專利名稱：用于制備和安裝蓄電池減爆材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于蓄電池組，特別是關(guān)于有效減緩蓄電池頂部空間中累積的可燃?xì)怏w爆炸的多孔可壓縮材料制備和安裝的一種新方法和裝置。
如技術(shù)上眾所周知的原因，大部分類型的蓄電池組在工作中產(chǎn)生可燃?xì)怏w，這些氣體或是從蓄電池容器內(nèi)排入大氣，或是通過活性材料在蓄電池內(nèi)進(jìn)行副反應(yīng)而被化合。然而，既使在電池結(jié)構(gòu)上做得有助于可燃?xì)怏w在電池內(nèi)部進(jìn)行化合，仍然會出現(xiàn)由于疏忽或誤過充電的情況，這樣蓄電池內(nèi)的化合反應(yīng)過程受到破壞，并將產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w。
蓄電池頂部空間內(nèi)的可燃?xì)怏w會意外地被點(diǎn)燃并引起電池的爆炸這也是公知的。多年來，一直在尋找有效和可靠的防止或減少蓄電池的爆炸以及危險的后果。
蓄電池頂部空間內(nèi)的可燃?xì)怏w的燃燒是由于電池內(nèi)部或外部的引爆源所致。在電池內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，如果不能有效地進(jìn)行化合，最終將產(chǎn)生很高的內(nèi)部壓力，因此，必須將可燃?xì)怏w排入大氣中。排氣通常是使用簡單的敞開式排氣縫、火焰消除器或單道安全閥(有時稱作為“冒氣”閥)來完成的。
但是，如果外部引爆源或出現(xiàn)在容器內(nèi)部的引爆源破壞了保護(hù)裝置中的一個，那么電池頂部空間的可燃?xì)怏w就可爆炸。聚集的氣體(通常是氫氣和氧氣的混合物)和相當(dāng)大的頂部空間體積會導(dǎo)致這樣的爆炸，即炸壞容器、端蓋或其它部件。另外，爆炸還常常會使容器內(nèi)的酸液或其它危險的電解液從容器中飛濺出來。
因此，長期以來一直在尋找抑制或減小電池內(nèi)爆炸作用的材料和方法是不足為奇的。當(dāng)然，消除頂部空間或用一種固體材料填滿頂部空間來消除可燃?xì)怏w的存在，從而消除了爆炸的可能。然而，這是不能被接受的。中空的頂部空間對于所有二次蓄電池來說都是必需的。首先，頂部空間要容納某些電池部件，如極板的同極連接片，電池室間的連接件或端子。另外，在應(yīng)用自由液體電解液的蓄電池中(有時稱為“溢流”系統(tǒng))，必要的中空頂部空間可用來調(diào)整電池工作期間電解液面的變化或在極端使用條件下(如極度過充電時)為酸液的流動提供必要的空間。
多年來，眾所周知，為防止頂部空間中氣體的爆炸和熄滅任何可能形成的火焰，可利用多孔材料部分地或全部地填充到電池的頂部空間里，并仍允許氣體和電解液通過材料的流動。例如，美國專利2341382公開過利用疏松裝填材料部分地填充在頂部空間里，所用材料如粉碎的石頭或玻璃，硅藻土，或玻璃纖維。在該專利中暗示了疏松裝填材料不能完全防止氣體的爆炸，但借助于把頂部空間室分成許多小的相互連接的小室，可防止氣體高速整體的燃燒，而代之以一系列微弱的和無關(guān)緊要的小爆炸直到火焰被熄滅?？梢韵嘈?，在該專利中如前所述的基本理論(有時稱為“鏈?zhǔn)浇K止”理論)對于大量的各種多孔填充材料來說基本上是正確并有效的。但是，由于該理論還未得到完善，并在隨后的幾年中許多改進(jìn)的多孔材料的發(fā)展，特別是塑料，使得這一技術(shù)沒有大規(guī)模的或總體的實施。因此，在電池工業(yè)的今天，急需有效減小危險爆炸的材料和使用方法，而不使其有損于電池安全有效的工作。
