专利名称：电池隔板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用于溢流槽式铅酸电池的电池隔板及其制备该隔板的方法。
背景技术：
在溢流槽式铅酸电池中正负电极或“板”由电池隔板隔开。电池隔板通常有“肋”或从隔板的至少一个平面延伸的凸部。该肋以几种方式之一形成肋与隔板的背网整体形成；肋能在随后施加于背网作为与背网同样或不同材料的轮缘；或通过模压背网形成肋。该肋用于在极板之间提供适当间隔并且提供自由电解质存在的空间。
多数溢流槽式铅酸电池制造商目前使用的电池隔板是微孔聚乙烯类。该类隔板具有基本上包含超高分子重量聚乙烯、填充剂(通常非晶硅)、塑化剂(通常操作油)以及如抗氧化剂、润滑剂和碳黑的某些少量成分的组分。
工业上制造微孔聚乙烯隔板材料是通过使成分通过加热的挤压机，使挤压机产生的压出物通过模子并进入由两个加热的轮压辊形成的辊隙来形成连续的网，使用溶剂从该网提取大量操作油，干燥已提取油的网，切割该网成预定宽度的长条，以及把该长条卷成筒。
该隔板及其制备方法在美国专利No.3351495中描述。
微孔聚乙烯隔板通常结构包括有预定厚度的背网，以及以预定距离隔开的且从背网的一个平面向外延伸的多个平行肋。该肋沿平行于隔板材料边缘的纵向连续延伸。该现有技术隔板的部分透视图在图7中示出。背网的厚度以及肋的高度和间隔由电池制造商对隔板制造商说明；规格设计成使电池制造商所需的某些电池特性最大。
已知在”主”肋之间形成“微肋”来增加有更薄背网的隔板网的刚性。通常，微肋比主肋高度低且间隔更靠近。该微肋的高度通常在约0.006英寸和约0.009英寸之间变化。该微肋的间隔在约0.060英寸和约0.250之间变化。
通过使得形成辊隙的两个加热轮压辊中的一个雕刻有凹槽，来自挤压机的挤压物经过辊隙，该肋(大的和微的两者)在微孔聚乙烯隔板制造期间形成，从而肋作为隔板网的整体部分形成。
相对于肋大小和肋间隔，有电池制造商需要的许多不同规格。为满足消费者需要，在制造隔板材料中，肋大小和间隔的几乎每一变化要求隔板制造者中断其生产线来去除供货现有定单中已使用过的雕刻辊并且插入能够制造新定单所要求的肋大小和间隔的不同结构的雕刻辊。中断期间浪费生产时间并且生产线的启动期间产生额外废料。
此外，在聚乙烯类隔板中整体形成的肋与背网一起经过提取过程，因为它比占有相同平面表面积的部分背网有相对大的体积，通常肋比背网保持更多的操作油，由此增加了隔板的总电阻。
在共同拥有的未审美国专利申请No.08/646764(1996年5月8日申请)中公开了一电池隔板，该隔板有纵向尺寸，垂直于所述纵向尺寸的宽度尺寸，上下平面，以及从至少一个平面凸起的多个肋(至少三个)，所述肋以基本平行于隔板纵向尺寸的方向延伸，每个肋由多个单独的凸起凸部形成，凸起凸部形成由交替的脊和沟槽构成的波形结构。肋可从隔板的一个或两个平面延伸。在肋从两个平面延伸的情况下，一个平面上的相邻凸起凸部(脊)由形成隔板另一平面上凸起凸部(脊)的凹槽(沟槽)隔开。在肋从隔板的两个平面延伸的情况下，从一个平面凸起的肋的高度与从另一个平面延伸的肋的高度相等或不同。
在肋高度不超过约0.030英寸的情况下，序列号No.08/646764的专利申请中描述的隔板很好工作时，发现肋高度超过约0.030英寸时肋的抗压阻力变得不令人满意。“抗压阻力”指对作用于肋顶部的压力的阻力。
本发明目的是提供一种具有改进抗压阻力的隔板，该隔板具有多个单独的凸起凸部形成的肋，凸起凸部形成由交替的脊和沟槽构成的波形结构。
