專(zhuān)利名稱(chēng)：電池隔板以及含有該隔板的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了電池隔板及其制造方法，以及含有該電池隔板的缺乏電解質(zhì)的電池。具體地說(shuō)，本發(fā)明可直接利用一個(gè)電池隔板，其能夠很熔易地被電解質(zhì)浸濕，甚至當(dāng)被電解質(zhì)浸濕后，電池隔板具有較高的抗拉強(qiáng)度。
各種各樣的產(chǎn)品，從消費(fèi)者使用的電子產(chǎn)品到靠電池供電的電動(dòng)汽車(chē)，都是使用電化學(xué)能源的。類(lèi)似地，已有大量的一次和二次電池被設(shè)計(jì)出來(lái)或加以推薦以用于各種各樣的場(chǎng)合。例如，如下電化學(xué)體系是已知的AgO/Zn，Ag2O/Zn，HgO/Zn，HgO/Cd，Ni/Zn，Ni/Cd，Ni/MH，以及Zn/air。
電池是一種能把電化學(xué)能轉(zhuǎn)換成直流電流的裝置，并且能特指明為一次電池或二次電池。在一次電池和二次電池之間的差異表現(xiàn)在所采用的電化學(xué)活性材料的類(lèi)型上。一次電池和燃料電池被定義為電池設(shè)備，它是通過(guò)化石燃料的氧化以及電化學(xué)衍生物產(chǎn)生電流的。參見(jiàn)Kirk-Othmer Encyclopedia of ChemicalTechnoloqy，3,545 et Seq.(1978)。因此，當(dāng)燃料或電化學(xué)活性材料全部耗盡時(shí)，電池的壽命也就終結(jié)了。另一方面，二次電池是通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流的，因此，可以使用外部電流在與普通電流反方向上對(duì)電池進(jìn)行充電。同上在569。
電池組是由一個(gè)或多個(gè)原電池制成的。在原電池最基本形式中，它是由一對(duì)極板，稱(chēng)為一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極，一個(gè)電池隔板，以及電解質(zhì)組成。當(dāng)負(fù)載接到電池上時(shí)，通過(guò)陽(yáng)極的氧化作用就產(chǎn)生了電子。所產(chǎn)生的電子通過(guò)負(fù)載然后返回到原電池的陰極，在陰極處還原。
在這樣的原電池中，電解質(zhì)溶液即包含電解質(zhì)溶液是一種在極板間進(jìn)行物質(zhì)傳遞的介質(zhì)。電池隔板的主要功能是防止極板之間的物理接觸并保持電解質(zhì)溶液。在缺乏電解質(zhì)的原電池中，隔板整個(gè)占有極板間的空間，并且電解質(zhì)溶液全部含在電池隔板中。因此，隔板起到了存貯電解質(zhì)溶液的作用。
對(duì)于這種電化學(xué)體系的電池隔板希望其具有各種各樣的特性。例如，為了進(jìn)行調(diào)節(jié)并且完整地保留住電解質(zhì)溶液(典型情況下是水溶液)，電池隔板應(yīng)是自然的，均勻的和永久的濕潤(rùn)的。電池隔板的天然可濕性確保了在電池制造期間電池隔板對(duì)電解質(zhì)溶液的吸收作用使其不會(huì)出現(xiàn)不吸收電解質(zhì)的斑點(diǎn)，如在電池隔板中出現(xiàn)氣泡或氣袋，或其他情況下出現(xiàn)的高阻力斑點(diǎn)，其將對(duì)電池隔板的性能產(chǎn)生有害作用。電池隔板的均勻可濕性確保其具有穩(wěn)定的性能，因此由工廠生產(chǎn)制造出來(lái)的使用這種隔板的電池將具有穩(wěn)定地和可預(yù)測(cè)的特性。電池隔板的永久可濕性確保了其在超過(guò)電池的使用壽命后，電池隔板將不產(chǎn)生缺少電解質(zhì)的斑點(diǎn)，如在電池隔板中出現(xiàn)氣泡或氣袋，或其他情況下，高阻力斑點(diǎn)引起的非均勻液流分布，其將對(duì)電池隔板產(chǎn)生變化以及有害的影響作用。
電池隔板還應(yīng)具有形狀的穩(wěn)定性，以及更好地是在加入電解質(zhì)溶液時(shí)不產(chǎn)生較大地膨脹或收縮。當(dāng)然，我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，原電池中的電池隔板對(duì)于通常的電解質(zhì)不起化學(xué)作用，此外，在溫度為-40℃至+70℃范圍內(nèi)，電池的有效性使用大約10年左右時(shí)間內(nèi)，電池隔板應(yīng)是有用的。另外，電池隔板應(yīng)有較高的機(jī)械強(qiáng)度，特別是當(dāng)用電解質(zhì)浸濕后。采用傳統(tǒng)的制造工藝，把電池隔板放入電池中。
