电池隔膜卷的摩擦增强芯表面及相关方法技术

本发明专利技术公开了电池隔膜材料卷及相关方法。一种电池隔膜材料卷包括包括外表面的芯、围绕所述芯卷绕的隔膜材料、以及位于所述芯的外表面的至少一部分上的用以防止所述隔膜材料相对于所述芯的外表面侧向移动的摩擦增强表面。对于所述芯的外表面侧向移动的摩擦增强表面。对于所述芯的外表面侧向移动的摩擦增强表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池隔膜卷的摩擦增强芯表面及相关方法
[0001]版权声明
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[0003]本专利技术涉及一种用于铅酸电池的电池隔膜，尤其涉及一种隔膜卷芯，该隔膜卷芯具有位于芯上的摩擦增强表面，该摩擦增强表面限制隔膜卷在芯上的滑动(slippage)，并使得在完全退绕(unwound)时顺利地释放的。

技术介绍

[0004]阀控式铅酸电池(valve regulated lead acid,VRLA)和富液式(flooded)铅酸电池是两种不同类型的市售铅酸电池设计。这两种类型都包括由多孔电池隔膜彼此分开的相邻的正极和负极。多孔隔膜防止相邻电极之间的电短路，并为电解液提供驻留空间。这种隔膜由足够多孔的材料形成，以允许电解液驻留在隔膜材料的孔中，从而允许离子电流在相邻的正极板和负极板之间流动。
[0005]第一种类型的铅酸电池，VRLA，通常包括一个由微玻璃纤维组成的吸收玻璃垫(AGM)隔膜。尽管AGM隔膜提供了高孔隙率(>90％)、低离子电阻和均匀的电解液分布，但它们相对昂贵。此外，AGM隔膜表现出较低的抗穿刺性(puncture resistance)，这是会产生问题的，其原因有二：(1)短路的发生率增加，以及(2)由于AGM片材的易碎性而增加了制造成本。在某些情况下，电池制造商尽管认识到离子电阻随着厚度而增加，依然选择了更厚、更昂贵的隔膜来提高抗穿刺性。
[0006]第二种类型的铅酸电池，即富液式电池，其特征在于仅将一小部分电解液吸收到隔膜中。富液式电池(flooded cell battery)隔膜通常包括纤维素、聚氯乙烯、有机橡胶和聚烯烃的多孔衍生物。更具体地，微孔聚乙烯隔膜由于其超细孔径而被普遍使用，其抑制了树枝状生长，同时提供了低离子电阻、高穿刺强度、良好的抗氧化性和优异的柔韧性。这些特性有助于将电池隔膜密封到可以向其中插入正极或负极的袋(pocket)或封套结构(envelope configuration)中。
[0007]最近，已经开发出了增强型富液电池(EFB)以满足“启停(start
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stop)”或“微混合”车辆应用中的高循环要求。在此类应用中，当汽车停止时(例如，在红绿灯处)，发动机关闭，然后重新启动。“启停”车辆设计的优势在于其导致了减少的二氧化碳排放和更好的整体燃油效率。“启停”车辆的一个主要挑战是，电池必须在停止阶段继续提供所有电气功能，同时能够提供足够的电流以在所需时刻重新启动发动机。在此类情况下，与传统的富液式铅酸电池设计相比，电池必须在循环能力和充电能力方面表现出更高的性能。
[0008]大多数富液式铅酸电池包括聚乙烯隔膜。术语“聚乙烯隔膜”有些用词不当，因为这些微孔隔膜需要大量的沉淀二氧化硅(precipitated silica)才能充分被酸润湿。沉淀
二氧化硅的体积分数及其在隔膜中的分布通常控制其电气性能，而聚乙烯在隔膜中的体积分数和取向通常控制其机械性能。商用聚乙烯隔膜的孔隙率范围通常为50％至65％。
[0009]包含于隔膜中的聚烯烃的主要目的是(1)为聚合物基质提供机械完整性，使得隔膜可以被高速包封，以及(2)防止在电池组装或操作期间网格线刺穿(grid wire puncture)。因此，疏水聚烯烃优选具有提供足够分子链缠结的分子量，以形成具有高抗穿刺性的微孔网。亲水性二氧化硅的主要目的是增加隔膜网的酸润湿性，从而降低隔膜的电阻率(electrical resistivity)。在没有二氧化硅的情况下，硫酸不会润湿疏水网，也不会发生离子传输，导致电池失效。
[0010]在聚乙烯隔膜的制造过程中，沉淀二氧化硅通常与聚烯烃、工艺用油(process oil)和各种次要成分结合形成隔膜混合物，该混合物在升高的温度下通过片材模具挤出形成充油片材(oil
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filled sheet)。充油片材被压延至所需的厚度和轮廓，大部分的加工油被提取(extracted)。将片材干燥以形成微孔聚烯烃隔膜，并切成适合特定电池设计的适当宽度。可以将隔膜缠绕在芯上并卷成卷，以便运输和在电池制造过程中方便使用。
[0011]当制造电池(例如铅酸电池)时，包封设备从电池隔膜材料卷将隔膜材料退绕(unwind)，切割隔膜材料，使隔膜材料形成“封套(envelope)”，将电池电极插入封套中，并密封边缘以形成电极封装。将电极封装堆叠，使得隔膜充当正极和负极之间的物理隔离物和电子绝缘体。然后将电解液引入电池组中，以促进电池内的离子传导。
