專利名稱：用于蓄電池的電池隔板的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于蓄電池的電池隔板、其制備方法、包套隔板、和制備包套隔板的方法。
背景技術：
目前，在鉛酸(或蓄)電池中使用的隔板為微孔膜片材，其可防止極性相反的相鄰電極板之間短路并防止板材脫落，但由于具有多孔結構的原因，它們可允許離子電流在電解質中的流動。這種隔板是已知的，例如，可參見US-A-3 351 495、US-A-4 927 722、US_A_5 776 630和WO 01/13442，上述每個的內容以引用的方式并入本文。制造這些隔板的典型聚合物包括聚烯烴，如高分子量聚乙烯(例如，超高分子量聚乙烯，UHMWPE)。這種隔板通常在至少一側上設有縱向肋條，所述縱向肋條旨在防止片材與正電極板的直接接觸，并保持相反電極之間的間距。這些肋也使隔板在縱向上具有一定的剛性。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，這種類型的縱向肋條也可以由許多壓制凸紋(stamped embossments)構成，這些壓制凸紋形成凸脊和溝槽交替的肋條結構。隔板的制造方式通常是，將熱塑性塑料擠出成膜，然后，將所述膜軋制成具有指定肋條的片材，此后，提取出造孔劑(如礦物油)，并將這樣形成的片材卷成卷。以后，將此片材從卷中拉出來，并切割成所需寬度的帶。將這些帶切割成所需的長度，然后，折疊覆蓋正電極板或負電極板，以形成包套，該包套的兩個邊緣區可以通過例如熱封、壓焊、或其它本身已知的方法接合。然后，將電極板組裝成組，以用于蓄電池，隔板包套中的板與沒有包套的相反極性的板相交替。一般來說，只將一種極性的電極板放置在包套隔板中；然而，在特殊情況下，可以將兩種極性的電極板都放置在包套隔板中。現在，將組內的電極板對齊，然后，將它們接合在一起。電極板的對齊可能會導致單個電極板或多或少地被推入包套隔板的一個或另一個邊緣區。因為制造工藝的原因，獲得的電極板通常帶有尖頭或鋒利的邊緣， 這種位移可導致電極板的尖端或邊緣刺穿隔板材料，繼而可導致與相鄰電極的短路。當使用的電極板由例如延展金屬或沖壓金屬的格柵構成且實際活性物質納入在格柵當中時，尤其如此，例如，在EP-A-O 994 518中所述。在這種情況下，可能會出現不是正好在節點處切斷延展材料的情況，從而使個別柵絲從電極板中突出出來，在電極板對齊時，略微彎曲并刺穿隔板片材。為了避免或至少減少被電極板的尖端、邊緣、或柵絲穿刺的危險，已經提出將邊緣區設計成將多個平行的凹槽散置在多個形狀類似的小“微肋”中(ΕΡ-Α-0 899 801、JP 2000-182593、US-A-6 410 183，每個均以引用的方式并入本文)，并且，將溝槽之間的肋條設計得較寬且具有平坦的上表面(W0 00/63983，以引用的方式并入本文)。然而，已經發現，在不利的情況下，個別包套隔板在電極板對齊過程中仍有可能被刺穿，從而存在相關的短路危險。還已經提出，將微肋設計成從片材的平面突出的三角形式，該三角形的基部在片材上，該三角形的一邊朝向內部區域，另一邊朝向邊緣，朝向內部區域的一邊比朝向邊緣的那邊要長。然而，已經發現，在現有技術的隔板中，具有微肋構造的隔板在邊緣區仍然會發生穿刺。
發明內容
