CN102369618B - 用于蓄电池的电池隔板 - Google Patents
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Abstract
用于铅酸(蓄)电池的电池隔板由热塑性片材制成。所述片材具有侧部有边缘区的中心区。中心区包括多个与片材整体形成的纵向延伸的肋。边缘区没有肋条，并且可以包括致密的结构。还公开了制备前述隔板的方法、由所述片材制成的包套隔板、以及制造所述包套隔板的方法。
Description
发明领域
本发明涉及用于蓄电池的电池隔板、其制备方法、包套隔板、和制备包套隔板的方法。
发明背景
目前，在铅酸(或蓄)电池中使用的隔板为微孔膜片材，其可防止极性相反的相邻电极板之间短路并防止板材脱落，但由于具有多孔结构的原因，它们可允许离子电流在电解质中的流动。这种隔板是已知的，例如，可参见US-A-3 351 495、US-A-4 927 722、US-A-5 776 630和WO 01/13442，上述每个的内容以引用的方式并入本文。制造这些隔板的典型聚合物包括聚烯烃，如高分子量聚乙烯(例如，超高分子量聚乙烯，UHMWPE)。这种隔板通常在至少一侧上设有纵向肋条，所述纵向肋条旨在防止片材与正电极板的直接接触，并保持相反电极之间的间距。这些肋也使隔板在纵向上具有一定的刚性。如US-A-5 679479和US-A-5 789 103(均以引用的方式并入本文)中所述，这种类型的纵向肋条也可以由许多压制凸纹(stamped embossments)构成，这些压制凸纹形成凸脊和沟槽交替的肋条结构。
隔板的制造方式通常是，将热塑性塑料挤出成膜，然后，将所述膜轧制成具有指定肋条的片材，此后，提取出造孔剂(如矿物油)，并将这样形成的片材卷成卷。以后，将此片材从卷中拉出来，并切割成所需宽度的带。将这些带切割成所需的长度，然后，折叠覆盖正电极板或负电极板，以形成包套，该包套的两个边缘区可以通过例如热封、压焊、或其它本身已知的方法接合。然后，将电极板组装成组，以用于蓄电池，隔板包套中的板与没有包套的相反极性的板相交替。一般来说，只将一种极性的电极板放置在包套隔板中；然而，在特殊情况下，可以将两种极性的电极板都放置在包套隔板中。现在，将组内的电极板对齐，然后，将它们接合在一起。电极板的对齐可能会导致单个电极板或多或少地被推入包套隔板的一个或另一个边缘区。因为制造工艺的原因，获得的电极板通常带有尖头或锋利的边缘，这种位移可导致电极板的尖端或边缘刺穿隔板材料，继而可导致与相邻电极的短路。当使用的电极板由例如延展金属或冲压金属的格栅构成且实际活性物质纳入在格栅当中时，尤其如此，例如，在EP-A-0 994 518中所述。在这种情况下，可能会出现不是正好在节点处切断延展材料的情况，从而使个别栅丝从电极板中突出出来，在电极板对齐时，略微弯曲并刺穿隔板片材。
为了避免或至少减少被电极板的尖端、边缘、或栅丝穿刺的危险，已经提出将边缘区设计成将多个平行的凹槽散置在多个形状类似的小“微肋”中(EP-A-0 899 801、JP 2000-182593、US-A-6 410 183，每个均以引用的方式并入本文)，并且，将沟槽之间的肋条设计得较宽且具有平坦的上表面(WO 00/63983，以引用的方式并入本文)。然而，已经发现，在不利的情况下，个别包套隔板在电极板对齐过程中仍有可能被刺穿，从而存在相关的短路危险。还已经提出，将微肋设计成从片材的平面突出的三角形式，该三角形的基部在片材上，该三角形的一边朝向内部区域，另一边朝向边缘，朝向内部区域的一边比朝向边缘的那边要长。
然而，已经发现，在现有技术的隔板中，具有微肋构造的隔板在边缘区仍然会发生穿刺。
发明内容
根据至少选定的实施方案，由热塑性片材制造用于铅酸(蓄)电池的电池隔板。所述片材具有侧部有边缘区的中心区。中心区包括多个与片材整体形成的纵向延伸的肋。边缘区优选没有肋条，并且可以包括致密的结构。还公开了制备前述隔板的方法、由片材制成的包套隔板、以及制造和使用包套隔板的方法。
因此，本发明的至少一个实施方案的至少一个目的是提供用于蓄电池的改进型电池隔板，从而进一步减少电极板刺穿隔板片材的危险，并提供制备这种隔板的有效方法。
本发明的至少一个实施方案的进一步目的是提供用于蓄电池电极板的改进型包套隔板及其制备方法。
本发明的至少一个实施方案的又一目的是提供改进型电池隔板、制备这种隔板的改进方法、或使用这种隔板的改进方法。