這種電池隔板的另一個(gè)所希望的特征是在于有一個(gè)小的電解質(zhì)阻值，更好的電阻小于350mΩ-cm2，例如約為100-350mΩ-cm2，或甚至60mΩ-cm2或更小，以上阻值是在23℃，1000Hz，30％KOH條件下測(cè)得的，或是依據(jù)一個(gè)給定原電池的規(guī)格來(lái)測(cè)定的。小的電解質(zhì)阻值在許多情況下是重要的。例如，如果電解質(zhì)阻值太大，電池的功率輸出就相應(yīng)地減少了。
電池隔板的電解質(zhì)阻值與電解質(zhì)通過(guò)隔板的能力直接相關(guān)。另外，這個(gè)阻值取決于包含在隔板中電解質(zhì)的量。由于這個(gè)原因，更好地電池隔板已被設(shè)計(jì)出來(lái)，以使電池隔板迅速地和全部地被電解質(zhì)溶液浸濕。換句話(huà)說(shuō)，電池隔板應(yīng)具有高的毛細(xì)作用和被全部浸濕作用。此外，為了便于電池容易制造，當(dāng)溶液加入到隔板時(shí)，電池隔板應(yīng)能快速地吸收電解質(zhì)溶液，因而，從隔板中排出空氣，以使隔板全部地以及均勻地吸入電解質(zhì)。另外，對(duì)電池隔板較高希望是其應(yīng)具有較高的和穩(wěn)定的吸收能力，即它能夠吸收大量的電解質(zhì)溶液。更好地情況下，一電池隔板應(yīng)能吸收量為其本身重量的100-500％。
電池隔板還應(yīng)具有較好地結(jié)構(gòu)均勻性。這就要求不僅隔板的絕對(duì)厚度而且隔板的密度都應(yīng)是均勻的。如果電池隔板內(nèi)的結(jié)構(gòu)不均勻，那么電池的電解質(zhì)阻值就變?yōu)榉蔷鶆虻?，例如，由于形成缺少電解質(zhì)溶液的斑點(diǎn)，如在隔板內(nèi)有氣泡或氣袋，這樣就導(dǎo)致了電池隔板內(nèi)的非均勻電流分布，此外，在兩極之間的內(nèi)部短路能導(dǎo)致發(fā)生電池放電以致故障。另外，在整個(gè)時(shí)間范圍，如果電解質(zhì)濃度在電池隔板內(nèi)的均勻性將減小，電解質(zhì)阻值能增高達(dá)到一定程度以致使電池失效。
均勻隔板的另一個(gè)好處是依據(jù)一種給定的制造工藝加工出的各個(gè)隔板的性能將是始終如一的和可預(yù)計(jì)的。在制造加工過(guò)程中，是從一卷材料上切下許多電池隔板。如果，這些材料的物理性能變化，由這些材料制成的這些隔板就會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的各種特性。例如，由于各個(gè)隔板吸收電解質(zhì)的量不同，會(huì)給最后的電池制造加工造成困難。因此，使用這些具有不同電解質(zhì)電阻的隔板制造出來(lái)的電池的結(jié)果是電壓以及電池的功率輸出具有寬的偏差。
近些年來(lái)，已經(jīng)設(shè)計(jì)出各種各樣的電池隔板極力要達(dá)到所希目的的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是，在許多情況下，電池隔板的設(shè)計(jì)要綜合考慮多個(gè)所希望的特征。例如，由于努力使得各個(gè)電池隔板的表面自然地潤(rùn)濕，許多電池隔板就可以用能在電解質(zhì)溶液中浸濾的材料制成。這些材料可以包括表面活性混合物或其他潤(rùn)濕劑。當(dāng)這些化合物從電池隔板濾出后，隔板的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)和天然浸濕性就下降了。此外，被濾出的材料污染了電解質(zhì)溶液并且與之起反應(yīng)，以及破壞了電解質(zhì)溶液和/或這些電極，因而，引起功率的降低。每一種作用都能減少電池的使命壽命。類(lèi)似地，許多電池隔板含有金屬雜質(zhì)，也能浸入到電解質(zhì)溶液中，具有類(lèi)似的不利影響。另外，使電池隔板自然地浸濕的一些工藝可以對(duì)電池隔板的拉伸性能產(chǎn)生不利影響，因此，在電池的制造過(guò)程中使應(yīng)用上帶來(lái)些困難。
