[發(fā)明專利]三區(qū)電池隔板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480015061.3
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN105144431B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尼古拉斯·克萊門特;阿克沙伊·阿希爾加德
• 申請（專利權(quán)）人: 霍林斯沃思和沃斯有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

公開了一種電池隔板，包括：包括平均直徑大于或等于2μm的纖維例如玻璃纖維的粗纖維區(qū)；包括平均直徑小于或等于2μm的玻璃纖維的第一細(xì)纖維區(qū)；以及包括平均直徑小于或等于2μm的玻璃纖維的第二細(xì)纖維區(qū)，其中粗纖維區(qū)設(shè)置在第一細(xì)纖維區(qū)與第二細(xì)纖維區(qū)之間，并且其中粗纖維區(qū)的厚度構(gòu)成粗纖維區(qū)、第一細(xì)纖維區(qū)和第二細(xì)纖維區(qū)的總厚度的1％至49％。這樣的隔板可用于例如鉛酸電池中，其中在用酸填充電池期間，所述隔板增強(qiáng)酸朝內(nèi)部區(qū)域的擴(kuò)散。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池、電池隔板及其相關(guān)方法。

背景技術(shù)

電池一般被用作能源。通常，電池包括負(fù)電極和正電極。負(fù)電極和正電極經(jīng)常被設(shè)置在電解介質(zhì)中。在電池放電期間，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中活性正電極材料被氧化并且活性負(fù)電極材料被還原。在反應(yīng)期間，電子從正電極流過負(fù)載流向負(fù)電極，并且電解介質(zhì)中的離子在電極之間流動。為了防止活性正電極材料和活性負(fù)電極材料的直接反應(yīng)，通過隔板將電極互相機(jī)械隔離和電氣隔離。

一種類型的電池為鉛酸電池。在鉛酸電池中，鉛通常為活性正電極材料，并且二氧化鉛通常為活性負(fù)電極材料(在鉛酸電池中，電極經(jīng)常被稱為“(極)板(plate)”)。一般地，鉛酸電池還含硫酸，硫酸被用作電解質(zhì)并且參加化學(xué)反應(yīng)。

由玻璃纖維構(gòu)成的氈(mat)可以用作隔板。玻璃氈隔板在電解質(zhì)填充中具有關(guān)鍵作用。這種材料的物理特性的任何變化都可能極大地改變所填充和所形成的電池的質(zhì)量。隔板結(jié)構(gòu)、壓縮度以及纖維組成對未填充元件能夠多好地接受電解質(zhì)具有顯著影響。雖然高水平的壓縮對延長壽命是期望的，但是這可能使得填充和形成過程更加困難。當(dāng)隔板被壓縮時(shí)，孔徑減小，同時(shí)更加限制了對隔板中的空隙或空體積的進(jìn)入。這將使得填充過程更加困難。

當(dāng)向電池添加電解質(zhì)時(shí)，理想的情況是，所有的區(qū)域盡可能被相同量和相同濃度的酸潤濕，使得當(dāng)填充過程完成時(shí)在整個(gè)極板堆疊體存在電解質(zhì)的完美地均勻的分布。在實(shí)踐中，這種理想的情況是難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)閷τ陔娊赓|(zhì)在隔板與極板表面之間存在動態(tài)競爭。當(dāng)電解質(zhì)滲入極板堆疊體時(shí)，電解質(zhì)被隔板阻礙(毛細(xì)作用力傾向于相當(dāng)強(qiáng)地保持電解質(zhì))，并且同時(shí)電解質(zhì)通過硫酸與極板的放熱反應(yīng)(簡單的化學(xué)反應(yīng)PbO+H₂SO₄＝>PbSO₄+H₂O)而被耗盡。隨著液體從前面更深地滲入堆疊時(shí)，由于與鉛氧化物的放熱反應(yīng)，液體變得更稀并且還變得更熱。可能的威脅之一是過放電(hydration shorts)/枝晶的形成。因?yàn)樗崤c鉛氧化物反應(yīng)，所以硫酸電解質(zhì)逐步變得更稀。硫酸鉛在具有低的酸強(qiáng)度和接近中性pH的熱電解質(zhì)中是相對易溶的，并且溶解的硫酸鉛將擴(kuò)散到隔板中。這將促進(jìn)過放電和/或鉛枝晶的形成。由于形成穿過隔板結(jié)構(gòu)鉛枝晶，在形成期間可能發(fā)生并且檢測到短路，或者更敏感的是在使用中電池將過早地失效。如果填充過程不足或者不完全，則在填充之后個(gè)別單元還可能具有“干的區(qū)域”。這些不夠濕的區(qū)域可能不包括酸或水(完全干)、包括稀酸或僅包括水。在形成期間或形成之后這些干燥的區(qū)域?qū)⒅饾u變濕，但是可能導(dǎo)致顯著的板柵腐蝕，這是因?yàn)槲葱纬傻幕钚圆牧掀仁顾械碾娏鲀H流經(jīng)板柵。不幸地是，改善電池性能和/或壽命的設(shè)計(jì)或材料改變還往往使得合適的填充更加困難。

發(fā)明內(nèi)容

需要一種改善酸填充并因此改善電池性能和循環(huán)壽命的電池隔板。由設(shè)置在兩個(gè)細(xì)纖維區(qū)之間的指定厚度的粗纖維區(qū)構(gòu)成的電池隔板通過增強(qiáng)酸朝內(nèi)部區(qū)域的擴(kuò)散可以改善酸填充和極板成型。由于這種隔板的經(jīng)改善的潤濕性，在某些實(shí)施方案中，硫酸的密度或濃度在整個(gè)隔板的主體處保持在大約恒定的水平。因此，可獲得均勻量和均勻濃度的酸用于與極板中的活性材料反應(yīng)，由此得到均質(zhì)的極板成型和均勻的活性材料利用率。這可以得到提高的循環(huán)壽命和降低的電池缺陷率。