三区电池隔板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电池、电池隔板及其相关方法。
【背景技术】
[0002] 电池一般被用作能源。通常，电池包括负电极和正电极。负电极和正电极经常被 设置在电解介质中。在电池放电期间，发生化学反应，其中活性正电极材料被氧化并且活性 负电极材料被还原。在反应期间，电子从正电极流过负载流向负电极，并且电解介质中的离 子在电极之间流动。为了防止活性正电极材料和活性负电极材料的直接反应，通过隔板将 电极互相机械隔离和电气隔离。
[0003] 一种类型的电池为铅酸电池。在铅酸电池中，铅通常为活性正电极材料，并且二氧 化铅通常为活性负电极材料（在铅酸电池中，电极经常被称为"（极）板（plate)")。一般 地，铅酸电池还含硫酸，硫酸被用作电解质并且参加化学反应。
[0004] 由玻璃纤维构成的拉（mat)可W用作隔板。玻璃拉隔板在电解质填充中具有关键 作用。运种材料的物理特性的任何变化都可能极大地改变所填充和所形成的电池的质量。 隔板结构、压缩度W及纤维组成对未填充元件能够多好地接受电解质具有显著影响。虽然 高水平的压缩对延长寿命是期望的，但是运可能使得填充和形成过程更加困难。当隔板被 压缩时，孔径减小，同时更加限制了对隔板中的空隙或空体积的进入。运将使得填充过程更 加困难。
[00化]当向电池添加电解质时，理想的情况是，所有的区域尽可能被相同量和相同浓度 的酸润湿，使得当填充过程完成时在整个极板堆叠体存在电解质的完美地均匀的分布。在 实践中，运种理想的情况是难W实现或不可能实现的，运是因为对于电解质在隔板与极板 表面之间存在动态竞争。当电解质渗入极板堆叠体时，电解质被隔板阻碍（毛细作用力倾 向于相当强地保持电解质），并且同时电解质通过硫酸与极板的放热反应（简单的化学反 应化O+H2SO4=〉PbS〇4+H2〇)而被耗尽。随着液体从前面更深地渗入堆叠时，由于与铅氧 化物的放热反应，液体变得更稀并且还变得更热。可能的威胁之一是过放电化y化ation shorts)/枝晶的形成。因为酸与铅氧化物反应，所W硫酸电解质逐步变得更稀。硫酸铅在 具有低的酸强度和接近中性抑的热电解质中是相对易溶的，并且溶解的硫酸铅将扩散到 隔板中。运将促进过放电和/或铅枝晶的形成。由于形成穿过隔板结构铅枝晶，在形成期 间可能发生并且检测到短路，或者更敏感的是在使用中电池将过早地失效。如果填充过程 不足或者不完全，则在填充之后个别单元还可能具有"干的区域"。运些不够湿的区域可能 不包括酸或水（完全干）、包括稀酸或仅包括水。在形成期间或形成之后运些干燥的区域将 逐渐变湿，但是可能导致显著的板栅腐蚀，运是因为未形成的活性材料迫使所有的电流仅 流经板栅。不幸地是，改善电池性能和/或寿命的设计或材料改变还往往使得合适的填充 更加困难。
【发明内容】
[0006] 需要一种改善酸填充并因此改善电池性能和循环寿命的电池隔板。由设置在两个 细纤维区之间的指定厚度的粗纤维区构成的电池隔板通过增强酸朝内部区域的扩散可W 改善酸填充和极板成型。由于运种隔板的经改善的润湿性，在某些实施方案中，硫酸的密度 或浓度在整个隔板的主体处保持在大约恒定的水平。因此，可获得均匀量和均匀浓度的酸 用于与极板中的活性材料反应，由此得到均质的极板成型和均匀的活性材料利用率。运可 W得到提高的循环寿命和降低的电池缺陷率。
[0007] 在一个方面中，本发明设及一种电池隔板。所述电池隔板包括：粗纤维区、第一细 纤维区和第二细纤维区，其中粗纤维区包括平均直径大于或等于2ym的纤维；其中第一细 纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径小于或等于2ym的玻璃纤维； 条件是粗纤维区的纤维的平均直径大于第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区的纤维 的平均直径；其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间；并且其中粗纤维区 的厚度构成全部纤维区厚度的1%至49%。
[000引在一个方面中，本发明设及一种电池隔板。所述电池隔板包括：粗纤维区、第一细 纤维区和第二细纤维区；其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间，其中所 述隔板通过本文所描述的方法制造。
[0009] 在一个方面中，本发明设及一种铅酸电池。所述铅酸电池包括负极板、正极板和设 置在负极板与正极板之间的电池隔板，其中所述电池隔板包括：粗纤维区、第一细纤维区和 第二细纤维区；其中粗纤维区包括平均直径大于或等于2ym的纤维；其中第一细纤维区和 第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径小于或等于2ym的玻璃纤维；条件是粗 纤维区的纤维的平均直径大于第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区的纤维的平均直 径；其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间；并且其中粗纤维区的厚度构 成全部纤维区厚度的1%至49%。
[0010] 在一个方面中，本发明设及一种铅酸电池。所述铅酸电池包括负极板、正极板W及 设置在负极板与正极板之间的电池隔板，其中所述电池隔板包括粗纤维区、第一细纤维区 和第二细纤维区，其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间；其中所述隔板 通过本文所描述的方法制造。
【附图说明】
[0011] 图1示出了根据粗纤维区的厚度相对于全部纤维区厚度，扩散速度是如何变化 的。
[0012] 图2示出了根据粗纤维区的厚度相对于全部纤维区厚度，隔板的压缩率和扩散速 度是如何变化的。
[0013] 图3示出了根据粗纤维区的厚度相对于全部纤维区厚度，隔板的压缩率是如何变 化的。
[0014] 图4A至图4B示出了3区隔板的一个实施方案的图示和示意图。
[0015]图5示出了伴随实施例2中所述的步骤使用的扩散速度测试装置。
[0016] 图6A至图抓示出了隔板的示例性实施方案。
[0017] 图7示出了在多相造纸工艺中形成的隔板的两个相邻的区的示例性密度分布。
【具体实施方式】 引定义
[0019] 如本文中所使用的，"全部纤维区厚度"指的是两个细纤维区和粗纤维区的厚度总 和。
[0020] 如本文中所使用的，区的"厚度"指的是垂直于所述区的平面从所述区的一端至所 述区的相反端所测量的距离。
[0021] 如本文中所使用的，区的"端"指的是：(a)在细纤维区的端不与粗纤维区相邻的 情况下，所述端为细纤维区的外表面，其还可W是所述隔板的外表面；化）在粗纤维区层压 至细纤维区的情况下，所述端为层压点处区的表面；（C)在一个纤维区过渡成另一纤维区 的情况下，例如多相形成的结果，所述端为如本文所限定的过渡区域的中点。
[0022] 当一个值被称为在两个端点"之间"或者"从"一个端点至另一端点时，该值旨在包 括所述端点。例如，"在2与20之间"或者"2至20"的值包括2和20两者W及其间的值。
[0023] 组成
[0024] 粗纤维区和细纤维区一一般情况
[00巧]在一个方面中，本发明设及电池隔板。所述电池隔板包括：粗纤维区、第一细纤维 区和第二细纤维区，其中粗纤维区包括平均直径大于或等于2ym的纤维；其中第一细纤维 区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径小于或等于2ym的玻璃纤维；条件 是粗纤维区的纤维的平均直径大于第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区的纤维的平 均直径；其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间；W及其中粗纤维区的厚 度构成全部纤维区厚度的1%至49%。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径大于或 等于2ym的玻璃纤维。在此处W及贯穿全文，纤维的平均直径可W通过本领域的已知技术 测量，例如，扫描电子显微镜。