已有技術(shù)對(duì)存在的特殊問(wèn)題(即在隔板中存在著干斑點(diǎn)的問(wèn)題)并沒(méi)有提出令人滿(mǎn)意的解決方式。非均勻性可以引起電解質(zhì)溶液通過(guò)電池隔板的某些區(qū)域，因而導(dǎo)致了干斑點(diǎn)的形成。這些干斑點(diǎn)減少了電解質(zhì)溶液可以流動(dòng)的有效區(qū)域，因而也就增加了電池隔板的電解質(zhì)阻值。另外，當(dāng)試圖生產(chǎn)具有穩(wěn)定性能的電池時(shí)，非均勻性就引起了無(wú)數(shù)的制造方面的問(wèn)題。類(lèi)似地，在電池制造期間，隔板的不足張力性能要承受機(jī)械加工方面要求，這樣就能增加電池制造方面的許多困難。
因此，本發(fā)明試圖獲得具有最小組成的電池隔板所希望帶有的各個(gè)特性。這樣，本發(fā)明所制造電池隔板，很容易與電解質(zhì)溶液相匹配，例如，其具有高的毛細(xì)作用，在潤(rùn)濕過(guò)程中的外廓尺寸穩(wěn)定，高的吸收能力，以及好的阻抗浸濾和其他化學(xué)反應(yīng)，并且在加工過(guò)程中有好的拉伸性能以及低阻抗的電解質(zhì)通道。整個(gè)電池和制造電池隔板及電池的加工方法都屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)及好處將在本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中加以描述。
本發(fā)明提供了一種電池隔板，其包括(a)平均直徑為約15μm或更小的無(wú)紡織物纖維，以及(b)在無(wú)紡織物表面上的一種接枝聚合單聚物，用一種堿性電解質(zhì)使得無(wú)紡織物自然地浸濕，其中無(wú)紡織物包含具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴至少約60％的重量比，以及具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴只有約40％的重量比，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度，這種無(wú)紡織物是受第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度值支配的，并且無(wú)紡織物的厚度至少約為50μm。本發(fā)明還提供一種含有這種電池隔板的電池，以及提供制備這種電池隔板和電池的方法。
本發(fā)明的電池隔板包括(a)具有平均直徑約15μm或更小纖維的無(wú)紡織物，以及(b)在無(wú)紡織物表面上的一種接枝聚合單聚物，利用一種堿性電解質(zhì)使得無(wú)紡織物自然地潤(rùn)濕。無(wú)紡織物包含具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴至少占約60％的重量比，以及具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴只有約40％的重量比，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度。這種無(wú)紡織物還受到介于第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度值的支配，并且無(wú)紡織物的厚度至少為約50μm。
當(dāng)無(wú)紡織物包含具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴至少約為60％的重量比，以及其有第二熔化溫度的第二種聚烯烴只有約40％的重量比，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度，無(wú)紡織物較好的情況下包括第一種聚烯烴至少約70％的重量比，更好的情況下包括約80％的重量比(例如約80-90％的重量比)，并且第二種聚烯烴只有約30％的重量比，更好的情況下只有約20％的重量比(例如約10-20％的重量比)。這種纖維更為可取地是由包含第一種聚烯烴的芯，以及第二種聚烯烴至少局部環(huán)繞的表面組成的。更好的情況是纖維包含第一種聚烯烴的芯以及第二種聚烯烴的。復(fù)蓋層(即，第二種聚烯烴形成一種連續(xù)的覆蓋層套在第一種聚烯烴芯的表面上)。
無(wú)紡織物能用任何適合的聚烯烴制備出來(lái)合適的聚烯烴包括聚乙烯，聚丙烯，以及聚甲基戊烯。第一種聚烯烴較好地是聚丙烯，這樣第二種聚烯烴較好地是聚乙烯。無(wú)紡織物纖維可以使用任何合適的方法制備出來(lái)，并且可用任何合適的設(shè)備制成無(wú)紡織物，例如使用傳統(tǒng)的改良型長(zhǎng)網(wǎng)造紙加工工藝。