確信有許多因素妨礙或阻礙了抑制或減小爆炸技術(shù)在電池中的實際有效應(yīng)用。概括地說，這些因素包括在電池性能上的其它危險和有害作用。當(dāng)電池的頂部空間用多孔材料填充時，在頂部空間實際保留的中空體積將會減少，并與填充材料的孔隙率或有效中空體積成反比。換句話說，填充材料中固體存在越多，則用該材料填充的整個頂部空間體積減少的就越大。如前所述，尤其在溢流電池中，有效中空頂部空間的減小將減小電解液流動或電解液液面變化所占空間。我們知道在許多類型的蓄電池中，高速率充電或極度過充電都將導(dǎo)致頻繁排氣。如果電解液中形成的氣泡不能迅速直接找到通往電池排氣孔的通道，則電解液可向上波動并通過電池排氣口溢出。這種情況被稱為電解液的“抽吸”，流出蓄電池的腐蝕性電解液，其破壞和有害作用是明顯的。
另外，如果相當(dāng)大量的電解液通過頂部空間中多孔材料的抽吸作用而從電池室中抽走，或多孔材料通過抽吸而保留電解液時，保留在電池室中的電解液就不能有效地進(jìn)行電池的電化學(xué)反應(yīng)和工作。在電池中用作為減爆材料的任何材料還必須具有某些必不可少的物理特性。該材料必須具有足夠的彈性來保持它們的形狀，并可迅速填入電池頂部空間有時不太規(guī)則的形狀中。
許多多孔塑料材料已用于燃料箱或類似容器的裝置中用以減小爆炸的危險。在現(xiàn)有技術(shù)中已揭示了各種纖維狀或多孔狀塑料。美國專利3561639揭示了利用開孔聚氨脂泡沫塑料的單一塊來填入燃料箱的內(nèi)部空間中。
為了消除燃料箱中的火焰并減小爆炸的危險，可以應(yīng)用許多類型的膨脹纖維塑料材料?？捎糜谠撚猛镜睦w維塑料材料包括聚烯烴、尼龍、滌綸、聚酯、丙烯酸類和聚氨脂，以及其他材料。借助于眾所周知的任何方法，象絞合，打卷、卷曲，針穿孔以及如前所述的任何方法，使材料具有膨脹或具有膨松結(jié)構(gòu)，從而提供高孔隙率和中空體積。這些材料的各種例子在美國專利3650.431、4141460和4154357中均有描述。
在賓德等入(Binderetal)共同擁有的名為“蓄電池減爆材料和方法”的相關(guān)申請中，描述了一種改進(jìn)的多孔塑料材料，該材料具有獨(dú)特的雙峰孔隙分布，它包括較大比例的小孔隙和較小比例的大孔隙，小孔隙可有效地減爆，大孔隙可用來在電池工作期間調(diào)整電池內(nèi)氣體和/或電解液的流動并通過頂部空間。通過使用單一型多孔材料，適當(dāng)?shù)丶右灾苽浜桶惭b，或利用兩種不同孔隙的多孔材料混合物都可提供獨(dú)特的雙峰作用，并且還可應(yīng)用纖維狀或開孔的材料。
減爆材料最好是安裝在電池室的中空頂部空間內(nèi)，使之保持一定的壓縮狀態(tài)，例如，大約20%的壓縮量。在材料上保持一定壓力可提供兩個不同的益處。如果材料在頂部空間內(nèi)保持壓縮狀態(tài)，在它達(dá)到自由的完全膨脹狀態(tài)之前它的固有彈性將使它填滿整個頂部空間的中空體積，這將保證在頂部空間內(nèi)不會有較大的中空體積而出現(xiàn)較大的爆炸。另外，已經(jīng)公知，保持壓縮狀的某些材料(其作用有較微弱的壓力)在減爆方面要比處于自由非壓縮態(tài)的相同材料要好。
已被認(rèn)為可有效減爆的材料可以通過適當(dāng)?shù)闹苽浜桶惭b得到加強(qiáng)，從而確保了材料在安裝之后得到最佳的性能。由于蓄電池的制造具有相當(dāng)高的自動化，這就需要為減爆材料提供自動的安裝。但是，方便的自動安裝不能損害安裝后減爆材料的性能，而實際上，如果實際用于材料制備和安裝的方法和裝置加強(qiáng)了材料的最終的性能的話，這是最希望的。
本發(fā)明關(guān)于一種對于蓄電池室或蓄電池組的頂部空間中的減爆材料制備和安裝以及相關(guān)的裝置或設(shè)備。本發(fā)明的各個實施例給出了自動安裝和組裝，以及使用的方法和裝置，從而導(dǎo)致當(dāng)材料安置在頂部空間時優(yōu)化材料的減爆性能。
按照本發(fā)明的方法，首先壓縮多孔可壓縮的減爆材料，以可釋放的結(jié)合物保持壓縮狀態(tài)，在如此壓縮狀態(tài)下插入到頂部空間中，然后釋放結(jié)合物，使材料在頂部空間內(nèi)膨脹。
