CN1217822A - 电池分隔器 - Google Patents

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Abstract

一种用于充液电池室型铅酸电池的电池分隔器包括由多孔、抗酸及可压型材料作的腹板和多个至少从腹板一个平表面上伸出的肋。肋沿腹板宽度布置并延伸在基本平行于腹板纵向尺寸的方向上。每个肋是包括交替脊和沟的压型波状结构。脊和沟相对于分隔器的纵向尺寸非平行地定位,并最好相对其垂直。通过使腹板经过由对置的压型辊对形成的辊隙在实质平坦的电池分隔器上形成肋。

Description

电池分隔器
本发明涉及用于充液电池室型铅酸电池的电池分隔器，并涉及制造该分隔器的方法和装置。
在充电液电池室型铅酸电池中，正及负的电极或“极板”被电池分隔器隔开。电池分隔器通常具有从至少分隔器一个平表面上伸出的肋或凸起。这种肋可由多种方式之一来形成：肋可与分隔器腹板整体地形成；肋可作为与腹板相同或不同材料作的压条后来被施加到腹板上；或肋可通过腹板的压型来形成。该肋的作用是提供极板之间的适当间隔及提供电解质的自由驻留空间。
当前被大多数充液电池室型铅酸电池制造者使用的电池分隔器是微孔聚乙烯型的。此类型的分隔器具有基本上由超高分子重量的聚乙烯，填充剂(通常为非晶硅石)，增塑剂(通常为处理油)，及某些少量的配料、如抗氧化剂、润滑剂及碳黑组成的组份。
微孔聚乙烯分隔器材料在商业上是这样制造的：使各配料通过被加热的挤压机，使由挤压机产生的挤压物通过模子及进入到由两个被加热的压辊形成的缝隙中以形成连续的板材，通过使用溶剂从板材中提取大部分的处理油，再使提取过油的板材干燥，将板材切割成预定宽度的条，及将这些条绕成卷。
这类分隔器及其制造方法被描述在美国专利US3,351,495中。
微孔聚乙烯分隔器典型地具有包括预定厚度的腹板、及多个平行地隔开预定距离及从腹板的一个平表面伸出的肋的构型。该肋连续地延伸在与分隔器材料边缘平行的纵向上。这种现有技术的一个分隔器之部分透视图表示在图7中。腹板的厚度及肋的高度和间距是由电池厂商对分隔器制造者规定的；技术规格被设计成最大程度地达到被电池厂商所需要的某些电池性能。
这些肋在制造微孔聚乙烯分隔器期间可这样形成：在两个被加热并形成辊缝的辊中的一个上刻有槽，来自挤压机的挤压物被喂送到辊缝中，由此肋被为分隔器板的整体部分形成。
存在着许多不同的被电池制造者要求的、涉及肋尺寸及肋间距的技术规格。在制造能满足用户需要的分隔器设备中，几乎肋尺寸和间距的每次改变均需要分隔器制造者关闭其生产线，以便卸下已使用的先定货要求的刻槽压辊并插置能生产满足新定货要求之肋尺寸和间距的不同构型的刻槽压辊。不仅在关闭生产线期间损失了生产时间，而且在再起动期间还会产生额外的废弃材料。
此外，整体形成在聚乙烯型分隔器中的肋要与腹板一起经受处理油的提取工序，因为肋比占据相同平表面区域的腹板部分具有较大的体积，故通常肋比腹板保持更多的处理油，由此增大了分隔器的总体电阻。
本发明的一个目的是提供一种其上形成新型肋的分隔器，该肋占有分隔器中很小的体积但至少能提供与现有技术中肋同样良好的极板间分隔能力。
本发明的另一目的是提供一种电池分隔器，它具有能够在腹板形成后形成分隔器上的肋构型。
本发明的又一目的是提供一种在这种分隔器上形成肋的简单方法及装置。
本发明涉及一种电池分隔器，它具有纵向尺寸、与所述纵向尺寸垂直的宽度、上及下平表面、及多个从至少一个平表面上伸出的肋(至少三个)，所述肋延伸在基本平行于分隔器纵向尺寸的方向上，每个肋由多个单独形成波状结构的凸起构成，该波状结构由交替的脊和沟组成。
最好具有从分隔器两个平表面上伸出的肋。在这个优选实施方式中，在分隔器的一个平表面上相邻的凸起(脊)被形成另一个平表面上的凸起(脊)的槽(沟)隔开。当肋从分隔器的两个平表面上伸出时，从一个平表面上伸出的肋可与从另一平表面上伸出的肋具有相同的高度或不同的高度。