附图说明
结合显示本发明选定示例性实施方案的附图，考虑以下对本发明的描述，可以更好地理解本发明。
图1是根据本发明至少一个实施方案制造的电池隔板的平面图。
图2是图1中所示隔板沿截线2-2的截面图。
图3是图1中所示隔板的制备过程的示意图。
图4是图3中所示且沿截线4-4截取的压延步骤的截面图。
图5是“通用剖面”的透视图。
图6是“专门剖面”的透视图。
图7是包套隔板制备过程的示意图。
图8是包套隔板的至少一个实施方案的平面图。
图9是本发明至少一个实施方案的片材的平面图，其中，片材的侧边被折起。
图10是图9中所示材料的制备过程的示意图。
发明详述
根据本发明的至少一个实施方案，并且如图1和2中所示，用于蓄电池的电池隔板10，尤其是由片材52制成的所述隔板，基于热塑性聚合物，据此，所述电池隔板具有纵向方向12和宽度方向14，并且，具有中心区16和在宽度方向上的其侧边缘沿纵向延伸的边缘区18。电池隔板10具有纵向主肋20，所述纵向主肋20沿纵向延伸，并且在片材52的至少一侧上与片材52(或衬片或衬网)整体形成，主肋20彼此有间距22，其中，至少电池隔板的片材52在其中心区16具有微孔结构，所述微孔结构具有平均孔隙度，且其中边缘区18基本上没有主肋20。
在优选的实施方案中，根据本发明至少选定的实施方案的电池隔板10的边缘区18具有致密的结构24，所述致密结构24的孔隙度低于中心区16中的微孔结构的孔隙度。在边缘区18中的特别优选的致密结构24具有的平均孔隙度比片材52的中心区16的平均孔隙度低至少10体积％。
已经证实，对于具有基本上没有主肋20的边缘区18的这种电池隔板10来说，可以有效地减少片材52被任何电极材料的刺穿。据假设，这是基于这样的事实，在本发明的隔板10的边缘区18，基本上没有电极板边缘或制成电极的延展金属栅的锋利栅丝的钩尖(catchpoint)，而后者仍然是在边缘区域具有微肋构造的隔板的情况。此外，致密结构24以及边缘区18中减小的孔隙度导致了耐穿刺性的提高。在本发明的框架体系内，基本上没有肋20是指，在根据本发明的隔板10的边缘区18中没有像隔板10的中心区16中的主肋20一样的肋20，后者具有的高度通常高于约0.3mm至约2.0mm的肋20之间的片材，并且在根据本发明的隔板10的边缘区18中，没有像现有技术中所述隔板那样的微肋模式。然而，构成本发明的边缘区18的实施方案的表面显示有高度低于0.05mm的独特表面突起。
根据至少选定的实施方案，本发明还涉及制备这种电池隔板10的方法50(图3)，在至少一个实施方案中，所述方法包括以下步骤：
a)提供片材52，其由热塑性聚合物制成，并具有纵向方向12和宽度方向、以及平行于纵向方向的侧边缘，所述片材52具有沿纵向延伸并且在片材52的至少一侧上与片材52整体地形成的纵向主肋20，据此，主肋20彼此具有间距22，且据此片材52具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度，
b)沿纵向方向12将片材52送入压缩装置54，以及
c)通过在边缘区18中但不在边缘区18之间的中心区16中沿每个侧边缘均匀地施加压缩力来压缩片材52，从而在边缘区18中得到片材52的表面，其基本上没有肋20。
参考图4，在压延处理步骤56中，在压辊58、60之间可以进行边缘区18中的片材52的压缩。优选的是，在本发明的方法中，通过压缩边缘区18中的片材52，使边缘区18中的结构致密化，与边缘区18之间的中心区16中的未压缩的片材52的微孔结构的平均孔隙度相比，孔隙度有所降低。如果进行压缩，使得在边缘区18中，致密结构24具有的平均孔隙度比片材52的中心区16中的平均孔隙度低至少10体积％，则这样是特别优选的。
通常情况下，片材52的中心区16中的主肋20的间距22(图1)在约5mm至12mm之间不等。在优选的实施方案中，本发明电池隔板10的每个边缘区18或根据本发明方法得到的边缘区18的宽度比相邻主肋20之间的平均间距大到至少1.5倍。
优选的是，在本发明至少一个实施方案的框架体系内使用的片材52在主肋20之间具有约0.05至0.35mm的厚度64(图2)。由于压缩，片材52在边缘区18中的厚度可略薄或者是类似的，这取决于(除了其它方面)通过压缩被消除(压扁)的肋20的量。
