總發(fā)明構(gòu)思涉及鉛酸蓄電池，并且更特別地涉及用于在鉛酸蓄電池中使用的非織造纖維氈。非織造纖維氈減少鉛酸蓄電池中硫酸化的發(fā)生。
背景技術(shù)：
由于鉛酸蓄電池供應(yīng)大電流的能力，同時(shí)具有相對(duì)低的生產(chǎn)成本，鉛酸蓄電池是最常使用的可再充電蓄電池。由于鉛酸蓄電池的高放電能力，其大量用于汽車啟動(dòng)、照明和點(diǎn)火(SLI)部分以及其他工業(yè)部分中。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池包括浸入硫酸電解質(zhì)的正電極(PbO2板)和負(fù)電極(海綿狀Pb板)?？梢栽谡龢O板和負(fù)極板之間設(shè)置分隔體。分隔體不僅起在正極板和負(fù)極板之間提供機(jī)械隔離的作用，而且還起防止電極之間短路和允許離子傳導(dǎo)的作用。存在許多不同形式的電極。在一些情況下，電極由具有格狀結(jié)構(gòu)的鉛板或鉛合金板組成?？梢允褂糜摄U氧化物和硫酸組成的活性材料膏來(lái)填充正極板的網(wǎng)格中的孔。該活性材料膏是多孔的，由此允許酸與板內(nèi)的鉛反應(yīng)，這增加電極的表面積。將膏干燥并且通過(guò)電化學(xué)工藝使正電極和負(fù)電極活化。
在放電期間，正極板和負(fù)極板都與酸電解質(zhì)材料反應(yīng)，導(dǎo)致硫酸鉛(II)(PbSO4)涂覆極板。硫酸鉛為軟材料，假如采用及時(shí)的手段將放電的蓄電池重新連接至蓄電池充電器，硫酸鉛能夠重新轉(zhuǎn)化回形成鉛和硫酸。當(dāng)施加電流來(lái)再充電鉛酸蓄電池時(shí)，硫酸鉛部分地逆轉(zhuǎn)回鉛和氧化鉛。這種部分逆轉(zhuǎn)至它們的原始狀態(tài)使正電極和負(fù)電極“再充電”。
如果使鉛酸蓄電池停留在放電狀態(tài)持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間段，硫酸鉛將開(kāi)始形成硬晶體(hard crystal)并涂覆電極極板的表面。例如，當(dāng)鉛酸蓄電池不能夠完全充電時(shí)，可以出現(xiàn)這樣的延長(zhǎng)的硫酸鉛暴露段。因?yàn)橛擦蛩徙U是非導(dǎo)體材料，當(dāng)其涂覆電極極板時(shí)，硬硫酸鉛在對(duì)于電化學(xué)反應(yīng)所需要的面積內(nèi)引起還原。另外，大晶體能夠減少導(dǎo)致高容量和低電阻的蓄電池活性材料。
已經(jīng)存在降低鉛酸蓄電池中有害的硫酸化的大量嘗試。例如，已經(jīng)向極板施加紙以控制在網(wǎng)格上的活性材料。例如，傳統(tǒng)地可以向極板施加纖維素紙來(lái)幫助鋪展活性材料膏、在干燥之前將水分保持在極板內(nèi)并且在組裝蓄電池之前將膏保持在網(wǎng)格上。然而，由于粘貼紙與蓄電池性能的干擾，紙?jiān)谛铍姵氐慕M裝之前被丟棄或在使用期間降解。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的干擾電極和/或阻塞電極，紙?jiān)谛铍姵氐牟僮髦薪?jīng)常引起破壞。
發(fā)明概述
總發(fā)明構(gòu)思的各個(gè)方面指向用于鉛酸蓄電池的非織造纖維粘貼氈。該非織造纖維粘貼氈包括涂覆有上膠組合物的多個(gè)玻璃纖維、黏合劑組合物和一種或多種有機(jī)活性化合物。在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物減少鉛酸蓄電池中的硫酸化。
在一些示例性實(shí)施方案中，在上膠組合物和黏合劑組合物的至少一者中包括有機(jī)活性化合物。