本发明也涉及用于在基本平坦的分隔器板是形成肋的方法及装置，该分隔器板具有纵向尺寸，与纵向尺寸垂直尺寸的宽度及上和下平表面，通过使这种材料的实质上连续的板材经过多套对齐的压型轮对之间，每个对齐的压型轮对产生一单个肋，相邻的轮对间隔成肋之间所需的距离，每个对齐的压型轮对在分隔器板材中形成沿板材纵向的多个凸起。
图1是本发明的分隔器材料的上平表面的局部透视图；
图2是沿图1中剖示线2-2剖取的分隔器横截面放大的局部边缘图；
图3是沿图1中剖示线3-3剖取的分隔器横截面放大的局部边缘图；
图4是本发明的单个肋的放大部分顶视平面图；
图5是使用多个压型轮的两个压型辊的正视平面图；
图6是两个相邻压型轮的侧视图；
图7是一个现有技术分隔器的局部透视图，它表示分隔器的腹板及整体形成的并从腹板伸出的肋；
图8至11表示多个肋替换构型的分隔器上平表面的局部顶视平面图。
图1是本发明分隔器10的部分透视顶视图。从分隔器10的上平表面12凸起的是多个肋14a至14j。该肋14分布在分隔器10的纵向上，并基本止平行于分隔器的纵向边缘16和18。
图2是沿图1的剖示线2-2剖取的分隔器10的横截面部分边缘图。肋14在分隔器10的腹板20的上平表面12的上方。在腹板的下平表面13下方的凸起是肋15。肋14及15的宽度相同并位于相同的垂直平面中。
肋14及15的横截面的一个局部边缘图表示在图3中，如可看到的，肋14是分别包括交替的脊和沟22a及23a、22b及23b、22c及23c、22d及23d等的波状结构。类似地，肋15是分别包括交替的脊和沟24a及25a、24b及25b、24c及25c、24d及25d等的波状结构。在一个平表面上脊形成另一平表面上的沟，反之亦然。倒如，肋14的脊22a的下侧形成肋15的沟25a。
图4是肋14的放大局部顶视图。如可看到的，肋14的脊22和沟23垂直于肋14的纵向侧壁26及28，并也垂直于分隔器10的纵向配置的侧边缘16及18。
脊22及24的长度尺寸、也即从肋14的一个侧壁26到另一侧壁28的脊22和24的长度是根据所需的肋宽来选择的。该尺寸通常在约0.020及英寸0.060英寸之间。
脊的频率、即单位肋长度脊的数目最好在每英寸约5至约25脊之间。
在腹板的各个平表面12及13上的脊22和24的高度根据所需的肋高度来选择。该尺寸通常在约0.01至约0.10英寸之间。
相邻肋之间的距离通常在约0.25至约1.0英寸之间。
本发明的分隔器的宽度可以是被电池制造者使用的任意宽度；通常该宽度将在约2至约12英寸之间的范围上。
分隔器10的腹板20的厚度通常在约0.002至约0.025之间的范围上。
形成本发明的肋之波状结构的横截面在图1-4中被表示为三角形，由此，每个单独压制的凸起为楔形。每个楔形凸起由倾斜前壁17、倾斜后壁19及垂直侧壁26和28组成。但是，也可使用另外类似的楔形，包括但不局限于：倒成圆角的楔形，其中脊被稍微倒圆而非尖角；或被整平的楔形，其中在压型期间脊被压平或在后来的压制时脊被压平。
使用本发明的分隔器获得的一个优点是，由于肋为形成相邻的脊和沟的波形结构，分隔器对电解液流及在充放电期间释放的任何气体提供了实质上非隔离的环境，因为肋仅在脊的区域中与极板接触。现有技术的肋(例如见图7)是实心的，并在肋的整个上表面区域中与正极板接触，这就对电解质和/或气体流施加了隔离。
使用本发明的分隔器获得的另一优点是减少或消除了肋变弯和或变平。在组装电池时，要将形成电池室所需的交替地(用分隔器材料)包过及末包过的极板相互叠放，加至并插入到电池箱的电池室中。而分隔器所受到的压缩力可引起传统的肋结构不希望有的肋变弯和/或变平，尤其是在高的“总体”尺寸、即肋高度上的变弯和/或变平。本发明的肋构型则减小或消除了这种肋变弯和/或变平。
虽然本发明的分隔器如图示那样具有从腹板20的两个平表面12和13上伸出的肋14及15，但本发明也意图包括其中肋仅形成在一侧上的分隔器。