無(wú)紡織物受到介于第一和第二聚烯烴的第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度的支配。無(wú)紡織物在熱定位工序期間或之后都被進(jìn)行砑光，最好在熱定位工序期間被砑光，例如，無(wú)紡織物在被加熱的狀態(tài)下通過(guò)壓延錕。壓延操作工序還可以用于減少無(wú)紡織物的厚度以及改善它的厚度的均勻性。但是，壓延工序能給無(wú)紡織物的強(qiáng)度性能帶來(lái)不利影響，因此，在壓延無(wú)紡織物的操作過(guò)程要留心它的運(yùn)行情況，以便不對(duì)它的強(qiáng)度方面產(chǎn)生影響，因?yàn)槟菢拥脑?huà)無(wú)紡織物將不能用于作為電池隔板時(shí)提供足夠的強(qiáng)度。另外，若無(wú)紡織物不進(jìn)行壓輥操作工序其結(jié)果是所呈現(xiàn)的無(wú)紡織物無(wú)孔，在很大程度上影響了液體的吸收和通過(guò)無(wú)紡織物的流動(dòng)性能。
用于制作無(wú)紡織物的纖維具有約15μm或更小的平均直徑。更好地情況是形成無(wú)紡織物的全部纖維基本上都具有約15μm或更小的直徑。形成無(wú)紡織物的各種纖維典型情況下直徑約為8-12μm。
無(wú)紡織物可以具有任何適合的基礎(chǔ)(或薄片)重量。較可取的無(wú)紡織物具有至少約109/m2的基礎(chǔ)重量，更為可取的情況下大于約20g/m2。典型情況下，無(wú)紡織物將具有約10-1209/m2的薄片重量。
本發(fā)明的電池隔板可以具有任何合適的張力特性。較可取地情況為，本發(fā)明的電池隔板在剪切方向上將具有至少約10 lb/linear英寸(約175kg/m)的一個(gè)干拉伸強(qiáng)度和一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度，并且在橫切方向上具有至少約8lb/linear英寸(約140kg/m)的一個(gè)干拉伸強(qiáng)度和一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度。更可取地情況下，本發(fā)明的電池隔板將在剪切方向上有至少約15Lb/linear英寸(約265kg/m)的一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度，以及在橫切方向上有至少約10Lb/linear英寸(約175kg/m)的一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度。典型情況下，本發(fā)明的電池隔板不僅在剪切方向而且在橫切方向上都將具有一個(gè)至少約20％的干延伸率和一個(gè)至少約40％的濕(H2O)延伸率。
這里所討論的所有張力性能都是采用下述類(lèi)似于ASTMD-1117的一種Instron牌號(hào)表模型測(cè)試儀測(cè)出的。樣品尺寸是1英寸×3英寸(2.54cm寬×7.62cm長(zhǎng))。夾具間距是1英寸(2.54cm)。延伸率是lin/min(2.54cm/min)。測(cè)試溫度是23℃。計(jì)算拉伸強(qiáng)度的公式如下TS＝F/W，這里TS是拉伸強(qiáng)度，F(xiàn)是斷裂時(shí)的負(fù)載，以及W是樣品的寬度。計(jì)算延長(zhǎng)率百分比的公式如下％E＝[(L－Lo)/L]×100，這里％E是延伸百分比，L和Lo分別是在斷裂點(diǎn)的延伸長(zhǎng)度和夾具間初始距離。在各自方向上所用的10個(gè)樣品(即在剪切和橫切方向上)，以及所報(bào)告的結(jié)果是這些10個(gè)樣品的平均數(shù)。
無(wú)紡織物可以有任何合適的厚度通常至少約為50μm。較為可取的是無(wú)紡織物的厚度盡可能的薄，例如，具有足夠的所希望的強(qiáng)度和均勻性以用做電池隔板。另外，隔板應(yīng)具有足夠的厚度以在電池電極和所希望的電解質(zhì)容量之間提供有所需的物理和電學(xué)隔離。較可取的隔板具有約小于500μm的厚度值，更可取的厚度約小于250μm；最為可取的是約50至約200μm。