对于片材52沿纵向延伸的主肋20的模式没有限制。片材52也可以具有横肋(未显示)，例如，像在US-A-5 776 630(与主肋20同侧)或在美国专利申请61/253,096(在片52背侧)中所公开的那样，上述每个的公开内容均以引用的方式并入本文。除了主肋20外，由本发明方法的步骤a)得到的片材52可以在沿其侧边缘18的区域中具有微肋。
然而，在至少选定的实施方案中，优选在方法步骤a)中得到片材52，该步骤中的主肋20全都具有相同的截面，彼此等间距，在片材52的整个宽度14上分布(图5)。在步骤c)中，在边缘区18，主肋20被片材52的压缩消除，据此在边缘区18中形成于是基本上没有肋20的平整表面(图1和2)。然而，有可能发生的情况是，在压缩步骤c)期间，最初存在于边缘区18中的肋20没有被完全消除，而在边缘区18中留有小的表面突起。然而，如上所述，边缘区18的实施方案构成本发明，被认为是基本上没有肋20，其表面显示有高度低于0.05mm的独特表面突起。
因此，在中心区16中的主肋20全都具有相同截面的电池隔板10是优选的，据此特别优选的是，主肋20彼此具有等间距22。
片材70(图5)具有这样的剖面，纵向主肋20全都具有相同截面，在片材70的整个宽度方向14上分布，且彼此等间距，也被称为“通用剖面”，从制备方法的经济性观点来看优于片材80(图6)，后者在它们的中心区82具有纵向主肋20，在它们的边缘区84具有微肋86，也被称为“专门剖面”。因为在边缘区84中具有微肋86，不得不根据客户的要求以特定的宽度挤出专门剖面并进行制造。这就要频繁地变动制备方法。相比之下，可以有效地将通用剖面70制成较大的宽度，可以由通用剖面70的宽片切割出客户指定宽度的片材。
然而，已经证实，由通用剖面70制备用于蓄电池电极板的包套电池隔板是困难的，这是因为，包套隔板的侧边缘的密封在制备过程中造成了很大问题。特别是，采用通过在一对具有轮齿的反向压辊(例如US-A-4 407 063中所述，其以引用的方式并入本文)之间将边缘彼此压缩的机械密封时，边缘区84中的纵向主肋20导致侧边缘的变形以及包套侧面区域中的肋条脱离。根据本发明至少选定的实施方案，已经在边缘区18中沿每个侧边缘被压缩(通过在这些边缘区18中均匀地施加压缩力，使表面中的这些区域基本上没有肋20)的片材52可产生具有直密封的侧边缘且没有肋条脱离的包套隔板。
因此来说，此外，本发明的至少某些实施方案涉及制备用于蓄电池电极板的包套隔板的方法90(图7)，包括以下步骤：
a)提供片材52，其由热塑性聚合物制成，并具有纵向方向12和宽度方向、以及平行于纵向方向的侧边缘，所述片材52具有沿纵向方向延伸并且在片材52的至少一侧上与片材52整体形成的纵向主肋20，据此主肋20彼此具有间距22，且据此片材52具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度，
b)沿纵向方向将片材52送入92压缩装置，
c)通过在边缘区18中沿每个侧边缘但不在边缘区18之间的中心区16中均匀地施加压缩力来压缩94片材，从而在边缘区18中得到片材52的表面，其基本上没有肋20，
d)沿垂直于片材52的纵向延伸的线切出96经过如此处理的片材的矩形部分，
e)沿片段的与主肋20呈直角的中心线(未显示)将矩形部分自身折叠98，从而形成矩形部分等尺寸叠置的两半，以及
f)接合并密封100重叠的侧边缘。
根据本发明实施方法90，可以用于制备包套隔板，使得例如可以将压缩94边缘区之后的片材卷到卷儿上(未显示)作为中间产品，以后可将其送入包套机以切割96、折叠98和修整100包套。然而，优选将方法步骤整合在单一过程中。
此外，本发明至少选定的实施方案涉及用于蓄电池电极板的包套隔板110(图8)，所述包套隔板110具有封闭的底部112、左侧边缘114及右侧边缘116和敞开的上端118，包套隔板110包括由基于热塑性聚合物的片材52制成的电池隔板，据此电池隔板具有纵向方向、中心区16和两个在其侧边缘沿纵向延伸的边缘区18，并且具有在片材52的至少一侧上与片材52整体形成的沿纵向延伸且彼此具有间距22的纵向主肋20，其中，中心区16中的片材52具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度，其中，将电池隔板沿垂直于纵向主肋20的线120自身折叠，从而形成包套隔板110的封闭底部112，其中，接合重叠的电池隔板侧边缘并密封100，从而形成包套隔板110的封闭侧边缘114、116，且其中在纵向主肋20与接合的边缘100之间的边缘区18中基本上没有肋20。
