层式电池的浆层纸的制备方法，包括以下步骤：①涂布层的制备：将35％～40％的改性淀粉加入去离子水调制成改性淀粉溶液，再将35％～50％的聚乙烯醇、2％～3％的聚丙烯酰胺、3.5％～5.5％的羧甲基纤维素、13％～15％的聚乙烯基吡咯烷酮加去离子水溶解，然后加入到改性淀粉溶液中搅拌，在搅拌过程中加入1.5％～3％的复合缓蚀剂，搅拌直至均匀混合，可分别得到负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层；②将上述负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层均匀涂布在基纸的一面，干燥后即得浆层纸。
根据本发明实施例的制备方法，所述纸杯纸涂布层的厚度为40～45μm，所述浆板纸涂布层的厚度为60～70μm。
借由上述技术方案，本发明用于叠层式电池的浆层纸及其制备方法具有下列优点：
1、改双面涂布浆料为一面涂布浆料，未涂浆的一面与负极接触，吸液后，使浆层纸更加紧密地接触负板锌片，以排除空隙中的氧气，避免因锌片氧化而降低电池的贮存时间。
2、在浆料中增大变性淀粉、聚丙烯酰胺及聚乙烯醇的量的同时，使用复合缓蚀剂有效地提高其阻隔性能和缓蚀性能。因为聚丙烯酰胺在分子链上有活泼的酰胺基(-NH₂)，它能与缓蚀剂中的高价阳离子发生络合作用，形成絮状凝胶络合物，使聚丙烯酰胺在浆料中的溶解度降低，粘度下降，当絮凝严重时，还伴有氢键缔合物和分子卷曲现象而形成团状凝胶，传统的方法是调节PH值，增加H+浓度，使-NH₂基团中的氮原子的负电性减弱，使其难以再与高价阳离子发生络合作用，但往往效果不理想，本发明的复合缓蚀剂由三氯化铋与EDTA组成，这样EDTA作为掩蔽剂，让缓蚀剂中的高价阳离子先与EDTA形成稳定的络合物，这样，高价阳离子就不能再与聚丙烯酰胺发生络合作用而产生凝胶，大大提高了缓蚀剂中缓蚀剂的化学稳定性，由于避免凝胶产生，浆料的成膜性也大大提高，从而有效提高其阻隔性能和缓蚀性能。
3、在负极浆板纸浆料中加入两种不同醇解度的聚乙烯醇和聚乙烯基吡咯烷酮，使浆层纸成膜性大大提高，有效地提高负极浆层纸的隔离性。
4、在纸杯纸中加入吸液性强的高分子材料聚乙烯基吡咯烷酮，从而达到纸杯纸吸液速度快，吸液量大的要求。
5、通过对比实验，本发明纸杯纸的吸液速度比一般园筒型干电池浆层纸提高10％，吸液量大1.5倍，负极浆板纸(干基)电阻率比园筒型干电池浆层纸提高20％；生产实践证明，本发明的叠层式干电池浆层纸完全满足叠层式干电池机械化流水作业的生产要求，生产的叠层式干电池也能达到其电性能要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明用于叠层式电池的浆层纸的结构示意图。
图2(a)和2(b)分别是本发明的负极浆板纸浆料层、纸杯纸浆料层的制备工艺图。
图3是本发明用于叠层式电池的浆层纸的制备方法的工艺流程图。
10：基纸
20：涂布层
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于叠层式电池的浆层纸及其制备方法其具体实施方式、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，本发明所述的叠层式浆层纸，包括基纸和涂覆在基纸一面的涂布层。该涂布层主要是指贴在锌负极上的负极浆板纸涂布层和用来包裹正极材料的纸杯纸(又称包炭纸)涂布层。请参阅图2(a)和2(b)所述，上述负极浆板纸的浆料层是由改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、复合缓蚀剂、及聚乙烯基吡咯烷酮组成，且浆料层含有吸液性、成膜性强的聚乙烯基吡咯烷酮K-90，及两种不同醇解度的聚乙烯醇-1788和聚乙烯醇-1799，涂层厚度为60-70μm。用来包裹正极材料的纸杯纸(又称包炭纸)涂布层是由聚乙烯醇、羧甲基纤维素、改性淀粉、聚丙烯酰胺、复合缓蚀剂、聚乙烯吡咯烷酮组成，且所述的纸杯纸涂布层含有两种不同醇解度的聚乙烯醇和两种不同分子量级(即不同K值)的聚乙烯基吡咯烷酮，所述纸杯纸涂布层的厚度为40～45μm。
本发明用于叠层式电池的浆层纸，改现有技术的双面涂布浆料为一面涂布浆料，未涂浆的一面与负极接触，吸液后，使浆层纸更加紧密地接触负板锌片，以排除空隙中的氧气，避免因锌片氧化而降低电池的贮存时间。本发明所使用的复合缓蚀剂可以是由三氯化铋与EDTA组成，其比例为(重量比)三氯化铋∶EDTA5～7∶1，能够有效地提高其阻隔性能和缓蚀性能。在负极浆板纸浆料中加入两种不同醇解度的聚乙烯醇和聚乙烯基吡咯烷酮，使浆层纸成膜性大大提高，有效地提高负极浆层纸的隔离性。在纸杯纸中加入吸液性强的高分子材料聚乙烯基吡咯烷酮，从而达到纸杯纸吸液速度快，吸液量大的要求。
