为其 2015年7月

放眼纺织品世界: 从电池到塑料草坪

电池系统的潜在用途

能源转型以及电动汽车领域的发展趋势都在要求人们对现有材料进行改进,或是推出全新方法的创新设计。为此,很多研究项目以及电池业都将新材料的开发与经济高效的蓄能技术的结合视为研发重点。

这种发展还伴随着该行业对产业用纺织品尤其是无纺布需求量的增加。无纺布用途广泛,在电池系统中可用作隔板。

对隔板的要求

隔板的任务是让电池的阳极和阴极实现电气和物理隔离(蓄能器中的正极和负极),同时还用于吸收电解液。这层屏障对于确保电池内的电极相互隔离以及防止短路至关重要,而吸收电解液则是确保离子流动的前提条件。

隔板需要满足以下要求:

如果不能满足媒介的渗透性,则会对电池的效率产生不良影响。

是指孔隙与实心结构之间的比率,该特性对于电解液吸收能力至关重要。

隔板越厚,则电池生产时越易处理。然而,如果隔板过厚,会影响到阳极和阴极的可用空间。

应具有较高的吸湿能力,以确保隔板能够快速地聚起电解液。

要确保离子流动,必须具有不错的电解液吸收与结合能力。

隔板不得膨胀,否则会影响到电池的性能。

应在电池的整个寿命内保持此特性,这样,隔板可保证在化学反应过程中不会丧失其强度和结构稳定性,同时不会在电池内形成杂质。

电极不得击穿隔板,否则会触发短路。

必须要保证热稳定性,因为在生产过程中,隔板要受热。

在有些电池的生产中对拉伸强度的要求较高,因为在电极/隔板组合缠绕的过程中,隔板不得出现收缩。

应尽可能保证孔眼较小且尺寸均匀,这样,既能起到屏障的作用,又不会影响离子的通过性。

边缘必须保证完全的平直,以确保电极不可能接触。

当温度达到约130°C时,隔板在保持机械稳定性的同时,必须要中断离子流动。这样即可以防止电池短路,又可以避免电池过度充电。

无纺布在电工业找到了应用空间

要满足这些要求,隔板需要面临诸多挑战。可用于生产电池隔板的原料包括微孔聚合物薄膜、无机复合膜还有无纺布。在选择合适的隔板时,价格是另一个重要的考量指标。在新兴的无纺布业,始终存在的价格压力、更加经济的生产方式、原材料选择的多样性以及大量的可变性都在急剧地推动着全球无纺布的需求量。

与那些价格不高的一次性电池中所使用的隔板相比,那些需要在多次充电/放电循环中保持稳定的隔板都是采用高品质材料生产而成。当今的电池业离不开强大的隔板系统,当然也离不开无纺布。

电池生产业主要采用梳理成网状的无纺布、湿法成网无纺布、熔喷织物和纺粘织物作为隔板。为了获得某些特性,通常需要对其进行针刺或水刺处理,例如,通过针刺处理获得更大的表面积。根据相应的生产工艺和应用领域,人们会对无纺布进行更多处理,以获得更多的特殊效果:亲水化(提高流体吸附能力)和陶瓷化处理就是用于提高电池效率的其中两种处理方法。

用于充电电池或蓄电池组的隔板

在铅酸电池中,所用的材料要耐受高酸性和高氧化性环境。在这种情况下,要采用聚乙烯和烧结PVC或采用超细羊毛生产而成的毡垫等生产而成的压延或烧结隔板。对于处于氢氧化钾强碱性环境的镍镉电池,主要采用聚酰胺和聚乙烯/聚乙烯复合物生产而成的隔板。目前,这种隔板主要使用的都是无纺布。

镍金属氢化物电池的情况与镍镉电池类似,不同之处在于前者所使用的隔板还要具有减少自放电的能力。通过对无纺布的表面进行化学处理,例如对表面进行丙烯酸处理或磺化处理,可实现这一功能性要求。

可重复充电的锂电池一般是使用薄膜材料。这些微孔薄膜一般为多层结构。此类材料一般具有较低的耐高温特性,即使隔板的各层之间夹有陶瓷层,仍极易破裂。目前,有科研人员正在研究使用有陶瓷涂层的极细密的无纺布材料作为锂电池的隔板。这样,隔板可具有更高的耐高温能力且更不易于破裂,既可提高可重复充电的蓄能介质的安全性,进而实现长期稳定性,又可确保运行可靠性,尤其是用于电动汽车时。

在电动车领域的应用:高容量、快速充电能力

一次性电池或原电池组用隔板

一次性锂电池或锂基原电池组可采用无纺布或微孔膜作为隔板。在一次性碱锰电池中,主要采用聚乙烯醇微纤维(PVA)和纤维素混合材料生产而成的无纺布作为隔板。同样,还可使用玻璃纸制成的薄膜材料和无纺布材料生产而成的层压材料作为隔板。

适合多样化用途的理想刺针

针对电池隔板用无纺布所需满足的要求,格罗茨-贝克特为您提供了多种刺针,让您能够选择合适的针刺达到所需的特性或是优化隔板功能。格罗茨-贝克特的产品具有高度的工艺稳定性,产品质量具有高度的统一性,这样,使用我们的产品生产出的无纺布既能保持始终如一的质量,又具有高度的可复现性。这些优点将会直接地体现于电池隔板的性能上。

根据所使用的原材料、纤维细度以及所需的生产效果,选择合适的针型。在这方面,格罗茨-贝克特依托自己在无纺布领域的多年经验以及极具多样化的刺针产品,可为您提供适宜的使用建议。GEBECON®、EcoStar和Cross STAR®刺针只是其中几款适合隔板生产的成熟针型。

在生产电池隔板所需的无纺布产品时,常用的刺针:机器配置一般由预刺以及主刺工艺组成。

在预刺中,通常是使用钩刺间距为4.80mm且带RF局部成形钩刺的锥形针。此类锥形针既具有较高的针刺效果,又可利落、轻柔地传送纤维。与普通工作部位的刺针相比,格罗茨-贝克特生产的工作部位为锥形的刺针具有更高的稳定性。

当使用极细的纤维、微纤维或陶瓷纤维时,建议预刺阶段采用带HL成形钩刺的刺针,因为这种针能够极为轻松地处理纤维,进而可以最大限度地减少纤维断裂率和伸长量。GEBECON®刺针也适合用于预刺,尤其是用于纤细纤维和微纤维的处理时,因为这种针型具有极低的断针率。

在主刺过程中,大多采用带有C型钩刺和RF局部成形钩刺的标准刺针。此类针型即能保证有效紧实,又可精确地调整孔隙大小,以确保所需的渗透性能。

在主刺过程中,EcoStar和Cross STAR®刺针所具有的某些优点会有效地提升产品质量(孔隙率、孔隙大小、渗透性、亲水性等)。

水针板

格罗茨-贝克特的水针板适合生产那些需要进行水刺处理以增加表面积的电池隔板。格罗茨-贝克特的水针板具有各种标准规格和开孔尺寸,我们还具有各种功能部件的专业知识,并为您提供可持续性的服务。

HyTec® D