專利名稱：用于電池的填充玻璃纖維的隔板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及位于電池正極板和負(fù)極板之間含有玻璃纖維的隔板，及其制造方法。
定義在下文中，術(shù)語“百分率v/v”是指體積百分率；術(shù)語“百分率w/w”以及符號(hào)％是指重量百分率；當(dāng)使用造紙機(jī)時(shí)，術(shù)語“金屬絲網(wǎng)”是指其上澆注造紙配料的機(jī)器表面，例如可以是一改良型長網(wǎng)造紙機(jī)的濾網(wǎng)或一真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)的真空鼓輪；所有的溫度都用℃表示；下列縮寫的含義是psi指磅/平方英寸，μm＝微米；mg＝毫克；g＝克；kg＝千克；1＝公升；ml＝毫升；cc＝立方厘米；pcf＝磅/立方英尺；m＝米；cm＝厘米；KPa＝千牛頓力/平方米的壓力；以及KN＝千牛頓力。
現(xiàn)有技術(shù)的描述已知閥調(diào)整(“封閉的”-“再生”)鉛酸(VRLA)電池；它們通常包括多塊正負(fù)極板(如棱柱形電池中那樣)，或者包括多層隔板和纏繞在一起的正負(fù)電極(如“膠狀卷筒”電池中那樣)。極板的設(shè)置使它們相互交替排列，負(fù)-正-負(fù)等，并且隔板材料將相鄰的極板相互隔開。典型的由玻璃纖維板組成的隔板是一種惰性材料；它不分層地貯存電池的酸性物質(zhì)，并且提供低電阻。另外，在VRLA電池中，隔板材料在極板間提供無數(shù)氣體通道，當(dāng)產(chǎn)生氧氣時(shí)，氧氣通過這些通道以正極移向負(fù)極，根據(jù)氧循環(huán)，在負(fù)極與氫氣再結(jié)合。隔板的另一重要功能是在極板間施加壓力，以確保在電極糊或活性材料，以及電解質(zhì)和氧氣之間，沿著極板表面有一界面。
工業(yè)上，是在造紙?jiān)O(shè)備上制造玻璃纖維隔板材料的，造紙?jiān)O(shè)備包括改良型長網(wǎng)造紙機(jī)和真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)，傾斜的改良型長網(wǎng)造紙機(jī)和擴(kuò)展金屬絲網(wǎng)的真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)。在用于VRLA電池的由玻璃纖維制成的隔板制造過程中，較可取的是，向制成隔板薄片的配料中添加無機(jī)粘合劑；各個(gè)纖維的纏繞用來使隔板薄片保持有粘合性的結(jié)構(gòu)，并且將有時(shí)形成在纖維表面上的硅酸鈉作為粘合劑。但是，有機(jī)粘合劑易于降低隔板芯吸酸的能力，并且易于降低隔板可容納酸的量。已進(jìn)行了大量的工作來改進(jìn)制造隔板的玻璃纖維的配料，以提高電池的性能和/或降低隔板的成本。由于多種原因，有些工作要求添加合成纖維，諸如使用可熱成形的塑料纖維使隔板可在它的邊緣被熱封，從而封住極板。其他與本發(fā)明領(lǐng)域相關(guān)的工作使用填充物，即二氧化硅，來制造隔板，與全部為玻璃纖維的隔板相比，它的成本較低。下面將討論現(xiàn)有技術(shù)中的專利。
美國專利No.4,465,748(Harris)揭示了在電化學(xué)電池中用作隔板的玻璃纖維片材，它由5到35％w/w直徑小于1μm的玻璃纖維構(gòu)成；此專利還揭示，用于這種目的玻璃纖維片，其中，纖維是由其直徑和長度呈連續(xù)的纖維構(gòu)成，且大部分纖維長度不超過5mm。
美國專利No.4,216,280(Kono等人)揭示了在電池中用作極板隔板的玻璃纖維片材，由50到95％w/w直徑小于1μm的玻璃纖維和50到5％w/w粗玻璃纖維構(gòu)成。參考文獻(xiàn)中指出，粗玻璃纖維的纖維直徑大于5μm，更可取的是大于10μm，并且，一些粗纖維的直徑在10μm到30μm之間是適宜的。
美國專利No.4,205,122(Minra等)揭示了降低電阻的電池隔板，它包括自承性無紡織物，該織物主要由粗粒度從4到13decigrex的烯烴族樹脂纖維和粗粒度小于4decigrex的烯烴族樹脂纖維的混合物組成，按重量計(jì)算，每100份纖維混合物中后者纖維的數(shù)量不到3份；按重量計(jì)算，在每100份纖維中，可使用高達(dá)600份惰性填充物材料。通過使適當(dāng)?shù)乃稚⒂谄某尚凸に囘^程，再干燥得到的濕的、無紡織物，在低于上述纖維熔點(diǎn)20℃到高于熔點(diǎn)50℃的溫度范圍內(nèi)熱處理已干燥的織物，最終形成電池隔板。