[0012]电池的适当组装通常涉及对将隔膜材料供给到包封设备中的方向和速率的细致控制，以避免由于隔膜材料的错误供给(misfeed)而导致的设备故障。这涉及到安装所述卷(roll)，以允许隔膜材料从卷上自由退绕并被输送进入包封设备。形成卷来实现这一目的需要使用卷绕在纸板芯外表面周围的卷上的电池隔膜材料片。隔膜材料的缠绕卷(wound roll)的侧边缘对齐，以形成位于芯的外边缘之间的居中的基本齐平的(level)侧表面。
[0013]由于至少两个原因，卷绕隔膜材料片以形成限制在芯的外边缘之间的齐平的侧表面并保持该齐平的侧表面是一个挑战。第一个原因是，当卷被卷绕、运输和退绕时，隔膜材料倾向于在芯的轴线方向上滑动。第二个原因是压印(embossed)在隔膜材料中的棱(rib)使其摆动，从而随着卷的尺寸增加，当其有棱层(ribbed layer)彼此接触时，促使隔膜材料的中心线轴向移动。
[0014]图1
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图2示出了可用于电池制造的隔膜材料卷。图3
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图4示出了不可用于电池制造的隔膜材料卷。
[0015]图1示出了卷100的透视图，其包括围绕芯104缠绕并安装在包封机106的一部分上的电池隔膜材料102。图2示出了图1的卷的侧视图。制造电池时遇到的一个常见问题是，当电池隔膜材料从卷上退绕时，隔膜材料相对于芯滑动。这种滑动的一个结果是隔膜材料在芯上的侧向移动(lateral migration)(即，在芯的轴向上的移动)。图3和图4示出了这种现象的一个实例，它们示出了卷100中的隔膜材料102在卷绕期间已经移动，使得隔膜材料102不再被限制在芯104的端部之间。此外，当隔膜材料几乎完全展开时，压印棱(embossed rib)倾向于促使隔膜材料的剩余卷绕部分(remaining rolled portion)相对于芯的轴向移动。这种未对齐(misalignment)可能导致隔膜材料误送入机器的包封阶段，从而阻碍或妨碍机器的正常运行。因此，可能会出现制造中断，以及对隔膜材料、其他电池材料或电池制造设备的损坏。
[0016]防止移动的一种方法是将隔膜材料粘附到芯上，例如用胶带。这对于许多包封机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池隔膜材料卷，其包括：芯，所述芯包括外表面；电池隔膜材料，所述电池隔膜材料围绕所述芯卷绕；以及位于所述芯的所述外表面的至少一部分上的用以防止所述电池隔膜材料相对于所述芯的外表面侧向移动的摩擦增强表面，与没有所述摩擦增强表面的芯相比，所述摩擦增强表面使位于所述芯上的所述电池隔膜材料的摩擦阻力增加至少1.75倍，同时保持所述芯的外表面的充分释放特性。2.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面包括附着于所述芯的外表面的摩擦增强材料。3.根据权利要求2所述的卷，其中所述摩擦增强材料包括施加至所述芯的外表面的一条或多条材料带或材料套。4.根据权利要求3所述的卷，其中所述摩擦增强材料包括一条或多条材料带，所述材料带以与所述隔膜材料从所述卷退绕时将被拉动的方向平行、垂直或成包括45
°
角在内的角度而附着。5.根据权利要求2所述的卷，其中所述摩擦增强材料包括砂纸或橡胶材料。6.根据权利要求1所述的卷，其中所述芯包括纸板芯或塑料芯。7.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面完全覆盖所述芯的外表面。8.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面处的静摩擦系数是没有所述摩擦增强表面的芯的外表面的静摩擦系数的两倍至三倍。9.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面处的动摩擦系数是没有所述摩擦增强表面的芯的外表面的动摩擦系数的两倍至三倍。10.根据权利要求1所述的卷，其中与没有所述摩擦增强表面的芯相比，所述摩擦增强表面使所述芯上的所述电池隔膜材料的摩擦阻力增加至少1.75倍、至少2倍或2至3倍。11.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面为所述电池隔膜材料提供至少0.8的最大动摩擦系数。12.根据权利要求1所述的卷，其中所述摩擦增强表面为所述电池隔膜材料提供至少0.6的与所述电池隔膜材料的平均动摩擦系数。13.根据权利要求1所述的卷，其中所述电池隔膜材料包括聚烯烃基隔膜材料。14.一种卷绕有棱材料的方法，所述方法包括：提供具有圆柱形形状的芯，所述芯具有由外边缘限定宽度的外表面；在所述芯的外表面的至少一部分上形成摩擦增强表面；提供有棱材料的连续片材，所述有棱材料具有至少一个有棱表面，并且宽度等于或小于所述芯的宽度；将所述有棱材料在所述芯的外表面上对齐从而足以使所述芯的外边缘与所述有棱材料的外边缘齐平或延伸到所述有棱材料的外边缘之外；将所述有棱材料与所述摩擦增强表面摩擦接合；以及在张力下将所述有棱材料缠绕在所述芯的外表面上，同时保持所述有棱材料的外边缘与所述芯的外边缘齐平或在由所述芯的外边缘限定的边界内，其中所述有棱材料缠绕卷的侧边缘对齐以形成基本齐平...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德，
申请(专利权)人：阿姆泰克研究国际公司，
类型：发明
国别省市：