這里討論的所有厚度的測(cè)量都采用了Federal Maxum牌號(hào)的厚度測(cè)量?jī)x(0.0001英寸[2.54μm])，其接觸點(diǎn)的面積為0.0276平方英寸(0.178cm2)，接觸點(diǎn)上的總靜重0.25Lb(0.11kg)，在平均壓力9.06PSi(62.5KPa)測(cè)出的結(jié)果值。使用1英尺長(zhǎng)×9.5至10.5英寸寬(30.5cm長(zhǎng)×24至27cm寬)的樣品進(jìn)行厚度測(cè)量。在對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)量之前，厚度測(cè)量?jī)x的基準(zhǔn)線(xiàn)應(yīng)調(diào)至零。壓下測(cè)量?jī)x的手柄；舉起重物然后把樣品插入到測(cè)量?jī)x中，并試圖使樣品在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中盡可能地保持平衡。松開(kāi)測(cè)量?jī)x手柄，并且重物作用于樣品。當(dāng)測(cè)量?jī)x上讀數(shù)穩(wěn)定后，所得到的這個(gè)值就是厚度值。從樣品的寬度的這頭到那頭得到五個(gè)讀出值，所得到的五個(gè)讀數(shù)是沿著樣品長(zhǎng)度所空間隔約為0.5英尺(15cm)所得出的。用100個(gè)讀出值加以平均并且做為這個(gè)樣品的厚度。
無(wú)紡織物在厚度方向來(lái)說(shuō)應(yīng)盡可能地均勻。較可取的情況下，無(wú)紡織物將具有只有約±10％的厚度變化率，更好的情況下不多于±9％，其表示無(wú)紡織物平均厚度的約3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。最好地情況下，無(wú)紡織物將具有只有約±5％的厚度變化率。
無(wú)紡織物可以用任何合適的方式與任何適合的單聚物進(jìn)行接枝聚合，用堿性電解質(zhì)，例如20-40％KOH來(lái)使得無(wú)紡織物自然地潤(rùn)濕。較好地情況下，無(wú)紡織物將被變形為具有至少約70dynes/cm(約70mN/m)的臨界加濕表面張力值(CWST)，正如在美國(guó)專(zhuān)利4880548號(hào)中披露的使用CWST測(cè)試方法測(cè)定出來(lái)的。更好地情況下，無(wú)紡織物具有至少約79dynes/cm(約79mN/m)的臨界加濕表面張力值，以及在最好地情況下，無(wú)紡織物的特征在于一個(gè)液滴具有約83dynes/cm(約83mN/m)的臨界加濕表面張力，其與所說(shuō)的無(wú)紡織物表面接觸，至被吸入所說(shuō)的無(wú)紡織物中的時(shí)間約小于10秒。
較好的從一組成分中選出的單聚物為乙烯基磺酸，乙烯基膦酸，以及丙烯酸和甲基丙烯酸單體，以及羥官能團(tuán)衍生物。更好地從一組成分中選擇出的單聚物為丙烯酸，甲基丙烯酸，羥乙基丙烯酸鹽，羥乙基甲基丙烯酸鹽，羥丙基甲基丙烯酸鹽，羥丙基丙烯酸鹽，及其混合物，特別地甲基丙烯酸和羥乙基甲基丙烯酸鹽。
在本發(fā)明中可以使用任何適當(dāng)?shù)姆椒ò呀又酆蠁尉畚锞酆系皆魉岳w維上，輻射狀的接枝過(guò)程是獲得所希望結(jié)果的較好技術(shù)工藝。發(fā)射的源來(lái)自于各個(gè)放射性的同位素，例如，鈷60，鍶90，銫137。另一方面，射線(xiàn)可以來(lái)自這樣幾個(gè)源，例如X光機(jī)，電子加速器，紫外光發(fā)生器，以及類(lèi)似機(jī)器。電子束(E-束)的發(fā)射是一種較好的發(fā)射源，它可以產(chǎn)生出一種均勻的接枝產(chǎn)品。
典型的接枝過(guò)程是這樣完成的，其或是使用照射無(wú)紡織物，然后把放入單聚物的合適溶液中進(jìn)行曝光的方法，或是用另一種方法，在把無(wú)紡織物與單聚物接觸的同時(shí)，照射這種無(wú)紡織物。如果聚合受到先前方法的影響，為了把付反應(yīng)降至最小，無(wú)紡織物應(yīng)盡可能快的與單聚物溶液相接觸，因付反應(yīng)將用盡輻射產(chǎn)生的活性區(qū)。在另外情況下，射線(xiàn)若在缺氧時(shí)進(jìn)行傳導(dǎo)，其將降低加工的效率。較好的情況下，照射是由在氮或其他惰性氣體的惰性環(huán)境下完成的。
加工完成之后，電池隔板將用連續(xù)的方式很容易的和均勻的浸寸，在電池制造期間，其能有效和全部摻入電解質(zhì)。電池隔板浸濕性的實(shí)際測(cè)量后得到電池隔板的毛細(xì)浸濕率，例如，在給定距離，電池隔板垂直毛細(xì)吸收電解液的相對(duì)時(shí)間。本發(fā)明電池隔板較好情況為小于約300秒，更好情況下小于約200秒，最好小于150秒，在距離為1英寸(2.54cm)時(shí)，能垂直吸收30％KOH。另一測(cè)量方法為，在固定的時(shí)間間距期間內(nèi)，例如30秒或1分鐘內(nèi)，對(duì)垂直爬高距離的測(cè)量。