美國專利No.4,387,144(McCallum)揭示了在持久使用后具有低電阻的電池隔板，通過熱固結(jié)和熱模壓由配料組成的紙片制成隔板，所述配料包括合成紙漿、充填有無機(jī)填充劑的細(xì)纖維、以及摻合有潤濕劑的片材。較可取的潤濕劑是有機(jī)磺酸鹽，有機(jī)琥珀酸鹽，或苯酚乙氧基化物。
美國專利No.4,373,015(Peters等)揭示了在電池中用作隔板，并“包括有機(jī)聚合纖維”的片材；參考文獻(xiàn)的兩個(gè)例子把片材描述成“織成約0.3mm厚的定長聚酯短纖維，并且指出聚脂纖維的直徑從1μm到6μm。
在下列美國專利中揭示了用于普通(不是閥調(diào)整)電池，并包括玻璃纖維和有機(jī)纖維的片隔板No.4,529,677(Bodendorf)；No.4,363,856(Waterhouse)；以及No.4,359,511(Strzempko)。
美國專利No.4,367,271，Hasegawa，揭示了包含高達(dá)10％重量的丙烯酸纖維，以及平衡量玻璃纖維的存儲(chǔ)型電池隔板。
日本專利文件55/146,872揭示了包含玻璃纖維(50-85％w/w)和有機(jī)纖維(50-15％w/w)的隔板材料。
美國專利No.4,245,013(Clegg等)，揭示了通過包括聚乙烯和合成漿料含量大于第一片的第二片纖維性材料覆蓋在包括聚乙烯纖維的第一片纖維性材料上而制成的隔板。
美國專利No.4,908,282(Badger)揭示了包含由第一纖維和第二纖維構(gòu)成的片材的隔板，第一纖維賦于片材大于90％的吸收性，而第二纖維賦于片材小于80％的吸收性，其中，所含第一纖維和第二纖維的配比使片材的吸收性范圍在75％到95％。這個(gè)發(fā)明揭示了當(dāng)電解質(zhì)使隔板飽和時(shí)，留有未填充的空間，使得氣體能在極板間移動(dòng)以便再生。
美國專利No.5,091,275(Brecht等)揭示了接觸電解質(zhì)時(shí)能使其膨脹的玻璃纖維隔板。隔板包括了用硅膠顆粒水溶液和硫酸鹽浸漬過的玻璃纖維。隔板由玻璃纖維的造紙片材制成，片材用二氧化硅和鹽的混合液浸漬，輕微地?cái)D壓浸漬過的片材，以排掉部分水溶液，部分干燥片材，擠壓片材使其達(dá)到設(shè)定的厚度，并完成片材的干燥。片材宜于被擠壓到使其厚度小于給定電池極板間的距離，這樣便于把裝配好的電池組疊插入殼體中。當(dāng)將電解質(zhì)加入殼體時(shí)，鹽溶解于電解質(zhì)中，并且隔板膨脹，從而在極板與隔板間提供了良好的接觸。根據(jù)這個(gè)發(fā)明，二氧化硅起到使裝有預(yù)壓縮隔板的電池具有再生性能的作用。二氧化硅也賦于隔板很大的剛性，使得隔板非常堅(jiān)硬。
已經(jīng)測出，通過造紙工藝由含有玻璃纖維和二氧化硅粉末的配料制造電池隔板將導(dǎo)致一些問題，這些問題是由于配料中二氧化硅粉末的濃度變化而引起的。典型的玻璃纖維配料中液體含量超過98％w/w。在制造隔板片的過程中，大多數(shù)的水都從配料中流到配料澆注于其上的濾網(wǎng)的開始幾英尺內(nèi)。水(稱為白水)可再循環(huán)，并流回機(jī)器的網(wǎng)前箱內(nèi)。如果配料唯一由玻璃纖維組成，實(shí)際上纖維沒有通過金屬絲網(wǎng)并且沒有在白水中擴(kuò)散(wind up)。但是，配料包括玻璃纖維和二氧化硅粉就不如這樣好了。在無粘合劑時(shí)，大量來自這種配料的二氧化硅粉穿過造紙金屬絲網(wǎng)并在白水中擴(kuò)散。無需檢驗(yàn)，這種現(xiàn)象使得配料中二氧化硅粉的濃度增加，不適宜地改變了配料的特性。迄今為止，都是通過使用粘合劑來解決二氧化硅粉及其它穿過造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)所引起的問題。各專利揭示的包含粉末填充劑和粘合劑的玻璃纖維隔板的制造討論如下。