类似地，虽然肋14及15如图示那样分别在腹板20的平表面12及13上方具有相同的高度，但在一侧上肋的高度可大于或小于另一侧上肋的高度。
此外，肋的相邻的脊之高度也可以变化。
图5及6表示一种适于制造本发明分隔器装置。图5是两个压型辊30及32的正视图，这些压型辊分别具有位于其上的多个压型轮31a-31g及33a-33g。在压型辊30上的每个压型轮31a-31g分别与在压型辊32上的每个压型轮33a-33g对齐。每个压型轮31和33实质上为分别带有从其上伸出的多个齿轮齿32和33的齿轮，如从图6中清楚看到的。“压型轮”一词意图包括两个位于压型辊或轴上的独立齿轮(如通过压配合)或具有在其上机加工制出的多排齿的压型辊。
压型辊30和/32被合适的驱动装置(末示出)驱动旋转。最好仅是一个压型30或32被外部驱动装置驱动，而另一辊则由被驱动压型辊带动旋转。
当平板分隔器材料20以图6中箭头所示方向通过转动的压型辊30和32之间的辊隙时，对齐的压型轮31和32的齿轮齿32和34就相互啮合并在平板分隔器材料20上压制出肋14和15。
当从两个平表面伸出的肋高度相同时，齿牙32及34的高度也相等。
当一侧上肋的高度不同于另一侧上肋的高度时，齿轮齿32及34的高度也相应地不同。
当需要具有仅从分隔器一个表面上伸出的肋时，一个压型轮31或33可为具有如图所示的齿轮齿的“阳”辊，而另一压型轮则为其中具有槽的“阴”辊，其中槽尺寸相应于从阳辊伸出的齿轮齿的尺寸。
当需要具有一个肋而其中相邻的脊在该分隔器腹板之相邻平表面上方有不同高度时，这可以通过使用具有变化齿轮齿高度的阳辊作为第一压型辊及使用由橡胶或其它可变形材料做的平滑辊作为第二压型辊来实现。
本发明肋的形成涉及在发生压型的位置上腹板材料的塑性变型。永久性变型是指材料被加载超过了其屈服点，屈服点则定义为它经历了塑性流动(plastic flow)。已经证实，由于处理油在微孔破裂时被驱送到表面上，从而在塑性变形区域中改善了抗氧化性能。
图7是现有技术分隔器40的透视图，它具有多个从腹板46的上平表面44伸出的肋42。肋42与腹板46制成一整体并在挤压物压延时形成，如以上在背景技术材料的讨论中所描述的。
在实施本发明的一个优选方式中，在其上形成肋的板材是两侧平坦的并构成该成品分隔器的腹板20。但是在“平坦”或“实质上平坦”(如该文中所使用的)含义中意图包括一种在其制造的压延阶段期间在其上形成一些较小(minor)肋的板材。
虽然本发明是关于在微孔聚乙烯分隔器上形成肋作出描述的，但由于这是当前充液电池室型铅酸电池制造者通用的主要分隔器材料类型，故任何有孔的，抗酸及能被压制永久变形的分隔器材料均可使用。这些材料通常的特征是作为有填充或无填充的材料膜及热塑性或热固性聚合物的非织物板材。合适的热塑性聚合物包括乙烯、丙烯、丁烯、氯乙烯及苯乙烯的聚合物及共聚物。合适的热固性组份包括酚类、乙烯/丙烯/二烯、异成二烯。丁二烯、苯乙烯及类似的热固性聚合物。
这里在所公开的优选实施例中所图示的肋件是具有与分隔器的纵向尺寸垂直定位的脊和沟部分的。但是，脊和沟的定位也可以相对分隔器纵向尺寸形成一角度，该相对纵向尺寸的角度小于180°，并最好小于约160度，但大于0度最好大于约20度。此外，某些肋的脊及沟相对分隔器纵向尺寸的定向可与另外肋的脊及沟的定向不同。
这些替换构型的例子被表示在图8-11中。图8表示一个分隔器100，其中肋114具有在相邻肋114a、114b及114c中的凸起，这些肋的脊122和124及相应的沟彼此交替地成一角度。
图9表示一个分隔器200，其中肋214的脊形成由脊元件222及224组成的“人”字图案。
图10表示一个分隔器300，其中肋314的脊形成了由脊元件322及324组成的履带线图案。
图11表示一个分隔器400，其中肋414的脊形成了由脊元件422及424组成的连续正弦形(锯齿形)图案。该脊的连续正弦形图案可倒为圆角(“S”形)而非图行中所示的锐角。
