專利名稱：隔板、具有隔板的電池和隔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電池的隔板和具有至少一個(gè)這種隔板的電池，本發(fā)明還涉及這種隔板的制作方法。
背景技術(shù)：
用于發(fā)動(dòng)引擎、照明、備用電源等的電池為能量存儲(chǔ)在電極中的電化學(xué)電源。這些電極構(gòu)成包括至少一個(gè)陰極(連接于電池正極柱的正極)、至少一個(gè)陽(yáng)極(連接于電池負(fù)極柱的負(fù)極)和電解質(zhì)的電化學(xué)系統(tǒng)。
最常見(jiàn)的用于上述目的的存儲(chǔ)系統(tǒng)是鉛蓄電池和鎳鎘電池。其他若干系統(tǒng)還在發(fā)展中，例如，替代NiCd電池的Ni-MH。所述電池系統(tǒng)具有水基電解質(zhì)，但其他系統(tǒng)需要有機(jī)電解質(zhì)，甚至有一些電池具有熔融鹽。
例如，如果通過(guò)強(qiáng)大的機(jī)械力將同一個(gè)電池中的陰極和陽(yáng)極壓制在一起，就會(huì)發(fā)生短路。短路可能強(qiáng)大到發(fā)生爆炸。因此，幾乎在所有情況下，隔離壁總是置于每個(gè)陰極和陽(yáng)極之間。該隔離壁(隔板)必須具有電學(xué)非導(dǎo)電性，但又必須為多孔的，其多孔程度使電流可以相對(duì)不受限制地在各電極之間通過(guò)。
在一些結(jié)構(gòu)中，隔板可占據(jù)電極間整個(gè)間距，尤其當(dāng)該間距較小時(shí)。在一些系統(tǒng)例如鉛蓄電池中，電解質(zhì)參與電池反應(yīng)，且硫酸量必須調(diào)節(jié)到希望能從電池中提取的容量。因此，可使該電極間距格外大，而且可能有必要制造具有肋條的隔板。所提供的這些肋條的高度和結(jié)構(gòu)可使其支撐所述電極。具有水基電解質(zhì)的電池所需的隔板的典型孔隙率可為50-75％。
隔板中的材料根據(jù)電解質(zhì)的組成而不同。PVC由于其在酸性和堿性電解質(zhì)中都具有穩(wěn)定的化學(xué)性能而成為一種常用的材料。在更先進(jìn)的、在高溫狀態(tài)工作的電池中，可使用例如氮化硼氈。在有些情況下，設(shè)置電極使其呈液態(tài)，例如，NaS電池，當(dāng)電解質(zhì)由固體Al2O3組成時(shí)撤除隔板。
有一種特殊材料已用于鉛蓄電池。即，抗化學(xué)腐蝕玻璃(C-glass)的微細(xì)纖維形成為厚度為0.5mm-2mm、孔隙率約95％的墊。這種墊可包含大量酸性電解質(zhì)但易于壓縮在一起。這樣，例如，僅需約80kPa的壓力就可以將厚度為1mm的玻璃絨隔板(AGM-隔板；AGM＝吸收性玻璃墊)壓縮為0.5mm。
AGM隔板的兩種特性使其在鉛蓄電池中很有用。如果放置該隔板使其靠著正極的活性材料，則該隔板可防止松動(dòng)微粒從電極上掉落到蓄電池容器的底部，如果掉落，短路相對(duì)更容易在所述底部發(fā)生。
第二種有利特性是使硫酸也分布于隔板的孔中的能力(也若該隔板未被酸完全飽和時(shí))。這種特性使在充電過(guò)程中形成于正極的氧有可能通過(guò)隔板并在負(fù)極上還原為水——即所謂氧氣復(fù)合。
特別在免維護(hù)鉛蓄電池中，這些優(yōu)點(diǎn)得到利用，因?yàn)檫@可使電池只用一個(gè)閥而封閉，其中該閥在氣壓太高的情況下打開。而且這也可達(dá)到更高的單位體積容量，因?yàn)殡姌O下方的所謂沉積物空間以及電極上方的空間已被大大消除。