減爆材料可被單向地壓縮，如通過平壓，或雙向地壓縮，如通過輾壓。另一方面，通過壓縮減小減爆材料的體積并保持在壓縮狀態(tài)下，有助于減爆材料裝入電池內(nèi)常常較小的和有時被阻塞的頂部空間中。
用來保持材料處于壓縮狀態(tài)的結(jié)合物可以包括化學(xué)粘合劑或物理包容物。另一方面，結(jié)合物最好通過在蓄電池中使用的液體電解液的溶解而釋放。術(shù)語“溶解”“可溶”和所用的其它變化，是試圖概括結(jié)合物的離子溶解，以及導(dǎo)致結(jié)合物釋放的化學(xué)反應(yīng)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)硅酸鈉是特別有效的化學(xué)結(jié)合劑。它可溶解于鉛酸電池中使用的硫酸電解質(zhì)水溶液中，以及一些堿性電解液中，并在溶解時對于蓄電池或減爆材料的工作無害。材料還可由輾壓或緾繞而壓縮在一限定的外層中，如網(wǎng)狀物，網(wǎng)狀物或以此來包容的物件，可由溶于電解液的材料制成，從而使減爆材料有效釋放并再次膨脹。
結(jié)合物放開后減爆材料在原處再次膨脹，這也將有助于使頂部空間的中空體積完全由材料占據(jù)，并可提供防爆。壓縮程度的變化和/或最初裝在頂部空間的壓縮材料量的變化將有助于使再次膨脹的材料以一定的壓縮力保持在頂部空間之中，換句話說，材料不會完全的重新膨脹，這也可以加強(qiáng)材料減爆的效果。


圖1為拿掉端蓋部分的多室蓄電池的俯視圖，示出了按照本發(fā)明的最佳實施例制備的減爆材料安裝在蓄電池室頂部空間的情況。
圖2為沿圖1中2-2線垂剖通過電池室端部的垂直截面圖，而且還示出了在頂部空間內(nèi)釋放和膨脹后的減爆材料。
圖3為類似于圖1的蓄電池俯視圖，示出了以不同的方法制備和安裝并在頂部空間內(nèi)的類似的減爆材料。
圖4為通過電池端部，沿圖3中4-4線切下的垂直剖視圖，而且還示出了結(jié)合物在釋放和重新膨脹以前的減爆材料。
圖5示出了按照最佳實施例的方法和裝置壓縮和包含的減爆材料的單一圓柱體。
圖6為沿圖5中6-6線所截的垂直截面圖。
圖7為從圖4中所示最初安裝的塊上切下的重新結(jié)合的材料墊的俯視圖。
圖8為沿圖7中線8-8切下的放大截面圖。
圖9為類似于圖1和3的俯視圖，它示出了按照另一種實施例制備的減爆材料的安裝。
參照附圖1和2，蓄電池10包括容器12和端蓋14。容器和端蓋由聚丙烯注塑制成并具有大約0.1英寸的平均厚度。容器12由整體注塑并由室間隔板16分割成一系列的室體13。每一個小室包含-電極組件18，它是由絕緣隔板19分開的正負(fù)極板15和17疊層組件構(gòu)成。這都是以眾所周知的方法構(gòu)成的。每個小室內(nèi)的電極組件18還包括接線片21和同極連接片23，相鄰電極的接線片21通過小室隔板16以適當(dāng)導(dǎo)電室間連接件25串聯(lián)連接，所有各部分都是由現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的普通結(jié)構(gòu)組成。蓄電池10的端部電池室還包括同向上延伸通過端蓋14的外部接線柱20的連接。
端蓋14包括一系列向下延伸的排氣塞孔27確定的排氣/充氣孔22，每個電池室13對應(yīng)一個孔。排氣/充氣孔22由可固定或移動的孔蓋部件24來封閉。孔蓋部件24通常包括置入排氣塞孔27并完全密封孔22的向下垂置的孔塞29，然而可提供一小的通道，使電池室內(nèi)產(chǎn)生的氣體通過排氣孔而排向大氣?？咨w部件24通常還包括與每個排氣孔22相鄰的微孔火焰消除器，這可以防止外部火焰或引爆源漫延到蓄電池的電池室中。前述的結(jié)構(gòu)是具有代表性的，為了理解發(fā)明，沒有必要將各個部件都示出。