根據至少選定的實施方案，由熱塑性片材制造用于鉛酸(蓄)電池的電池隔板。所述片材具有側部有邊緣區的中心區。中心區包括多個與片材整體形成的縱向延伸的肋。邊緣區優選沒有肋條，并且可以包括致密的結構。還公開了制備前述隔板的方法、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，本發明的至少一個實施方案的至少一個目的是提供用于蓄電池的改進型電池隔板，從而進一步減少電極板刺穿隔板片材的危險，并提供制備這種隔板的有效方法。本發明的至少一個實施方案的進一步目的是提供用于蓄電池電極板的改進型包套隔板及其制備方法。本發明的至少一個實施方案的又一目的是提供改進型電池隔板、制備這種隔板的改進方法、或使用這種隔板的改進方法。
結合顯示本發明選定示例性實施方案的附圖，考慮以下對本發明的描述，可以更好地理解本發明。圖1是根據本發明至少一個實施方案制造的電池隔板的平面圖。圖2是圖1中所示隔板沿截線2-2的截面圖。圖3是圖1中所示隔板的制備過程的示意圖。圖4是圖3中所示且沿截線4-4截取的壓延步驟的截面圖。圖5是“通用剖面”的透視圖。圖6是“專門剖面”的透視圖。圖7是包套隔板制備過程的示意圖。圖8是包套隔板的至少一個實施方案的平面圖。圖9是本發明至少一個實施方案的片材的平面圖，其中，片材的側邊被折起。圖10是圖9中所示材料的制備過程的示意圖。發明詳述根據本發明的至少一個實施方案，并且如圖1和2中所示，用于蓄電池的電池隔板 10，尤其是由片材52制成的所述隔板，基于熱塑性聚合物，據此，所述電池隔板具有縱向方向12和寬度方向14，并且，具有中心區16和在寬度方向上的其側邊緣沿縱向延伸的邊緣區 18。電池隔板10具有縱向主肋20，所述縱向主肋20沿縱向延伸，并且在片材52的至少一側上與片材52 (或襯片或襯網)整體形成，主肋20彼此有間距22，其中，至少電池隔板的片材52在其中心區16具有微孔結構，所述微孔結構具有平均孔隙度，且其中邊緣區18基本上沒有主肋20。在優選的實施方案中，根據本發明至少選定的實施方案的電池隔板10的邊緣區 18具有致密的結構24，所述致密結構M的孔隙度低于中心區16中的微孔結構的孔隙度。 在邊緣區18中的特別優選的致密結構M具有的平均孔隙度比片材52的中心區16的平均孔隙度低至少10體積％。
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已經證實，對于具有基本上沒有主肋20的邊緣區18的這種電池隔板10來說，可以有效地減少片材52被任何電極材料的刺穿。據假設，這是基于這樣的事實，在本發明的隔板10的邊緣區18，基本上沒有電極板邊緣或制成電極的延展金屬柵的鋒利柵絲的鉤尖 (catch point)，而后者仍然是在邊緣區域具有微肋構造的隔板的情況。此外，致密結構M 以及邊緣區18中減小的孔隙度導致了耐穿刺性的提高。在本發明的框架體系內，基本上沒有肋20是指，在根據本發明的隔板10的邊緣區18中沒有像隔板10的中心區16中的主肋 20 一樣的肋20，后者具有的高度通常高于約0. 3mm至約2. Omm的肋20之間的片材，并且在根據本發明的隔板10的邊緣區18中，沒有像現有技術中所述隔板那樣的微肋模式。然而， 構成本發明的邊緣區18的實施方案的表面顯示有高度低于0. 05mm的獨特表面突起。根據至少選定的實施方案，本發明還涉及制備這種電池隔板10的方法50(圖3)， 在至少一個實施方案中，所述方法包括以下步驟a)提供片材52，其由熱塑性聚合物制成，并具有縱向方向12和寬度方向、以及平行于縱向方向的側邊緣，所述片材52具有沿縱向延伸并且在片材52的至少一側上與片材 52整體地形成的縱向主肋20，據此，主肋20彼此具有間距22，且據此片材52具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度，b)沿縱向方向12將片材52送入壓縮裝置54，以及c)通過在邊緣區18中但不在邊緣區18之間的中心區16中沿每個側邊緣均勻地施加壓縮力來壓縮片材52，從而在邊緣區18中得到片材52的表面，其基本上沒有肋20。