專利名稱：電池隔板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于溢流槽式鉛酸電池的電池隔板及其制備該隔板的方法。
背景技術(shù)：
在溢流槽式鉛酸電池中正負電極或“板”由電池隔板隔開。電池隔板通常有“肋”或從隔板的至少一個平面延伸的凸部。該肋以幾種方式之一形成肋與隔板的背網(wǎng)整體形成；肋能在隨后施加于背網(wǎng)作為與背網(wǎng)同樣或不同材料的輪緣；或通過模壓背網(wǎng)形成肋。該肋用于在極板之間提供適當間隔并且提供自由電解質(zhì)存在的空間。
多數(shù)溢流槽式鉛酸電池制造商目前使用的電池隔板是微孔聚乙烯類。該類隔板具有基本上包含超高分子重量聚乙烯、填充劑(通常非晶硅)、塑化劑(通常操作油)以及如抗氧化劑、潤滑劑和碳黑的某些少量成分的組分。
工業(yè)上制造微孔聚乙烯隔板材料是通過使成分通過加熱的擠壓機，使擠壓機產(chǎn)生的壓出物通過模子并進入由兩個加熱的輪壓輥形成的輥隙來形成連續(xù)的網(wǎng)，使用溶劑從該網(wǎng)提取大量操作油，干燥已提取油的網(wǎng)，切割該網(wǎng)成預(yù)定寬度的長條，以及把該長條卷成筒。
該隔板及其制備方法在美國專利No.3351495中描述。
微孔聚乙烯隔板通常結(jié)構(gòu)包括有預(yù)定厚度的背網(wǎng)，以及以預(yù)定距離隔開的且從背網(wǎng)的一個平面向外延伸的多個平行肋。該肋沿平行于隔板材料邊緣的縱向連續(xù)延伸。該現(xiàn)有技術(shù)隔板的部分透視圖在圖7中示出。背網(wǎng)的厚度以及肋的高度和間隔由電池制造商對隔板制造商說明；規(guī)格設(shè)計成使電池制造商所需的某些電池特性最大。
已知在”主”肋之間形成“微肋”來增加有更薄背網(wǎng)的隔板網(wǎng)的剛性。通常，微肋比主肋高度低且間隔更靠近。該微肋的高度通常在約0.006英寸和約0.009英寸之間變化。該微肋的間隔在約0.060英寸和約0.250之間變化。
通過使得形成輥隙的兩個加熱輪壓輥中的一個雕刻有凹槽，來自擠壓機的擠壓物經(jīng)過輥隙，該肋(大的和微的兩者)在微孔聚乙烯隔板制造期間形成，從而肋作為隔板網(wǎng)的整體部分形成。
相對于肋大小和肋間隔，有電池制造商需要的許多不同規(guī)格。為滿足消費者需要，在制造隔板材料中，肋大小和間隔的幾乎每一變化要求隔板制造者中斷其生產(chǎn)線來去除供貨現(xiàn)有定單中已使用過的雕刻輥并且插入能夠制造新定單所要求的肋大小和間隔的不同結(jié)構(gòu)的雕刻輥。中斷期間浪費生產(chǎn)時間并且生產(chǎn)線的啟動期間產(chǎn)生額外廢料。
此外，在聚乙烯類隔板中整體形成的肋與背網(wǎng)一起經(jīng)過提取過程，因為它比占有相同平面表面積的部分背網(wǎng)有相對大的體積，通常肋比背網(wǎng)保持更多的操作油，由此增加了隔板的總電阻。
在共同擁有的未審美國專利申請No.08/646764(1996年5月8日申請)中公開了一電池隔板，該隔板有縱向尺寸，垂直于所述縱向尺寸的寬度尺寸，上下平面，以及從至少一個平面凸起的多個肋(至少三個)，所述肋以基本平行于隔板縱向尺寸的方向延伸，每個肋由多個單獨的凸起凸部形成，凸起凸部形成由交替的脊和溝槽構(gòu)成的波形結(jié)構(gòu)。肋可從隔板的一個或兩個平面延伸。在肋從兩個平面延伸的情況下，一個平面上的相鄰凸起凸部(脊)由形成隔板另一平面上凸起凸部(脊)的凹槽(溝槽)隔開。在肋從隔板的兩個平面延伸的情況下，從一個平面凸起的肋的高度與從另一個平面延伸的肋的高度相等或不同。
在肋高度不超過約0.030英寸的情況下，序列號No.08/646764的專利申請中描述的隔板很好工作時，發(fā)現(xiàn)肋高度超過約0.030英寸時肋的抗壓阻力變得不令人滿意?！翱箟鹤枇Α敝笇ψ饔糜诶唔敳康膲毫Φ淖枇Α?br> 本發(fā)明目的是提供一種具有改進抗壓阻力的隔板，該隔板具有多個單獨的凸起凸部形成的肋，凸起凸部形成由交替的脊和溝槽構(gòu)成的波形結(jié)構(gòu)。
發(fā)明公開本發(fā)明涉及電池隔板，該隔板有縱向尺寸，垂直于所述縱向尺寸的寬度尺寸，上下平面，從至少一個所述平面延伸的多個子微肋肋，以及多個單獨的凸起凸部，凸起凸部形成包含至少一些子微肋延伸的交替的脊和溝槽的波形結(jié)構(gòu)。