對(duì)于電池的需求和應(yīng)用使電池出現(xiàn)了很多不同的結(jié)構(gòu)。關(guān)于鉛蓄電池有兩大類型具有膏劑、呈平板狀正極的電池和具有管狀正極的電池。后者將正極活性材料(PAM)封閉在多孔容器內(nèi)，而且PAM圍繞鉛或鉛合金制成的集流體。圍繞PAM的管道本身就是對(duì)于這些物質(zhì)的支撐。由于中心導(dǎo)流體腐蝕并形成體積大于鉛的二氧化鉛，PAM產(chǎn)生一定的壓縮。眾所周知，以循環(huán)次數(shù)測(cè)量的這些管狀電極的壽命長(zhǎng)于具有膏劑的平板狀電極。其原因被認(rèn)為是由于所述膨脹而產(chǎn)生的壓力。
隨著鉛蓄電池中電極的反復(fù)放電，會(huì)出現(xiàn)活性材料的膨脹，電極在其多孔性程度變得更高的同時(shí)不同粒子之間的接觸變?nèi)酢＿@種膨脹會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，并伴隨多次放電，直到內(nèi)部的微粒接觸被阻斷為止。
如對(duì)于管狀電極的描述，可通過(guò)在充電過(guò)程中向電極表面施加機(jī)械壓力來(lái)抵消上述效應(yīng)。然而，應(yīng)允許一定程度的膨脹，以高效地利用活性材料。通過(guò)AGM隔板中玻璃纖維的彈簧效應(yīng)，這種類型隔板可很好地適用于這個(gè)目的。然而，當(dāng)為了使電池的內(nèi)部阻抗最小化而更多地要求制作盡可能薄的隔板時(shí)，這種隔板就會(huì)被就壓縮在一起以致彈簧效應(yīng)停止。高于80kPa的壓力不常見(jiàn)。薄的(壓制在一起的)隔板，即，0.5mm左右的隔板帶來(lái)枝晶造成短路的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，具體地是提高隔板材料的穩(wěn)定性和可操作性以及電池的容量和壽命。
該目的通過(guò)各個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分所描述的特性、在上述的隔板和電池中達(dá)到的。
根據(jù)本發(fā)明的隔板可在組裝過(guò)程中經(jīng)受大的機(jī)械壓力，而其結(jié)構(gòu)不會(huì)毀壞。
本發(fā)明的不同之處在于，隔板中的纖維連接在一起，使得該隔板可以經(jīng)受機(jī)械載荷而不會(huì)在該載荷解除的情況下喪失基本保持其原來(lái)厚度的能力。本發(fā)明還有一個(gè)目的就是，纖維相互之間不發(fā)生移動(dòng)。此外，本發(fā)明涉及制造可經(jīng)受最高達(dá)300kPa的載荷的隔板。
本發(fā)明的另一個(gè)不同之處在于，纖維的連接是通過(guò)富含、濃縮納米微粒、并在液相(溶劑)干燥以及隨后粘結(jié)在一起并將這些纖維在交叉點(diǎn)上連接在一起來(lái)獲得。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)添加所述納米微粒在水或另一種溶劑中的分散體的方式，向隔板提供所述納米微粒，此后該隔板干燥。由此，形成了在纖維的交叉點(diǎn)上微粒間的穩(wěn)定和持久的粘結(jié)，該粘結(jié)可抵抗討論中的電池中的電解質(zhì)的攻擊。
膠體納米微粒這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是具有在納米范圍內(nèi)小尺寸的微粒，以至于該微粒在所使用的液體中保持分散狀態(tài)以形成穩(wěn)定的膠體。該微粒的小尺寸也有益于真正形成上述穩(wěn)定和持久的粘結(jié)。
通過(guò)帶電荷的具有表面結(jié)合基團(tuán)的所述微粒的表面，這些微粒會(huì)在分散于液相(溶劑)時(shí)會(huì)相互排斥。在去除該溶劑時(shí)，所述微粒會(huì)相互靠近而且會(huì)靠近所述纖維，并在分開的微粒之間會(huì)形成粘結(jié)橋，這導(dǎo)致本發(fā)明的穩(wěn)定性。