本發(fā)明還包括在這里將描述的制造電池隔板的方法。這種方法包含(a)制備具有平均直徑約15μm或更小的纖維的無(wú)紡織物，其中無(wú)紡織物包含至少約60％重量的具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴，并且只有約40％重量的具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度，并且無(wú)紡織物有至少約50μm的厚度，(b)該無(wú)紡織物受到介于第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度的控制，以及(c)在無(wú)紡織物的表面上接枝聚合一單聚物，用一種堿性電解質(zhì)，如20-40％KOH把所說(shuō)的無(wú)紡織物自然地浸濕。本發(fā)明方法的各個(gè)方面，例如無(wú)紡織物的較好特性，用于接枝聚合的較好單聚物，以及類(lèi)似物，已經(jīng)在上面對(duì)本發(fā)明電池隔板的介紹中論過(guò)了。
本發(fā)明還提供了一種新穎的電池，以及制備這種電池的方法。特別是本發(fā)明提供了一種電池，尤其是缺乏電解質(zhì)電池，其中，這種改進(jìn)包括本發(fā)明的電池隔板的組成，類(lèi)似地，本發(fā)明提供了一種制備電池特別是缺乏電解質(zhì)電池的方法，其中這種改進(jìn)包括在本發(fā)明的是池隔板中所包含的內(nèi)容。本發(fā)明的電池隔板可以用于任何合適的制造工藝的電池中。一次和二次電池的各種各樣變化都包含在本發(fā)明的權(quán)限范圍內(nèi)，例如AgO/Zn，Ag2O/Zn，HgO/Zn，HgO/Cd，Ni/Zn，Ni/Cd，Ni/NH以及Zn/air電化學(xué)裝置。這些所制造的電池，例如串聯(lián)排列的多個(gè)原電池，其中至少這些電池之一包括本發(fā)明的一個(gè)電池隔板。
下述各個(gè)實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，當(dāng)然，它們并不是做為對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
實(shí)施例1這個(gè)例子提供了一種按照本發(fā)明的電池隔板的示例。
一卷Hirose HOP50H牌號(hào)的無(wú)紡織物是用下述未處理的對(duì)照物的性能要求來(lái)獲得的。無(wú)紡織物包括聚丙烯芯和圍繞芯的聚乙烯外套的纖維組成，這樣纖維的約80％重量是聚丙烯，約20％重量是聚乙烯。由此所獲得的無(wú)紡織物是已經(jīng)受到在聚丙烯和聚乙烯熔化溫度之間的一個(gè)溫度(即140℃)控制的。
無(wú)紡織物分成四個(gè)樣品。樣品中的兩個(gè)是利用6％體積的HEMA，10％體積的MA，0.05％體積的DEGDMA，25％體積的t-丁基乙醇，以及58.95％體積的水的單聚物接枝后形成的E-束，兩個(gè)樣品之一接受大約1.5Mrad的照射，兩個(gè)樣品中的另一個(gè)接受大約2Mrad的照射。另外兩個(gè)樣品是采用4％體積羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)，12％體積的甲基丙烯酸(MA)，0.05％體積的二甘醇二甲基丙烯酸酯(DEGEMA)，25％體積的t-丁基乙醇(TBA)以及58.95體積的水的單聚物溶液接枝形成的E-束，兩個(gè)樣品之一接受約1.5Mad..的照射，兩個(gè)樣品中的另一個(gè)接受大約2 Mad.的照射。這些樣品接著用去離子水來(lái)沖洗，并且在有循環(huán)空氣的烘箱中被烘干。這些樣品的特性在下表1中給示說(shuō)明。
表1未處理的對(duì)照物樣品A樣品B樣品C樣品D接枝溶液 --1122劑量(Mrad) 0 1.5 21.5 2厚度(μm) 201±9.7 253±7.6 282±18 246±7.6 238±8.4基本重量 4683 95 86 82(g/m2)Turley空氣0.18±0.02 0.21±0.016 0.245±0.019 0.20±0.013 0.22±0.009流動(dòng)-4層(b)100ml(sec)芯吸速率＞4，000 52 48 39 59(sec/cm)30％KOH的 6 406 400 367 363收率％在30％KOH阻抗 ＞20，00078 108 77 79(mΩ0-cm2)接枝溶液1#6V6l.％HEMA/10 Vol.％MA/0.03 Vol.％DEGDMA/25Vol.％TBA/58.95 Vol.％水接枝溶液2#4Vol.％HEMA/12 Vol.％MA/0.03Vol.％DEGDMA/25.
