三區(qū)電池隔板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電池、電池隔板及其相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池一般被用作能源。通常，電池包括負(fù)電極和正電極。負(fù)電極和正電極經(jīng)常被 設(shè)置在電解介質(zhì)中。在電池放電期間，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中活性正電極材料被氧化并且活性 負(fù)電極材料被還原。在反應(yīng)期間，電子從正電極流過負(fù)載流向負(fù)電極，并且電解介質(zhì)中的離 子在電極之間流動。為了防止活性正電極材料和活性負(fù)電極材料的直接反應(yīng)，通過隔板將 電極互相機械隔離和電氣隔離。
[0003] 一種類型的電池為鉛酸電池。在鉛酸電池中，鉛通常為活性正電極材料，并且二氧 化鉛通常為活性負(fù)電極材料（在鉛酸電池中，電極經(jīng)常被稱為"（極）板（plate)")。一般 地，鉛酸電池還含硫酸，硫酸被用作電解質(zhì)并且參加化學(xué)反應(yīng)。
[0004] 由玻璃纖維構(gòu)成的拉（mat)可W用作隔板。玻璃拉隔板在電解質(zhì)填充中具有關(guān)鍵 作用。運種材料的物理特性的任何變化都可能極大地改變所填充和所形成的電池的質(zhì)量。 隔板結(jié)構(gòu)、壓縮度W及纖維組成對未填充元件能夠多好地接受電解質(zhì)具有顯著影響。雖然 高水平的壓縮對延長壽命是期望的，但是運可能使得填充和形成過程更加困難。當(dāng)隔板被 壓縮時，孔徑減小，同時更加限制了對隔板中的空隙或空體積的進入。運將使得填充過程更 加困難。
[00化]當(dāng)向電池添加電解質(zhì)時，理想的情況是，所有的區(qū)域盡可能被相同量和相同濃度 的酸潤濕，使得當(dāng)填充過程完成時在整個極板堆疊體存在電解質(zhì)的完美地均勻的分布。在 實踐中，運種理想的情況是難W實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的，運是因為對于電解質(zhì)在隔板與極板 表面之間存在動態(tài)競爭。當(dāng)電解質(zhì)滲入極板堆疊體時，電解質(zhì)被隔板阻礙（毛細(xì)作用力傾 向于相當(dāng)強地保持電解質(zhì)），并且同時電解質(zhì)通過硫酸與極板的放熱反應(yīng)（簡單的化學(xué)反 應(yīng)化O+H2SO4=〉PbS〇4+H2〇)而被耗盡。隨著液體從前面更深地滲入堆疊時，由于與鉛氧 化物的放熱反應(yīng)，液體變得更稀并且還變得更熱?？赡艿耐{之一是過放電化y化ation shorts)/枝晶的形成。因為酸與鉛氧化物反應(yīng)，所W硫酸電解質(zhì)逐步變得更稀。硫酸鉛在 具有低的酸強度和接近中性抑的熱電解質(zhì)中是相對易溶的，并且溶解的硫酸鉛將擴散到 隔板中。運將促進過放電和/或鉛枝晶的形成。由于形成穿過隔板結(jié)構(gòu)鉛枝晶，在形成期 間可能發(fā)生并且檢測到短路，或者更敏感的是在使用中電池將過早地失效。如果填充過程 不足或者不完全，則在填充之后個別單元還可能具有"干的區(qū)域"。運些不夠濕的區(qū)域可能 不包括酸或水（完全干）、包括稀酸或僅包括水。在形成期間或形成之后運些干燥的區(qū)域?qū)?逐漸變濕，但是可能導(dǎo)致顯著的板柵腐蝕，運是因為未形成的活性材料迫使所有的電流僅 流經(jīng)板柵。不幸地是，改善電池性能和/或壽命的設(shè)計或材料改變還往往使得合適的填充 更加困難。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 需要一種改善酸填充并因此改善電池性能和循環(huán)壽命的電池隔板。由設(shè)置在兩個 細(xì)纖維區(qū)之間的指定厚度的粗纖維區(qū)構(gòu)成的電池隔板通過增強酸朝內(nèi)部區(qū)域的擴散可W 改善酸填充和極板成型。由于運種隔板的經(jīng)改善的潤濕性，在某些實施方案中，硫酸的密度 或濃度在整個隔板的主體處保持在大約恒定的水平。因此，可獲得均勻量和均勻濃度的酸 用于與極板中的活性材料反應(yīng)，由此得到均質(zhì)的極板成型和均勻的活性材料利用率。運可 W得到提高的循環(huán)壽命和降低的電池缺陷率。
[0007] 在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及一種電池隔板。所述電池隔板包括：粗纖維區(qū)、第一細(xì) 纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)，其中粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的纖維；其中第一細(xì) 纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑小于或等于2ym的玻璃纖維； 條件是粗纖維區(qū)的纖維的平均直徑大于第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)的纖維 的平均直徑；其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間；并且其中粗纖維區(qū) 的厚度構(gòu)成全部纖維區(qū)厚度的1%至49%。
[000引在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及一種電池隔板。所述電池隔板包括：粗纖維區(qū)、第一細(xì) 纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)；其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間，其中所 述隔板通過本文所描述的方法制造。
