专利名称：用于铅酸蓄电池的隔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于富液式(flooded)或湿电池铅酸电化学蓄电池的隔板(separator)。
背景技术：
典型的富液式铅酸蓄电池包括由多孔隔板分隔开并浸入电解质中的正极板和负极板。正极和负极活性材料被制成糊状物，其分别涂布在正和负电极栅上，形成正极板和负极板。主要由铅构成的电极栅通常与锑、钙或锡形成合金以改进其机械特性。锑一般是用于深放电蓄电池的优选合金化材料。正和负活性材料糊状物一般包括氧化铅(PbO或铅(II)氧化物)。电解质通常包括水性酸溶液，最普遍的是硫酸(H2SO4)tj —旦组装蓄电池，则该蓄电池经受形成步骤，其中将电荷施加到蓄电池，以便使正极板的氧化铅转化为二氧
化铅(PbO2或铅(IV)氧化物)并且负极板的氧化铅转化为铅(Pb)。在形成步骤之后，可在操作中将蓄电池重复放电和充电。在蓄电池放电期间，正和负活性材料与电解质的硫酸反应，以形成硫酸铅(II) (PbSO4)。通过硫酸与正和负活性材料的反应，电解质的部分硫酸被消耗。然而，在正常条件下，当蓄电池充电时硫酸回到电解质。正和负活性材料与电解质的硫酸在放电期间的反应可以通过下式表示。负极处的反应
Pb(s) + SO42Taq) ^ PbSO4(S)十 2e'正极处的反应
PbO2(S) + S042-(aq) + 4H+ + 2e— ^ PbSO4(S) + 2H:0(l)如这些式所示，在放电期间生成电能，使得富液式铅酸蓄电池是适用于许多应用的电源。例如，富液式铅酸蓄电池可用作电交通工具比如叉式升降机、高尔夫球车、电车和混合动力车的电源。富液式铅酸蓄电池还用于紧急或备用电源，或者用于存储由光伏系统生成的电力。在使用与锑形成合金的电极栅操作富液式铅酸蓄电池期间，锑可能从电极栅浙滤或迁移出。一旦锑沉积在负极表面上，其将改变负极的电势并且使得蓄电池在应用期间容易过量充电。这将不期望地缩短蓄电池寿命。已知橡胶是有效的屏障，用于防止或延缓锑从正极浙出到负极。因此，一些用于富液式铅酸蓄电池的隔板包括紧靠正极的玻璃垫(glassmat)(即，玻璃纤维垫)以及玻璃垫与负极之间的多孔橡胶片。然而，当浸入富液式铅酸蓄电池的酸性电解质中时，橡胶隔板片可能氧化并破裂。当橡胶隔板破裂时，铅树枝状晶体(lead dendrite)可以从负极增长到正极，从而造成蓄电池短路。因此，一些人已经提出了使用更厚的橡胶片用于铅酸蓄电池。然而，这增加隔板的成本，增加内阻，并且还不防止橡胶隔板片氧化和分裂。由于橡胶的费用，一些制造商已经完全放弃使用橡胶，而是优选地将聚合物隔板用于富液式铅酸蓄电池。聚合物隔板比橡胶隔板更坚固，因而当用于富液式铅酸蓄电池时不容易分裂。这种隔板可以防止由于铅树枝状晶体生长造成的短路，但并不防止锑迁移。因此，仅使用聚合物隔板的蓄电池具有缩短的蓄电池寿命。可选地，一些人已经 尝试制作和使用混合的橡胶和聚合物隔板。这种隔板一般包括用橡胶填充的多孔聚合物基体。相信这些混合的隔板将具有增加的强度并且防止锑转移到负极。虽然这些隔板比单独的橡胶更坚固，并且还可以防止一些锑浙滤，但其比单独的橡胶隔板允许更多的锑转移。因此，由于锑浙滤，使用混合橡胶聚合物隔板的富液式铅酸蓄电池具有减少的蓄电池寿命。
发明内容