美國專利No.2,653,985(Philipps I)揭示了包含玻璃纖維織物的隔板，其較可取的制法系根據(jù)美國專利No.2,306,347(Slayter)，具有由諸如二氧化硅或硅酸鹽之類的微粒材料構(gòu)成的表面層，該專利中并指出硅藻土是很可取的二氧化硅形式，并且已知10,000多種硅藻類的種類。微粒形式的粘合劑與表面層顆粒混合，該混合物呈漿料狀或懸浮溶液狀，通過用漿料或懸浮液浸漬玻璃纖維織物，并加熱使織物干燥，從而使該混合物形成層片狀。然后，把該層片粘合到含有玻璃纖維的更堅(jiān)固的織物上，以形成復(fù)合隔板的板材。美國專利No.2,653,986(Philipps II)揭示了用于形成Philipps I中揭示的復(fù)合隔板的較佳彈性粘合劑顆粒。
美國專利No.3,085,126(Labino)揭示了用作電池隔板材料的復(fù)合玻璃纖維物。這是一種柔性的玻璃纖維織物，它具有多個(gè)小孔，并包含了大約65到87％w/w的直徑為2到3μm，長度大約為0.6到1英寸的玻璃纖維，大約5到15％w/w的直徑為0.25到0.5μm，長度不大于1/16英寸的玻璃纖維，大約5到10％w/w的至少一種選自膠狀二氧化硅和膠狀氧化鋁的非薄膜狀粘合劑，以及大約3到20％w/w的熱塑性粘合劑。
美國專利No.3,022,366(Kilroy)揭示了包含微孔性層片的玻璃纖維隔板，多微孔性層片較可取的是通過沉積包含粘合劑和細(xì)分的無機(jī)顆粒的漿料形成的，無機(jī)顆粒不與電池以及電池內(nèi)也包含粘合劑的玻璃纖維片基上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。該專利指出，顆粒可以是硅藻土、二氧化硅、玻璃粉、硅藻土、粘土、硅灰石、浮石和其他天然的和合成的硅酸鹽，并警告指出顆粒不應(yīng)含有，諸如鐵、鋁、鋯及其氧化物等雜質(zhì)，以及其他與電池酸反應(yīng)并降低電池效能的物質(zhì)。玻璃纖維片基由已在纏繞筒上形成并纏繞的伸展后的玻璃纖維制成。這些纖維的直徑范圍是200到400μm。
美國專利No.4,216,281和No.4,265,985(O’Rell等，I和II)揭示了包含30到70％w/w的纖維性聚烯烴合成漿料，15-65％w/w顆粒狀含硅填充物(顆粒尺寸0.01-20μm)，以及大約1-35％w/w包含玻璃纖維的定長造紙纖維的隔板。這些專利直接指出使用助留劑以提高纖維性片材內(nèi)含硅填充物的存留，較可取的助留劑是雙組分助留劑。
美國專利No.4,529,677(Bodendorf)揭示了酸可濕的，但不是水可濕的電池隔板，它包含大約5到20％w/w聚烯烴纖維；大約2到15％w/w聚酯纖維；大約0到20％w/w玻璃纖維；大約40到75％w/w硅藻土；以及大約7到20％w/w丙烯酸酯共聚粘合劑，該粘合劑包含附于聚合體主鏈上的硅烷聯(lián)接劑；所述隔板的特征在于，全部孔體積中的約70％或更高，其平徑孔徑約為5到30μm，并且其電阻約為0.015歐姆每平方英寸或更小。
美國專利No.3,753,784(Eisenacher)揭示了用于鉛酸電池的多層隔板材料。隔板有至少三層；包含由玻璃纖維片組成的兩外層，以及夾在玻璃纖維片間、包含膠乳粘合二氧化硅、硅藻土或類似物的一內(nèi)層。
美國專利No.5,225,298(Nakayama等)揭示了密封的鉛酸電池和用于這種電池的隔板。隔板可以只包含小直徑的玻璃纖維，或包含玻璃纖維和二氧化硅粉的組合，較可取的二氧化硅粉是由濕處理工藝過程制成。根據(jù)這個(gè)專利，包含二氧化硅粉和玻璃纖維的隔板由通常的薄片制造工藝過程制成，在該制造過程中，玻璃纖維和二氧化硅粉都分散在pH值最好是2.5的酸化水中。此專利指出如果必要，為了加強(qiáng)粉末的穩(wěn)固以提高產(chǎn)量”(第八列，14和15行)，也可以使用聚合凝結(jié)劑，如聚丙烯酰胺或類似物，并且還指出當(dāng)使用含堿金屬硅酸鹽的纖維時(shí)，“在纖維表面上形成硅酸鈉類材料”。此專利還指出隔板可含有5到70％w/w的二氧化硅粉末，以及平衡量的玻璃纖維，但是它明確地揭示了使用或不使用二氧化硅粉末、僅由含堿金屬硅酸鹽的玻璃纖維的隔板材料的制造。
技術(shù)方案本發(fā)明的根據(jù)是下列發(fā)現(xiàn)即可把二氧化硅粉末加入不含粘合劑的玻璃纖維隔板中，并且這種隔板可在造紙?jiān)O(shè)備上生產(chǎn)而不會(huì)引起上述二氧化硅粉末濃度問題。