在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物包含以下的一種或多種：磺基琥珀酸酯(二辛基)、聚乙烯醇、膠態(tài)氧化硅、聚丙烯酰胺、膦酸、聚丙烯酸(例如聚羧酸酯和陰離子聚合物電解質(zhì))、磷酸酯、聚羧酸(例如丙烯酸、馬來(lái)酸、乳酸、酒石酸等)、聚合陰離子化合物(例如聚乙烯基磺酸和聚甲基丙烯酸)、六亞甲基二胺四(hexamethylenediaminetetrakis)、甲殼質(zhì)、甲殼糖、菊粉、聚天冬氨酸、聚琥珀酰亞胺、亞氨基二琥珀酸酯(iminodisuccinate)、馬來(lái)酸/丙烯酸共聚物、馬來(lái)酸/丙烯酰胺共聚物、腐殖酸、由萘磺酸(naphtalenenesulphonic acid)與甲醛縮合的聚合物的鈣鹽、縮合磺化萘的鈉鹽、全氟烷基磺酸和纖維素。
總發(fā)明構(gòu)思的各個(gè)方面指向鉛酸蓄電池，其包括浸入電解質(zhì)內(nèi)的至少一個(gè)正電極和至少一個(gè)負(fù)電極、和至少部分地覆蓋正電極和負(fù)電極中的至少一者的表面的非織造玻璃纖維粘貼氈。非織造纖維粘貼氈包括涂覆有上膠組合物的多個(gè)玻璃纖維、黏合劑組合物和一種或多種有機(jī)活性化合物。在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物減少所述負(fù)電極上硫酸鉛的形成。
在一些示例性實(shí)施方案中，在上膠組合物和黏合劑組合物的至少一者中包括所述有機(jī)活性化合物。
總發(fā)明構(gòu)思的各種示例性實(shí)施方案還指向形成用于在鉛酸蓄電池中使用的抗硫酸化粘貼氈的方法。該方法包括將多個(gè)玻璃纖維分散至含水漿料中，所述玻璃纖維涂覆有上膠組合物；將漿料沉積至運(yùn)動(dòng)篩上；將黏合劑施加至所沉積的漿料上；并且加熱黏合劑涂覆的漿料，由此使該黏合劑固化并且形成非織造粘貼氈。粘貼氈包括一種或多種包括在上膠組合物和黏合劑的至少一者中的有機(jī)活性化合物。
在一些示例性實(shí)施方案中，與在沒(méi)有非織造纖維粘貼氈的情況下在其他方面可比較的蓄電池相比，非織造纖維粘貼氈能夠使鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命增加至少10％。
額外的特征和益處將部分地在下列說(shuō)明中得到闡述，并且可以部分地從所述說(shuō)明顯而易見(jiàn)，或可以通過(guò)在這里公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的實(shí)踐來(lái)了解。通過(guò)在所附的權(quán)利要求中特別地指出的各種要素與組合將實(shí)現(xiàn)和獲得在這里公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的目的和益處。將理解前述概述和下列詳細(xì)說(shuō)明均僅是示例性的和解釋性的并且不是如這里公開(kāi)的或如要求保護(hù)的總發(fā)明構(gòu)思的限制。
附圖說(shuō)明
從下面提供的發(fā)明的一些示例性實(shí)施方案的更特定的描述和如在附圖中說(shuō)明的，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案將是明顯的。
圖1圖示地說(shuō)明對(duì)于依照本發(fā)明制備的示例性非織造纖維氈在0.10mm厚度內(nèi)歸一化的電阻。
詳細(xì)說(shuō)明
偶爾參考任何附圖，現(xiàn)在將更完整地描述各種示例性實(shí)施方案。然而，這些示例性實(shí)施方案可以以不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的說(shuō)明。相反，提供這些示例性實(shí)施方案使得此公開(kāi)將是充分的和完整的，并且將總發(fā)明構(gòu)思傳達(dá)至本領(lǐng)域技術(shù)人員。
除非另外限定，這里使用的全部技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與這些示例性實(shí)施方案所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的意思。這里在本說(shuō)明中使用的術(shù)語(yǔ)學(xué)僅為了描述特別的示例性實(shí)施方案，并不意圖限制示例性實(shí)施方案。
