具有肋的电池隔离件及在隔离件上铸造肋的方法
阅读说明：本技术 具有肋的电池隔离件及在隔离件上铸造肋的方法 (Battery separator with ribs and method of casting ribs on separator ) 是由 纳泰什·古比克里希纳帕 于 2014-09-11 设计创作，主要内容包括：具有肋的电池隔离件及在隔离件上铸造肋的方法。本公开内容提供了在基底上铸造肋的方法,所述方法包括以下行为：安装涂布机,所述涂布机包括多个喷嘴和填充到涂布机中的聚合物；将基底放置在涂布机的喷嘴下方；在熔融聚合物上施加压力以在基底上铸造多个预定形状的聚合物肋；以及将铸造有肋的基底冷却。(A battery separator having ribs and a method of casting ribs on a separator. The present disclosure provides a method of casting a rib on a substrate, the method comprising acts of: installing a coater including a plurality of nozzles and a polymer filled into the coater; placing a substrate under a nozzle of a coater; applying pressure on the molten polymer to cast a plurality of predetermined shaped polymer ribs on the substrate; and cooling the cast ribbed substrate.)
本申请是名为“具有肋的电池隔离件及在隔离件上铸造肋的方法”、申请号为201480082662.6的中国专利申请的分案申请，专利申请201480082662.6是根据专利合作条约于2014年9月11日提交的国际申请(PCT/IB2014/064420)进入中国国家阶段的国家申请。
技术领域
本公开内容涉及电池隔离件，更具体地涉及包括肋的电池隔离件以及在电池隔离件上铺设肋的方法。
背景技术
所有的电池都需要用于分隔正电极和负电极同时允许离子传导的电池隔离件。隔离件基础网或背网的厚度以及整体厚度(即具有肋或玻璃纤维板(glass mat)或二者的隔离件的厚度)取决于隔离件的类型、应用的类型以及预期的电池寿命。
大多数聚乙烯隔离件以设置在背网的一侧或两侧的多种不同的肋设计来制造。肋的厚度、宽度和角度因应用和品牌而异。大多数汽车的隔离件带有0.7mm的肋，并且其通常被放置为相距1cm且全部沿隔离件的长度存在。这些肋帮助在电极之间形成额外的空间以提供电池性能所需的额外的电解质体积。在例如静止和牵引应用的应用中，肋厚度可高达1.2mm且在许多设计中其存在于背网的两侧上。这样做是考虑到电池的寿命预期、电极间更高量电解质的需求。
通常通过线上工艺在聚乙烯隔离件上设置肋，其中挤出的聚乙烯隔离件网在一对带有凹槽的压延辊之间通过，当其通过压延机时在聚乙烯上产生肋。对于肋的设计和尺寸的每一个变化，必须使用一套新的特别设计的压延辊对。
类似地，根据电池的最终用途，在PVC隔离件的一侧或两侧上设置肋。通常这样的肋厚度为约1.0mm，在一些应用中，隔离件的最终厚度可高达4mm。在烧结PVC隔离件中，通过带槽轧辊对烧结树脂进行刮除来设置肋。凹槽实际上在隔离件上形成连续的肋。在挤出或压延的PVC隔离件的情况下，形成肋的过程类似于聚乙烯，其中压延辊对带有所需的肋设计的印模(impression)。也有这样的隔离件，其肋较少但使用波纹化作为增加隔离件的总厚度的过程。同样，在这种情况下，由于在波纹化过程中消耗的隔离件面积的增加，因而隔离件总重量增加。