隔板基本上由玻璃纖維、粉末狀二氧化硅或其他不與電池內(nèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的粉狀材料組成。根據(jù)本發(fā)明的方法制造隔板，系通過將玻璃纖維配料從第一網(wǎng)前箱配送到造紙機(jī)的金屬絲網(wǎng)或?yàn)V網(wǎng)上形成第一玻璃纖維片薄層，較可取的是它具有20到50g/m2的克重，最好是30到40g/m2；或系通過將玻璃纖維和二氧化硅或其他惰性粉末配料從第二網(wǎng)前箱配送到第一玻璃纖維片薄層上，作為(每平方米)克重在150到300g/m2左右(更可取的是200到250g/m2)的第二層，從而產(chǎn)生雙層的不含有機(jī)粘合劑的其克重約為200到300g/m2的玻璃纖維和惰性粉末的隔板。在下面詳細(xì)描述的條件下實(shí)現(xiàn)本方法，這樣來自第二網(wǎng)前箱的惰性粉末基本上全部落在留在雙層隔板內(nèi)，因此不會(huì)穿過造紙機(jī)的金屬絲網(wǎng)。
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是在玻璃纖維隔板內(nèi)加入二氧化硅或其他惰性粉末，而不使用粘合劑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在普通的造紙?jiān)O(shè)備，如改良型長網(wǎng)造紙機(jī)或真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)上制造這種隔板，而不產(chǎn)生涉及二氧化硅或其他粉末穿過造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)或?yàn)V網(wǎng)的問題。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供理想的適用于VRLA電池的隔板對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過參考附圖詳細(xì)描述較佳實(shí)施例，本發(fā)明的這些以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
附圖簡介

圖1所示為本發(fā)明隔板填充部分的放大視圖；圖2是本發(fā)明隔板材料的垂直截面圖；圖3是改良型長網(wǎng)造紙機(jī)的示意圖，它包括按本發(fā)明制造隔板時(shí)使用的第二網(wǎng)前箱；圖4是真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)的示意圖，它包括按本發(fā)明制造隔板時(shí)使用的第二網(wǎng)前箱。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述在具體實(shí)施例中，本發(fā)明涉及如圖2中標(biāo)號(hào)10所示的無粘合劑、填充玻璃纖維的隔板，以及制造這種隔板的方法。隔板包括主要包含玻璃纖維的第一層12和主要包含玻璃纖維和二氧化硅粉末混合物的第二層14。第一層12比第二層14薄。較可取的是，第一層12的克重是20到50g/m2，即一平方米薄片的重量在20到50克之間。最理想的是，第一層12的克重是30到40g/m2。當(dāng)?shù)谝粚?2的厚度使其克重在指定的范圍內(nèi)時(shí)，可使隔板10內(nèi)的二氧化硅的填充量最大。已發(fā)現(xiàn)克重低達(dá)20到30g/m2的第一層12可具有足夠的厚度來防止第二層14的二氧化硅粉穿過造紙機(jī)的造紙金屬絲網(wǎng)。但是提供克重超過50g/m2的第一層12，也在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
在圖1中更詳細(xì)地示出的第二層14包括二氧化硅顆粒16和玻璃纖維18的混合物。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，通過硅酸鈉(未示)，二氧化硅顆粒16無組織地與玻璃纖維18結(jié)合。在下面更詳細(xì)地描述通過控制形成隔板10各層12和14的配料成分和酸度的方法來實(shí)現(xiàn)這種結(jié)合。