參考圖4，在壓延處理步驟56中，在壓輥58、60之間可以進行邊緣區18中的片材 52的壓縮。優選的是，在本發明的方法中，通過壓縮邊緣區18中的片材52，使邊緣區18中的結構致密化，與邊緣區18之間的中心區16中的未壓縮的片材52的微孔結構的平均孔隙度相比，孔隙度有所降低。如果進行壓縮，使得在邊緣區18中，致密結構M具有的平均孔隙度比片材52的中心區16中的平均孔隙度低至少10體積％，則這樣是特別優選的。通常情況下，片材52的中心區16中的主肋20的間距22(圖1)在約5mm至12mm 之間不等。在優選的實施方案中，本發明電池隔板10的每個邊緣區18或根據本發明方法得到的邊緣區18的寬度比相鄰主肋20之間的平均間距大到至少1. 5倍。優選的是，在本發明至少一個實施方案的框架體系內使用的片材52在主肋20之間具有約0. 05至0. 35mm的厚度64(圖2)。由于壓縮，片材52在邊緣區18中的厚度可略薄或者是類似的，這取決于(除了其它方面)通過壓縮被消除(壓扁)的肋20的量。對于片材52沿縱向延伸的主肋20的模式沒有限制。片材52也可以具有橫肋(未顯示)，例如，像在US-A-5 776 630(與主肋20同側)或在美國專利申請61/253，096(在片52背側)中所公開的那樣，上述每個的公開內容均以引用的方式并入本文。除了主肋20 外，由本發明方法的步驟a)得到的片材52可以在沿其側邊緣18的區域中具有微肋。然而，在至少選定的實施方案中，優選在方法步驟a)中得到片材52，該步驟中的主肋20全都具有相同的截面，彼此等間距，在片材52的整個寬度14上分布(圖幻。在步驟c)中，在邊緣區18，主肋20被片材52的壓縮消除，據此在邊緣區18中形成于是基本上沒有肋20的平整表面(圖1和幻。然而，有可能發生的情況是，在壓縮步驟c)期間，最初存在于邊緣區18中的肋20沒有被完全消除，而在邊緣區18中留有小的表面突起。然而， 如上所述，邊緣區18的實施方案構成本發明，被認為是基本上沒有肋20，其表面顯示有高度低于0. 05mm的獨特表面突起。因此，在中心區16中的主肋20全都具有相同截面的電池隔板10是優選的，據此特別優選的是，主肋20彼此具有等間距22。片材70(圖幻具有這樣的剖面，縱向主肋20全都具有相同截面，在片材70的整個寬度方向14上分布，且彼此等間距，也被稱為“通用剖面”，從制備方法的經濟性觀點來看優于片材80 (圖6)，后者在它們的中心區82具有縱向主肋20，在它們的邊緣區84具有微肋86，也被稱為“專門剖面”。因為在邊緣區84中具有微肋86，不得不根據客戶的要求以特定的寬度擠出專門剖面并進行制造。這就要頻繁地變動制備方法。相比之下，可以有效地將通用剖面70制成較大的寬度，可以由通用剖面70的寬片切割出客戶指定寬度的片材。然而，已經證實，由通用剖面70制備用于蓄電池電極板的包套電池隔板是困難的，這是因為，包套隔板的側邊緣的密封在制備過程中造成了很大問題。特別是，采用通過在一對具有輪齒的反向壓輥(例如US-A-4 407 063中所述，其以引用的方式并入本文)之間將邊緣彼此壓縮的機械密封時，邊緣區84中的縱向主肋20導致側邊緣的變形以及包套側面區域中的肋條脫離。根據本發明至少選定的實施方案，已經在邊緣區18中沿每個側邊緣被壓縮(通過在這些邊緣區18中均勻地施加壓縮力，使表面中的這些區域基本上沒有肋 20)的片材52可產生具有直密封的側邊緣且沒有肋條脫離的包套隔板。