本发明的实施方式涉及用于富液式深放电铅酸蓄电池的隔板。该隔板包括第一层和第二层，第一层是由橡胶材料制成的橡胶层，第二层是由聚合物材料制成的聚合物层。本发明的实施方式中，橡胶材料可以是天然橡胶，并且聚合物材料可以是聚乙烯、聚氯乙烯或聚酯。本发明的实施方式中，橡胶层可以具有支撑片材(backweb)，其具有第一面和第二面，第一面是平坦的并且第二面具有从其延伸的多个脊棱(ridge)。在本发明的实施方式中，隔板可进一步包括玻璃垫。玻璃垫可与多个脊棱相邻，并且聚合物层可与第一面相邻。本发明的实施方式中，聚合物层可提供作为适合于容纳和围绕电极的封皮(envelope)。本发明的实施方式中，聚合物层可以包括具有第一面和第二面的支撑片材，第一面是平坦的并且第二面具有从其延伸的多个脊棱。玻璃垫可与聚合物层的多个脊棱相邻，并且橡胶层可与第一面相邻。在本发明的实施方式中，橡胶层可以包括泡沫橡胶。橡胶层可与聚合物层的多个脊棱相邻。附图
简述该附图与说明书一起说明本发明的各方面和实施方式。图I是根据本发明一个实施方式的富液式深放电铅酸蓄电池的示意性截面图。图2是根据本发明一个实施方式的隔板的示意图，并且图2A是图2的放大图。图3是根据本发明一个实施方式的隔板的示意图，并且图3A是图3的放大图。图4是根据本发明一个实施方式的隔板的示意图，并且图4A是图4的放大图。图5是根据本发明一个实施方式的隔板的示意图，并且图5A是图5的放大图。发明详述根据本发明的一个实施方式，用于富液式铅酸蓄电池的隔板包括第一层和第二层。第一层可由橡胶材料制成。第二层可由聚合物材料制成。橡胶层可防止或减少锑转移，而聚合物层可以防止由于铅树枝状晶体生长造成的短路。在一个实施方式中，如图I示意性示出的，单电池富液式深放电铅酸蓄电池10包括多个正极栅12和多个负极栅14。用正活性材料糊状物16涂布每个正极栅以形成正极板。用负活性材料糊状物18涂布每个负极栅14以形成负极板。用多个隔板24将涂布的正和负极栅以交替堆叠的形式排列在蓄电池箱(case)22内，以将每个电极栅与相邻的电极栅分隔开并且防止短路。正电流集电器28连接正极栅，而负电流集电器26连接负极栅。电解质溶液32填充蓄电池箱。正和负蓄电池接线柱34、36从蓄电池箱延伸，以提供用于将蓄电池充电和放电的外部电接触点。蓄电池箱包括允许充电循环期间产生的过量气体排放到大气中的通气孔42。通气孔帽44防止电解质从蓄电池箱溢出。虽然图示说明单电池蓄电池，但本领域普通技术人员应当清楚本发明也可用于多电池蓄电池。适用于聚合物层的聚合物包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、酚醛(PF)树脂、聚酯、苯乙烯和丁二烯的共聚物、腈和丁二烯的共聚物、以及基于纤维素的聚合物。聚合物层应当足够多孔以允许电解质能够通过该层转移到负极。在示例性的实施方式中，将聚乙烯用于聚合物层。适用于橡胶层的橡胶包括天然橡胶、合成橡胶(异戊二烯)以及三元乙丙单体(EPDM)橡胶。如本领域已知的，橡胶层通过电子束单元可以部分交联。使用这种或类似的处理，可以形成多孔橡胶层。橡胶层应当足够多孔以允许电解质能够通过该层转移到负极。在示例性实施方式中，橡胶层包括天然橡胶。如图2和2A所示，本发明的实施方式包括具有橡胶层140和聚合物层150的隔板 124。橡胶层140包括支撑片材142和肋状物(rib) 144。肋状物144形成通道146，其允许电介质在蓄电池充电期间流动和气体逸出。图2和2A所示的实施方式还包括增强层160。增强层可以是材料如玻璃垫(即，玻璃纤维垫)或聚酯纤维。增强层160强化相邻电极并且防止相邻电极的活性材料扩展到通道146中。在富液式铅酸蓄电池中，肋状物144 一般面向正极。包括橡胶层140基本上防止锑从正极栅转移到负极，并因此基本上防止或减少了锑中毒。由于降解，即使橡胶层140破裂或开裂，这也能够实现。聚合物层150对氧化有抗性，从而在酸性溶液中一般不破裂或开裂。