專利名稱：一種疏水組合物和一種制備疏水極板的方法
技術領域：
本發明涉及一種疏水組合物和一種制備疏水極板的方法，特別涉及一種具有良好疏水特性的疏水組合物，它可以給極板提供良好的疏水性質，盡管使用的少量疏水樹脂以及一種應用此組合物制備疏水極板的方法。
一般講，密封鎳氫電池，即堿性蓄電池，使用金屬氧化物作為陰極和氫化合金作為陽極。這種電池的充放電是，在充電過程中，把分解電解質中的水而得到的氫離子貯于氫化合金中，而在放電過程中，把氫離子釋放入電解質。
鎳氫電池使用氫化合金作為負極活性材料，Ni(OH)2作為正極活性材料，以及用堿水溶液作為電解質。鎳氫電池可由式Ni-MH(鎳-金屬氫化物)電池表示。鎳氫電池的電化學反應以如下方程式表示陰極……(1)陽極……(2)其中，M為可以吸收和釋放氫離子的氫化合金。
充放電循環根據上述化學反應式進行。當陰極過度充電，陰極上就由電化學反應生成氧氣，而當陽極過度充電，陽極上就由電化學反應生成氫氣。當在上述條件下，連續進行充放電循環，生成的氣體導致陽極氧化和電池的內壓快速升高，因此降低了電池的壽命和容量。因此，在電池內應除去生成的氧氣和氫氣。基于此，陽極起除去氫氣和氧氣的作用。除去氣體的化學反應由下列方程式表示除去氣體的化學反應……(3)鎳基電池的陽極吸收然后分解氫氣和氧氣，由此降低了電池的內壓。因此，它可以促使陽極的氧分解。促進氧分解的方法如下加入還原氧的催化劑；通過蝕刻合金增加欲反應的表面積；或用疏水材料處理陽極極板。上述方法中，用疏水材料處理陽極以得到疏水性質的方法具有廣泛應用，該方法可以增加陽極的接觸面，而在該面上發生氣體的裂解或吸收。
當根據上述方法以疏水材料處理陽極時，具有的一個優點是電池的內壓降低了，但是，由于疏水材料是非導體，所以產生的一個缺點是電池的內阻增加了。另外，當極板過度致密涂覆和涂覆極板的厚度過大，很難使接觸陽極的氣體和陽極反應。另外，當陽極表面涂覆不勻，陽極表面上的反應因此也不一致，這樣會損害電池的性能。因此，當采取用疏水材料處理陽極以降低電池內壓這一方法時，疏水材料優選使用具有優良疏水性能的那些材料。另外，將具有疏水性能的氟基樹脂均勻而薄薄地涂覆在陰極表面是非常重要的。
目前，為了使極板具有疏水性能，采用了一種方法，其中作為疏水材料的氟基樹脂粉末分散于有機溶劑如乙醇中，或水溶液中，然后將所獲得的分散液噴涂于極板上。
根據這一方法，當氟基樹脂粉末噴涂于極板上時，極板表面形成了三相(氣-液-固)界面，可使氣體容易地附著于極板上，并因此獲得極板上吸收和分解氣體以降低內壓的益處。
但是，噴涂方法的缺陷是難以在極板上均勻涂覆氟基樹脂分散液，并會有過量樹脂部分涂覆于極板上。因此，極板電導率降低并難以形成孔。更重要的是，當使用乙醇作溶劑時，乙醇揮發產生的蒸氣對人體有害，而且在批量生產時特別易燃。另外，噴涂方法也存在問題，當噴嘴的孔被噴涂溶液的樹脂堵塞時，降低了操作的效率。另外，當疏水樹脂沒有均勻涂覆，連續充放電循環中電池反應就不能在陽極極板上均勻進行，這會使電池性能受損。
為了解決上述問題，最近采用了一種方法，其中將極板浸入氟基樹脂分散液中，使極板的表面具有疏水性質。
但是將極板浸入氟基樹脂分散液存在的缺陷是，它涉及到一個復雜的工藝，包括的步驟有將極板浸入疏水樹脂、干燥和使用輥壓延。
上述的使極板具有疏水性質的常規方法具有下列問題因為只給陽極表面疏水性能，所以使極板具有疏水性能所獲得的效果并不充分。另外，連續進行充放電循環，電解質并不能順利地由陰極移至陽極，電解質在陽極被消耗，因此降低了電池容量。另外，由于干燥時溶液表面張力的原因，導致陽極表面的不平整和污痕。
為克服上述常規方法的問題，本發明的目的是提供一種疏水組合物，它可以均勻地給極板疏水性能，雖然使用了少量的疏水樹脂，這是因為該樹脂具有良好的分散性能。
本發明的另一目的是提供一種疏水組合物，它沒有失火的威脅，具有高的操作效率，對人無害并可均勻涂覆于極板上。
本發明進一步提供一種疏水組合物，當使用這種組合物而具有增強的疏水性能的極板用作電池極板時，由于降低了電池內壓，而延長了電池壽命。
本發明的另一目的是提供一種制備疏水極板的方法，該極板因使用這種組合物而具有疏水性質。
為了達到上述目的，本發明提供一種含疏水樹脂和全氟化碳溶劑的疏水組合物。