[0009] 在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及一種鉛酸電池。所述鉛酸電池包括負(fù)極板、正極板和設(shè) 置在負(fù)極板與正極板之間的電池隔板，其中所述電池隔板包括：粗纖維區(qū)、第一細(xì)纖維區(qū)和 第二細(xì)纖維區(qū)；其中粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的纖維；其中第一細(xì)纖維區(qū)和 第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑小于或等于2ym的玻璃纖維；條件是粗 纖維區(qū)的纖維的平均直徑大于第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)的纖維的平均直 徑；其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間；并且其中粗纖維區(qū)的厚度構(gòu) 成全部纖維區(qū)厚度的1%至49%。
[0010] 在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及一種鉛酸電池。所述鉛酸電池包括負(fù)極板、正極板W及 設(shè)置在負(fù)極板與正極板之間的電池隔板，其中所述電池隔板包括粗纖維區(qū)、第一細(xì)纖維區(qū) 和第二細(xì)纖維區(qū)，其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間；其中所述隔板 通過本文所描述的方法制造。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出了根據(jù)粗纖維區(qū)的厚度相對于全部纖維區(qū)厚度，擴散速度是如何變化 的。
[0012] 圖2示出了根據(jù)粗纖維區(qū)的厚度相對于全部纖維區(qū)厚度，隔板的壓縮率和擴散速 度是如何變化的。
[0013] 圖3示出了根據(jù)粗纖維區(qū)的厚度相對于全部纖維區(qū)厚度，隔板的壓縮率是如何變 化的。
[0014] 圖4A至圖4B示出了3區(qū)隔板的一個實施方案的圖示和示意圖。
[0015]圖5示出了伴隨實施例2中所述的步驟使用的擴散速度測試裝置。
[0016] 圖6A至圖抓示出了隔板的示例性實施方案。
[0017] 圖7示出了在多相造紙工藝中形成的隔板的兩個相鄰的區(qū)的示例性密度分布。
【具體實施方式】 引定義
[0019] 如本文中所使用的，"全部纖維區(qū)厚度"指的是兩個細(xì)纖維區(qū)和粗纖維區(qū)的厚度總 和。
[0020] 如本文中所使用的，區(qū)的"厚度"指的是垂直于所述區(qū)的平面從所述區(qū)的一端至所 述區(qū)的相反端所測量的距離。
[0021] 如本文中所使用的，區(qū)的"端"指的是：(a)在細(xì)纖維區(qū)的端不與粗纖維區(qū)相鄰的 情況下，所述端為細(xì)纖維區(qū)的外表面，其還可W是所述隔板的外表面；化）在粗纖維區(qū)層壓 至細(xì)纖維區(qū)的情況下，所述端為層壓點處區(qū)的表面；（C)在一個纖維區(qū)過渡成另一纖維區(qū) 的情況下，例如多相形成的結(jié)果，所述端為如本文所限定的過渡區(qū)域的中點。
[0022] 當(dāng)一個值被稱為在兩個端點"之間"或者"從"一個端點至另一端點時，該值旨在包 括所述端點。例如，"在2與20之間"或者"2至20"的值包括2和20兩者W及其間的值。
[0023] 組成
[0024] 粗纖維區(qū)和細(xì)纖維區(qū)一一般情況
[00巧]在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及電池隔板。所述電池隔板包括：粗纖維區(qū)、第一細(xì)纖維 區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)，其中粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的纖維；其中第一細(xì)纖維 區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑小于或等于2ym的玻璃纖維；條件 是粗纖維區(qū)的纖維的平均直徑大于第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)的纖維的平 均直徑；其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間；W及其中粗纖維區(qū)的厚 度構(gòu)成全部纖維區(qū)厚度的1%至49%。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或 等于2ym的玻璃纖維。在此處W及貫穿全文，纖維的平均直徑可W通過本領(lǐng)域的已知技術(shù) 測量，例如，掃描電子顯微鏡。
[0026] 在一個方面中，本發(fā)明設(shè)及電池隔板。所述電池隔板基本由W下部分構(gòu)成：粗纖維 區(qū)、第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)，其中粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的纖維； 其中第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑小于或等于2ym的 玻璃纖維；條件是粗纖維區(qū)的纖維的平均直徑大于第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個 區(qū)的纖維的平均直徑；其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間；W及其中 粗纖維區(qū)的厚度構(gòu)成全部纖維區(qū)厚度的1%至49%。
[0027] 在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約2ym至約50ym的纖維。在一些 實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約2ym至約20ym的纖維。在一些實施方案中，粗 纖維區(qū)包括平均直徑為約3ym至約20ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均 直徑為約3ym至約18ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約3ym 至約15ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約5ym至約15ym的纖 維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約7ym至約15ym的纖維。