在前述結(jié)構(gòu)通常的鉛酸蓄電池組件中，組成的電池組件18放在蓄電池的電池室13內(nèi)，相鄰電極組件18之間的電池室間連接25通過隔板16來制成(同時，依據(jù)這種方式，還可制成外部接線柱的連接)，端蓋14用于封閉容器12。每個電池室充滿硫酸電解液達(dá)到略高于電極組件18頂部的液面高度，并且蓄電池是由電化學(xué)反應(yīng)而形成，在正負(fù)極板15和17上，使正負(fù)極板上的氧化鉛和硫酸鉛材料分別變?yōu)槎趸U和鉛。
除了由連接片23，接線片21，最端接線柱20和排氣塞孔27所占空間以外，在每個小室的電極組件18頂部以上和端蓋14以下的空間通常是中空的，這個中空頂部空間(在圖1至圖4中通常是用字母H標(biāo)出)是由下述各個實施例中的減爆材料所占據(jù)，該頂部空間在通常6室12伏蓄電池中每室可具有20～25立方寸(325～410立方厘米)的空間體積。
由于電池室內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣和氧氣，向上通過電解液，極板15和17之間以及電極組件18的隔板19，而聚集在頂部空間H中，直到具有足夠的正壓，使氣體通過排氣孔22和火焰消除器或排氣蓋24上的其它排氣裝置而排出。眾所周知，該氣體混合物具有很強(qiáng)的爆炸力。引燃累積在中空頂部空間中的該氣體可導(dǎo)致這樣的爆炸，即很容易炸壞容器和/或端蓋以及其它連接部件。除了電池的破壞以外，眾所周知，爆炸后的電池碎片和酸性電解液還會對人身造成潛在危險。由于需要容納一定的結(jié)構(gòu)部件并為電解液面的波動提供空間，因此必須保留蓄電池組內(nèi)的頂部空間。
在上述的同一相關(guān)申請中描述的減爆材料的最佳實施例中，以兩種不同類型的開孔聚氨酯泡沫材料的混合物提供了雙峰孔隙分布，該分布于于有效地減爆和氣體/電解液的控制是必要的。特別參照圖2和3，混合減爆材料26是由小的隨機(jī)取向的小孔隙小塊28和大孔隙小塊30組成。小孔隙小塊28對減爆而言最有效，而大孔隙小塊30對于電解液的回流和現(xiàn)有氣體向排氣孔22的運(yùn)動提供了敞開的空間。
混合的雙峰孔隙材料26可采用切割或斬切而成的任一相宜尺寸或形狀的泡沫材料28和30的小塊。應(yīng)使隨機(jī)分布的混合材料的小塊以確保蓄電池的頂部空間完全充滿材料26的方式被裝入每個蓄電池室中空的頂部空間H內(nèi)。這些聚氨脂泡沫具有高度的可壓縮性和彈性，因此，將這些材料經(jīng)某種程度的壓縮而裝入頂部空間并使它在頂部空間內(nèi)脹開將有助于保確完全填充。利用塊體較小的28和30也可提高完全填充。事實證明，一般1/2英寸大小的泡沫材料可令人滿意地工作。
可利用各種方法來制備用于裝入蓄電池頂部空間的混合減爆材料并使之便于裝填和獲得合適的最終定位。在圖1、5和6中所示的最佳實施例中，大的和小的多孔泡沫塊28和30的適當(dāng)混合物可被壓縮并輾成圓柱形，通過合適材料(如尼龍)的網(wǎng)狀物或網(wǎng)32保持在壓縮狀態(tài)。壓縮的混合材料的圓柱體31在容器12安放端蓋14以前被放置在電極組件18上方的每個電池室的頂部空間內(nèi)。尼龍網(wǎng)32在硫酸中是可溶解的，并在蓄電池充滿電解液后很快溶解。網(wǎng)的溶解導(dǎo)致被壓縮的混合材料膨脹從而完全充滿頂部空間。通過對于被壓縮的圓柱體31的尺寸和多孔材料壓縮程度的適當(dāng)控制，考慮到要填充的頂部空間大小，可充分改變材料最終保持在頂部空間的壓縮程度。
如從圖1中可看到的，被壓縮的減爆材料的圓柱體引插到敞口容器12的每個電池室內(nèi)是容易的。當(dāng)網(wǎng)32或其它可釋放的粘合劑(借此該材料被保持在壓縮狀態(tài)下)溶解后，該材料必須膨脹(或重新膨脹)到完全充滿該電池室的頂部空間，如圖2和3中減爆材料26所示。通過輾壓使該材料成為圓柱體31的減爆材料雙軸壓縮將導(dǎo)致當(dāng)封閉的網(wǎng)32在該電池室內(nèi)松脫時一種一致的雙軸膨脹。材料的雙軸膨脹主要有助于確保材料在垂直方向(圖2)和水平方向(圖3)膨脹至頂部空間的各部分。對于位于或延伸于頂部空間的各種不規(guī)則形狀的部件如終端接線柱20，接線片21，連接片23或排氣塞孔27等，使減爆材料圍繞這些部件周圍或處于它們之間是特別重要的。