除非上下文清晰地另外指出，如在說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求書(shū)中使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”意圖同樣包括復(fù)數(shù)形式。通過(guò)引用將在這里提到的全部出版物、專利申請(qǐng)、專利和其他參考文獻(xiàn)以其整體引入。
除非另外指出，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的表示成分的數(shù)量、反應(yīng)條件等的全部數(shù)字應(yīng)理解為在全部情況下由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。因此，除非相反地指出，否則在說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求書(shū)中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可以取決于通過(guò)本示例性實(shí)施方案尋求獲得的所需要的性質(zhì)而變化。最起碼，并且不作為限制權(quán)利要求的范圍的等同物原則的應(yīng)用的嘗試，每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)有效數(shù)字的數(shù)目和普通的舍入方法來(lái)解釋。
盡管闡述示例性實(shí)施方案的寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是盡可能精確地記錄具體實(shí)施例中所闡述的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地含有由在它們各自的測(cè)試測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差必然地導(dǎo)致的某些誤差。在此整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中給出的每個(gè)數(shù)值范圍將包括落入這樣的較寬數(shù)值范圍內(nèi)的每個(gè)較窄的數(shù)值范圍，如同這樣的較窄的數(shù)值范圍在這里全部明確地寫出。
發(fā)明總構(gòu)思涉及非織造纖維氈，例如粘貼氈或保持器氈，或者其他蓄電池。非織造纖維氈可以包含以片的形式組合的多個(gè)增強(qiáng)纖維。在一些示例性實(shí)施方案中，增強(qiáng)纖維由玻璃制成。然而，增強(qiáng)纖維還可以包括合成纖維，或者玻璃纖維與合成纖維的組合。如這里使用的術(shù)語(yǔ)合成纖維意圖包括具有合適的增強(qiáng)特性的任何人造纖維，其包括由合適的聚合物(例如聚酯、聚烯烴、尼龍、芳族聚酰胺、聚苯硫醚)和合適的非玻璃纖維(例如碳、碳化硅(SiC)和氮化硼)制成的纖維。
玻璃纖維可以由適合于特別的應(yīng)用和/或所需要的產(chǎn)品規(guī)格的任何類型的玻璃(包括傳統(tǒng)玻璃)形成。玻璃纖維的非排他性示例包括A-型玻璃纖維、C-型玻璃纖維、G-型玻璃纖維、E-型玻璃纖維、S-型玻璃纖維、E-CR-型玻璃纖維(例如由Owens Corning可商購(gòu)的玻璃纖維)、R-型玻璃纖維、絨(wool)玻璃纖維、生物可溶玻璃纖維及其組合，其可以作為增強(qiáng)纖維使用。在一些示例性實(shí)施方案中，玻璃纖維在酸性環(huán)境中是耐用的。
非織造玻璃纖維氈可以包含單個(gè)氈或多于一個(gè)氈，例如兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)氈，其可以在單個(gè)鉛酸蓄電池中使用。每個(gè)非織造玻璃纖維氈可以包含單一層，或可以由多于一層構(gòu)成，例如兩層、三層、四層或五層。在一些示例性實(shí)施方案中，非織造纖維氈包含非織造玻璃纖維粘貼氈。在一些示例性實(shí)施方案中，非織造纖維氈包含非織造玻璃纖維保持器氈。