向隔板提供包括所述膠體納米微粒、并具有優(yōu)選地為SiO2的粘結(jié)劑的浸漬液體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)隔板的浸漬。
本發(fā)明特別適用于向電極和隔板施加高的機(jī)械壓力的情況。本發(fā)明可適用于所有具有隔板的電池，但這里描述的尤其是用于循環(huán)壽命長(zhǎng)的雙極鉛蓄電池。
除所述干燥過(guò)程之外，通過(guò)對(duì)已強(qiáng)化的隔板在大約300-700℃溫度下進(jìn)行熱處理，導(dǎo)致在交叉點(diǎn)上的材料的剛性的大大增加以及因此引起的隔板穩(wěn)定性的增加。
特別是，該無(wú)機(jī)纖維由玻璃制成，而玻璃是一種經(jīng)濟(jì)的且技術(shù)上有用的材料。尤其是根據(jù)本發(fā)明的隔板可以包括AGM材料。通過(guò)進(jìn)一步添加水溶液中包括SiO2的分散體，獲得一種其本身緊密粘結(jié)于纖維中的玻璃之上的材料以及經(jīng)濟(jì)、易于操作的分散體。
通過(guò)包括占隔板總重量的約20％-60％的粘結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和彈性之間的良好平衡。在優(yōu)選包括占隔板總重量的約25％-45％的粘結(jié)劑時(shí)可加強(qiáng)這種平衡。
本發(fā)明也涉及電池，優(yōu)選為雙極鉛蓄電池，該雙極蓄電池用根據(jù)上述所述的隔板組裝并優(yōu)選地處于高壓之下。
通過(guò)本發(fā)明的其他方面能獲得更多的優(yōu)點(diǎn)。
從JP2001283810先前知道，通過(guò)用包含分散的微粒的液體浸漬AGM隔板以獲得具有置于玻璃纖維之間的微粒的隔板，以此阻隔枝晶穿透。隔板因此可制得薄于傳統(tǒng)隔板。然而纖維的交叉點(diǎn)上不富含浸漬材料。關(guān)于柔性的增加或隔板本身可抵抗高壓，并未指出。
Brecht(美國(guó)專利5,091,275 1992年2月25日)描述了使隔板適應(yīng)于(小)電極距離的另一種方法。向隔板提供水溶液中的膠體SiO2粘結(jié)劑和硫酸鹽。在壓縮狀態(tài)下干燥該隔板，這樣SiO2和硫酸鹽結(jié)合成為凝結(jié)物。安裝隔板到電池中的兩電極之間，而且在加入酸時(shí)，溶解所述粘結(jié)劑。因此，隔板膨脹，使電極和隔板之間產(chǎn)生良好接觸。然而，從該文件可確知，這種凝結(jié)物在供應(yīng)酸之后溶解且未將玻璃纖維粘結(jié)在一起。
此處論及的未經(jīng)處理的AGM隔板(AGM＝吸收性玻璃墊)包含100％的具有高化學(xué)強(qiáng)度的玻璃。90％的該材料的纖維直徑可小于1μm。由未處理AGM構(gòu)成的隔板機(jī)械性能差、抗扯強(qiáng)度低，尤其是在硫酸或水(濕強(qiáng)度)已注入的時(shí)候。未處理AGM隔板中可觀察到一定的柔性當(dāng)該隔板上有重量施加并繼而減除該重量時(shí)，在該所加的負(fù)載不至于重到使玻璃纖維斷裂的情況下，不久之后該隔板可恢復(fù)其初始厚度。
然而對(duì)于干隔板和濕隔板加載荷有一定的不同。濕隔板會(huì)在其后一定程度上彈性相對(duì)較小，在生產(chǎn)中加于電極和隔板的壓力將會(huì)減小。
如上所述，隔板的柔性對(duì)于電池壽命和容量都是相當(dāng)重要的。隔板在電池壽命期間應(yīng)能維持高且穩(wěn)定的壓力施加于活性材料之上，但同時(shí)具有容許放電后的活性材料膨脹的柔性。此后，在開始加載荷時(shí)，隔板應(yīng)彈回，以實(shí)現(xiàn)將活性材料壓縮到初始厚度。本發(fā)明旨在獲得這種柔性。