因此來說，此外，本發明的至少某些實施方案涉及制備用于蓄電池電極板的包套隔板的方法90 (圖7)，包括以下步驟a)提供片材52，其由熱塑性聚合物制成，并具有縱向方向12和寬度方向、以及平行于縱向方向的側邊緣，所述片材52具有沿縱向方向延伸并且在片材52的至少一側上與片材52整體形成的縱向主肋20，據此主肋20彼此具有間距22，且據此片材52具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度，b)沿縱向方向將片材52送入92壓縮裝置，c)通過在邊緣區18中沿每個側邊緣但不在邊緣區18之間的中心區16中均勻地施加壓縮力來壓縮94片材，從而在邊緣區18中得到片材52的表面，其基本上沒有肋20，d)沿垂直于片材52的縱向延伸的線切出96經過如此處理的片材的矩形部分，e)沿片段的與主肋20呈直角的中心線(未顯示)將矩形部分自身折疊98，從而形成矩形部分等尺寸疊置的兩半，以及f)接合并密封100重疊的側邊緣。根據本發明實施方法90，可以用于制備包套隔板，使得例如可以將壓縮94邊緣區之后的片材卷到卷兒上(未顯示)作為中間產品，以后可將其送入包套機以切割96、折疊 98和修整100包套。然而，優選將方法步驟整合在單一過程中。此外，本發明至少選定的實施方案涉及用于蓄電池電極板的包套隔板110(圖8)， 所述包套隔板110具有封閉的底部112、左側邊緣114及右側邊緣116和敞開的上端118， 包套隔板110包括由基于熱塑性聚合物的片材52制成的電池隔板，據此電池隔板具有縱向方向、中心區16和兩個在其側邊緣沿縱向延伸的邊緣區18，并且具有在片材52的至少一側上與片材52整體形成的沿縱向延伸且彼此具有間距22的縱向主肋20，其中，中心區16中的片材52具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度，其中，將電池隔板沿垂直于縱向主肋 20的線120自身折疊，從而形成包套隔板110的封閉底部112，其中，接合重疊的電池隔板側邊緣并密封100，從而形成包套隔板110的封閉側邊緣114、116，且其中在縱向主肋20與接合的邊緣100之間的邊緣區18中基本上沒有肋20。有若干種方法可密封100包套隔板110的側邊緣114、116，像通過粘合劑密封、熱封，如超聲波密封或機械密封。對于本發明的包套隔板110以及在其制備方法中，優選通過在充當密封輪的一對反向壓輥之間將邊緣114、116彼此壓縮來機械密封重疊的側邊緣 114、116。為了確保有效地將邊緣彼此壓縮，壓輥優選具有輪齒，例如US-A-4 407063中所述，其以引用的方式并入本文。在本發明優選的實施方案中，在電池隔板或包套隔板120(圖9)的邊緣區18，將電池隔板或片材52沿平行于側邊緣的折線122自身折疊。可以折向電池隔板或片材52的任一邊，并且對于包套隔板120來說，可以向內或向外進行折疊。通過在邊緣區18中進行折疊，形成了厚度兩倍于未折疊材料的疊合區124，這就進一步減少了這些區域與電極板的邊緣或柵絲接觸的穿孔危險，即進一步提高了抗穿刺性。在制備本發明電池隔板的方法50和在制備本發明包套隔板120的方法130(圖 10)中，折疊132可以在壓縮步驟94，c)之后進行，優選壓縮之后立即進行。為了改進折疊， 在根據本發明方法的優選實施方案中，沿平行于側邊緣的折線122刻劃每個邊緣區18中的片材52 (未顯示)，然后，沿每條折線進行自身折疊。可以通過本領域中已知用來折疊片狀材料的方法以連續的過程進行折疊132。