发明公开本发明涉及电池隔板，该隔板有纵向尺寸，垂直于所述纵向尺寸的宽度尺寸，上下平面，从至少一个所述平面延伸的多个子微肋肋，以及多个单独的凸起凸部，凸起凸部形成包含至少一些子微肋延伸的交替的脊和沟槽的波形结构。
当结合附图考虑本发明的下面详细描述时，本发明的上述和其它目的、特征和效果将更易理解。
附图简述
图1是本发明隔板材料的上平面的部分透视图。
图2是沿图1的线2-2剖开的隔板横截面的放大部分边界图。
图3是沿图1的线3-3剖开的隔板肋横截面的放大部分边界图。
图4是本发明单个肋的放大部分顶视图。
图5是采用多个凸轮的两个模压辊的正视图。
图6是两个相邻凸轮的侧视图。
图7是现有技术隔板的部分透视图，示出背网和从背网延伸的整体形成的肋。
图8至11是隔板上平面的部分顶视图，示意说明肋结构的几种其它结构。
图12是圆角楔形凸凹齿轮的透视图。
图13是锥形凸凹齿轮的透视图。
图14是半球形凸凹齿轮的透视图。
图15是截角锥形凸凹齿轮的透视图。
最佳实施佳详述图1是本发明隔板10的部分透视图。多个主肋14a-14j从隔板10的上平面12凸起。主肋14位于隔板10的纵向，基本平行于其纵向边缘16、18。
更大的多个基本均匀间隔的“子微肋”15也从隔板10的上平面12凸起。这些肋称为“子微肋”是因为它们比现有技术微肋更短且间隔更靠近。
子微肋15也位于隔板10的纵向，基本平行于其纵向边缘16、18。
通过在一个或多个子微肋15的区域中使隔板10凸起来形成主肋14。为使图清楚起见，在图1示出的主肋14没有表明在此存在子微肋15。子微肋15和主肋14的关系在图2-4中示出。
图2是沿图1的线2-2剖开的隔板横截面的放大部分边界图。主肋14在隔板10的背网20的上平面12上和相邻的子微肋15a上凸起。示出的子微肋15b位于凸肋外表面17、19上(在图4中示出)。
主肋14的横截面的部分边界图在图3中示意表示。如图所见，主肋14的外部是波形结构，分别由交替的脊和沟槽22a、23a，22b、23b，22c、23c，22d、23d等构成。类似地，主肋14的内部是波形结构，分别由交替的脊和沟槽24a、25a，24b、25b，24c、25c，24d、25d等构成。在一个平面上的脊形成另一个平面上的沟槽，反之亦然。例如，主肋14外部表面的脊22a的底侧形成主肋14内部表面的沟槽25a。示出的子微肋15b位于主肋14的外表面17、19上。相邻的子微肋15c以背景表示。
图4是主肋14的部分放大顶视图。正如所见，主肋14的脊22和沟槽23垂直于主肋14的纵向侧壁26、28，因此也垂直于隔板10的纵向布置的边缘16、18。示出的主肋14在包围两个子微肋15d、15e的区域中凸起。在示出两个子微肋15d、15e时，通过适当选择主肋14的宽度、子微肋的间隔或其两者的组合，主肋14能通过单个的子微肋或通过多于两个的子微肋形成。
根据所需肋的宽度，选择脊22、24的长度尺寸，即从主肋14的一个侧壁26到另一个侧壁28的脊22、24的长度。该尺寸通常在约0.020和约0.100英寸之间。
脊的频率，即每单位肋长度的脊数目优选是每英寸约5到约25个脊。
根据所需的主肋14高度来选择背网20各平面12、13上的脊22、24的高度。该尺寸通常在约0.01和约0.10英寸之间。当所需主肋14的高度大于约0.030英寸时，子微肋15特别用于提供改进的抗压阻力。