特別參考圖1，可將被壓縮的減爆材料26的圓柱體31分成兩個較短的圓柱體33體35，以便于插到含有垂直的終端接線柱20的未端電池室13中。另一方面，采用電池室完整長度的圓柱體31時要求在接線柱20和電池室隔板16或容器12的端壁之間使其受到擠壓，而不以自動裝配的方式進(jìn)行。
雖然尼龍網(wǎng)32容易在鉛酸蓄電池中使用的硫酸電解質(zhì)水溶液中溶解，但可要求限制溶解了的有機(jī)材料進(jìn)入到作為網(wǎng)的溶劑的電解液中的量。另一方面，網(wǎng)可由不溶解塑料，如聚丙烯制成，通過一種可溶解的材料，如尼龍，將其縫合從而封閉壓縮的減爆材料。還可以適當(dāng)?shù)夭捎每扇芙庥陔娊庖旱恼澈蟿?br> 如果利用可溶解的尼龍網(wǎng)32，采用簡單的熱封技術(shù)可最便利地圍繞壓縮減爆材料封閉。因此，約束網(wǎng)的搭接邊角可一起溶解。
化學(xué)粘合劑也可用作于粘接圓柱狀的減爆材料的手段。例如，由聚氨脂泡沫小塊28和30組成的混合材料26以硅酸鈉水溶液浸透，并壓入到剛性外緣的圓柱管中，再干燥使硅酸鈉固定。當(dāng)將減爆材料從使其成型的管內(nèi)取出后，硅酸鈉可把減爆材料固定成壓縮的棒。另一方面，粘合劑裹圍的減爆材料圓柱體以前面網(wǎng)狀物裹圍的材料相似的方法插入電池室。硅酸鈉在稀硫酸中容易溶解并且都知道對于鉛酸蓄電池的工作是無害的。
經(jīng)過雙軸壓縮的材料，不管是由網(wǎng)或其它外部包容層或一種化學(xué)粘合劑來保持其壓縮狀態(tài)，當(dāng)然可直接制成準(zhǔn)備插入的電池室的長度，或者可被切割為合適大小的較長的長度。在任何情況下被壓縮的減爆材料的棒或圓柱體適合于依次或同時放下或其它方式插入蓄電池各電池室內(nèi)的自動裝配。如前面所述的，對于含有垂直終端接線柱的蓄電池未端電池室需要在自動裝配工序中進(jìn)行調(diào)整，在此類調(diào)整過程中，壓縮減爆材料的完整電池室長度的圓柱體31可以制成較小的直徑，比如是圖1所示的圓柱體31直徑的1/2或更小。兩個這樣小直徑的圓柱體被插到每個電池室13中。在未端電池室，可以很方便地將這兩個圓柱體置于終端接線柱的相對應(yīng)的兩側(cè)。這樣的定位也可避免在減爆材料安裝完后當(dāng)端蓋14放在容器上時向下延伸的排氣塞孔27的相互影響。
混合型的減爆材料還可以采用另外的方法制備和安裝，如在下面將要描述的那樣，并可特別參考圖4、7和8。減爆材料任意取向的小塊28和30的一種混合物被分布成一薄的連續(xù)層，由粘合劑(如硅酸鈉水溶液)的溶液使其濕潤，在兩個相對表面上非方向性地壓縮并使之在保持壓縮狀態(tài)下干燥。做成了減爆材料的墊34由前述的硅酸鈉粘合劑被結(jié)合在一起并處于壓縮狀態(tài)，利用類似于人們所熟知的“再膠合”工藝所采用的方法，例如用碎塑料泡沫材料小塊作成氈墊的方法制作墊。通常，將薄層混合小塊28和30壓在具有通孔的網(wǎng)絡(luò)36的平面之間，以便排除過量的粘合劑溶液及便于后續(xù)對材料干燥。
減爆材料通常地被壓縮并由粘合劑保持在其自由非壓縮狀態(tài)下體積的1/2至1/3。再次膠合的混合材料小塊自墊34切成能方便插入蓄電池容器的敞開的各電池室的尺寸。實際被填裝的壓縮材料的量很大程度上取決于它所保持的壓縮狀態(tài)。但在任何情況下，粘合劑溶解后材料充分膨脹下必須能完全充滿頂部空間H。因此，在膨脹后，減爆材料以所描述的關(guān)于雙軸壓縮或碾壓圓柱體31(如圖2和3所示)類似的方法充滿頂部空間。
例如，一再次膠合的混合墊34按下列方法進(jìn)行制備和安裝。