然而，優選使用漸彎的曲面，即犁鏵型折疊器，如US-A-2M0 844中所述的那些，其內容以引用的方式并入本文，或者分別使用導桿和折葉片(crease blade)，如ΕΡ_Α_0 721 908中公開的那些，其內容以引用的方式并入本文。可以至少在寬度方向14上拉伸片材52。在之后于邊緣區中對電池隔板或片材進行自身折疊的情況下，為了抵消由折疊導致的寬度減少，在寬度方向上進行拉伸是特別有利的。此外，通過拉伸，片材的微孔結構沿寬度方向定向。拉伸可以完成到例如1.05到1.2 倍。除了其它方面，拉伸材料還具有增大隔板體的孔隙度的效果，這繼而會降低隔板的離子電阻，最終降低電池的電阻。原則上，所有耐酸熱塑性聚合物均適用于根據本發明的隔板的片材。優選的熱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)是特別優選的。片材的制造中還可以添加無機填料，如無定形硅酸，這種類型的片材的組成和制造是現有技術中已知的。代表性配方可見于美國專利3，351，495,5, 230，843 和7，445，735，每個均以引用的方式并入本文。由熱塑性片材制造用于鉛酸(蓄)電池的電池隔板。所述片材具有側部有邊緣區的中心區。中心區包括多個與片材整體形成的縱向延伸的肋。邊緣區沒有肋條，并且可以包括致密的結構。還公開了制備前述隔板的方法、由所述片材制成的包套隔板、以及該包套隔板的制造方法。本發明可以在不偏離其實質和基本屬性的情況下以其它形式具體實施，因此，應參考所附權利要求書而不是前述說明書來確定本發明的保護范圍。例如，改進型電池可以包括多個本發明的電池隔板或包套隔板。
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權利要求
1.一種用于蓄電池的電池隔板，所述隔板由基于熱塑性聚合物的片材制成，據此所述電池隔板具有縱向方向和寬度方向，且具有中心區和在所述寬度方向上的其側邊緣沿所述縱向方向延伸的邊緣區，據此所述電池隔板具有縱向主肋，所述縱向主肋沿所述縱向方向延伸，并且在所述片材的至少一側上與所述片材整體地形成，所述主肋彼此有間距，其中， 所述電池隔板在其中心區具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度；所述邊緣區基本上沒有肋。
2.根據權利要求1所述的電池隔板，其中，所述邊緣區具有致密的結構，所述致密結構的孔隙度低于所述中心區中所述微孔結構的孔隙度。
3.根據權利要求2所述的電池隔板，其中，所述邊緣區中的平均孔隙度比所述中心區中的平均孔隙度低至少10體積％。
4.根據權利要求1所述的電池隔板，其中，具有以下中的至少一種特征每個邊緣區的寬度比相鄰主肋之間的平均間距至少大到1. 5倍；在所述中心區，所述主肋之間的片材具有0. 05至0. 35mm的厚度；以及在所述邊緣區，所述片材沿平行于所述片材的側邊緣的折線自身折疊。
5.一種電池隔板的制備方法，所述方法包括以下步驟a)提供片材，所述片材由熱塑性聚合物制成，并具有縱向方向和寬度方向、以及平行于所述縱向方向的側邊緣，所述片材具有沿所述縱向方向延伸并且在所述片材的至少一側上與所述片材整體地形成的縱向主肋，據此所述主肋彼此具有間距，且據此所述片材具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度，b)沿縱向方向將所述片材送入壓縮裝置，以及c)通過在邊緣區中沿每個側邊緣但不在所述邊緣區之間的中心區中均勻地施加壓縮力來壓縮所述片材，從而在所述邊緣區中得到所述片材的基本上沒有肋的表面。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，具有以下中的至少一種特征在所述邊緣區中壓縮所述片材之后，在所述邊緣區中沿平行于其側邊緣的折線將所述片材自身折疊；以及在所述邊緣區中壓縮所述片材后，沿平行于所述側邊緣的折線刻劃每個邊緣區中的所述片材，然后沿每條折線進行自身折疊。
