[发明专利]电池隔膜卷的摩擦增强芯表面及相关方法

说明书

本发明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。

版权声明

2020Amtek Research LLC.本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。由于其出现在美国专利和商标局的专利文件或记录中，版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容的传真复制，但无论怎样保留所有版权。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

最近，已经开发出了增强型富液电池(EFB)以满足“启停(start-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。

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％。

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 wirepuncture)。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。