Vol％TBA/58.95Vol.％水由表1中所得到的測(cè)試結(jié)果可看出，本發(fā)明的電池隔板展示了好的芯、吸收性以及阻抗特性。此外，要獲得這些所希望的特性，用空氣流動(dòng)和張力性能與未處理的對(duì)照物相比較來(lái)看沒(méi)有顯著的不利影響。
實(shí)施例2這個(gè)例子說(shuō)明了本發(fā)明的電池隔板較好的可濕特性。
四個(gè)被接枝樣品的每個(gè)，以及未處理的對(duì)照物，由例1都可估計(jì)出可濕特性。具體情況下，具有確定的臨界浸濕表面張力的測(cè)試液體10滴以均勻帶有間隔的方式滴在未處理的對(duì)照物的1英尺×1英尺(30cm×30cm)的區(qū)域上，并且按這種方式滴在被接枝樣品的每個(gè)上。然后觀察未處理對(duì)照物和被接枝樣品的每個(gè)吸收這些液滴的時(shí)間。這種測(cè)試接著用帶有不同臨界浸濕表面張力的三種其他液體在新的1英尺×1英尺(30cm×30cm)的未處理對(duì)照物以及被接枝樣品的每個(gè)上重復(fù)進(jìn)行。這個(gè)測(cè)試結(jié)果在下面的表2中給出。
表2
由表2中給出的測(cè)試結(jié)果可以證明本發(fā)明電池隔板的好的浸濕性。本發(fā)明電池隔板具有很容易吸收高臨界浸濕表面張力液體的能力還證明了在電池制造過(guò)程中的隔板的優(yōu)良適應(yīng)性。
實(shí)施例3這個(gè)例子說(shuō)明了本發(fā)明的電池隔板的好的張力特性，特別當(dāng)浸濕后，與未處理對(duì)照物對(duì)比的情況。
例1中的未處理對(duì)照物和四個(gè)接枝后樣品它們的各個(gè)張力特性已被測(cè)算出來(lái)。尤其是在剪切方向(MD)以及橫切方向(CD)上的張力強(qiáng)度和延伸值在干燥條件下和在含飽合水的條件下各個(gè)例子的各自情況已測(cè)定出來(lái)。這些重復(fù)測(cè)試結(jié)果，在表3中可以得出。
表3<
<p>由表3中所述的張力特性結(jié)果可證明對(duì)于制備本發(fā)明的電池隔板來(lái)說(shuō)，無(wú)紡織物附帶的E-束接枝在于張力強(qiáng)度方面沒(méi)有明顯的減少。因此，本發(fā)明的電池隔板的濕張力強(qiáng)度至少相同或高于干張力強(qiáng)度，同一個(gè)電本發(fā)明電池隔板的干張力強(qiáng)度特性與未接枝處理無(wú)紡織物的干和濕張力強(qiáng)度特性相比通常得到全面改善。此外，本發(fā)明電池隔板的濕延伸特性幾乎與未經(jīng)接枝無(wú)紡織物的干和濕延伸特性相同。
這里引證的所有參考材料，包括出版物，專(zhuān)利，以及專(zhuān)利申請(qǐng)都可被并入它們整個(gè)申請(qǐng)加以參考。
本發(fā)明已對(duì)幾個(gè)最佳實(shí)施例加以重點(diǎn)描述，除了這里所做的詳細(xì)描述外，對(duì)最佳實(shí)施例所做的各種變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，當(dāng)然，本發(fā)明包括的所有這些變形均落在隨后的權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池隔板包括(a)具有平均直徑約15μm或更小的纖維的無(wú)紡織物，以及(b)在所說(shuō)的無(wú)紡織物表面上的一種接枝聚合單聚物，其用堿性電解質(zhì)使得所說(shuō)的無(wú)紡織物自然地浸濕，其特征在于所說(shuō)的無(wú)紡織物包含至少約60％重量的具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴，以及不大于約40％重量的具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度，所說(shuō)的無(wú)紡織物受到在第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度的控制，并且所說(shuō)的無(wú)紡織物的厚度至少約為50μm。
2.如權(quán)利要求1所述的電池隔板，其特征在于所說(shuō)的無(wú)紡織物具有至少約79mN/m的一個(gè)臨界加濕表面張力值。