在一些示例性實(shí)施方案中，玻璃纖維具有至少0.2微米的直徑，例如從0.2至30微米。在一些示例性實(shí)施方案中，玻璃纖維具有從約1至約25微米，或從約6至約23微米的直徑。
可以通過(guò)用套管或孔板將熔融玻璃拉成纖絲并且當(dāng)它們凝固時(shí)將上膠組合物施加至纖絲來(lái)形成玻璃纖維。上膠組合物提供對(duì)纖維免于纖絲間磨損的保護(hù)并且促進(jìn)玻璃纖維和其中待使用玻璃纖維的基體之間的兼容性。在施加上膠組合物后，可以將纖維聚集成一股線或多股線并且纏繞成捆，或者可替代地可以將纖維切開(kāi)同時(shí)采用上膠來(lái)濕潤(rùn)并收集。然后可以干燥所收集的短股線以形成干燥的短纖維或能夠以它們濕潤(rùn)的條件將它們包裝為濕的短纖維。
在一些示例性實(shí)施方案中，使用來(lái)涂覆玻璃纖維的上膠組合物是含水基組合物，例如懸浮液或乳液。懸浮液或乳液具有固體含量，該固體含量可以由成膜劑、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑和表面活性劑中的一種或多種構(gòu)成。成膜劑可以起使單個(gè)纖絲保持在一起形成纖維，并且保護(hù)纖絲免于由磨損引起的損壞的作用?？山邮艿某赡┌?，例如聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、改性聚烯烴、聚酯環(huán)氧化物及其混合物。當(dāng)形成復(fù)合材料時(shí)在上膠組合物中可以包括偶聯(lián)劑以增強(qiáng)上膠組合物與基體材料的粘附，從而改進(jìn)復(fù)合材料性質(zhì)。在一些示例性實(shí)施方案中，偶聯(lián)劑是有機(jī)官能硅烷。
取決于預(yù)期的應(yīng)用，在上膠組合物中可以包括額外的添加劑。這樣的添加劑包括例如抗靜電劑、潤(rùn)濕劑、抗氧化劑和pH調(diào)節(jié)劑。
依照總發(fā)明構(gòu)思，可以使用連續(xù)纖維或短纖維任一或者連續(xù)纖維和短纖維的組合來(lái)制備非織造玻璃纖維氈。短纖維或纖維股線具有取決于特定的工藝和/或應(yīng)用而可以變化的長(zhǎng)度。在一些示例性實(shí)施方案中，短纖維/股線具有約3至約60mm的長(zhǎng)度。
可以依照任何用于生產(chǎn)玻璃纖維氈的已知方法(例如濕法加工(wet-laid processing)和干法加工(dry-laid processing))形成非織造玻璃纖維氈。在濕法加工中，提供將玻璃纖維分散其中的水漿料(即“白水(white water)”)。白水可以含有分散劑、黏度改性劑、消泡劑或其他化學(xué)試劑。然后將含有玻璃纖維的漿料沉積至運(yùn)動(dòng)篩上并且去除大量的水。然后可以將黏合劑施加至所沉積的纖維，并且干燥所產(chǎn)生的氈來(lái)去除任何殘留的水并且來(lái)固化黏合劑，從而形成非織造玻璃纖維氈。在干法工藝中，將纖維切開(kāi)并用空氣吹到傳送器上，并且然后施加黏合劑以形成氈。干法工藝可以特別適合于制備具有玻璃纖維束的高度多孔的氈。
黏合劑可以是任何類型的黏合劑組合物，例如丙烯酸類黏合劑、苯乙烯丙烯腈黏合劑、丁苯橡膠黏合劑、脲甲醛黏合劑、環(huán)氧黏合劑、聚氨酯黏合劑、酚類黏合劑、聚酯黏合劑、或其混合物。示例性丙烯酸類黏合劑可以包括，例如聚丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯丙烯酸酯、或其混合物。在一些示例性實(shí)施方案中，黏合劑是由聚丙烯酸和至少一種多元醇(例如三乙醇胺或丙三醇)形成的熱固性丙烯酸類黏合劑。黏合劑可以任選地含有一種或多種用于改進(jìn)可加工性和/或產(chǎn)品性能的添加劑。這樣的添加劑的非限制性示例包括染料、油、填料、著色劑、UV穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑(例如氨基硅烷)、潤(rùn)滑劑、濕潤(rùn)劑、表面活性劑、抗靜電劑、及其組合。