第一層12和第二層14分別主要由玻璃纖維、以及主要由玻璃纖維和二氧化硅粉末組成。這些層所含有機(jī)粘合劑或助留劑的量不會(huì)影響使用隔板10的電池的性能。這些層可以包括有機(jī)纖維，特別是那些已知適用于制造隔板材料的纖維。這類纖維的例子包括聚酯、聚乙烯、聚丙烯、其他聚烯烴、丙烯酸以及包括雙組分纖維的類似纖維，它們并排配置且有皮芯。可從日本公司Kurary購得商品牌號(hào)為SOFIT N720的合適的皮芯纖維。使用時(shí)，用雙組分纖維使隔板材料更加堅(jiān)固，因?yàn)楫?dāng)干燥隔板時(shí)，低熔點(diǎn)組成分被軟化，并且使它能夠熱焊接，因?yàn)樘幱诤附訙囟葧r(shí)，高熔點(diǎn)組分被軟化。當(dāng)在電池中使用該材料時(shí)，單組分纖維可用來限定隔板蓄存電解質(zhì)的能力，使得電解質(zhì)充滿整個(gè)電池，并制成電池，過敏的電解質(zhì)可從電池中流出；隔板僅蓄存足夠使電池再生電解質(zhì)。
較可取的是在諸如改良型長網(wǎng)造紙機(jī)之類的造紙機(jī)上制造本發(fā)明的隔板，在圖3中它的一部分總的表示為30。機(jī)器30包括第一網(wǎng)前箱32，它用來沉積片材第一配料以便在順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的造紙機(jī)的金屬絲網(wǎng)36上產(chǎn)生第一片材34，在圖3中從左向右推進(jìn)第一片材34。配料的固體含量很低，并且主要由酸化水組成。配料中的大部分液體流過造紙機(jī)的金屬絲網(wǎng)36的最初幾英尺內(nèi)。事實(shí)上，配料中所有的玻璃纖維都被捕集在造紙金屬絲網(wǎng)36上。
設(shè)置第二網(wǎng)前箱38，以便在片材34上沉積第二配料，以產(chǎn)生雙層片材40，雙層片材包含第一片材34和在第一片材34頂部的第二片材42。雙層片材40在造紙金屬絲網(wǎng)上從左向右推進(jìn)，并且僅使金屬絲網(wǎng)上留有一小部分液體，這些液體是沉積于金屬絲網(wǎng)上的來自第一和第二網(wǎng)前箱32和38配料中。如所示機(jī)器30的下游，雙層片材40穿過干燥工位，典型的干燥工位包括可加熱到超過100℃的巨大容器(未示)。在切割成適用于電池隔板的尺寸前或后，干燥片材，并將它繞成卷筒。
從配料中除去的液體流過造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)36，并被收集在金屬絲網(wǎng)槽內(nèi)(未示)，這個(gè)槽內(nèi)的液體可再循環(huán)返回系統(tǒng)。將通常稱為白水的液體酸化，并且在制造隔板的過程中反復(fù)使用。在用含有小顆粒二氧化硅或其他惰性粉末的配料來制造填充隔板的現(xiàn)有技術(shù)方法中，必須使用助留劑來固定纖維性片材內(nèi)的顆粒，以防止由粉末流過造紙機(jī)濾網(wǎng)通道而引起的配料內(nèi)粉末濃度的變化。在本發(fā)明隔板的制造中，完全消除了對(duì)于助留劑的需要，以及因助留劑的存在或其特性而降低工作性能的可能性。
例子1在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，通過順序地在金屬絲網(wǎng)或?yàn)V網(wǎng)上沉積第一和第二配料，并排干配料來制造雙層的填充玻璃纖維的隔板人工片材。裝置包括在底部具有濾網(wǎng)的容器，在濾網(wǎng)下方的排開口，開啟和關(guān)閉排出口的閥，以及來回移動(dòng)模擬在工業(yè)造紙裝置內(nèi)配料運(yùn)動(dòng)的槳狀物，并且槳狀物確立了與其運(yùn)動(dòng)方向平行的“機(jī)器方向”。第一配料包括pH值為2.7的酸化水，以及由70％w/w、平均纖維直徑為0.76μm的Schuller 206玻璃纖維和30％w/w、平均纖維直徑為3.0μm的Schuller210X玻璃纖維構(gòu)成的固體。將第一配料注入裝置，并且通過濾網(wǎng)排出，從而在濾網(wǎng)上產(chǎn)生(每平方米)克重為50g/m2的第一層。第一層保持在實(shí)驗(yàn)裝置的濾網(wǎng)上，并且使第二配料沉積在第一層上。第二配料包括pH值為2.5的酸化水，以及由70％w/w非晶形二氧化硅和30％w/w Schuller 206玻璃纖維構(gòu)成的固體。通過第一層和濾網(wǎng)，排干第二配料，在第一層的頂部產(chǎn)生(每平方米)克重為250g/m2的第二層。在150℃左右的干燥箱內(nèi)，將雙層隔板人工片材加熱30分鐘，然后進(jìn)行測試，并收集到以下總結(jié)的各種數(shù)據(jù)(每平方米)克重 309.25g/m2厚度(在10.34 1.75mmKPa的壓力下)拉力(總額KPa) 0.37伸長率 1.3(總長的百分率)