3.如權(quán)利要求2所述的電池隔板，其特征在于所說(shuō)的無(wú)紡織物的厚度約500μm或更小，并且其厚度變化率只有約±10％。
4.如權(quán)利要求3所述的電池隔板，其特征在于所說(shuō)的電池隔板在剪切方向上具有至少約175kg/m的一個(gè)干拉伸強(qiáng)度和一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度，并且其中所說(shuō)的電池隔板在橫切方向上具有至少約140kg/m的一個(gè)干拉伸強(qiáng)度和一個(gè)濕(H2O)拉伸強(qiáng)度。
5.如權(quán)利要求2所述的電池隔板，其特征在于所說(shuō)的無(wú)紡織物包括至少約80％重量的所說(shuō)的第一種聚烯烴，并且只有約20％重量的所說(shuō)的第二種聚烯烴。
6.如權(quán)利要求5所述的電池隔板，其特征在于所說(shuō)的纖維包括聚丙烯的芯，并且至少部分地圍繞著芯表面的聚乙烯外層。
7.一種缺乏電解質(zhì)的電池，其特征在于改進(jìn)包括權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)所包含的電池隔板。
8.一種制備電池隔板的方法，其特征在于所說(shuō)的方法包括(a)制備具有平均直徑約15μm或更小的一種纖維的無(wú)紡織物，其中所說(shuō)的無(wú)紡織物包含至少約60％重量的具有第一熔化溫度的第一種聚烯烴以及只有約40％重量的具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴，其第二熔化溫度低于所說(shuō)的第一熔化溫度，并且所說(shuō)的無(wú)紡織物的厚度少于約50μm，(b)所說(shuō)的無(wú)紡織物受到在所說(shuō)的第一和第二熔化溫度之間一個(gè)溫度的控制，以及(c)在所說(shuō)的無(wú)紡織物表面上接枝聚合一種單聚物，其用堿性電解質(zhì)使得所說(shuō)的無(wú)紡織物自然地浸濕。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所說(shuō)的無(wú)紡織物具有一個(gè)至少約79mN/m的臨界濕表面張力值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在所說(shuō)的無(wú)紡織物包括至少約80％重量的所說(shuō)的第一種聚烯烴，并且只有約20％重量的所說(shuō)的第二種聚烯烴。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所說(shuō)的纖維包含一個(gè)聚丙烯的芯以及至少部分圍繞著芯表面的聚乙烯外層。
12.一利制備缺乏電解質(zhì)電池的方法，其特征在于這種改進(jìn)包括在缺乏電解質(zhì)電池中包含權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)的電池隔板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種隔板，其包括(a)具有平均值徑約15μm或更小的一種纖維的無(wú)紡織物以及(b)在無(wú)紡織物的表面上的一種接枝聚合單聚物，其用堿性電解質(zhì)使得無(wú)紡織物自然地浸濕，其中無(wú)紡織物包含至少約60％重量的具有一個(gè)第一熔化溫度的第一種聚烯烴，以及只有約40％重量的具有第二熔化溫度的第二種聚烯烴，其第二熔化溫度低于第一熔化溫度，這種無(wú)紡織物受到介于第一和第二熔化溫度之間的一個(gè)溫度的控制，以及無(wú)紡織物有至少約為50μm的厚度。本發(fā)明還提供了一種包含這樣一個(gè)電池隔板的電池，以及一種制備這種電池隔板和電池的方法。
文檔編號(hào)D04H1/54GK1128411SQ9512151
公開(kāi)日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1995年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月4日
發(fā)明者P·J·迪根, J·Y·李 申請(qǐng)人:帕爾公司