當結(jié)合附圖考慮本發(fā)明的下面詳細描述時，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和效果將更易理解。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明隔板材料的上平面的部分透視圖。
圖2是沿圖1的線2-2剖開的隔板橫截面的放大部分邊界圖。
圖3是沿圖1的線3-3剖開的隔板肋橫截面的放大部分邊界圖。
圖4是本發(fā)明單個肋的放大部分頂視圖。
圖5是采用多個凸輪的兩個模壓輥的正視圖。
圖6是兩個相鄰凸輪的側(cè)視圖。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)隔板的部分透視圖，示出背網(wǎng)和從背網(wǎng)延伸的整體形成的肋。
圖8至11是隔板上平面的部分頂視圖，示意說明肋結(jié)構(gòu)的幾種其它結(jié)構(gòu)。
圖12是圓角楔形凸凹齒輪的透視圖。
圖13是錐形凸凹齒輪的透視圖。
圖14是半球形凸凹齒輪的透視圖。
圖15是截角錐形凸凹齒輪的透視圖。
最佳實施佳詳述圖1是本發(fā)明隔板10的部分透視圖。多個主肋14a-14j從隔板10的上平面12凸起。主肋14位于隔板10的縱向，基本平行于其縱向邊緣16、18。
更大的多個基本均勻間隔的“子微肋”15也從隔板10的上平面12凸起。這些肋稱為“子微肋”是因為它們比現(xiàn)有技術(shù)微肋更短且間隔更靠近。
子微肋15也位于隔板10的縱向，基本平行于其縱向邊緣16、18。
通過在一個或多個子微肋15的區(qū)域中使隔板10凸起來形成主肋14。為使圖清楚起見，在圖1示出的主肋14沒有表明在此存在子微肋15。子微肋15和主肋14的關(guān)系在圖2-4中示出。
圖2是沿圖1的線2-2剖開的隔板橫截面的放大部分邊界圖。主肋14在隔板10的背網(wǎng)20的上平面12上和相鄰的子微肋15a上凸起。示出的子微肋15b位于凸肋外表面17、19上(在圖4中示出)。
主肋14的橫截面的部分邊界圖在圖3中示意表示。如圖所見，主肋14的外部是波形結(jié)構(gòu)，分別由交替的脊和溝槽22a、23a，22b、23b，22c、23c，22d、23d等構(gòu)成。類似地，主肋14的內(nèi)部是波形結(jié)構(gòu)，分別由交替的脊和溝槽24a、25a，24b、25b，24c、25c，24d、25d等構(gòu)成。在一個平面上的脊形成另一個平面上的溝槽，反之亦然。例如，主肋14外部表面的脊22a的底側(cè)形成主肋14內(nèi)部表面的溝槽25a。示出的子微肋15b位于主肋14的外表面17、19上。相鄰的子微肋15c以背景表示。
圖4是主肋14的部分放大頂視圖。正如所見，主肋14的脊22和溝槽23垂直于主肋14的縱向側(cè)壁26、28，因此也垂直于隔板10的縱向布置的邊緣16、18。示出的主肋14在包圍兩個子微肋15d、15e的區(qū)域中凸起。在示出兩個子微肋15d、15e時，通過適當選擇主肋14的寬度、子微肋的間隔或其兩者的組合，主肋14能通過單個的子微肋或通過多于兩個的子微肋形成。
根據(jù)所需肋的寬度，選擇脊22、24的長度尺寸，即從主肋14的一個側(cè)壁26到另一個側(cè)壁28的脊22、24的長度。該尺寸通常在約0.020和約0.100英寸之間。
脊的頻率，即每單位肋長度的脊數(shù)目優(yōu)選是每英寸約5到約25個脊。
根據(jù)所需的主肋14高度來選擇背網(wǎng)20各平面12、13上的脊22、24的高度。該尺寸通常在約0.01和約0.10英寸之間。當所需主肋14的高度大于約0.030英寸時，子微肋15特別用于提供改進的抗壓阻力。
相鄰主肋14之間的距離通常在約0.25到約1.0英寸之間。
隔板的上平面上的子微肋高度通常在約0.003英寸到約0.009英寸之間。選擇適當?shù)淖游⒗?5高度取決于主肋14的高度和所需的抗壓阻力。
子微肋15通常在隔板的寬度上均勻隔開在約0.025英寸和約0.050英寸之間。
本發(fā)明的隔板寬度可以是電池制造商使用的任何寬度，該寬度通常在約2到約12英寸之間，側(cè)邊緣16、18相互平行。
隔板10的背網(wǎng)20厚度通常在約0.002到約0.025英寸之間的范圍內(nèi)。