隔板通常通過(guò)制孔物質(zhì)的混合由塑料制成。玻璃纖維隔板可與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合。然而，應(yīng)該避免與PbO2接觸的有機(jī)化合物，因?yàn)檫@些化合物隨后會(huì)氧化成為CO2，而CO2使閥控電池中的氧氣復(fù)合困難。根據(jù)本發(fā)明，只使用無(wú)機(jī)化合物作為隔板材料以及浸漬劑(粘結(jié)劑)。
為獲得具有一定柔性和高孔隙率且機(jī)械強(qiáng)度好的隔板，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使用以納米微粒形式的膠體SiO2的分散體來(lái)浸漬AGM隔板。
商標(biāo)名稱為BINDZIL和NYACOL的產(chǎn)品分別由EKA Chemicals用不同濃度和不同微粒大小的SiO2制成。這里所選的BINDZIL30/220其微粒直徑為15nm，但本發(fā)明并不因此而只限于該品質(zhì)定義或生產(chǎn)廠家，也涉及其他種類的分散膠體納米微粒。
用于所述隔板的基本材料中的玻璃纖維疏松地卷繞布置并給予隔板一定的柔性，在施加壓力下伸直玻璃絲(glass tread)時(shí)產(chǎn)生該柔性。通過(guò)分散體提供于隔板的SiO2微粒會(huì)在干燥時(shí)在交叉點(diǎn)上將纖維粘結(jié)在一起，因此實(shí)現(xiàn)剛性的增加和抵抗機(jī)械壓力的能力的增強(qiáng)。然而，由于并非隔板中的所有纖維都以此方式粘結(jié)，部分柔性保留。
BINDZIL 30/220是一個(gè)SiO2含量為30％的溶液，在浸漬之前稀釋為包含10-50％BINDZIL30/220的溶液，(對(duì)應(yīng)于3.5-16.4重量％的SiO2)，優(yōu)選地含，20％的BINDZIL30/220(對(duì)應(yīng)于6.9重量％的SiO2)或其近似值。所述溶液以例如約10ml/100cm2的量提供于隔板厚度約0.85mm的隔板?？梢愿淖兯峁┤芤旱捏w積，該體積當(dāng)然要依賴于隔板的厚度。使用通過(guò)稀釋15％-35％、優(yōu)選地為25-30％的BINDZIL 30/220而獲得的溶液已經(jīng)證明是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槠湓趧傂浴⑷嵝院褪Ｓ嗫紫堵手g實(shí)現(xiàn)了一種優(yōu)選的平衡，而該平衡適用于大多數(shù)的應(yīng)用。
在約110℃的溫度干燥之后，浸漬前作為織物軟而有柔性的隔板現(xiàn)在變硬，但仍具有一定柔性。繼續(xù)升溫到至少300℃并最高達(dá)至約700℃可生產(chǎn)出剛性很高的隔板。以此方式浸漬的隔板在組裝電池時(shí)現(xiàn)在可作為平板進(jìn)行操作。在玻璃纖維的情況下，特別是在約500℃的區(qū)域內(nèi)的溫度具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)闇囟雀邥r(shí)，玻璃會(huì)受到負(fù)面影響。
上述限定的百分?jǐn)?shù)與BINDZIL30/220有關(guān)。有一種更實(shí)用的方法是限定所加的粘結(jié)劑的百分?jǐn)?shù)，即干SiO2的量。因此，在表1中，“％BINDZIL”也記作“克SiO2/克玻璃”。AGM隔板中的孔隙率高(約95-96％)，所加材料對(duì)其影響極小。這里也顯示SiO2量和孔隙率的關(guān)系。
表1BINDZIL 表面重量粘結(jié)劑SiO2/玻璃 孔隙率(％)*)(g/m2)(％) (g/g) (％)0 132 0 0 9510168 210.27 94.620204 350.54 93.250312 581.36 89*)涉及在水溶液中的％BINDZIL30/220，例如20％＝20mlBINDZIL+8+ml aq.dest.