另外，本發明提供一種制備疏水極板的方法，包括的步驟是，用含疏水樹脂和全氟化碳溶劑的疏水組合物涂覆極板。
在本發明中，優選的全氟化碳溶劑選自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2ClF5，更優選C6F14、C7F16和C8F18。
另外，疏水樹脂優選使用無定形的氟基樹脂，以全氟化碳溶液重量計，它含0.01％～5％(重量)的四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和或/聚四氟乙烯。另外，疏水樹脂的表面能優選10～20達因/厘米。
在本發明中，涂覆疏水組合物的步驟優選通過將極板浸入疏水組合物中或將疏水組合物噴涂于極板上來進行。
優選涂覆步驟的進行要使得涂覆于極板上的組合物的量達到0.005＜X＜0.8mg/cm2。
本發明的其它目的、益處和新特征。將部分可由下文予以說明，部分將在讀完下文對本領域技術人員顯而易見，或由實施本發明而獲知。
通過所附權利要求特別指出的方法和組合，本發明的目的和益處將得以認識和實現。


圖1顯示將組合物用于鎳氫電池的陽極的本發明實施例和對比例制備的電池的充電速率與內壓的關系圖。
在以下詳細說明中，只展示和描述本發明的優選實施方案，其方法是直接說明本發明人認為實施本發明的最佳方式。應認識到，在不偏離本發明精神的情況下，本發明可以做各種明顯的改動。因此，圖和說明應認為是說明性的，而非限制性的。
參照下述本發明范圍的實施例進一步詳細說明本發明。
實施例1將5克四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物分散于100克的C6F14溶劑中制備疏水組合物。極板浸入該疏水組合物中，直至0.5mg/cm2的疏水組合物涂覆于極板上，由此制得一疏水極板。
實施例210克的無定形氟基樹脂溶液(2％重量)(FC722，3M Co.，Ltd.出品)溶于90克的C6F14溶劑中制備疏水組合物。極板浸入疏水組合物中5分鐘，直至0.04mg/cm2的疏水組合物涂覆于極板上，由此制得一疏水極板。
實施例3除用聚四氟乙烯(PTFE)代替四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物用作氟基樹脂外，用與實施例1相同的方法制備疏水極板。
對比例1將一極板浸入一種分散液5秒鐘，以涂覆0.5mg/cm2待涂覆于該極板上的分散體溶液，該分散液有5％(重量)的顆粒形式的尼夫龍(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)。然后，極板在烤箱中60℃干燥。為控制極板的厚度，干燥極板使用輥進行壓延，由此制得一疏水極板。
對比例2除使用PTFE代替尼夫龍用作氟基樹脂外，同對比例1的方法制備一疏水極板。
使用以上對比例和實施例獲得的疏水極板，制成具有4/5A，1800mAh標準容量的電池后，即可測得根據電池充電速率而得的內壓，所得結果分別示于圖1的曲線a-e。曲線a表示本發明實施例1中將組合物用于鎳-氫電池的陽極而制備的電池的內壓與充電率的關系。曲線b表示本發明實施例2中將組合物用于鎳-氫電池的陽極而制備的電池的內壓與充電率的關系。曲線c表示本發明實施例3中將組合物用于鎳-氫電池的陽極而制備的電池的內壓與充電率的關系。曲線d表示對比例1制備的電池的內壓與充電率的關系。曲線e表示對比例2制備的電池的內壓與充電率的關系。
另外，測量以上實施例和對比例制備的疏水極板的疏水層厚度，并將結果列于下表1。另外，使用上述疏水極板制備具有4/5A，1800mAh容量的圓筒形電池。測量電池在1C速率和150％充電時間的峰內壓、內阻和壽命，也將結果列于下表1。電池壽命指電池效率降低90％的容量時，充放電循環的數量
本發明的方法可以均勻地給所有陰極極板以疏水性質，使用的疏水組合物包括作為給予極板疏水性質的疏水樹脂的無定形氟基樹脂和作為溶劑的全氟化碳。因此，可以將反應材料的擴散層薄薄地施于陽極活性物質上，以隨即分解氧氣。
本發明中應用的全氟化碳溶劑作為溶劑是一種穩定的材料，它與電池反應無關，并且它的沸點取決于碳原子和氟原子數。所以，覆涂后溶劑可很好地干燥，這樣在制備疏水極板時，就不要求另外的干燥步驟。