形成本發(fā)明肋的波形結(jié)構(gòu)的橫截面在圖1-4中示意說明，是三角形，因此每個單獨的凸起凸部是楔形。每個楔形凸起包含傾斜前壁17、傾斜后壁19和垂直側(cè)壁26、28，最好如圖4所見。然而，可使用其它類似的楔形，包括但不限于代替角使楔稍微變圓的圓楔形，或者在形成凸起期間平坦形成楔或通過隨后的壓制變平的楔這類平楔形。
在使用本發(fā)明隔板中得到的效果之一是，因為肋是相鄰脊和溝槽形成的波形結(jié)構(gòu)，因為肋接觸僅在脊區(qū)域中的極板，隔板為電解質(zhì)的流動和充放電期間釋放的氣體提供基本無障礙的環(huán)境。現(xiàn)有技術(shù)中的肋(例如，見圖7)是固體，與肋整個上表面區(qū)域中的正極板接觸，形成電解質(zhì)和/或氣體流動的障礙。
在使用本發(fā)明隔板中得到的另一效果是降低或排除肋彎曲和/或變平。在組裝電池中，形成電池所需的許多交替的包封(用隔板材料)和未包封極板層疊在一起，壓緊并插入電池殼的電池室中。對于通常的肋結(jié)構(gòu)，隔板受到的壓力會導致不想要的肋彎曲和/或變平，特別是在更高的“總”尺寸，即肋高度下。本發(fā)明的肋結(jié)構(gòu)降低或排除該肋彎曲和/或變平。
使用子微肋來提供更高的主肋高度而不損失抗壓阻力，也能制造有更薄背網(wǎng)的隔板，這意味著制造規(guī)定平方英尺隔板產(chǎn)品所需材料數(shù)量的節(jié)約。
子微肋隔板產(chǎn)品另一優(yōu)點是，與制造生產(chǎn)線上形成的主肋隔板產(chǎn)品相比，在工具變化之間有更長的生產(chǎn)過程。因此，子微肋產(chǎn)品的溶劑提取和干燥比制造期間其上形成主肋的產(chǎn)品更容易和更快。
雖然示意說明具有僅從背網(wǎng)20的一個平面延伸的主肋14的本發(fā)明隔板，但本發(fā)明試圖包括主肋形成在兩面上的隔板。
在主肋14從隔板10的兩個平面延伸的情況下，背網(wǎng)20的各平面12、13上的肋14高度可以相同，或者一側(cè)上的肋高度大于或小于另一側(cè)上的肋高度。
子微肋15也可從隔板的兩個平面延伸并有相同或不同的高度。
此外，主肋14的相鄰脊高度不同。
圖5和6說明適用于制造本發(fā)明隔板的裝置。圖5是兩個模壓輥30、32的正視圖，其上分別有多個凸輪31a-31g和33a-33g。模壓輥30上的每個凸輪31a-31g分別與模壓輥32上的凸輪33a-33g對齊。每個凸輪31、33實際上是特定形狀的齒輪，分別有由此凸起的多個輪齒，最好見圖6。詞“凸輪”試圖包括位于模壓輥或軸(例如通過壓配合)，或位于具有加工于其中的多排齒的模壓輥上的兩個分離齒輪。
模壓輥30和/或32由適當驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)動，未示出。最好模壓輥30或32中的僅一個由外部驅(qū)動裝置驅(qū)動，而另一個輥由被驅(qū)動的模壓輥轉(zhuǎn)動。
當隔板材料以圖6箭頭所示方向通過轉(zhuǎn)動的模壓輥30、32之間的輥隙時，對齊凸輪31、33的輪齒相互嚙合并將主肋14、15模壓成平的隔板材料。
當從兩個平面延伸的肋高度相同時，齒32、34的高度相等。當一側(cè)上肋的高度不同于另一側(cè)上肋的高度時，相應(yīng)地，輪齒32、34的高度也不同。
當希望有從隔板的僅一個表面延伸的肋時，凸輪31或33的一個可能是有如圖所示輪齒的“陽”輥，而另一個凸輪是其中有凹槽的“陰”輥，凹槽尺寸對應(yīng)于從陽輥延伸的輪齒尺寸。
在希望有一肋，而相鄰脊在隔板背網(wǎng)的相鄰平面上有不同高度的情況下，可通過使用有不同高度輪齒的陰輥作為第一模壓輥，由橡膠或其它可變形材料形成的光滑輥作為第二模壓輥來實現(xiàn)。
為方便說明起見，示出的輪齒32、33有尖頂來形成圖1-4所示產(chǎn)品的尖脊。然而，優(yōu)選使齒32、33的尖頂和齒的其它尖邊緣圓滑，以便使隔板基底的應(yīng)力斷裂最小。這種圓齒132在圖12中示出。
另外，代替實際上的楔形齒，使用其它結(jié)構(gòu)的齒來形成主肋凸起。例如，圖13表示錐形輪齒232。圖14表示半球形輪齒332。圖15表示截錐形輪齒432。
