[发明专利]电池的电极隔板

说明书

一般地说本发明涉及蓄电池，更确切地说，本发明涉及蓄电池的微孔性电极隔板。

蓄电池有采用各种电极组合的许多种不同物理形态。随着电动车辆和其他机械的出现，已增强了对高能量密度电池的需求。这一需求已影响到对电池的设计。对于这类应用，制造电极板彼此紧靠的电池是人们所希望的。然而，在制成这类电池时，由于电极靠近而增加了引起内部短路的危险。

作为上述问题的一个实例，是碱性镍镉电池。按常规，这类电池使用一种烧结的负电极。如今，这种电极已为一种塑性粘结电极（Plastic    bonded    electrode）所替代，以增强存储容量。然而，当反复进行充电和放电时，具有这种电极的电池比具有烧结负电极的电池更可能较早发生内部短路。这种内部短路问题是由所谓“迁移”现象所引起的，在此现象中，镉的活性材料增长并从负极转移至正极。

克服上述问题的一种方法是通过使用微孔性电极隔板。镉活性材料的增长通过微孔性隔板被阻止，因此，该方法可基本上完全避免由镉的活性材料增长而引起的内部短路。然而，用这种隔板的一个问题在于这类隔板的透气系数（gas    permeation    coefficient）低，有导致电池不希望的断路或排气的可能。第二个问题是这种隔板为获得适宜的隔膜湿润度而含有表面活性剂而引起的。这类表面活性剂最终会从隔板中渗出，污染电池环境并引起电池的过早破坏和性能恶化。

可润湿电池隔离板公开于U.S专利5126219中，这些隔板是由超高分子重量的聚烯烃长丝和纤维制成并形成具有至少百分之二十的孔隙率（void    volume）的网膜。湿润度是通过在挤压以前将湿度计填料最终混合到聚烯烃挤压混合物中而给出。这样一种组分给予该材料比由简单涂层所提供的更为持久的湿润度，但在实践中仍存在一些问题。

现有为数众多的电池系统需要使用隔离板。遗憾的是，每种系统各自具有其对隔离板性能的特定要求。然而，隔离板的某些性能无论它们应用在何种特定电池系统均被认为是理想的：

（a）正和负电极间的薄的和可靠的隔离，

（b）电解液中极低的电解质电阻，

（c）即使在升温条件下曝露在电解液与氧化剂下的长期化学稳定性，

（d）吸收和保持大量电解液的能力，

（e）良好的透气性和

（f）高度的机器和横向机械强度。

没有一种现有的商用隔离板全都满足这些要求。

这样，仍需要这样一种同时具备各种理想性能的电池隔离板。本发明的一个目的是提供这种电池隔离板以及装有这种隔离板的电池。

本发明的这些和其他目的和优点以及附加的发明特性将从本文所提供的本发明的说明中一目了然。

本发明提供了一种电池隔离板，它包括用单体辐射接枝的超高分子重量聚乙烯的微孔性隔膜，该隔离板具有以下特性：

（a）孔隙率范围从大致50%至95%左右，

（b）平均孔径范围从0.1左右至大约20微米，

（c）电解质的电阻范围大约为1至50毫欧姆-英寸平方左右。

（d）在50℃下浸入35%KOH和5%KMnO₄的水溶液中经1小时后，最大重量损耗1%，而电解质电阻的变化不大于25%，

（e）在长度和宽度两方向上的抗拉强度均约从3.5至5.5磅/英寸左右，

（f）KOH吸收比约从5至30左右，和

（g）Gurley透气率大约为1至300秒/10毫升，

该隔离板最好厚度约为0.5密耳至10密耳左右。

本发明还提供了一种电池，它包括至少一对极性相反的电极，电解质，和位于极性相反的两电极之间的本发明的隔离板。

图1是在制作本发明电池隔离板时有用的基片的一个扫描电子显微照片。

本发明提供一种电池电极隔离板，该板具有某些特性，这些特性迄今还未被现有电池隔离板所同时具备的。特别是，本发明隔离板在形成很高速率容量的KOH电解液中具有极低的电解质电阻。此外，该隔板是永久性可湿的，在隔板中不存在当存放于电解液和水中甚至持续一段时间可从隔板沥出的表面活性剂或吸湿填料。因此，电解质电阻不会随时间而变化。这类隔板还有高的KOH吸收能力，高的气体渗透率并显示对称的机械强度，而无定向的低强度。此外，这类隔板在从沸点至-40℃的宽广温度范围的KOH电解质中，具有极好的稳定性，并拥有极佳的氧化稳定性，和当KMnO₄/KOH沸腾时几乎无重量损耗。这类隔板还是可绝热的。