相邻主肋14之间的距离通常在约0.25到约1.0英寸之间。
隔板的上平面上的子微肋高度通常在约0.003英寸到约0.009英寸之间。选择适当的子微肋15高度取决于主肋14的高度和所需的抗压阻力。
子微肋15通常在隔板的宽度上均匀隔开在约0.025英寸和约0.050英寸之间。
本发明的隔板宽度可以是电池制造商使用的任何宽度，该宽度通常在约2到约12英寸之间，侧边缘16、18相互平行。
隔板10的背网20厚度通常在约0.002到约0.025英寸之间的范围内。
形成本发明肋的波形结构的横截面在图1-4中示意说明，是三角形，因此每个单独的凸起凸部是楔形。每个楔形凸起包含倾斜前壁17、倾斜后壁19和垂直侧壁26、28，最好如图4所见。然而，可使用其它类似的楔形，包括但不限于代替角使楔稍微变圆的圆楔形，或者在形成凸起期间平坦形成楔或通过随后的压制变平的楔这类平楔形。
在使用本发明隔板中得到的效果之一是，因为肋是相邻脊和沟槽形成的波形结构，因为肋接触仅在脊区域中的极板，隔板为电解质的流动和充放电期间释放的气体提供基本无障碍的环境。现有技术中的肋(例如，见图7)是固体，与肋整个上表面区域中的正极板接触，形成电解质和/或气体流动的障碍。
在使用本发明隔板中得到的另一效果是降低或排除肋弯曲和/或变平。在组装电池中，形成电池所需的许多交替的包封(用隔板材料)和未包封极板层叠在一起，压紧并插入电池壳的电池室中。对于通常的肋结构，隔板受到的压力会导致不想要的肋弯曲和/或变平，特别是在更高的“总”尺寸，即肋高度下。本发明的肋结构降低或排除该肋弯曲和/或变平。
使用子微肋来提供更高的主肋高度而不损失抗压阻力，也能制造有更薄背网的隔板，这意味着制造规定平方英尺隔板产品所需材料数量的节约。
子微肋隔板产品另一优点是，与制造生产线上形成的主肋隔板产品相比，在工具变化之间有更长的生产过程。因此，子微肋产品的溶剂提取和干燥比制造期间其上形成主肋的产品更容易和更快。
虽然示意说明具有仅从背网20的一个平面延伸的主肋14的本发明隔板，但本发明试图包括主肋形成在两面上的隔板。
在主肋14从隔板10的两个平面延伸的情况下，背网20的各平面12、13上的肋14高度可以相同，或者一侧上的肋高度大于或小于另一侧上的肋高度。
子微肋15也可从隔板的两个平面延伸并有相同或不同的高度。
此外，主肋14的相邻脊高度不同。
图5和6说明适用于制造本发明隔板的装置。图5是两个模压辊30、32的正视图，其上分别有多个凸轮31a-31g和33a-33g。模压辊30上的每个凸轮31a-31g分别与模压辊32上的凸轮33a-33g对齐。每个凸轮31、33实际上是特定形状的齿轮，分别有由此凸起的多个轮齿，最好见图6。词“凸轮”试图包括位于模压辊或轴(例如通过压配合)，或位于具有加工于其中的多排齿的模压辊上的两个分离齿轮。
模压辊30和/或32由适当驱动装置转动，未示出。最好模压辊30或32中的仅一个由外部驱动装置驱动，而另一个辊由被驱动的模压辊转动。
当隔板材料以图6箭头所示方向通过转动的模压辊30、32之间的辊隙时，对齐凸轮31、33的轮齿相互啮合并将主肋14、15模压成平的隔板材料。
当从两个平面延伸的肋高度相同时，齿32、34的高度相等。当一侧上肋的高度不同于另一侧上肋的高度时，相应地，轮齿32、34的高度也不同。
当希望有从隔板的仅一个表面延伸的肋时，凸轮31或33的一个可能是有如图所示轮齿的“阳”辊，而另一个凸轮是其中有凹槽的“阴”辊，凹槽尺寸对应于从阳辊延伸的轮齿尺寸。