以標(biāo)移1/2立方英寸的泡沫塑料小塊28和30被布置成1英寸的深度，由含有大約25%重量百分比硅酸鈉的硅酸鈉水溶液濕潤，壓縮至大約3/8英寸的厚度并干燥。這些小塊被基本上切成電池室設(shè)計尺寸并在每個電池室中放置兩層38。因為材料的壓縮是非方向性的(相對于圖4中的部分垂直)，材料的再次膨脹也主要是以相同方向進(jìn)行。以上描述的兩層38的原始非壓縮厚度為2英寸，假定在頂部空間內(nèi)充分地再次膨脹，將能完全充滿于具有2英寸垂直尺寸的頂部空間。然而，可要求裝入更多的減爆材料，即多于在完全非壓縮狀態(tài)下充滿頂部空間所需材料的量。換句話說，通過頂部空間的邊緣限制材料再次完全膨脹，使得材料最終保持一定的壓縮狀態(tài)。這有助于確保材料膨脹到有時由其它元件占據(jù)頂部空間所造成的小的和不規(guī)則的空間。也就是，已經(jīng)知道的以一定壓縮狀態(tài)存在的減爆材料比同樣材料處于自由非壓縮狀態(tài)下工作更有效果。
混合材料層38的小塊28和30保持在一起的粘接劑的溶解將導(dǎo)致減爆材料的再次膨脹，類似于前面所述的與圖1，5和6對短的雙軸壓縮的圓柱體發(fā)生的情況。因此，再次膨脹的材料將以圖2和3所示的方式使其布置于頂部空間內(nèi)。
圖9表示了安置于蓄電池電池室的頂部空間內(nèi)的一種減爆材料，其制備方式類似于圖4，7和8所示和描述的方法，只是材料的類型不同。單獨(dú)材料的小塊42由單一型多孔可壓縮塑料材料制成，如上述同一相關(guān)申請中所詳細(xì)描述的可以是開孔或纖維材料中的任意一種。然而雙峰孔隙功能由任意取向的小塊42之間的敞開空間或通道44提供。
用圖7所示混合墊相似的方法制備減爆材料。例如，小孔隙聚氨脂泡沫塑料的單一的薄片由具有大約含20%重量百分比硅酸鈉的硅酸鈉水溶液濕潤。被濕潤的薄片被壓縮和干燥，其方法與對應(yīng)于圖7的混合墊所述的方法相似。然后，將被壓縮和粘合的薄片切成為合適大小的片體(標(biāo)稱1/2英寸大小的片體被證實可令人滿意地工作)。該小片體被裝入到電極組件18和其他相關(guān)部件頂上的電池室13的敞開的頂部空間H中。任何多余的小片體42在封閉或其它方式加端蓋14以前，可被方便地刷去，使其保持在容器12頂端的高度。然后通過排氣/充氣孔22將池解液充入電池室中，使硅酸鈉粘合劑溶解而小片體42膨脹并充滿頂部空間。在某些情況下，化成過程可使粘合劑的完全溶解和減爆材料的再次膨脹變得更容易。在化成過程中通常發(fā)生電解液通過頂部空間的流動和頻繁排氣現(xiàn)象，這有助于粘合劑的完全溶解。
雖然，對于采用開孔聚氨脂泡沫塑料已經(jīng)主要描述了上面關(guān)于制備和安裝減爆材料的方法，各種類型的膨脹纖維材料包括許多聚烯烴和聚脂纖維也可用于所述的各種安裝方式。例如，膨脹的非紡織聚丙烯纖維小塊和墊可被(1)由碾壓壓縮為圓柱體并由可溶解的網(wǎng)包裹住;(2)壓縮并結(jié)合成一個再次膠合的墊;或(3)從單一被壓縮和粘合的墊上切割。因此，除了材料的不同，制備和安裝方法基本上與上面在實施例詳細(xì)描述的相同。
不管前面用于制備和安裝減爆材料的方法和裝備如何，也不管所用減爆材料的類型如何，本發(fā)明為有助于最終有效減爆和相對容易地將材料裝入到蓄電池內(nèi)提供了很大的靈活性和適應(yīng)性。因此，通過嚴(yán)格地控制選擇用來安裝在給定體積的頂部空間中的減爆材料的體積，材料再次膨脹后頂部空間邊界內(nèi)所保持的實際殘余壓縮量可相當(dāng)精確地控制。控制減爆材料最終所保持的壓縮量可提供二個不同的好處。首先，通過采用大于減爆材料處于自由無壓縮狀態(tài)下所需體積填入頂部空間中，則使材料膨脹到完全充滿頂部空間內(nèi)的所有不規(guī)則的空間具有較大的可能性。完全充分地充滿對于消除頂部空間任何沒有占據(jù)的較大空間是很重要的，該較大空間足以由于其中的氣體引燃而導(dǎo)致潛在的有破壞性的高壓。另外，在頂部空間內(nèi)保持減爆材料具有一定程度的殘余壓縮狀態(tài)可增強(qiáng)材料的減爆效果。殘余的壓縮對于減小多孔材料的孔隙尺寸有實際效果，從而對所有其它因素也有效，因為材料的孔隙尺寸越小，其減爆性能越好。