因此，聚合物层150可物理上防止铅树枝状晶体从负极生长到正极，从而即便当橡胶层140破裂或开裂时也防止短路。大多数橡胶层支撑片材具有O. 013至O. 017英寸的厚度。虽然具有更薄的支撑片材142的橡胶层140可能更容易在酸性电解质中破裂和开裂，但破裂或开裂的橡胶层140仍基本上防止或减少锑转移。因此，由于聚合物层150物理上防止在本发明的隔板中铅转移，所以可以使用更薄的橡胶层140支撑片材142。例如，可以使用具有O. 008至O. 012英寸的支撑片材142的橡胶层140。聚合物层150可以具有少于O. 010英寸的厚度。然而，也可以使用任何合适的厚度。图3和3A描述了具有正极212和负极214的隔板224。玻璃垫260与正极212相邻。橡胶层240与玻璃垫260相邻并且包括支撑片材242和肋状物244。聚合物层250与橡胶层240相邻并且环绕负极214。换言之，图3和3A中的聚合物层250是包封负极214的袋。如图3和3A中所示，聚合物层250封皮可在顶部打开。在一些实施方式中，通过将聚合物片环绕在负极214底部周围并且将聚合物片密封在负极214面上，可以形成聚合物封皮。通过用聚合物层250包围负极214，将使在负极中或与负极相邻的可能造成短路的任何铅或含铅材料通过封皮与蓄电池的其余物分隔开。即使裂纹和裂口由于氧化在橡胶层260中形成，聚合物层封皮250仍将防止铅树枝状晶体通过橡胶层260的裂纹和裂口从负极214行进到正极212，从而防止该类型蓄电池短路。图4和4A描述了根据本发明实施方式的隔板的可选结构。在图4和4A中，隔板324包括具有支撑片材352和肋状物354的聚合物层350。隔板324还包括在聚合物层350一个面上的平坦橡胶层340和在聚合物层350另一个面上的玻璃垫360。换言之，在该设计中，橡胶层340和聚合物层350被颠倒，使得橡胶层340与负极相邻并且聚合物层350夹在橡胶层340和玻璃垫360之间。聚合物层350可以具有厚度O. 007至O. 013英寸的支撑片材352。平坦橡胶层340可以具有少于O. 013英寸的厚度。然而，可以使用任何合适的厚度。图5和5A描述了根据本发明实施方式的隔板额外的可选结构。在图5和5A中，隔板424包括泡沫橡胶层440和聚合物层450。聚合物层450包括支撑片材452和肋状物454。肋状物454形成通道456。图5和5A的泡沫橡胶层440作为橡胶层和玻璃垫的替代物二者起作用。换言之，泡沫橡胶层440有效地防止或减少锑转移，用于增强相邻电极，并且还防止相邻电极的活性材料扩展到通道456中。现将通过参考下列实施例描述本发明。这些实施例仅出于说明性的目的而提供，并且不意欲限制本发明的范围。实施例I根据常规实践形成用于铅酸蓄电池的正极和负极。根据本发明实施方式的隔板形成并放置在电池中每个正极板和负极板之间。用于实施例I的隔板包括具有支撑片材和肋状物的橡胶片、平坦的多孔聚乙烯片和玻璃垫。组装隔板，橡胶片处于中间，肋状物面向正极。比较实施例I与实施例I 一样形成电池，除了使用传统的铅酸隔板。用于比较实施例I的传统铅酸隔板包括具有支撑片材和肋状物的橡胶片和玻璃垫。组装隔板，玻璃垫与正极相邻，橡胶片支撑片材的平坦面与负极相邻。对于该试验，使用国际电池委员会(Battery Council International)建立的标准方法将电池重复放电和充电。在每个循环之后测量实施例I和比较实施例I的修正的容量和充电电压的终止。如预期的，实施例I中的容量和充电电压终止没有实质变化。换言之，包含附加层并未对运行的蓄电池造成负面影响。然而，在蓄电池中使用附加膜，即，使用橡胶层和聚合物层，增加了蓄电池的电阻。虽然若用于大电流应用时这可能对蓄电池造成负面影响，但电阻的增加通常不影响蓄电池的性能。预期实施例I将比比较实施例I具有显著更高的循环寿命。换言之，当比较实施例I的橡胶层氧化和破裂时，随着铅从负极迁移到正极将发生短路。然而，在实施例I中，即便橡胶层氧化和破裂，聚合物层也应当防止铅迁移，从而应当防止短路。虽然已经参考某些示例性实施方式图示和描述了本发明，但本领域普通技术人员将明白在不偏离如权利要求书中所限定的本发明精神和范围的情况下，可以对所述实施方式进行各种修改和变化。