在希望有一肋，而相邻脊在隔板背网的相邻平面上有不同高度的情况下，可通过使用有不同高度轮齿的阴辊作为第一模压辊，由橡胶或其它可变形材料形成的光滑辊作为第二模压辊来实现。
为方便说明起见，示出的轮齿32、33有尖顶来形成图1-4所示产品的尖脊。然而，优选使齿32、33的尖顶和齿的其它尖边缘圆滑，以便使隔板基底的应力断裂最小。这种圆齿132在图12中示出。
另外，代替实际上的楔形齿，使用其它结构的齿来形成主肋凸起。例如，图13表示锥形轮齿232。图14表示半球形轮齿332。图15表示截锥形轮齿432。
本发明肋的形成包括在产生凸起处背网材料的塑性变形。塑性变形指在材料屈服点之上对材料负载，按照定义，屈服点指其经历塑性流动。已知由于微孔消失时油被驱动到表面，从而改善塑性变形区域中的氧化阻抗。
图7是现有技术隔板40的透视图，隔板有从背网46的上平面44延伸的多个肋42。肋42与背网46成一体并且在挤压物的轮压期间形成，如上面背景材料讨论中所述。
虽然已对于在微孔聚乙烯隔板中形成肋来描述了本发明，事实上溢流槽式铅酸电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。这些材料通常是填充或未填充薄膜以及热塑性或热固性的无纺织物。适当的热塑性聚合物包括乙烯、丙烯、丁烯、氯乙烯和苯乙烯的聚合物和共聚物。适当的热固性成分包括酚醛塑料、乙烯/丙烯/二烯烃、异戊二烯、丁二烯、酚醛塑料和类似的热固聚合物。
在此公开的优选实施例中示意说明了具有脊和沟槽的肋，脊和沟槽与隔板的纵向尺寸垂直对齐。然而，脊和沟槽的对齐对隔板的纵向尺寸形成一个角度，该角度对纵向小于180度，优选小于约160度，但大于0度并且最好大于约20度。此外，一些肋的脊和沟槽与隔板纵向尺寸的对齐可以不同于另一些脊和沟槽的对齐。
其它结构的例子在图8-11中示意说明。
图8表示隔板100，主肋114在其脊122、124和对应沟槽相互交替形成角的相邻主肋114a、114b和114c中有凸起。
图9示出隔板200，其中主肋214的脊形成由脊元件222、224构成的人字图形。
图10示出隔板300，主肋314的脊形成由脊元件322、324构成的履带图形。
图11示出隔板400，主肋414的脊形成由脊元件422、424构成的连续正弦(Z字形)图形。脊的连续正弦图形可是圆的(“S”形)，代替图11所示的尖形。
本发明的主要优点是，使电池隔板制造商能连续生产均匀的微孔材料板，而不用中断制造过程来变换雕刻的轮压辊。然后该片材以适当宽度的卷筒供给电池制造商并且电池制造商按照本发明施加主肋。可以设想该肋仅在极板包封操作之前施加。
在上述说明书中采用的术语和表达在此用作说明性词语，而非限制性，并且在使用该术语和表达时无意排除表示和说明特征或部分的等价物，可知本发明的范围仅由下面的权利要求说明和限定。
权利要求
1.一种电池隔板，包括多微孔、耐酸、可凸起材料的背网，所述背网具有纵向侧边缘，垂直于所述纵向侧边缘的宽度尺寸和上下平面；所述隔板具有从所述背网的至少一个平面凸起的多个子微肋，所述子微肋基本平行于所述背网的纵向侧边缘延伸；所述隔板具有多个主肋，每个主肋模压成至少一个所述子微肋，每个所述主肋是由交替的脊和沟槽构成的波形结构，所述脊和沟槽与所述背网的所述纵向侧边缘不平行对准。
2.如权利要求1的电池隔板，其中所述背网是多微孔聚乙烯。
3.如权利要求1的电池隔板，其中所述脊和沟槽基本上垂直于所述背网的纵向边缘。
