第24卷第1期辐射研究与辐射工艺学报Vol.24,No.12006年2月J.Radiat.Res.Radiat.Process.February2006——————————————第一作者:叶寅,男,1962年11月出生,1983年毕业于中国科学技术大学,辐射化学专业,研究员,上海世龙科技有限公司总工程师收稿日期:初稿2005-10-18,修回2005-11-11辐射接枝制备电池隔膜研究现状叶寅邱士龙(中国科学院上海应用物理研究所上海201800摘要电池隔膜的制备方法有许多种,其中聚合物膜辐射引发接枝功能型单体是电池隔膜制备的重要手段之一。通过辐射接枝不同的单体,可以赋予聚合物薄膜特定的电化学和物理化学等性能,使其符合不同种类电池对隔膜的技术要求。本工作详细介绍了辐射接枝法制备电池隔膜的研究和应用状况。关键词辐射接枝,离子交换膜,电池隔膜中图分类号O63,TL99,TK02,TQ31辐射接枝技术的研究已有数十年的历史,其研究成果在许多领域得到了应用[1−10]。20世纪70年代,中国、日本和美国等许多国家成功地将辐射接枝改性聚乙烯膜用于扣式银锌电池的隔膜材料,并实现了工业化生产。伴随着新型电源的研究和发展,辐射接枝法制备的碱性电池隔膜得到了更为广泛的应用。中国科学院上海应用物理研究所是国内知名的辐射接枝法碱性电池隔膜研究和生产单位,拥有该领域多项发明专利和专有技术,并形成了数十种规格的电池隔膜产品。1辐射接枝膜在电池隔膜中的应用[11-12]1.1隔膜在电池中的作用化学电源是两个被隔层材料分开的正、负电极插在相应电解质溶液中所组成的装置。图1是锌/氧化银电池结构示意图。Fig.1ConfigurationofaZn-Ag2Obattery该电池的负极活性物质为Zn,正极活性物质为Ag2O,电解液为KOH水溶液。它通过下面的电池反应形成放电或充电:正极反应:Ag2O+H2O+2e——2Ag+2OH-负极反应:Zn+2OH——Zn(OH2+2e电池总反应:Ag2O+Zn+H2O——2Ag+Zn(OH2由上述电池结构及电池反应可知,电池中的电池隔膜有两个主要作用:一是允许有关电解质离子自由通过,以完成电池内部的电荷迁移任务。这就要求隔膜具有尽可能低的电阻,从而降低电池内阻,提高开路电压,有利于大电流放电;二是要求隔膜能有效地阻隔正、负极活性物质的直接接触,以防止电池内部短路,或能有效地阻滞电池的自放电。以锌-氧化银电池为例,该隔膜应能有效地阻挡银离子由正极向负极迁移,并不使其被在负极上不断生长的锌枝晶穿透。这就要求隔膜材料具有一定的物理结构和化学结构,有一定的强度,并需要有抗正、负极活性物质及电解液的化学腐蚀能力。1.2辐射接枝电池隔膜的种类和应用电池隔膜主要为合成高分子膜、聚合物无纺布和微孔膜等材料,辐射接枝赋予这些材料新的化学和物理性能,使其满足各种电池用隔膜的技术要求。根据特性和组成的不同,电池隔膜通常被分为半透膜和微孔膜两大类。半透膜包括天然高分子膜和合成高分子膜,其中合成高分子膜是重要的隔膜材料,较典型者有聚乙烯辐射接枝膜、聚丙烯辐射接枝膜、聚乙烯醇膜、全氟磺酸膜(Nafion系列等。微孔膜分为有机材料和无机材料两类,其中有机材料微孔膜在电池隔膜的研制中应用广泛,较典型者有尼龙布、水化纤维素纸、维尼纶、聚丙烯无纺布、聚烯烃微孔膜、辐射接枝聚丙烯无纺布、辐射接枝聚烯烃微孔膜等等。表1中列举了辐射接枝隔膜在各类电池中的应用。2辐射研究与辐射工艺学报第24卷Table1BatteryapplicationofradiationgraftedseparatorsTypeofbatteriesSeparatorsofthebatteriesVentedNi/CdbatteryVinylonnon-woven,Nylonfabric,RadiationgraftedPEmembraneH/NibatteryPPnon-woven,Zirconiafabric,RadiationgraftedPPnon-wovenM(H/NibatteryPPnon-woven,RadiationgraftedPPnon-woven,Nyloncloth,Vinylonnon-wovenZn/Ag2ObatteryThreecelluloseacetatetreatedwithsilverandmagnesiumsalt,Cellophane,RadiationgraftedPEmembraneZn/AirbatteryRadiationgraftedPEmembrane;CellophaneLithiumbatteryPPnon-woven,AGMseparator,BOPPmicroporefilmThermalbatterySinteredceramicmembrane,BoronoxidefibricFuelcellPerfluorosulfonatedmembrane(Nafion,Radiationgraftedpartiallyperfluorosulfonatedmem-brane2辐射接枝制备电池隔膜的研究进展和应用辐射接枝法...