在所示例子以及通常狀況下本文已討論了作為隔板材料的微玻璃。有時(shí)也由其他礦物纖維的基礎(chǔ)上生產(chǎn)隔板。這些可以以同樣方式用膠體SiO2粘結(jié)在一起，但也可以用Al2O3，Al(OH)3，TiO2的膠體微粒粘結(jié)在一起，此外，大多數(shù)其他金屬氧化物也是適合的粘結(jié)劑，也因此包括于本發(fā)明之中。例如Al2O3纖維通過(guò)膠體SiO2也可通過(guò)Al(OH)3和TiO2粘結(jié)。可使用纖維材料-浸漬劑/粘結(jié)劑的大量其他組合，并包含于本發(fā)明中。
用于膠體SiO2的溶劑為pH值約9.0的水。也可能使用有機(jī)溶劑，也包括于本發(fā)明之中。
鉛蓄電池可排列成使PAM經(jīng)受一定的機(jī)械壓力，該機(jī)械壓力可抵抗PAM的膨脹。在施加壓力于PAM的同時(shí)，同樣的壓力也作用于負(fù)極活性材料(NAM)。該NAM在充電狀態(tài)下由多孔鉛組成并且比PAM軟，因此如果不采取措施NAM的厚度將減少。為了彌補(bǔ)這一缺陷，根據(jù)本發(fā)明，陰極包含一個(gè)壓力吸附板柵。
已知有最高達(dá)80kPa的壓力作用于位于PAM和NAM之間的AGM隔板上的電池。根據(jù)本發(fā)明，可以將作用于具有浸漬的AGM式隔板的電極上的高機(jī)械作用壓力與負(fù)極處的抗壓裝置組合在一起。該裝置可以是壓鑄的板柵或雙極電池的中間壁突起。在普通電池中，在負(fù)極上的該壓力通常沒(méi)問(wèn)題，因?yàn)镹AM沿負(fù)極板柵外緣提供于其上。
具體實(shí)施例方式
這里將結(jié)合旨在以大電流放電和充電的雙極鉛蓄電池描述本發(fā)明的應(yīng)用。然而這并使本發(fā)明限于這一實(shí)施例，因?yàn)榭紤]到本發(fā)明首先可適應(yīng)于其他各種結(jié)構(gòu)的鉛蓄電池，也適應(yīng)于其他類型的電池。


圖1雙極電池的示意圖；圖2為增加和減少負(fù)載的情況下浸漬和不浸漬的AGM隔板進(jìn)行壓縮的圖；圖3負(fù)極上用于抗壓的板柵；圖4半-雙極電池單元；圖5具有根據(jù)本發(fā)明的隔板的雙極電池的壽命；
圖6a未處理玻璃纖維墊中的玻璃纖維的電子顯微鏡照片，和圖6b根據(jù)本發(fā)明的SiO2如何在玻璃纖維墊中將玻璃纖維粘結(jié)在一起的電子顯微鏡照片。
下面關(guān)于形成于電池隔板中的玻璃纖維的論述也適用于可形成纖維的其他無(wú)機(jī)化合物。
本發(fā)明涉及用于電池的增強(qiáng)隔板、具有所述隔板的電池和生產(chǎn)該種隔板的方法。這種電池可以在電極上作用約80-250kPa的機(jī)械壓力，具有在負(fù)極部分的抗壓裝置，優(yōu)選地為塑料。所述隔板會(huì)承受所述壓力而不使材料發(fā)生斷裂，且具有一定的柔性。
與完全放電約0.5-1分鐘的放電時(shí)間相應(yīng)的大電流電池應(yīng)該具有較短的電極距離，以使鉛蓄電池內(nèi)部的內(nèi)壓較低。此外，電池的電極和其他部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)電極表面上的電流的均勻分布。這種電池的優(yōu)選的實(shí)施例可以為雙極結(jié)構(gòu)，如在美國(guó)專利No.5,510,211中已知的例子。該電池構(gòu)造為適于所述充電和放電狀態(tài)。已顯示的是，至少為150kPa但優(yōu)選地為200kPa的機(jī)械壓力使電池具有較長(zhǎng)的使用壽命。本發(fā)明的描述會(huì)與所述專利相關(guān)，但因此不必限于所述結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖1，用于雙極電池的電極1包括電子傳導(dǎo)壁6，該壁的兩側(cè)各有PAM 5和NAM 7。每個(gè)雙電極1，特別是根據(jù)所述美國(guó)專利No.5,510,211電池中的雙電極1，安裝于框架2，構(gòu)造框架2使其為隔板4提供空間。五個(gè)雙電極和兩個(gè)單極終端電極2共同形成12V雙極電池。壁6包括多孔化學(xué)盤(例如20×15cm)，其孔隙以鉛或鉛合金充滿，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性。
將包括氧化鉛、水、硫酸以及所謂膨脹劑(expander)的混合物的負(fù)極物質(zhì)以濕潤(rùn)狀態(tài)涂覆于灌鉛陶瓷盤的一側(cè)上，該盤具有減輕壓力的板柵(參見(jiàn)圖3，9涉及用于在結(jié)構(gòu)10中容納活性物質(zhì)的空間)，涂覆厚度約1mm，且不超過(guò)板柵的厚度。