7.一種用于蓄電池電極板的包套電池隔板的制備方法，所述方法包括以下步驟a)提供片材，所述片材由熱塑性聚合物制成，并具有縱向方向和寬度方向、以及平行于所述縱向方向的側邊緣，所述片材具有沿所述縱向方向延伸并且在所述片材的至少一側上與所述片材整體地形成的縱向主肋，據此所述主肋彼此具有間距，且據此所述片材具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度，b)沿縱向方向將所述片材送入壓縮裝置，c)通過在邊緣區中沿每個側邊緣但不在所述邊緣區之間的中心區中均勻地施加壓縮力來壓縮所述片材，從而在所述邊緣區中得到所述片材的基本上沒有肋的表面，d)沿垂直于所述片材的縱向延伸的線切出經過如此處理的片材的矩形部分，e)沿垂直于所述主肋的片段的中心線將所述矩形部分自身折疊，從而形成所述矩形部分的等尺寸疊置的兩半，以及f)接合并密封重疊的側邊緣。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，具有以下中的至少一種特征在步驟c)中，將所述邊緣區中的結構致密化，使得與所述邊緣區之間的中心區中的微孔結構的孔隙度相比， 孔隙度有所降低；通過在充當密封輪的一對反向壓輥之間將所述邊緣彼此壓縮來機械地密封重疊的側邊緣；在步驟c)中壓縮所述邊緣區中的所述片材之后，在所述邊緣區中沿平行于所述片材的側邊緣的折線將所述片材自身折疊；以及，在所述邊緣區中壓縮所述片材之后，沿平行于所述側邊緣的折線刻劃每個邊緣區中的所述片材，然后沿每條折線進行自身折疊。
9.一種用于蓄電池電極板的包套隔板，所述包套隔板具有封閉的底部、左側邊緣及右側邊緣和敞開的上端，所述包套隔板包括由基于熱塑性聚合物的片材制成的電池隔板，據此所述電池隔板具有縱向方向、中心區、和在其側邊緣沿所述縱向方向延伸的兩個邊緣區， 并且具有在所述片材的至少一側上與所述片材整體形成的沿所述縱向方向延伸且彼此具有間距的縱向主肋，其中，所述電池隔板在其中心區具有微孔結構，所述微孔結構具有孔隙度；所述電池隔板沿垂直于所述縱向主肋的線自身折疊，從而形成所述包套隔板的封閉底部；電池隔板的重疊的側邊緣被接合在一起并實施密封，從而形成所述包套隔板的封閉側邊緣；在所述縱向主肋與接合的邊緣之間的所述邊緣區中基本上沒有肋。
10.根據權利要求9所述的包套隔板，其中，所述邊緣區具有致密的結構，所述致密結構的孔隙度低于所述中心區中所述微孔結構的孔隙度。
11.根據權利要求9所述的包套隔板，其中，通過將所述邊緣彼此壓縮來機械地密封所述重疊的側邊緣。
12.根據權利要求9所述的包套隔板，其中，所述電池隔板在所述邊緣區中沿平行于所述電池隔板的側邊緣的折線自身折疊。
全文摘要
用于鉛酸(蓄)電池的電池隔板由熱塑性片材制成。所述片材具有側部有邊緣區的中心區。中心區包括多個與片材整體形成的縱向延伸的肋。邊緣區沒有肋條，并且可以包括致密的結構。還公開了制備前述隔板的方法、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。
文檔編號H01M2/16GK102369618SQ201080019394
公開日2012年3月7日 申請日期2010年4月29日 優先權日2009年4月30日
發明者J·凱文·威爾, 丹尼爾·德萊葉, 埃里克·H·米勒, 塞爾瓦托雷·卡迪洛 申請人:達拉米克有限責任公司