最大的孔(μm；23第一泡)表面積1.5(m2/g)芯吸，水 118(second/10mm)百分?jǐn)?shù)空隙率(v/v) 84上述記載并在隨后出現(xiàn)的“芯吸”由美國專利No.5,225,298中第7列第20所述的方法來測定，用水代替其說明中所使用的硫酸。
例子1以及其例子中所使用的Schuller 206和210玻璃纖維具有相同的規(guī)定組分，但是有時(shí)稍有變化。當(dāng)實(shí)施例進(jìn)行時(shí)，由根據(jù)Schuller提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算所得的按重量百分率的平均值。
SiO265.40Al2O32.99CaO 5.88MgO 2.79Na2O 16.11K2O 0.69B1O35.31F21.02Schuller還指出玻璃包含F(xiàn)e2O3、TiO2、ZrO2Cr2O3、SrO、BaO、MnO、ZnO、Li2O、SO3、并且Pb的量小于0.1％。
可以購到上述例子1中所述的非晶形二氧化硅。可從中得到以下的物理和化學(xué)特性，比重(g/cc)2.1體積密度松散的、未磨過的 22pcf壓緊的、未磨過的 34pcf松散的、微粉化的 9pcf壓緊的、微粉化的 14pcf
中間結(jié)塊尺寸低能量分散， 35μm未磨過的超聲波分散， 18μm未磨過的微粉化的 1.2μm最終的顆粒尺寸1μm表面積(BET，N2) 1.4m2/gSiO2，無水基準(zhǔn) 98+％SiO2，裝船的 93％F 1.46％Al2O30.13％Na2O、K2O、CaO、MgO、TiO2、Pb、Hg和As等都小于0.1％。
上述的玻璃纖維在上述酸化配料中經(jīng)歷反應(yīng)。作為這個(gè)反應(yīng)的結(jié)果，在形成復(fù)合片材的實(shí)驗(yàn)裝置金屬絲網(wǎng)上被收集的纖維表面上有硅酸鈉。該硅酸鈉用作無機(jī)粘合劑，有助于使來自第二配料中的二氧化硅粉末留在復(fù)合片材中。當(dāng)希望使用相對(duì)于第一片材的最小孔尺寸具有足夠小顆粒尺寸的二氧化硅或其他填充物時(shí)，這可能是很有利的，硅酸鈉的粘合劑作用可有效地防止一些填充料通過第一片材的通道，并且硅酸鈉不會(huì)影響復(fù)合片材的操作性，如作為VRLA或其他電池的隔板。但是硅酸鈉不是必須的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^在第一配料中使用直徑略小的纖維，或者通過使用尺寸略大的顆粒填充物來消除這個(gè)問題。
已重復(fù)使用例1中所述的方法來制造其他雙層的、經(jīng)填充的玻璃纖維隔板人工片材。將包含與上述相同的非晶形二氧化硅以及用來制造這種片材的配料例子列在下面的表A中，而將包含非晶形鋁硅酸鈉鉀以及用來制造這種片材的配料例子列在下面的表C中。其他關(guān)于雙層人工片材特性的數(shù)據(jù)，特定的滴落速度、樣品重量、厚度(在10.34KPa的壓力下以毫米計(jì)量的厚度)，機(jī)器方向的拉伸強(qiáng)度(“MD”平行于容器中槳狀物來回運(yùn)動(dòng)的方向)，伸長率(MD)，百分率，以及以μm計(jì)量的孔的尺寸，都列在下面的表A-1和C-1中。另外，表B示出了例子4至7中隔板材料的其他測試結(jié)果。

<p>表A-1

1是七次測量的平均值表B

<p>表C

表C-1

在上述的例子8、9和10中所使用的霞石正長巖是可購到的鋁硅酸鈉鉀。它具有中等大小的顆粒，由Sedigraph測得為2.4μm，并且由Fisher Sub-sieve方法測出表面積為1.7m2/g；下列的化學(xué)分析是典型的SiO260.71％Al2O322.92％Na2O 10.78K2O4.86CaO、MgO、TiO2、和Fe2O3均不超過0.1％。
可以理解，本發(fā)明在實(shí)際使用中可以不使用在上述例子中已描述其用法的二氧化硅和鋁硅酸鈉鉀粉末，而使用其它惰性填充物。通常，為了能夠如此使用，填充物應(yīng)當(dāng)不與電池和電池中的物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)(見上述Kilroy專利)，并且應(yīng)具有適當(dāng)?shù)念w粒尺寸，較可取的是從0.001μm到20μm。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公認(rèn)的適當(dāng)?shù)亩栊蕴畛湮锇ü柙逋?、二氧化硅、玻璃粉、硅藻土、粘土、硅灰石、浮石和其他天然的和合成的硅酸鹽。顆粒不應(yīng)含有諸如鐵、鋁、鋯及其氧化物等雜質(zhì)，以及會(huì)與電池起化學(xué)反應(yīng)或與電池的酸起反應(yīng)，降低電池效能的其他物質(zhì)。