有若干种方法可密封100包套隔板110的侧边缘114、116，像通过粘合剂密封、热封，如超声波密封或机械密封。对于本发明的包套隔板110以及在其制备方法中，优选通过在充当密封轮的一对反向压辊之间将边缘114、116彼此压缩来机械密封重叠的侧边缘114、116。为了确保有效地将边缘彼此压缩，压辊优选具有轮齿，例如US-A-4 407063中所述，其以引用的方式并入本文。
在本发明优选的实施方案中，在电池隔板或包套隔板120(图9)的边缘区18，将电池隔板或片材52沿平行于侧边缘的折线122自身折叠。可以折向电池隔板或片材52的任一边，并且对于包套隔板120来说，可以向内或向外进行折叠。通过在边缘区18中进行折叠，形成了厚度两倍于未折叠材料的叠合区124，这就进一步减少了这些区域与电极板的边缘或栅丝接触的穿孔危险，即进一步提高了抗穿刺性。
在制备本发明电池隔板的方法50和在制备本发明包套隔板120的方法130(图10)中，折叠132可以在压缩步骤94，c)之后进行，优选压缩之后立即进行。为了改进折叠，在根据本发明方法的优选实施方案中，沿平行于侧边缘的折线122刻划每个边缘区18中的片材52(未显示)，然后，沿每条折线进行自身折叠。
可以通过本领域中已知用来折叠片状材料的方法以连续的过程进行折叠132。然而，优选使用渐弯的曲面，即犁铧型折叠器，如US-A-2540 844中所述的那些，其内容以引用的方式并入本文，或者分别使用导杆和折叶片(crease blade)，如EP-A-0 721 908中公开的那些，其内容以引用的方式并入本文。
可以至少在宽度方向14上拉伸片材52。在之后于边缘区中对电池隔板或片材进行自身折叠的情况下，为了抵消由折叠导致的宽度减少，在宽度方向上进行拉伸是特别有利的。此外，通过拉伸，片材的微孔结构沿宽度方向定向。拉伸可以完成到例如1.05到1.2倍。除了其它方面，拉伸材料还具有增大隔板体的孔隙度的效果，这继而会降低隔板的离子电阻，最终降低电池的电阻。
原则上，所有耐酸热塑性聚合物均适用于根据本发明的隔板的片材。优选的热塑性聚合物是聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯，高分子量聚乙烯(例如，超高分子量聚乙烯，UHMWPE)是特别优选的。片材的制造中还可以添加无机填料，如无定形硅酸，这种类型的片材的组成和制造是现有技术中已知的。代表性配方可见于美国专利3,351,495、5,230,843和7,445,735，每个均以引用的方式并入本文。
由热塑性片材制造用于铅酸(蓄)电池的电池隔板。所述片材具有侧部有边缘区的中心区。中心区包括多个与片材整体形成的纵向延伸的肋。边缘区没有肋条，并且可以包括致密的结构。还公开了制备前述隔板的方法、由所述片材制成的包套隔板、以及该包套隔板的制造方法。
本发明可以在不偏离其实质和基本属性的情况下以其它形式具体实施，因此，应参考所附权利要求书而不是前述说明书来确定本发明的保护范围。例如，改进型电池可以包括多个本发明的电池隔板或包套隔板。
Claims (14)
1.一种用于蓄电池的电池隔板，所述隔板由基于热塑性聚合物的片材制成，据此所述电池隔板具有纵向方向和宽度方向，且具有中心区和在所述宽度方向上的其侧边缘沿所述纵向方向延伸的边缘区，据此所述电池隔板具有纵向主肋，所述纵向主肋沿所述纵向方向延伸，并且在所述片材的至少一侧上与所述片材整体地形成，所述主肋彼此有间距，其中，所述电池隔板在其中心区具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度；所述边缘区没有肋，所述边缘区具有压扁肋，该压扁肋形成致密的结构，所述致密结构的孔隙度低于所述中心区中所述微孔结构的孔隙度。
2.根据权利要求1所述的电池隔板，其中，所述边缘区中的平均孔隙度比所述中心区中的平均孔隙度低至少10体积％。
3.根据权利要求1所述的电池隔板，其中，具有以下中的至少一种特征：每个边缘区的宽度比相邻主肋之间的平均间距至少大到1.5倍；在所述中心区，所述主肋之间的片材具有0.05至0.35mm的厚度；以及在所述边缘区，所述片材沿平行于所述片材的侧边缘的折线自身折叠。