本發(fā)明肋的形成包括在產(chǎn)生凸起處背網(wǎng)材料的塑性變形。塑性變形指在材料屈服點之上對材料負載，按照定義，屈服點指其經(jīng)歷塑性流動。已知由于微孔消失時油被驅(qū)動到表面，從而改善塑性變形區(qū)域中的氧化阻抗。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)隔板40的透視圖，隔板有從背網(wǎng)46的上平面44延伸的多個肋42。肋42與背網(wǎng)46成一體并且在擠壓物的輪壓期間形成，如上面背景材料討論中所述。
雖然已對于在微孔聚乙烯隔板中形成肋來描述了本發(fā)明，事實上溢流槽式鉛酸電池制造商目前使用的主要隔板材料都如此，多微孔、耐酸且能永久凸起的任何隔板材料都可使用。這些材料通常是填充或未填充薄膜以及熱塑性或熱固性的無紡織物。適當?shù)臒崴苄跃酆衔锇ㄒ蚁?、丙烯、丁烯、氯乙烯和苯乙烯的聚合物和共聚物。適當?shù)臒峁绦猿煞职ǚ尤┧芰?、乙?丙烯/二烯烴、異戊二烯、丁二烯、酚醛塑料和類似的熱固聚合物。
在此公開的優(yōu)選實施例中示意說明了具有脊和溝槽的肋，脊和溝槽與隔板的縱向尺寸垂直對齊。然而，脊和溝槽的對齊對隔板的縱向尺寸形成一個角度，該角度對縱向小于180度，優(yōu)選小于約160度，但大于0度并且最好大于約20度。此外，一些肋的脊和溝槽與隔板縱向尺寸的對齊可以不同于另一些脊和溝槽的對齊。
其它結(jié)構(gòu)的例子在圖8-11中示意說明。
圖8表示隔板100，主肋114在其脊122、124和對應(yīng)溝槽相互交替形成角的相鄰主肋114a、114b和114c中有凸起。
圖9示出隔板200，其中主肋214的脊形成由脊元件222、224構(gòu)成的人字圖形。
圖10示出隔板300，主肋314的脊形成由脊元件322、324構(gòu)成的履帶圖形。
圖11示出隔板400，主肋414的脊形成由脊元件422、424構(gòu)成的連續(xù)正弦(Z字形)圖形。脊的連續(xù)正弦圖形可是圓的(“S”形)，代替圖11所示的尖形。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是，使電池隔板制造商能連續(xù)生產(chǎn)均勻的微孔材料板，而不用中斷制造過程來變換雕刻的輪壓輥。然后該片材以適當寬度的卷筒供給電池制造商并且電池制造商按照本發(fā)明施加主肋。可以設(shè)想該肋僅在極板包封操作之前施加。
在上述說明書中采用的術(shù)語和表達在此用作說明性詞語，而非限制性，并且在使用該術(shù)語和表達時無意排除表示和說明特征或部分的等價物，可知本發(fā)明的范圍僅由下面的權(quán)利要求說明和限定。
權(quán)利要求
1.一種電池隔板，包括多微孔、耐酸、可凸起材料的背網(wǎng)，所述背網(wǎng)具有縱向側(cè)邊緣，垂直于所述縱向側(cè)邊緣的寬度尺寸和上下平面；所述隔板具有從所述背網(wǎng)的至少一個平面凸起的多個子微肋，所述子微肋基本平行于所述背網(wǎng)的縱向側(cè)邊緣延伸；所述隔板具有多個主肋，每個主肋模壓成至少一個所述子微肋，每個所述主肋是由交替的脊和溝槽構(gòu)成的波形結(jié)構(gòu)，所述脊和溝槽與所述背網(wǎng)的所述縱向側(cè)邊緣不平行對準。
2.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述背網(wǎng)是多微孔聚乙烯。
3.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述脊和溝槽基本上垂直于所述背網(wǎng)的縱向邊緣。
4.如權(quán)利要求3的電池隔板，其中所述脊的頻率是每英寸在約5到約25之間。
5.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述脊和溝槽與所述背網(wǎng)的縱向尺寸的角度在約20度到約160度之間。
6.如權(quán)利要求5的電池隔板，其中至少一些肋的脊和溝槽與所述背網(wǎng)的縱向尺寸的角度不同于直接相鄰肋的脊和溝槽。
7.如權(quán)利要求6的電池隔板，其中每隔一個肋構(gòu)成的第一組肋的脊和溝槽與所述背網(wǎng)的縱向尺寸的角度在約20度到小于約90度之間，以及直接相鄰所述第一組肋的肋構(gòu)成的第二組肋的脊和溝槽與所述背網(wǎng)縱向尺寸的角度在約160度到大于約90度之間。