因此，隔离件中的肋的重量相当大。制造新的肋的成本也是昂贵的，原因是其需要更换新的压延辊，并且由于这些肋材料的额外体积而排出的电解质也更高。在电池设计中众所周知隔离件应具有最低的排酸量。排酸越高，电池性能越低。
通过湿法成网技术制成的大多数类型的隔离件，例如SPG隔离件树脂浸渍的纤维素和其他复合隔离件严重依赖于使用玻璃纤维板(非常厚的背网)，很少依赖于挤出的肋或这些的组合。取决于最终应用以及还由于组成的限制(例如氧化降解、较大的孔径等)，大多数这些隔离件需要玻璃纤维板或肋或二者。
大多数湿法成网的隔离件通过改变背网的厚度和玻璃纤维板的厚度来改变其厚度。随着背网或玻璃纤维板的厚度增加，隔离件的成本显著增加。在其中背网、玻璃纤维板厚度以及玻璃纤维板和肋二者都组合使用的应用中，隔离件的成本大幅增加。通过这些技术实现的厚度增加不仅增加了成本，而且由于排出的酸较高而降低了电池的性能，并且电极之间更大质量的材料意味着隔离件更高的电阻，这进而影响电池的性能。
从现有技术检索中可观察到，除了使用肋或玻璃纤维板之外，没有隔离件或隔离件制造技术增加隔离件的整体厚度。所有现有的隔离件生产技术可能都被限制为使用连续的肋或玻璃纤维板或二者来增加隔离件的整体厚度。玻璃纤维板或肋的目的仅在于提供额外的电解质，但是成本增加相当大。任何减小肋长度的尝试都受到迄今为止已知的生产技术或未考虑的替代方法的限制。
发明内容
因此，本公开内容提供了在基底上铸造肋的方法，所述方法包括以下行为：安装涂布机，所述涂布机包括多个喷嘴和填充到涂布机中的熔融聚合物；将基底放置在涂布机的喷嘴下方；在熔融聚合物上施加压力以在基底上铸造多个预定形状的聚合物肋；以及将铸造有肋的基底冷却，以及还提供了一种预定形状的基底，所述基底以预定方式包括多个预定形状的肋。
附图说明
图1示出了具有直的三角形肋的隔离件。
图2示出了具有直的弧形肋的隔离件。
图3示出了具有垂直的间断肋的隔离件。
图4示出了具有水平的间断肋的隔离件。
图5示出了具有点的隔离件。
图6示出了具有斜的间断肋的隔离件。
图7示出了具有交叉的间断和点的隔离件。
图8示出了具有竖直破折号状(dash)肋和点的隔离件。
图9示出了具有水平破折号状和点的隔离件。
图10示出了具有锯齿形肋的隔离件。
图11示出了具有间断锯齿形肋的隔离件。
图12示出了具有两侧三角形肋的隔离件。
附图仅出于说明的目的而描述了本公开内容的实施方案。本领域技术人员将从下面的描述中容易地认识到可使用本文所示的结构和方法的替代实施方案而不脱离本文所描述的本公开内容的原则。
具体实施方式
本公开内容尤其涉及电池隔离件。更具体地，公开内容涉及包括肋的电池隔离件以及在电池隔离件上铺设肋的方法。
本公开内容的主要实施方案提供了在基底上铸造肋的方法，所述方法包括以下行为：安装涂布机，所述涂布机包括多个喷嘴和填充到涂布机中的熔融聚合物；将基底放置在涂布机的喷嘴下方；在熔融聚合物上施加压力以在基底上铸造多个预定形状的聚合物肋；以及将铸造有肋的基底冷却。
在本公开内容的一个实施方案中，在基底表面上铸造肋之前，基底为卷或片的形式，并且其中铸造有肋的基底被切割成所需尺寸以形成电池隔离件。
在本公开内容的一个实施方案中，肋的尺寸通过调节施加的压力、聚合物的粘度、喷嘴口的尺寸和基底的进给来改变。
在本公开内容的一个实施方案中，所述肋以以下构造施加：连续的纵向肋、不连续的纵向肋、连续的斜肋、不连续的斜肋、分散的点、和具有不同密度的分散的珠。
在本公开内容的一个实施方案中，涂布机是热熔胶涂布机。
在本公开内容的一个实施方案中，用于铸造肋的聚合物在涂布机中熔化，并且所述聚合物选自：聚酯、聚乙烯、聚丙烯和乙烯乙酸乙烯酯。
在本公开内容的一个实施方案中，隔离件通过压制与玻璃纤维板另外附接。
本公开内容还涉及一种预定形状的基底，所述基底包括按预定方式具有多个预定形状的肋。