正極物質(zhì)可包括水和預(yù)先制備的四堿式硫酸鉛(4PbO.PbSO4)的混合物，且添加于雙極電極的另一側(cè)，緊貼灌鉛多孔陶瓷盤。干燥后，進(jìn)行化成過(guò)程，其中，負(fù)極物質(zhì)轉(zhuǎn)化為多孔Pb，正極物質(zhì)轉(zhuǎn)化為多孔PbO2，轉(zhuǎn)換方式是本技術(shù)的人員所熟知的。
使用BINDZIL30/220，制備略大于電極表面、厚度為0.85mm的隔板4，如下面的例子所描述。在110℃下干燥隔板過(guò)夜。在將隔板置于每個(gè)電極之間的組裝過(guò)程中，將隔板通過(guò)壓力壓縮至0.7mm。
在化成和清洗之后，安裝終端電極與極柱、雙極電極和隔板一起成為一堆，并借助拉桿壓縮到200kPa的壓力。
可選用其他壓力，其中，在圖2所描述的浸漬液體中用更多或更少量的BINDZIL浸漬隔板。該圖顯示壓縮作為壓力負(fù)載的函數(shù)。負(fù)載采用約25-50kPa的壓力逐級(jí)增加，直到隔板完全壓縮。此后，對(duì)隔板進(jìn)行逐級(jí)卸載，這樣，厚度增加。
從該圖可明顯看出，非浸漬隔板在約15kPa下已壓縮至0.7mm，而具有20％BINDZIL(＝0.42g SiO2/克玻璃)時(shí)達(dá)到100kPa，具有50％BINDZIL(1.05g/g)時(shí)達(dá)到約180kPa。為了通過(guò)非浸漬隔板達(dá)到250kPa的壓力，需要有兩個(gè)隔板，每個(gè)厚度為0.85mm，壓縮至0.7mm。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，見(jiàn)圖4，分兩半生產(chǎn)雙極電極。一半包括該雙極電極的正極部分，活性材料涂覆于灌鉛陶瓷盤之上；另一半包括負(fù)極部分，活性材料涂覆于具有減輕壓力板柵的含鉛銅板10。
電極的兩半各包括于一個(gè)框架之中，放置在一起形成容納隔板的空間。根據(jù)本發(fā)明的浸漬了BINDZIL的隔板4放置于這些電極之間。所述隔板的厚度為例如0.85mm，如果浸漬的量為50％BINDZIL，將其壓縮至0.7mm需要200kPa的壓力。通過(guò)熱壓對(duì)具有隔板的電極進(jìn)行密封，或者以本技術(shù)人員所熟知的其他任何方式密封，成為一個(gè)2V的單元。將該單元和任意數(shù)目通過(guò)同樣方式生產(chǎn)的單元置于一起成為一堆，并通過(guò)拉桿使它們相互靠近，這樣可實(shí)現(xiàn)所有單元間的良好的電接觸。
參見(jiàn)圖6b，通過(guò)電子顯微鏡觀察可清晰看出，干燥的SiO2鎖定了玻璃纖維的大多數(shù)交叉點(diǎn)。這種鎖定出人意料地穩(wěn)定，可能是因?yàn)榛静牧虾吞峁┑膽腋∫壕哂邢嗤幕窘M成。化學(xué)穩(wěn)定性也很高用30％BINDZIL 30/220溶液(對(duì)應(yīng)于0.52g/g)浸漬一個(gè)AGM，在濕潤(rùn)狀態(tài)下將其按90°折疊若干次，并在110℃下干燥整夜。然后將該樣品在密度為1.30的硫酸中放置12個(gè)月。此后，觀察不到形狀或抗壓能力的變化。作為對(duì)照，在圖6a中，顯示了未處理狀態(tài)下的相應(yīng)的玻璃纖維結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例1將電極表面積為16.6cm2的兩個(gè)4V雙極電池分別與(A)兩個(gè)AGM型的厚度均為0.85mm的浸漬隔板；和(B)一個(gè)AGM型、厚度0.85mm并由27％BINDZIL浸漬的隔板進(jìn)行安裝。將兩個(gè)電池的隔板壓縮至0.7mm(電極距離)，前者壓力為250kPa，后者為150kPa。電池循環(huán)如下以5.4A放電10s+以2.16A充電25s+5s靜止等，歷時(shí)20小時(shí)，其中在4小時(shí)期間完全充電。此后，循環(huán)繼續(xù)。每隔一個(gè)星期以0.3A進(jìn)行放電以確定容量。放電時(shí)間作為循環(huán)次數(shù)的函數(shù)如圖5所示。從圖中可清楚看出，根據(jù)本發(fā)明的電池與更傳統(tǒng)的電池相比其使用壽命上存在相當(dāng)大的差異。實(shí)際上，一個(gè)處理過(guò)的隔板也優(yōu)于兩個(gè)未處理過(guò)的隔板。
實(shí)施例2將通過(guò)AGM型20.5×13.5cm×0.85mm厚度的未浸漬隔板制造的具有27％BINDZIL的隔板置于穿孔鋁板之上，該鋁板略大于該隔板。通過(guò)將27ml BINDZIL30/220稀釋到100ml來(lái)制備BINDZIL溶液。提供26g該溶液于隔板，從中心到邊緣部分。最后，傾斜放置具有隔板的鋁板，且沿上部邊緣涂覆另1g該溶液。用與其上置有隔板的鋁板相同類型的鋁板覆蓋隔板。在110℃的溫度在爐中對(duì)該隔板進(jìn)行整夜干燥。
權(quán)利要求