8.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中至少一些肋的所述脊和溝槽是人字圖形。
9.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中至少一些肋的所述脊和溝槽是履帶圖形。
10.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中至少一些肋的所述脊和溝槽是連續(xù)正弦圖形。
11.權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述子微肋在所述隔板的寬度上基本均勻間隔。
12.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中主肋的寬度和子微肋的間隔使每個所述主肋模壓成至少兩個相鄰的子微肋。
13.如權(quán)利要求12的電池隔板，其中每個所述主肋模壓成三個相鄰的子微肋。
14.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述子微肋在背網(wǎng)上面有約0.003英寸到約0.009英寸之間的高度。
15.如權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述子微肋在背網(wǎng)上面有約0.003英寸到約0.009英寸之間的高度。
16.權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述子微肋在所述背網(wǎng)的寬度上基本均勻間隔。
17.權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述子微肋間隔約0.025英寸到約0.050英寸之間的距離。
18.權(quán)利要求1的電池隔板，其中所述背網(wǎng)的厚度在約0.002英寸到約0.008英寸之間。
19.一種制造電池隔板的方法，包括在多微孔、耐酸、可凸起隔板材料的基本平的網(wǎng)上形成多個子微肋，所述子微肋基本平行于所述網(wǎng)的縱向邊緣；將所述網(wǎng)模壓為多個窄帶，每個所述窄帶重疊在至少一個子微肋上，通過在所述窄帶內(nèi)的多個模壓位置使所述網(wǎng)塑性變形，從而在每個所述窄帶中形成從所述網(wǎng)的至少一個平面延伸的波形結(jié)構(gòu)，所述波形結(jié)構(gòu)具有與所述網(wǎng)的所述縱向邊緣不平行的交替的脊和溝槽。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中通過使該網(wǎng)經(jīng)過位于所述窄帶位置的相對凸輪對形成的輥隙來影響所述凸起。
21.如權(quán)利要求19的方法，其中所述隔板材料是多微孔聚乙烯。
22.如權(quán)利要求19的方法，其中每個所述帶重疊在至少兩個子微肋上。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中每個所述帶重疊在三個子微肋上。
全文摘要
一種用于溢流槽式鉛酸電池的電池隔板(10),包括:多微孔、耐酸、可凸起材料的背網(wǎng),具有從背網(wǎng)的至少一個平面(12)延伸的多個主肋(14)和子微肋。該主肋(14)位于背網(wǎng)的寬度上并在基本平行于背網(wǎng)縱向邊緣(16、18)的方向上延伸,每個主肋(14)重疊在至少一個子微肋(15)上并且是交替的脊和溝槽(22,23)構(gòu)成的凸起波形結(jié)構(gòu)。脊和溝槽(22,23)不平行對準隔板的縱向尺寸,并且優(yōu)選垂直于此。通過使背網(wǎng)經(jīng)過一對相對的模壓輥形成的輥隙并且在至少一個子微肋(15)的區(qū)域中模壓背網(wǎng),主肋形成在電池隔板(10)背網(wǎng)上,背網(wǎng)具有從其至少一個平面(12)延伸的多個子微肋。
文檔編號H01M2/18GK1261465SQ98806120
公開日2000年7月26日 申請日期1998年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者J·楊, F·E·亞歷山大, D·E·維爾茨 申請人:阿姆特克研究國際有限公司