在本公开内容的一个实施方案中，在基底表面上铸造肋之前，基底为卷或片的形式并且被切割成所需尺寸以形成电池隔离件。
在本公开内容的一个实施方案中，所述肋为以下构型：连续的纵向肋、不连续的纵向肋、连续的斜肋、不连续的斜肋、分散的点、和具有不同密度的分散的珠。
在本公开内容的一个实施方案中，通过由聚合物涂布机(其在高压下注入聚合物熔体)施加聚合物点或珠来完成在隔离件背网上铸造肋的过程并且聚合物点或珠的尺寸通过改变压力、粘度和喷嘴尺寸以及还有背网的速度来控制。
在本公开内容的一个实施方案中，最合适的聚合物涂布机是热熔胶涂布机，其具有聚合物熔体槽、聚合物熔体泵和分配聚合物熔体的一组喷嘴以及所需的聚合物输送软管和工艺控制。
在本公开内容的一个实施方案中，在本申请中用于点或珠的聚合物具有如下特性：例如，耐电解质，在电池的工作温度下不熔化以及还抗电池单元内的电化学氧化。所述聚合物选自：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯，并且所使用的聚合物被设计或改性为以所需的粘合水平在涂布机中流动到隔离件背网。
在本公开内容的一个实施方案中，通过上述工艺施加或布点的隔离件任选地通过如下与玻璃纤维板贴附：使其经过玻璃纤维板的连续层，并且仅适当地压制其以粘附，但不允许点或珠扩散或形成污迹。通过这种工艺，玻璃纤维板不需要额外的粘合剂层就可粘附到隔离件的背网。
在本公开内容的一个实施方案中，可通过将振荡机构并入聚合物分配器来改变点或珠的取向。当分配器在水平轴上移动时，珠形成为相对隔离件的长度斜的角度。角度通过改变聚合物分配器振荡的速率来控制。
可在任何已知的隔离件制造工艺技术中采用上述工艺从而扩展新隔离件设计的优点。
通过使用多个聚合物分配器，珠或点可同时或选择性地铺设在隔离件的一侧或两侧。
在本发明的一个实施方案中，可通过聚合物的流速、喷嘴的分配器中阀的开关时间来容易地调整聚合物点或珠的尺寸。通过改变阀打开时间的频率，珠的长度可从约1mm的非常小的点变化到连续的线。点或珠之间的距离可通过改变喷嘴之间的间隔或通过关闭供选择的喷嘴来容易地进行调节。
使用以下步骤阐明电池隔离件以及在电池隔离件上铸造肋的方法，首先，在刚形成隔离件背网后安装聚合物涂布机。例如在湿法成网隔离件技术中，其刚好在隔离件缠绕在pope卷轴之前且在聚乙烯隔离件中，其刚好在油被抽出之后但在隔离件缠绕在卷轴上之前。然后，没有肋的卷或片形式的隔离件背网穿过聚合物涂布机(带有根据需要设置用于实现点之间的间隔的喷嘴)的下方。例如25mm。涂布机中使用的聚合物是适用于特定电池化学的聚合物，例如用于铅酸电池的基于聚酯的热熔体以及用于碱性电池化学的聚酰胺类或无规立构聚丙烯(attactic polypropylene)类。通过改变阀开关定时器来调节点或珠的尺寸。振荡喷嘴以改变点或珠的角度。通过空气冷却点或珠直至其变硬。任选地，就在聚合物冷却之前，轻轻压制玻璃纤维板网以使玻璃纤维板贴附。然后将隔离件切割成一定尺寸。
实施例1
该实施例示出了制造有肋隔离件的设置，其中肋是离散的点的形式。该有点的设计提供每平方米最低的成本，对在电池中单元内的离子流具有最低电阻，从而降低电池的总内阻。下表示出了在从设置“A”到“D”的四种设置下进行的实验。使用的粘合剂：由H BFullers制造的Advantra PHP9250。
表1
上表的结果表明，当我们减少“打开”的时间时，我们能够降低点的厚度和重量。
实施例2
该实验示出了用于铸造连续肋以及通过改变基底的速度来改变肋的厚度的设置。
在该实施例中，申请人公司的以商标名Hi-Sep闻名的复合隔离件用作基底。
使用被命名为Alta蓝色熔化槽的带有“Sure bead”枪的Nordson涂布机使0.5mm厚的隔离件背网铸造有连续长度的肋以铸造1.0mm至2.30mm宽和0.48mm至1.94mm高的肋且每个肋相距1英寸。通过将输送机速度从2MPM改变为11MPM来改变肋的厚度。随着输送机速度增加，每毫米的粘合剂消耗显著降低。结果列于下面。所使用的聚合物是由H B Fullers制造的商标名为Advantra 9250的热熔体。