另外，該溶劑的表面張力也明顯的低，為10達因/厘米，這樣溶劑就有很好的流動性，因此疏水樹脂的涂覆厚度就可以很薄。除此之外，因為使用無定形的氟基樹脂，所以氟基樹脂可以薄膜形式涂覆于極板上，極板表面的涂層厚度可以是0.2μm或更小。因此，該樹脂在單位面積上涂覆的樹脂的量可降低至常規樹脂的1/20，降低內壓的效率也比使用常規組合物高。所以，本發明的方法可以均勻細密地將可降低電池內壓的氟原子涂覆于陽極表面。
另外，當使用本發明的極板制備電池時，充放電循環中電解質可以在陽極均勻分布，因此可以防止陽極電解質的消耗。
本發明制備疏水極板的方法可應用于各領域中制備極板的方法，例如冷凝器和制備目的是增大氣體接觸面的極板的電池。
另外，本發明的方法也可用于給予某些物品以及電池陽極板的疏水性質。
本說明書中，只對優選實施方案顯示和描述，但如前所述，應理解在各種不同組合和環境下本發明可以利用，以及在本文表達的發明概念范圍內可以改變或修正。
權利要求
1.一種疏水組合物，包含一種疏水樹脂；和全氟化碳溶劑。
2.權利要求1的疏水組合物，其中全氟化碳選自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2CIF5。
3.權利要求2的疏水組合物，其中全氟化碳選自C6F14、C7F16和C8F18。
4.權利要求1的疏水組合物，其中疏水樹脂是氟基樹脂。
5.權利要求1的疏水組合物，其中疏水樹脂為不定形的。
6.權利要求4的疏水組合物，其中氟基樹脂為四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和/或聚四氟乙烯。
7.權利要求1的疏水組合物，其中疏水樹脂的使用量為全氟化碳溶劑重量的0.01～5％。
8.權利要求1的疏水組合物，其中疏水樹脂的表面能為10～20達因/厘米。
9.一種制備疏水極板的方法，包括下列步驟用包含疏水樹脂和全氟化碳溶劑的疏水組合物涂覆極板。
10.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中全氟化碳選自C3F8、C4F10、C5F12、C5F11NO、C6F14、C7F16、C8F18、CCl3F、CCl2F2、C2F3Cl3、C2Cl3F3和C2ClF5。
11.權利要求10的制備疏水極板的方法，其中全氟化碳選自C6F14、C7F16和C8F18。
12.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中疏水樹脂是氟基樹脂。
13.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中疏水樹脂為不定形的。
14.權利要求12的制備疏水極板的方法，其中氟基樹脂為四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和/或聚四氟乙烯。
15.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中疏水樹脂的使用量為全氟化碳溶劑重量的0.01～5％。
16.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中涂覆步驟的完成是通過將極板浸入疏水組合物，或將疏水組合物噴涂于極板上。
17.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中進行涂覆步驟直至0.005＜X＜0.8mg/cm2的疏水樹脂涂覆于極板上。
18.權利要求9的制備疏水極板的方法，其中疏水樹脂的表面能為10～20達因/厘米。
全文摘要
由疏水樹脂溶于全氟化碳制成的疏水組合物可以非常細密均勻涂覆于極板上。因此,使用此涂覆極板制備電池時,電池內壓可以降低。
文檔編號H01M4/24GK1186100SQ97104660
公開日1998年7月1日 申請日期1997年7月29日 優先權日1996年12月24日
發明者崔水石, 柳成英, 羅載澔, 孫榮培, 金鎮洙, 黃佑鉉, 姜秉炫 申請人:三星電管株式會社