请参阅图3所示，图3是本发明用于叠层式电池的浆层纸的制备方法的工艺流程图。首先配浆，配浆是将上述材料用水溶解，按上述负极浆板纸和纸杯纸的组分分别混合，搅拌均匀，分别制成负极浆板纸和纸杯纸的涂料层；之后上浆，上浆是在基纸上均匀地涂上负极浆板纸或纸杯纸的浆料；上浆处理后，烘干得卷纸。
实施例1
涂布层的制备：
其中，负极浆板纸涂布层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1788：18％，聚乙烯醇1799：30％，改性淀粉：40％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：2％，聚乙烯基吡咯烷酮K-90：2％，复合缓蚀剂：3.0％。
纸杯纸浆料层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1799：10％，聚乙烯醇-1788：25％，改性淀粉：40％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：3.0％，聚乙烯吡咯烷酮K-90：13％，聚乙烯吡咯烷酮K-30：2％，复合缓蚀剂2％。
将上述改性淀粉加入去离子水调制成改性淀粉溶液；再将上述聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮加去离子水溶解，然后加入到改性淀粉溶液中搅拌，在搅拌过程中加入复合缓蚀剂、的EDTA，搅拌直至均匀混合，可分别得到负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层；将负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层均匀涂布在基纸的一面，干燥后即得浆层纸。
实施例2
涂布层的制备：
其中，负极浆板纸涂布层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1788：18％，聚乙烯醇1799：30％，改性淀粉：40％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：2％，聚乙烯基吡咯烷酮K-90：2.5％，复合缓蚀剂：2.5％。
纸杯纸浆料层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1799：10％，聚乙烯醇-1788：25％，改性淀粉：40％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：3％，聚乙烯吡咯烷酮K-90：13％，聚乙烯吡咯烷酮K-30：2.3％，复合缓蚀剂1.7％。
将上述改性淀粉加入去离子水调制成改性淀粉溶液；再将上述聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮加去离子水溶解，然后加入到改性淀粉溶液中搅拌，在搅拌过程中加入复合缓蚀剂，搅拌直至均匀混合，可分别得到负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层；将负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层均匀涂布在基纸的一面，干燥后即得浆层纸。
实施例3
涂布层的制备：
其中，负极浆板纸涂布层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1788：20％，聚乙烯醇1799：30％，改性淀粉：38％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：3％，聚乙烯基吡咯烷酮K-90：2％，复合缓蚀剂：2％。
纸杯纸浆料层的各组分含量分别为：聚乙烯醇-1799：10％，聚乙烯醇-1788：25％，改性淀粉：40％，羧甲基纤维素：5％，聚丙烯酰胺：3％，聚乙烯吡咯烷酮K-90：12％，聚乙烯吡咯烷酮K-30：3％，复合缓蚀剂2.0％。
将上述改性淀粉加入去离子水调制成改性淀粉溶液；再将上述聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮加去离子水溶解，然后加入到改性淀粉溶液中搅拌，在搅拌过程中加入复合缓蚀剂，搅拌直至均匀混合，可分别得到负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层；将负极浆板纸涂布层和纸杯纸涂布层均匀涂布在基纸的一面，干燥后即得浆层纸。
本发明用于叠层式干电池浆层纸与普通园柱型干电池浆层纸的性能对比如下表所示(见表1)：
表1本发明与普通园柱型干电池浆层纸的性能对比表