在一些實施 方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約3ym至約12ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維 區(qū)包括平均直徑為約5ym至約12ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑 為約7ym至約12ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約5ym至約 IOym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約7ym至約9ym的纖維。在 一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的纖維。在一些實施方案中，粗 纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于3ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑 大于或等于5ym的纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于7ym的 纖維。 陽02引在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約2ym至約50ym的玻璃纖維。在 一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約2ym至約20ym的玻璃纖維。在一些實施方 案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約3ym至約20ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖 維區(qū)包括平均直徑為約3ym至約18ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平 均直徑為約5ym至約15ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約 7ym至約15ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約3ym至約 12ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約5ym至約12ym的玻 璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約7ym至約12ym的玻璃纖維。在 一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約5ym至約10ym的玻璃纖維。在一些實施方 案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑為約7ym至約9ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維 區(qū)包括平均直徑大于或等于2ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑 大于或等于3ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于5ym 的玻璃纖維。在一些實施方案中，粗纖維區(qū)包括平均直徑大于或等于7ym的玻璃纖維。
[0029]第一細(xì)纖維區(qū)中的玻璃纖維的平均直徑可W與第二細(xì)纖維區(qū)中的玻璃纖維的平 均直徑相同或不同，條件是各個平均直徑在指定的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維 區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 1ym至約2ym的玻璃纖維。 在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約 0. 4ym至約1.8ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的 每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 6ym至約1. 6ym的玻璃纖維。在一些實施方案中， 第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 8ym至約1. 6ym 的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括 平均直徑為約LOym至約1.6ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二 細(xì)纖維區(qū)中的每個均區(qū)獨立地包括平均直徑為約1. 2ym至約1. 6ym的玻璃纖維。在一些 實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 4ym 至約1. 6ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均 獨立地包括平均直徑為約0. 4ym至約1. 4ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖 維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 4ym至約1. 2ym的玻璃纖 維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑 為約0. 4ym至約1. 0ym的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中 的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約0. 4ym至約0. 8ym的玻璃纖維。在一些實施方案中， 第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括平均直徑為約1. 0ym至約1. 4ym 的玻璃纖維。在一些實施方案中，第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)中的每個區(qū)均獨立地包括 平均直徑小于或等于1.