在一些示例性實(shí)施方案中，黏合劑構(gòu)成約1至約30重量百分比的玻璃纖維氈的總干燥重量。在其他示例性實(shí)施方案中，黏合劑構(gòu)成約8至約25重量百分比的玻璃纖維氈的總干燥重量。在一些示例性實(shí)施方案中，黏合劑構(gòu)成約18至25重量百分比的玻璃纖維氈的總干燥重量。
在一些示例性實(shí)施方案中，非織造玻璃纖維氈由一種或多種有機(jī)活性化合物處理，所述有機(jī)活性化合物能夠減少或消除鉛酸蓄電池中電極的硫酸化?？梢园ㄓ袡C(jī)活性化合物作為上膠組合物的添加劑、黏合劑組合物的添加劑、或作為上膠組合物和黏合劑組合物兩者的添加劑。在一些示例性實(shí)施方案中，可以在形成氈后將添加劑添加至氈的表面。
在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物包括活性成分，其直接影響在電極的表面上發(fā)生的反應(yīng)。在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物包括以下的一種或多種：磺基琥珀酸酯(二辛基)、聚乙烯醇、膠態(tài)氧化硅、聚丙烯酰胺、膦酸、聚丙烯酸(例如聚羧酸酯和陰離子聚合物電解質(zhì))、磷酸酯、聚羧酸(例如丙烯酸、馬來(lái)酸、乳酸、酒石酸等)、聚合陰離子化合物(例如聚乙烯基磺酸和聚甲基丙烯酸)、六亞甲基二胺四、甲殼質(zhì)、甲殼糖、菊粉、聚天冬氨酸、聚琥珀酰亞胺、亞氨基二琥珀酸酯、馬來(lái)酸/丙烯酸共聚物、馬來(lái)酸/丙烯酰胺共聚物、腐殖酸、由萘磺酸與甲醛縮合的聚合物的鈣鹽、縮合磺化萘的鈉鹽、全氟烷基磺酸和纖維素。在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性成分包括以下的一種或多種：磺基琥珀酸酯(二辛基)和聚乙烯醇/膠態(tài)氧化硅化合物。
有機(jī)活性化合物能夠直接與在鉛酸蓄電池放電期間形成的硫酸鉛反應(yīng)。在負(fù)極板上硫酸化是主要的問(wèn)題，其中硫酸化使負(fù)電極性質(zhì)劣化。通過(guò)與硫酸鉛反應(yīng)，有機(jī)活性化合物保持硫酸鉛可溶于硫酸電解質(zhì)中，這可以至少延緩并且在一些情況下抑制或以其它方式減少硫酸鉛晶體的形成。在一些示例性實(shí)施方案中，使用如這里描述的有機(jī)活性化合物來(lái)防止硫酸鉛晶體的形成。
在一些示例性實(shí)施方案中，有機(jī)活性化合物以從約0.05至約25.0重量百分比的含有有機(jī)化合物的所述黏合劑和/或上膠組合物的量存在于非織造氈中。在其他示例性實(shí)施方案中，所述有機(jī)活性化合物以從約0.1至約20重量百分比的含有有機(jī)活性化合物的所述黏合劑或上膠組合物的量存在。
在一些示例性實(shí)施方案中，黏合劑自身可以充當(dāng)抗硫酸化組合物。例如聚丙烯酸黏合劑還可以直接與硫酸鉛反應(yīng)來(lái)維持聚丙烯酸黏合劑在電解質(zhì)中的溶解度。因此，在一些示例性實(shí)施方案中，100％(或基本上全部)的黏合劑將包含表面活性化學(xué)成分。
通過(guò)將有機(jī)活性化合物直接引入上膠組合物中和/或黏合劑組合物中，使有機(jī)活性化合物直接地暴露于硫酸鉛晶體形成的電極表面。有機(jī)活性化合物在酸電解質(zhì)中具有有限的溶解度，并且一旦非織造氈處于酸電解質(zhì)中并且極板成為活性的，有機(jī)活性化合物在使用期間緩慢地釋放。利用非織造纖維氈作為粘貼氈允許來(lái)自粘貼氈的有機(jī)活性化合物的緩慢釋放，允許有機(jī)活性化合物實(shí)現(xiàn)與電極表面的直接接觸。溫度可以影響在酸電解質(zhì)中有機(jī)活性化合物的溶解度，因?yàn)樵谛铍姵毓袒突芍羞_(dá)到相當(dāng)高的溫度。高溫可以引發(fā)從粘貼氈至負(fù)電極的表面的滲出。