4.如权利要求3的电池隔板，其中所述脊的频率是每英寸在约5到约25之间。
5.如权利要求1的电池隔板，其中所述脊和沟槽与所述背网的纵向尺寸的角度在约20度到约160度之间。
6.如权利要求5的电池隔板，其中至少一些肋的脊和沟槽与所述背网的纵向尺寸的角度不同于直接相邻肋的脊和沟槽。
7.如权利要求6的电池隔板，其中每隔一个肋构成的第一组肋的脊和沟槽与所述背网的纵向尺寸的角度在约20度到小于约90度之间，以及直接相邻所述第一组肋的肋构成的第二组肋的脊和沟槽与所述背网纵向尺寸的角度在约160度到大于约90度之间。
8.如权利要求1的电池隔板，其中至少一些肋的所述脊和沟槽是人字图形。
9.如权利要求1的电池隔板，其中至少一些肋的所述脊和沟槽是履带图形。
10.如权利要求1的电池隔板，其中至少一些肋的所述脊和沟槽是连续正弦图形。
11.权利要求1的电池隔板，其中所述子微肋在所述隔板的宽度上基本均匀间隔。
12.如权利要求1的电池隔板，其中主肋的宽度和子微肋的间隔使每个所述主肋模压成至少两个相邻的子微肋。
13.如权利要求12的电池隔板，其中每个所述主肋模压成三个相邻的子微肋。
14.如权利要求1的电池隔板，其中所述子微肋在背网上面有约0.003英寸到约0.009英寸之间的高度。
15.如权利要求1的电池隔板，其中所述子微肋在背网上面有约0.003英寸到约0.009英寸之间的高度。
16.权利要求1的电池隔板，其中所述子微肋在所述背网的宽度上基本均匀间隔。
17.权利要求1的电池隔板，其中所述子微肋间隔约0.025英寸到约0.050英寸之间的距离。
18.权利要求1的电池隔板，其中所述背网的厚度在约0.002英寸到约0.008英寸之间。
19.一种制造电池隔板的方法，包括在多微孔、耐酸、可凸起隔板材料的基本平的网上形成多个子微肋，所述子微肋基本平行于所述网的纵向边缘；将所述网模压为多个窄带，每个所述窄带重叠在至少一个子微肋上，通过在所述窄带内的多个模压位置使所述网塑性变形，从而在每个所述窄带中形成从所述网的至少一个平面延伸的波形结构，所述波形结构具有与所述网的所述纵向边缘不平行的交替的脊和沟槽。
20.如权利要求19的方法，其中通过使该网经过位于所述窄带位置的相对凸轮对形成的辊隙来影响所述凸起。
21.如权利要求19的方法，其中所述隔板材料是多微孔聚乙烯。
22.如权利要求19的方法，其中每个所述带重叠在至少两个子微肋上。
23.如权利要求22的方法，其中每个所述带重叠在三个子微肋上。
全文摘要
一种用于溢流槽式铅酸电池的电池隔板(10),包括:多微孔、耐酸、可凸起材料的背网,具有从背网的至少一个平面(12)延伸的多个主肋(14)和子微肋。该主肋(14)位于背网的宽度上并在基本平行于背网纵向边缘(16、18)的方向上延伸,每个主肋(14)重叠在至少一个子微肋(15)上并且是交替的脊和沟槽(22,23)构成的凸起波形结构。脊和沟槽(22,23)不平行对准隔板的纵向尺寸,并且优选垂直于此。通过使背网经过一对相对的模压辊形成的辊隙并且在至少一个子微肋(15)的区域中模压背网,主肋形成在电池隔板(10)背网上,背网具有从其至少一个平面(12)延伸的多个子微肋。
文档编号H01M2/18GK1261465SQ98806120
公开日2000年7月26日 申请日期1998年4月3日 优先权日1997年4月11日
发明者J·杨, F·E·亚历山大, D·E·维尔茨 申请人:阿姆特克研究国际有限公司