比較例為了進(jìn)行比較，不按照本發(fā)明，使用上述例子1中的裝置來制造經(jīng)填充的玻璃纖維隔板人工片材，它的配料包括pH值為2.5的酸化水，以及由70％w/w非晶形二氧化硅(這在例子1中所采用的)和30％w/w Schuller 206玻璃纖維組成的固體。將配料倒入裝置中，并通過濾網(wǎng)排干，以在濾網(wǎng)上產(chǎn)生紙層，如果漿料中的所有的固體都被留住，那么紙層的(每平方米)克重將是大約250g/m2。配料通過濾網(wǎng)排干，產(chǎn)生紙層，并將它放在大約150℃的干燥箱內(nèi)加熱30分鐘。因?yàn)榉蔷喂柰恋闹饕糠忠淹ㄟ^濾網(wǎng)排走了，所以人工片材的(每平方米)克重基本上小于250g/m2。
可以理解，可以不采用上述的工藝過程而采用其他工藝過程來制造本發(fā)明的的隔板。參閱圖4，真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)整體由標(biāo)號(hào)50表示，它包括第一網(wǎng)前箱52和第二網(wǎng)前箱54?？梢栽谶@種真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī)或其他合適的造紙裝置上制造本發(fā)明的隔板。另外，來自第三網(wǎng)前箱的第三層可被沉積在第一纖維層和第二纖維二氧化硅層的頂部。即使是非常薄的第三層，如其(每平方米)克重小于20g/m2，也是有利的，因?yàn)樗沟迷诓僮髦?，沉積在第二層內(nèi)的二氧化硅從隔板中掉落的可能性最小。
雖然已根據(jù)具體的較佳實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是可以預(yù)計(jì)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，它的修改和變更是顯而易見的。所附的權(quán)利要求書將被解釋為包含所有本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用作閥調(diào)整鉛酸電池內(nèi)隔板的多層片材，所述片材至少包括第一層和第二層，通過包括如下步驟的方法制造所述片材通過將基本無粘合劑、主要含有玻璃纖維的第一配料沉積到造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)上形成所述第一層，并且；通過在造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)上的所述第一層上沉積基本無粘合劑、主要由玻璃纖維和不與電池以及電池內(nèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的粉末組成的第二配料，形成所述第二層，所述粉末的平均顆粒尺寸范圍從0.001μm到20μm；所述粉末的顆粒尺寸和密度，以及在第二層內(nèi)的數(shù)量，使得如果所述基本上無粘合劑的第二配料層直接沉積在造紙機(jī)的金屬絲網(wǎng)上，則大部分粉末將穿過金屬絲網(wǎng)，并且所述第一層有足夠小的小孔尺寸，使基本上所有所述第二配料內(nèi)的粉末通過所述第一層從所述配料中被過濾，并且保持在多層片材內(nèi)。
2.一種鉛酸電池內(nèi)用作一隔板的多層片材，所述片材包括第一層和第二層，所述第一層基本上無粘合劑，并且主要包括玻璃纖維，而所述第二層基本無粘合劑，并主要由玻璃纖維和不與電池及電池內(nèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的惰性粉末組成，所述粉末的平均顆粒尺寸范圍是0.001μm到20μm，所述粉末的顆粒尺寸和密度，以及在所述第二層內(nèi)的數(shù)量，使得如果具有合適組分形成所述第二層的配料被施于造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)時(shí)，大部分二氧化硅粉末將穿過金屬絲網(wǎng)，而所述第一層具有足夠小的小孔尺寸，使得所述第二配料內(nèi)基本上所有的粉末通過所述第一層從所述配料中被過濾出，并保持在多層片材中。