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池，其每個電池室內(nèi)在電極組件和電解液之上及電池室端蓋之下有一通常中空的頂部空間，安置減爆材料的方法包括以下步驟(1)選擇一多孔可壓縮的減爆材料；(2)對該材料進(jìn)行壓縮；(3)用一可釋放的結(jié)合物保持該材料處于壓縮狀態(tài)；(4)把該材料插入頂部空間；和(5)釋放結(jié)合物并使該材料在頂部空間內(nèi)膨脹。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇減爆材料的量應(yīng)在其完全非壓縮狀態(tài)下足以充滿頂部空間，并且將其壓縮到少于頂部空間的體積。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多孔可壓縮材料包括纖維或開孔塑料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中的材料從聚烯烴、聚氨脂和聚脂類選擇。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中的材料包括纖維或開孔塑料的隨機(jī)取向的小塊。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中材料被壓縮成圓柱狀。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中結(jié)合物可溶解在電解液中。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其中結(jié)合物被溶解而釋放。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中材料被壓縮到其非壓縮狀態(tài)的1/2到1/3范圍內(nèi)的體積。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中步驟(1)中所選擇的材料的量在其非壓縮狀態(tài)下超過頂部空間的體積。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(5)中材料的膨脹被頂部空間的邊緣限制在大約其非壓縮體積的80%到95%。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟(2)包括碾壓處于一外部包容層內(nèi)的該材料。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中外部包容層包括可釋放的結(jié)合物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中材料包括兩種塑料材料的混合物。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中可釋放的結(jié)合物包括一種網(wǎng)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中網(wǎng)可在電解液中溶解。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中網(wǎng)由尼龍制成。
18.如權(quán)利要求3所述的方法，其中材料由隨機(jī)取向的小塊組成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括以下步驟(1)在壓縮步驟之前，由結(jié)合物的溶液濕潤該材料;(2)壓縮該材料成為相互鄰接的小塊的墊;(3)在保持壓縮狀態(tài)的步驟中，干燥該材料以便置定結(jié)合物并提供一個已被重新結(jié)合的材料墊;和(4)在插入步驟之前，切割該已重新結(jié)合的材料墊為一定尺寸，使材料在完全非壓縮狀態(tài)下足以充滿頂部空間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中結(jié)合物包括硅酸鈉，其溶液多為水溶液。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中材料包括兩種塑料材料的混合物。