有機(jī)活性化合物傾向于氧化，氧化不是所需要的因?yàn)檠趸梢云茐挠袡C(jī)活性化合物的抗硫酸化活性并且它們的氧化產(chǎn)物可以對(duì)蓄電池有害。有機(jī)活性化合物的氧化主要發(fā)生在正極板處，因?yàn)槎趸U(PbO2)是非常強(qiáng)的氧化劑，尤其與硫酸組合時(shí)。通過(guò)經(jīng)由非織造粘貼氈將有機(jī)活性化合物施加至負(fù)極板，使距正極板的距離最大化，并且與將化學(xué)成分直接引入電解質(zhì)中的應(yīng)用相比，有機(jī)活性化合物在正極板處具有較低的氧化風(fēng)險(xiǎn)。
在一些示例性實(shí)施方案中，通過(guò)將一種或多種有機(jī)活性化合物引入粘貼氈的上膠組合物和/或黏合劑組合物中用有機(jī)活性化合物來(lái)處理電極表面，證明了相比于沒(méi)有粘貼氈或不包括基于纖維素的粘貼氈的其他方面相似的鉛酸蓄電池組電池，至少10％或至少約25％的蓄電池循環(huán)壽命改進(jìn)。
制備鉛酸蓄電池的工藝包含形成一個(gè)或多個(gè)蓄電池組電池，其每個(gè)包括具有第一面和與該第一面相對(duì)的第二面的正極板電極、具有第一面和與該第一面相對(duì)的第二面的負(fù)極板電極和在其間設(shè)置的分隔體。正電極包括含有鉛合金材料的網(wǎng)格。將正極活性材料例如二氧化鉛涂覆在正電極的網(wǎng)格上。負(fù)極板電極還包括涂覆有負(fù)極活性材料(例如鉛)的鉛合金材料網(wǎng)格。將正極板電極與負(fù)極板電極浸入電解質(zhì)中，該電解質(zhì)可以包括硫酸和水?？梢詫⒎指趔w放置在正極板電極和負(fù)極板電極之間以物理地隔離該兩個(gè)電極同時(shí)使離子傳輸成為可能。
可以放置這里公開(kāi)的非織造纖維粘貼氈以部分地或完整地覆蓋負(fù)極板電極的至少一個(gè)表面。在一些示例性實(shí)施方案中，將粘貼氈放置在負(fù)極板電極的每一側(cè)上。在一些示例性實(shí)施方案中，在非織造粘貼氈中使用玻璃纖維在充電和放電期間向負(fù)極板提供額外的尺寸穩(wěn)定性。由于形成的不同晶體，在放電期間，負(fù)極板通常體積增加并且然后在充電循環(huán)期間顯著地收縮。由玻璃纖維粘貼氈提供的改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性降低此膨脹/收縮，其反過(guò)來(lái)通過(guò)防止活性物質(zhì)從網(wǎng)格脫落并且維持活性材料和網(wǎng)格之間的良好接觸來(lái)確保充電接受能力和電流流動(dòng)，導(dǎo)致改進(jìn)的蓄電池壽命。在一些示例性實(shí)施方案中，放置非織造纖維粘貼氈以部分地或完整地覆蓋正極板的至少一個(gè)表面，通過(guò)在正極板上保持活性材料在適當(dāng)?shù)奈恢猛瑫r(shí)還提供改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性，非織造纖維粘貼氈充當(dāng)保持器。在一些示例性實(shí)施方案中，將粘貼氈放置在正極板電極的每一側(cè)上。在一些示例性實(shí)施方案中，將非織造纖維粘貼氈放置在正極板和負(fù)極板每個(gè)的兩側(cè)上。
在其他示例性實(shí)施方案中，非織造纖維氈充當(dāng)保持器氈，并且置于與分隔體的至少一側(cè)接觸。
下列實(shí)施例意指更好地說(shuō)明本發(fā)明，但是不意圖以任何方式限制總發(fā)明構(gòu)思。
實(shí)施例
實(shí)施例1
組裝各種20小時(shí)倍率2伏特蓄電池組電池，并且負(fù)極板與具有不同黏合劑組合物和/或纖維組合物的非織造玻璃纖維粘貼氈接合。然后使電池經(jīng)受部分充電狀態(tài)循環(huán)測(cè)試并且之后受到拆卸分析(teardown analysis)。使用濕法分析和x-射線衍射在極板的頂部和底部確定結(jié)晶的硫酸鉛的存在。
A)部分充電狀態(tài)(PSoC)測(cè)試方法：