[0026] 在一个方面中，本发明设及电池隔板。所述电池隔板基本由W下部分构成：粗纤维 区、第一细纤维区和第二细纤维区，其中粗纤维区包括平均直径大于或等于2ym的纤维； 其中第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径小于或等于2ym的 玻璃纤维；条件是粗纤维区的纤维的平均直径大于第一细纤维区和第二细纤维区中的每个 区的纤维的平均直径；其中粗纤维区设置在第一细纤维区与第二细纤维区之间；W及其中 粗纤维区的厚度构成全部纤维区厚度的1%至49%。
[0027] 在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约2ym至约50ym的纤维。在一些 实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约2ym至约20ym的纤维。在一些实施方案中，粗 纤维区包括平均直径为约3ym至约20ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均 直径为约3ym至约18ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约3ym 至约15ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约5ym至约15ym的纤 维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约7ym至约15ym的纤维。在一些实施 方案中，粗纤维区包括平均直径为约3ym至约12ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维 区包括平均直径为约5ym至约12ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径 为约7ym至约12ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约5ym至约 IOym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约7ym至约9ym的纤维。在 一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径大于或等于2ym的纤维。在一些实施方案中，粗 纤维区包括平均直径大于或等于3ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径 大于或等于5ym的纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径大于或等于7ym的 纤维。 阳02引在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约2ym至约50ym的玻璃纤维。在 一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约2ym至约20ym的玻璃纤维。在一些实施方 案中，粗纤维区包括平均直径为约3ym至约20ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤 维区包括平均直径为约3ym至约18ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平 均直径为约5ym至约15ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约 7ym至约15ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约3ym至约 12ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约5ym至约12ym的玻 璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约7ym至约12ym的玻璃纤维。在 一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径为约5ym至约10ym的玻璃纤维。在一些实施方 案中，粗纤维区包括平均直径为约7ym至约9ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维 区包括平均直径大于或等于2ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径 大于或等于3ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径大于或等于5ym 的玻璃纤维。在一些实施方案中，粗纤维区包括平均直径大于或等于7ym的玻璃纤维。
[0029]第一细纤维区中的玻璃纤维的平均直径可W与第二细纤维区中的玻璃纤维的平 均直径相同或不同，条件是各个平均直径在指定的范围内。在一些实施方案中，第一细纤维 区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约0. 1ym至约2ym的玻璃纤维。 在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约 0. 4ym至约1.8ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的 每个区均独立地包括平均直径为约0. 6ym至约1. 6ym的玻璃纤维。在一些实施方案中， 第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约0. 8ym至约1. 6ym 的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括 平均直径为约LOym至约1.6ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二 细纤维区中的每个均区独立地包括平均直径为约1. 2ym至约1. 6ym的玻璃纤维。在一些 实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约0. 4ym 至约1. 6ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均 独立地包括平均直径为约0. 4ym至约1. 4ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤 维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约0. 4ym至约1. 2ym的玻璃纤 维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径 为约0. 4ym至约1. 0ym的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中 的每个区均独立地包括平均直径为约0. 4ym至约0. 8ym的玻璃纤维。在一些实施方案中， 第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括平均直径为约1. 0ym至约1. 4ym 的玻璃纤维。在一些实施方案中，第一细纤维区和第二细纤维区中的每个区均独立地包括 平均直径小于或等于1.