22.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所選擇的材料是片狀并包括下列步驟(1)在壓縮步驟之前，以結(jié)合物的溶液濕潤該片狀材料;(2)在保持壓縮的步驟過程中，干燥該片狀材料以便置定結(jié)合物;和(3)在插入步驟之前，切割該片狀材料成小塊。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中結(jié)合物的溶液是硅酸鈉水溶液。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，包括在插入該材料步驟之后進(jìn)行給電池室加蓋的步驟。
25.在一種蓄電池中，包括一容器，電極組件和裝在容器內(nèi)的電解液，一個容器端蓋，容器內(nèi)在電極組件和電解液之上和端蓋之下有一頂部空間，以及用于排放電池室內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的排氣裝置和完全充滿在頂部空間的多孔可壓縮塑料減爆材料，便于將該減爆材料安裝在該頂部空間方法包括，以一可釋放結(jié)合物將該減爆材料保持在一初始壓縮狀態(tài)下，其中在這一初始壓縮狀態(tài)下該減爆材料的體積小于頂部空間的體積，并且在電池室內(nèi)有效地釋放結(jié)合物并使減爆材料在頂部空間膨脹的方法。
26.如權(quán)利要求25所限定的發(fā)明，其中結(jié)合物分布于整個材料中。
27.如權(quán)利要求26所限定的發(fā)明，其中結(jié)合物包括硅酸鈉。
28.如權(quán)利要求26所限定的發(fā)明，其中結(jié)合物在電解液中可溶解并且該電解液能使結(jié)合物釋放。
29.如權(quán)利要求25所限定的發(fā)明，其中結(jié)合物包括一圍繞該材料的外部包容層。
30.如權(quán)利要求29所限定的發(fā)明，其中外部包容層由一個網(wǎng)組成。
31.如權(quán)利要求29所限定的發(fā)明，其中外部包容層在電解液中可溶解并且電解液能使該外部包容層釋放。
32.如權(quán)利要求30所限定的發(fā)明，其中網(wǎng)包括一層長度有限的包裹材料的網(wǎng)和確保該網(wǎng)處于包裹狀態(tài)的手段。
33.如權(quán)利要求32所限定的發(fā)明，其中網(wǎng)是不溶解的并且保證該網(wǎng)處于包裹狀態(tài)的保險材料是可溶解的。
34.如權(quán)利要求33所限定的發(fā)明，其中網(wǎng)由聚氨酯制成并且保險材料由尼龍制成。
全文摘要
多孔可壓縮塑料材料可有效減小聚集在蓄電池頂部空間內(nèi)的可燃?xì)怏w的爆炸，為便于安裝該材料通過壓縮并用可釋結(jié)合物使之保持壓縮狀態(tài)而加以制備。壓縮后的減爆材料插入到蓄電池的頂部空中，并隨后釋放結(jié)合裝置，使材料重新膨脹并填滿頂部空間，本發(fā)明揭示了通常方法的各種實施例，并且每種方法都可應(yīng)用各種開孔的和纖維狀塑料。可釋結(jié)合物可以是一物理包容物，或是化學(xué)粘結(jié)劑，而兩結(jié)合在電池的電解液中都可通過溶解而得到最佳釋放。
文檔編號H01M10/52GK1031912SQ8810657
公開日1989年3月22日 申請日期1988年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月1日
發(fā)明者理查德·賓德, 約翰·拉杜卡 申請人:地球聯(lián)合有限公司