权利要求
1.用于铅酸蓄电池的隔板，其包括 第一层，其由橡胶材料制成；以及 第二层，其由聚合物材料制成。
2.权利要求I所述的隔板，其中所述橡胶材料包括天然橡胶。
3.权利要求I所述的隔板，其中所述聚合物材料包括聚乙烯。
4.权利要求I所述的隔板，其中所述第一 层包括具有第一面和第二面的支撑片材，所述第一面是平坦的并且所述第二面具有从其延伸的多个脊棱。
5.权利要求I所述的隔板，其中所述隔板进一步包括增强层。
6.权利要求4所述的隔板，其中所述隔板进一步包括增强层，并且所述增强层与所述多个脊棱相邻并且所述第二层与所述第一面相邻。
7.权利要求I所述的隔板，其中所述第二层是适合容纳电极的封皮。
8.权利要求4所述的隔板，其中所述支撑片材具有O.008至O. 012英寸的厚度。
9.权利要求I所述的隔板，其中所述第二层包括具有第一面和第二面的支撑片材，所述第一面是平坦的并且所述第二面具有从其延伸的多个脊棱。
10.权利要求I所述的隔板，其中所述隔板进一步包括增强层，并且所述增强层与所述多个脊棱相邻并且所述第一层与所述第一面相邻。
11.权利要求I所述的隔板，其中所述第一层包括泡沫橡胶。
12.权利要求9所述的隔板，其中所述第一层包括泡沫橡胶，并且所述第一层与所述多个 >脊棱相邻。
13.铅酸蓄电池，包括 负极； 正极； 在所述负极和所述正极之间的至少一个隔板，其包括 包括橡胶材料的第一层；和 包括聚合物材料的第二层；以及 电解质。
14.权利要求13所述的蓄电池，其中所述第一层包括天然橡胶并且所述第二层包括聚乙烯。
15.权利要求13所述的蓄电池，其中所述第一层包括具有第一面和第二面的支撑片材，所述第一面是平坦的且与所述第二层相邻，并且所述第二面具有从其延伸的多个脊棱，所述多个脊棱面向所述正极。
16.权利要求15所述的蓄电池，进一步包括增强层，所述增强层在所述多个脊棱和所述正极之间。
17.权利要求13所述的蓄电池，其中所述第二层是在所述负极周围的封皮。
18.权利要求13所述的蓄电池，其中所述第二层包括具有第一面和第二面的支撑片材，所述第一面是平坦的且与所述第一层相邻，并且所述第二面具有从其延伸的多个脊棱，所述多个脊棱面向所述正极。
19.权利要求18所述的蓄电池，其中所述第一层包括泡沫橡胶，并且所述第一层在所述多个脊棱和所述正极之间。
20.铅酸蓄电池，其包括 负极； 正极； 在所述负极和所述正极之间的至少一个隔板，其包括 包括天然橡胶的橡胶层；和 在所述负极周围并且包括聚乙烯的聚合物层；以及 电解质， 所述橡胶层具有支撑片材，所述支撑片材具有第一面和第二面，所述第一面是平坦的且与所述聚合物层相邻，并且所述第二面具有从其延伸的多个脊棱，所述多个脊棱面向所述正极。·
全文摘要
提供了用于铅酸蓄电池的隔板，以及包括该隔板的铅酸蓄电池。该隔板包括由橡胶材料制成的第一层和由聚合物材料制成的第二层。
文档编号H01M2/14GK102959763SQ201180031572
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月25日
发明者M·C·霍, G·C·贝克莱 申请人:特洛伊电池公司