表2
实施例3
该实施例示出了使用特定混合的热熔体以实现用于热带气候的更高熔点：
使用预熔融混合槽通过使用以下配方制备高温级热熔体：
表3
组分
重量％
来自Evonik的Vestoplast 408
98
来自Fine Organics的Finawax S
2
总计
100
接着熔融和混合后的聚合物熔体在相同的Nordson涂布机上铸造成肋，然后将其与用HB fullers 9250铸造的肋进行比较。结果比较如下：
表4
上表中的结果表明，用Vestoplast 408聚合物制成的粘合剂具有使其更适用于热带气候的较高熔化温度。
实施例4
在该实施例中，使用申请人公司以商标名Hi-Sep闻名的复合隔离件。
使用与以上实施例中所使用的相同的Nordson牌聚合物涂布机布点0.5mm厚的隔离件背网以铸造2mm宽和1mm高的肋且每个肋间隔1英寸。在相同的设备中代替肋，铺设2mm宽、1mm厚并且在长度方向上彼此相距15mm且在宽度方向上相隔25mm的珠或点，在下表中报道了重量和在电阻方面隔离件性能的差异。所使用的聚合物是由H B Fullers制造的商标名为Advantra 9250的热熔体。
表5
从上表可清楚地看出，每平方米隔离件的肋重量减少了3倍，导致极大地节省了成本，并且显著降低了隔离件的电阻。如果用相同化学成分的泡沫状聚合物重复以上，则重量进一步降低，导致进一步降低成本。
有益效果
本公开内容提供了一种降低产品的成本且还改善其性能的电池隔离件。
本公开内容提供了一种可与所有类型的隔离件技术结合的电池隔离件。
本公开内容中使用的聚合物耐电解质、电化学氧化和温度。
根据本公开内容的制造电池隔离件的方法在电容器和超级电容器应用中也是有用的。
此外，本公开内容提供了一种可为任何尺寸形状和大小的电池隔离件。
此外，本公开内容的电池隔离件可任选地与玻璃纤维板连接而不需要额外的粘合剂和工艺。
本发明中还提供以下技术方案：
附注1.一种在基底上铸造肋的方法，所述方法包括以下行为：
a.安装涂布机，所述涂布机包括多个喷嘴和填充到涂布机中的聚合物，
b.将所述基底放置在所述涂布机的所述喷嘴下方，
c.在熔融聚合物上施加压力以在所述基底上铸造多个预定形状的聚合物肋；以及
d.将铸造有肋的所述基底冷却。
附注2.根据附注1所述的方法，其中在所述基底的表面上铸造肋之前，所述基底为卷或片的形式，并且其中经铸造的带肋的基底被切割成所需尺寸以形成电池隔离件。
附注3.根据附注1所述的方法，其中所述肋的尺寸通过调节施加的压力、所述聚合物的粘度、喷嘴口的尺寸和所述基底的进给来改变。
附注4.根据附注1所述的方法，其中所述肋以以下构造施加：连续的纵向肋、不连续的纵向肋、连续的斜肋、不连续的斜肋、分散的点、和具有不同密度的分散的珠。
附注5.根据附注1所述的方法，其中所述涂布机是热熔胶涂布机。
附注6.根据附注1所述的方法，其中用于铸造肋的所述聚合物在所述涂布机中熔化并且所述聚合物选自：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯。
附注7.根据附注1所述的方法，其中所述隔离件通过压制与玻璃纤维板另外附接。
附注8.一种预定形状的基底，所述基底包括按预定方式具有多个预定形状的肋。
附注9.根据附注8所述的基底，其中在所述基底的表面上铸造肋之前，所述基底为卷或片的形式，并且被切割成所需尺寸以形成电池隔离件。
附注10.根据附注8所述的基底，其中所述肋为以下构造：连续的纵向肋、不连续的纵向肋、连续的斜肋、不连续的斜肋、分散或离散的点、和分散的珠或具有不同密度的几个或所有这些的组合。
附注11.根据附注1所述的方法，其中所述肋或珠通过振荡枪组合件以正弦曲线的形式铸造。