1.一種用于電池的隔板，包括無(wú)機(jī)纖維形成的板狀結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板浸漬有膠體無(wú)機(jī)納米微粒的分散體，當(dāng)溶劑干燥時(shí)，使所述纖維的交叉點(diǎn)中的所述微粒富集形成粘接劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的隔板，其特征在于，在300-700℃的溫度對(duì)該隔板進(jìn)行熱處理，以獲得更大的剛性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的隔板，其特征在于，所述無(wú)機(jī)纖維包括玻璃纖維、礦物纖維、金屬纖維組成的組中的任何材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的隔板，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括SiO2、Al2O3，Al(OH)3、TiO2組成的組中的任何材料。
5.根據(jù)以上任意權(quán)利要求的隔板，其特征在于，所述粘結(jié)劑占隔板總重量的約20％-60％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的隔板，其特征在于，所述粘結(jié)劑占隔板總重量的約25％-45％。
7.具有正極和負(fù)極、隔板和電解質(zhì)的電池，其特征在于，包括至少一個(gè)根據(jù)任意權(quán)利要求1-6中的隔板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電池，其特征在于，在其電極上施加至少100kPa的壓力安裝所述電池，壓力優(yōu)選地為150-250kPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的電池，其特征在于，粘結(jié)劑已提供于所述隔板，所提供的量使隔板在80-250kPa的外部作用壓力之下可以壓縮至厚度的約80％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9的雙極電池，其特征在于，減輕壓力的板柵置于每個(gè)負(fù)極中。
11.根據(jù)任意權(quán)利要求7-10的電池，其特征在于，包括具有硫酸電解質(zhì)的鉛蓄電池。
12.用于電池的隔板的制備方法，其中使用包含無(wú)機(jī)纖維的盤狀結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板浸漬有膠體無(wú)機(jī)納米微粒的分散體，當(dāng)溶劑干燥時(shí)，在所述纖維的交叉點(diǎn)中富集所述微粒以形成粘接劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，通過(guò)在升溫狀態(tài)下的干燥以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶劑的干燥。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于，在干燥該溶劑之后，使所述隔板在300-700℃的溫度進(jìn)行熱處理，以在所述交叉點(diǎn)上獲得該粘結(jié)的更大剛性。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14的方法，其特征在于，所使用的無(wú)機(jī)纖維包括玻璃纖維、礦物纖維、金屬纖維組成的組中的任何材料。
16.根據(jù)任意權(quán)利要求12-15中的方法，其特征在于，所使用的粘結(jié)劑選自SiO2、Al2O3，Al(OH)3、TiO2組成的組。
17.根據(jù)任意權(quán)利要求12-16中的方法，其特征在于，使用占隔板總重量約20-60％的粘結(jié)劑。
18.根據(jù)任意權(quán)利要求12-17中的方法，其特征在于，使用占隔板總重量約25-45％的粘結(jié)劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于電池的隔板，該隔板包括無(wú)機(jī)纖維形成的板狀結(jié)構(gòu)，其不同之處在于，所述隔板浸漬有膠體無(wú)機(jī)納米微粒的分散體，當(dāng)溶劑干燥時(shí)，使富含于所述纖維的交叉點(diǎn)中的所述微粒形成粘接劑。本發(fā)明還涉及包括高壓作用于活性材料上的隔板的電池以及制作所述隔板的方法。
文檔編號(hào)B32B5/16GK1679184SQ03820469
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者O·尼爾森 申請(qǐng)人:Eff能源股份公司