3.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第一層的(每平方米)克重小于50g/m2。
4.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，還包括第三層，其特征在于，通過將基本無粘合劑的主要含有玻璃纖維的第三配料沉積在造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)的所述第一層上，形成所述第三層。
5.一種VRLA電池，包括殼體，在所述殼體內(nèi)交替配置的正負(fù)極板，正負(fù)端子，將所述極板和所述端子適當(dāng)?shù)仉娺B接機(jī)構(gòu)；以及在交替配置的所述正負(fù)極板間的隔板材料，這種隔板材料如權(quán)利要求1中所述的多層片材。
6.一種VRLA電池，包括殼體，在所述殼體內(nèi)交替配置的正負(fù)極板，正負(fù)端子，將所述極板和所述端子適當(dāng)?shù)仉娺B接機(jī)構(gòu)；以及在交替配置的所述正負(fù)極板間的隔板材料，這種隔板材料如權(quán)利要求3中所述的多層片材，并且具有至少1.1m2/g的最小的BET氮表面面積。
7.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第一層具有至少1.6m2/g的最小的BET氮。
8.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第二層至少包括50％的微粒狀二氧化硅粉末。
9.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第二層至少包括70％的微粒狀二氧化硅粉末。
10.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第一層至少具有至少1.0m2/g的最小的BET氮。
11.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，所述第一和第二層中的至少一層是含有玻璃纖維和有機(jī)纖維。
12.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，其特征在于，至少一些有機(jī)纖維是雙組分纖維。
13.一種如權(quán)利要求1所述的多層片材，還附加包括通過將基本無粘合劑，主要含有玻璃纖維的第三配料沉積在造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)上的第二和第一層而形成的第三層。
14.一種如權(quán)利要求13所述的多層片材，還附加包括通過將基本無粘合劑，主要含有玻璃纖維的第三配料沉積在造紙機(jī)金屬絲網(wǎng)上的第二和第一層而形成的第三層，所述第三層的(每平方米)克重小于20g/m2。
全文摘要
一種在鉛酸電池內(nèi)用作隔板(10)的多層片材,片材至少包括第一層(12)和第二層(14),通過包括如下步驟的方法制造所述薄片:通過將基本無粘合劑、主要含有玻璃纖維的第一配料沉積到造紙機(jī)(30)金屬絲網(wǎng)(36)上形成所述第一層(12);通過在造紙機(jī)(30)金屬絲網(wǎng)(36)上的所述第一層(12)上沉積基本沒有粘合劑、主要由玻璃纖維和二氧化硅粉末或其他合適的硅酸鹽粉末組成的第二配料,形成所述第二層(14);二氧化硅或硅酸鹽粉末的顆粒尺寸和密度,以及在第二層(14)內(nèi)的數(shù)量,使得如果所述基本上無粘合劑的第二配料直接沉積在造紙機(jī)(30)的金屬絲網(wǎng)(36)上,大部分粉末將穿過金屬絲網(wǎng)(36)。
文檔編號(hào)H01M10/06GK1229527SQ96197082
公開日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1996年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月20日
發(fā)明者G·C·澤古里斯, 小F·C·哈蒙 申請(qǐng)人:霍林斯沃及沃斯公司