部分充電狀態(tài)循環(huán)測(cè)試過(guò)程重復(fù)部分放電并充電至容量大約為各種水平的平均充電狀態(tài)的量。省略PSoC測(cè)試方法中的均衡步驟以增加部分充電狀態(tài)的停留時(shí)間和增加測(cè)試速度。蓄電池組電池經(jīng)受以50％充電狀態(tài)(SoC)為循環(huán)初始點(diǎn)的在27℃下17.5％放電深度(DoD)下的循環(huán)。循環(huán)條件包括以4×I20A(4A)放電2.5小時(shí)預(yù)處理，達(dá)到在50％SoC下的循環(huán)初始點(diǎn)。然后蓄電池以Imax＝7A(7×I20A)和Umax＝2.4V/電池來(lái)充電40分鐘。然后蓄電池以7A(7×I20A)放電30分鐘。連續(xù)的充電和放電構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。較高的循環(huán)數(shù)表明較長(zhǎng)的蓄電池壽命時(shí)間。在達(dá)到關(guān)閉(switch off)標(biāo)準(zhǔn)(Ucell≤1.666V)后，循環(huán)結(jié)束并且電池是充電的并受到詳細(xì)的拆卸分析。
B)拆卸分析：
為了進(jìn)行拆卸分析，把負(fù)極板分成三部分：頂部、中部和底部。在不同地方分別選擇來(lái)自極板的頂部和底部的活性材料并且研磨以使樣品均勻化。
使用頂部和底部負(fù)極板活性材料的相同的均勻化樣品來(lái)記錄X-射線衍射圖樣。用來(lái)記錄X-射線衍射圖樣的裝置為Philips 2134，ADP-15。
由最終再充電還分析了在頂部部分和底部部分的活性材料的PbSO4和Pb含量。認(rèn)為PbSO4重量百分比是不可逆的硫酸鉛，其為硫酸化的標(biāo)示。另外，如果蓄電池受到硫酸化，PbSO4將集中在極板的底部。
表1：蓄電池硫酸化
如在表1中說(shuō)明，對(duì)比樣品1和2，其包括沒(méi)有有機(jī)活性化合物的傳統(tǒng)粘貼氈，證明了在負(fù)極板的底部顯著的硫酸化。比較地，實(shí)施例3和4，其包括有機(jī)活性化合物，證明了小于10％的顯著較低的硫酸化并且還使部分充電狀態(tài)循環(huán)增加至大于500循環(huán)，這是較高的蓄電池壽命的標(biāo)示。
具體地，樣品3包括25g/m2包含6.5μm-6mm短玻璃纖維和11μm-13mm短玻璃纖維的混合物的粘貼氈。氈與可自交聯(lián)的基于丙烯酸的黏合劑結(jié)合。氈具有約20％的黏合劑含量。以基于干燥的黏合劑固體約0.2重量百分比將二辛基磺基琥珀酸酯表面活性劑添加至黏合劑。實(shí)施例4包括45g/m2包含由6.5μm-6mm玻璃纖維和11μm-16mm玻璃纖維的50/50混合物形成的基底織物并且包括約16％重量百分比的聚乙烯醇黏合劑。用可自交聯(lián)的丙烯酸酯和膠態(tài)氧化硅的混合物處理基底片。最終氈包括約3g/m2聚乙烯醇和22g/m2膠態(tài)氧化硅。
實(shí)施例2
制備各種非織造纖維粘貼氈以具有各種纖維類型、重量和厚度。以下表2說(shuō)明氈的性質(zhì)。
表2：纖維氈的性質(zhì)
如在圖2中說(shuō)明，對(duì)于依照本發(fā)明制備的玻璃纖維氈非織造纖維氈的電阻是最低的。對(duì)于依照本發(fā)明制備的非織造玻璃纖維氈當(dāng)在0.10mm厚度內(nèi)歸一化時(shí)電阻是最低的。樣品1-21的每一個(gè)展示了低于15/0.1mm的在0.1mm內(nèi)歸一化的電阻。在一些示例性實(shí)施方案中，玻璃纖維可以具有小于10/0.1mm的電阻。還將表2中說(shuō)明的實(shí)施例的歸一化電阻與圖1中的對(duì)比，其顯示根據(jù)本發(fā)明形成的非織造玻璃纖維氈(OC1-13及實(shí)驗(yàn)室實(shí)施例)的每一個(gè)展示遠(yuǎn)小于15的在0.1mm內(nèi)歸一化的電阻。
雖然已經(jīng)在被認(rèn)為是示例性的說(shuō)明性實(shí)施方案中闡述了總發(fā)明構(gòu)思，但是各種各樣的替代對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的或另外明顯的，并且因此由總發(fā)明構(gòu)思涵蓋。除了下面闡述的權(quán)利要求所述之外，沒(méi)有以其他方式限制總發(fā)明構(gòu)思。