4.一种电池隔板的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供片材，所述片材由热塑性聚合物制成，并具有纵向方向和宽度方向、以及平行于所述纵向方向的侧边缘，所述片材具有沿所述纵向方向延伸并且在所述片材的至少一侧上与所述片材整体地形成的纵向主肋，据此所述主肋彼此具有间距，且据此所述片材具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度，
b)沿纵向方向将所述片材送入压缩装置，以及
c)通过在边缘区中沿每个侧边缘但不在所述边缘区之间的中心区中均匀地施加压缩力来压缩所述片材，从而压扁所述边缘区中的肋，以在所述边缘区中得到所述片材的没有肋的表面。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述边缘区中压缩所述片材之后，在所述边缘区中沿平行于其侧边缘的折线将所述片材自身折叠。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述边缘区中压缩所述片材后，沿平行于所述侧边缘的折线刻划每个边缘区中的所述片材，然后沿每条折线进行自身折叠。
7.一种用于蓄电池电极板的包套电池隔板的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供片材，所述片材由热塑性聚合物制成，并具有纵向方向和宽度方向、以及平行于所述纵向方向的侧边缘，所述片材具有沿所述纵向方向延伸并且在所述片材的至少一侧上与所述片材整体地形成的纵向主肋，据此所述主肋彼此具有间距，且据此所述片材具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度，
b)沿纵向方向将所述片材送入压缩装置，
c)通过在边缘区中沿每个侧边缘但不在所述边缘区之间的中心区中均匀地施加压缩力来压缩所述片材，从而压扁所述边缘区中的肋，以在所述边缘区中得到所述片材的没有肋的表面，
d)沿垂直于所述片材的纵向延伸的线切出经过步骤a)-c)处理的片材的矩形部分，
e)沿垂直于所述主肋的矩形部分的中心线将所述矩形部分自身折叠，从而形成所述矩形部分的等尺寸叠置的两半，以及
f)接合并密封重叠的侧边缘。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤c)中，将所述边缘区中的结构致密化，使得与所述边缘区之间的中心区中的微孔结构的孔隙度相比，孔隙度有所降低。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过在充当密封轮的一对反向压辊之间将所述侧边缘彼此压缩来机械地密封重叠的侧边缘。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤c)中压缩所述边缘区中的所述片材之后，在所述边缘区中沿平行于所述片材的侧边缘的折线将所述片材自身折叠。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述边缘区中压缩所述片材之后，沿平行于所述侧边缘的折线刻划每个边缘区中的所述片材，然后沿每条折线进行自身折叠。
12.一种用于蓄电池电极板的包套隔板，所述包套隔板具有封闭的底部、左侧边缘及右侧边缘和敞开的上端，所述包套隔板包括由基于热塑性聚合物的片材制成的电池隔板，据此所述电池隔板具有纵向方向、中心区、和在其侧边缘沿所述纵向方向延伸的两个边缘区，并且具有在所述片材的至少一侧上与所述片材整体形成的沿所述纵向方向延伸且彼此具有间距的纵向主肋，其中，所述电池隔板在其中心区具有微孔结构，所述微孔结构具有孔隙度；所述电池隔板沿垂直于所述纵向主肋的线自身折叠，从而形成所述包套隔板的封闭底部；电池隔板的重叠的侧边缘被接合在一起并实施密封，从而形成所述包套隔板的封闭侧边缘；在所述纵向主肋与接合的侧边缘之间的所述边缘区中没有肋，所述边缘区具有压扁肋，该压扁肋形成致密的结构，所述致密的结构的孔隙度低于所述中心区中所述微孔结构的孔隙度。
13.根据权利要求12所述的包套隔板，其中，通过将所述侧边缘彼此压缩来机械地密封所述重叠的侧边缘。
14.根据权利要求12所述的包套隔板，其中，所述电池隔板在所述边缘区中沿平行于所述电池隔板的侧边缘的折线自身折叠。
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