本发明的主要优点是允许电池分隔器制造者连续地生产实质上平坦的微孔材料的带材，而无需中断生产过程以更换刻压辊。然后，这种平坦的带材以适当的宽度绕成卷的形式提供给电池制造者，而电池制造者则根据本发明施加肋。可以考虑到，正好在包封极板操作以前施加这种肋。

Claims (17)

1．电池分隔器包括：一个由多孔、抗酸及可压型的材料制作的腹板；所述腹板具有一纵向尺寸、一个与所述纵向尺寸垂直的宽度尺寸及一上一下平表面；所述腹板具有多个从其至少一个平表面上伸出的凸肋；每个所述肋是一个包括交替的脊和沟的波形结构；所述波形结构的每个波纹是由所述可压型的腹板材料形成的并与其形成整体；每个波纹具有一倾斜前壁、一倾斜后壁、一在所述前及后壁相交处的脊；在所述脊的外端处连接所述前及后壁的侧壁；并由所述前壁、后壁及侧壁包围成中空的空间；所述脊及沟相对所述腹板的纵向尺寸为非平行地定向。
2．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：所述可压型的腹板材料是微孔性聚乙烯。
3．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：所述脊及沟基本上垂直于所述腹板的纵向尺寸。
4．根据权利要求3的电池分隔器，其特征在于：所述脊的频率在每英寸约5及约25个之间。
5．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：所述脊和沟与所述腹板的纵向尺寸成一角度，该角度在约20度及约160度之间。
6．根据权利要求5的电池分隔器，其特征在于：至少一些肋的脊和沟与所述腹板之纵向尺寸所成的角度不同于那些与它们直接相邻的肋之脊和沟与该纵向尺寸所成的角度。
7．根据权利要求6的电池分隔器，其特征在于：由每隔一个肋组成的第一组肋的脊和沟与所述腹板纵向尺寸所成角度在约20度及小于约90度之间，而由与第一组肋直接相邻的肋组成的第二组肋的脊和沟与所述腹板纵向尺寸所成的角度在约160度及大于约90度之间。
8．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：至少一些肋的脊和沟为“人”字图案。
9．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：至少一些肋的脊和沟为履带线形图案。
10．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：至少一些肋的脊和沟为连续正弦形图案。
11．根据权利要求1的电池分隔器，其特征在于：所述肋平行于所述腹板纵向尺寸延伸。
12．一种在电池分隔器上形成肋的方法，包括：从一卷料中退绕出一个实质上平坦的，由多孔抗酸及可压型分隔器材料制成的板材，所述板材具有一上及一下平表面；沿一路径传送该板材；通过使所述板材的至少一个平表面在多个窄通道内的多个压型位置上受到塑性变形以在多个所述窄通道中压制所述板材成型，从而在所述每个窄道中形形成从所述腹板的另一平表面伸出的波形结构，所述波形结构具有非平行于所述腹板之纵向边缘的交替的脊和沟。
13．根据权利要求12的方法，其特征在于：所述压制成型是使板材通过在窄通道位置上的多套对置的压型轮对所形成的缝隙实现的。
14．根据权利要求12的方法，其特征在于：所述分隔器材料是微孔性聚乙烯。
15．一种在电池分隔器腹板上形成肋的装置，包括：一对具有平行纵向轴的可转动地安装的对置压型辊，至少所述辊中的一个具有多个压型轮，而压型轮具有与所述辊公用的轴并位于沿所述辊的长度间隔配置的压型位置上，所述压型位置之间的距离对应于在电池分隔器板材上形成的肋之间的距离；及驱动装置以用于使至少一个压型轮转动。
16．根据权利要求15的装置，其特征在于：两个压型辊具有对置的压型轮。
17．权利权利要求15的装置，其特征在于：所述对置的压型轮包括具有多个相互啮合之齿轮齿的齿轮。
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