НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H01M2/16 

Известен нетканый сепарационный материал, выполненный по крайней мере из трех волокнистых слоев, каждый из которых сформирован из смеси низкоплавких извитых волокон, химически стойких к воздействию электролита, с синтетическими волокнами на основе органических соединений с высокой точкой плавления. Наружные слои сформированы из извитых волокон, которые полностью или частично имеют линейную плотность более высокую, чем линейная плотность волокон внутренних слоев. Волокнистые слои скреплены между собой под воздействием тепла и давления. Этот материал описан в заявке Японии N 58-21775, кл. H 01 M 2/16, опубл. 04.05.83 г. Повышенная плотность известного материала, имеющего двухмерную структуру, и ее недостаточная объемная пористость, создаваемая лишь за счет использования извитых волокон, отличающихся между собой линейной плотностью, вызывают повышенное электросопротивление.

Известен также нетканый материал для сепараторов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, описанный в а.с. СССР N 1757408, кл. Н 01 M 2/16, заявл. 22.08.90 г. опубл. 30.08.94.

Указанный материал состоит из двух наружных и промежуточного волокнистых слоев, скрепленных между собой. Каждый из волокнистых слоев выполнен из смеси гидрофобных высокоусадочных сополиэфирных волокон и гидрофильных вискозных волокон в соотношении 80 20% мас. При этом сополиэфирные и вискозные волокна в наружных слоях имеют линейную плотность 0,33 и 0,31 текс соответственно, а сополиэфирные и вискозные волокна в промежуточном слое имеют линейную плотность 0,17 и 0,31 текс соответственно. Высокоусадочные сополиэфирные волокна способны к усадке при температуре 190 220^oC.

Наличие в промежуточном слое известного материала 80% сополиэфирных волокон, линейная плотность которых почти в 2 раза ниже линейной плотности сополиэфирных волокон в наружных слоях в сочетании с высокой набухаемостью в электролите вискозных волокон приводит к тому, что плотность промежуточного слоя оказывается существенно более высокой, чем плотность наружных слоев. Способность сополиэфирных волокон к высокой (порядка 38 55%) усадке под воздействием тепла в процессе изготовления материала в сочетании с их относительно высокой линейной плотностью, а вискозных волокон к повышенному набуханию в электролите, играя положительную роль в наружных слоях материала за счет создания более мелких и разветвленных пор, в промежуточном слое сказываются отрицательно. Промежуточный слой из-за повышенной плотности затрудняет прохождение потока ионов, что приводит к повышению электросопротивления сепаратора и снижению начального разрядного напряжения аккумуляторной батареи в особенности при ее работе в условиях пониженных температур окружающей среды, когда активность потока ионов мала.

Изобретение направлено на создание нетканого материала для сепараторов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, обладающего повышенными эксплуатационными свойствами. Эта задача решается за счет того, что в нетканом материале для сепараторов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, состоящем из двух наружных и промежуточного волокнистых слоев, скрепленных между собой, у которого наружные слои выполнены из смеси сополиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс, способных к термоусадке при температуре 190 220^oC, и вискозных волокон линейной плотности 0,31 текс в соотношении 80 20 мас. промежуточный слой выполнен из полиэфирных волокон линейной плотности 0,17 текс.

Благодаря тому, что промежуточный слой выполнен полностью из полиэфирных волокон низкой линейной плотности, усадка которых под воздействием температуры в процессе изготовления материала незначительна, плотность промежуточного слоя становится примерно одинаковой с плотностью наружных слоев, что в сочетании с высокой объемной пористостью наружных слоев и сохранением высокой химической стойкости к воздействию электролита приводит к снижению электросопротивления сепаратора и к повышению начального разрядного напряжения аккумуляторной батареи при низкоактивном потоке ионов в условиях пониженных температур эксплуатации аккумуляторной батареи.

В частном случае использования предлагаемого нетканого материала для сепаратора свинцово-кислотных батарей со свободным электролитом, например, в стартерных батареях негерметизированного типа, предлагаемый материал с одной из его наружных сторон может иметь регулярно расположенные по всей ширине материала непрерывные продольные выступы, а с противоположной стороны материала впадины, соответствующие этим выступам, причем между выступами и впадинами предусмотрены плоские участки, имеющие плотность одинаковую с плотностью выступов.

Такое конструктивное исполнение обеспечивает необходимый запас электролита в зазоре между телом сепаратора и электродами для свободного перемещения электролита и естественного конвективного перемешивания в приэлектродном пространстве, что имеет особо важное значение при работе аккумулятора в условиях отрицательных температур. Кроме того, одинаковая плотность выступов и впадин в сепараторе для свинцово-кислотных батарей со свободным электролитом способствует снижению турбулентности потоков отходящих газов, образующихся в процессе электрохимической реакции и их более свободному и направленному отводу из электролита, что в свою очередь обеспечивает снижение электросопротивления сепаратора и улучшение стартерных характеристик аккумуляторов при отрицательных температурах.

На фиг. 1 схематически представлено поперечное сечение нетканого сепарационного материала для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с иммобилизованным электролитом; на фиг. 2 нетканого сепарационного материала для свинцово-кислотных батарей со свободным электролитом.

Как показано на фиг. 1 и 2 предлагаемый нетканый сепарационный материал состоит из двух наружных 1 и промежуточного слоя 2, скрепленных между собой. Наружные слои 1 содержат смесь высокоусадочных сополиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс и вискозных волокон линейной плотности 0,31 текс в соотношении 80 20 мас. Промежуточный волокнистый слой 2 выполнен из полиэфирных синтетических волокон линейной плотности 0,17 текс.

Сепарационный материал, представленный на фиг. 2, на одной из его сторон снабжен регулярно расположенными по всей его ширине непрерывными продольными выступами 3 и соответствующими им впадинами 4 с противоположной стороны материала, чередующимися с плоскими участками 5.

Волокнистые слои 1 и 2 скреплены между собой. Скрепление осуществляют следующим образом. На нижний наружный волокнистый слой 1, сформированный механическим способом из смеси полиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс 80 мас. и вискозных волокон линейной плотности 0,31 текс 20 мас. укладывают механически сформированный промежуточный волокнистый слой 2 из полиэфирных волокон линейной плотности 0,17 текс. На промежуточный волокнистый слой 2 укладывают верхний наружный волокнистый слой 1 из смеси сополиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс и вискозных волокон 0,31 текс, также сформированный известным механическим способом. Полученный трехслойный волокнистый холст скрепляют иглопрокалыванием на иглопробивной машине, сначала сверху вниз, а затем снизу вверх. Затем полученный нетканый материал подвергают двухстадийной термообработке: вначале на агрегате для термоусадки при температуре 190^oC, а затем осуществляют заключительную термообработку на двухвальном каландре с гладкими обогреваемыми валами при температуре 200^oC и давлении 50 Па.

В результате получают плоский нетканый сепарационный материал для аккумуляторных батарей с иммобилизованным электролитом, представленный на фиг. 1.

Нетканый сепарационный материал для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей со свободным электролитом, представленных на фиг. 2, получают аналогично вышеописанному материалу, но заключительную термообработку осуществляют в зоне обогреваемых валов двухвального каландра, поверхность одного из валов которого снабжена расположенными по окружности вала ребрами, регулярно чередующимися с плоскими участками, а поверхность другого - соответственно расположенными впадинами и плоскими участками при одинаковом зазоре между поверхностями обоих взаимодействующих валов.

Таким образом получают сепарационный материал, снабженный на одной стороне регулярно расположенными по всей его ширине непрерывными продольными выступами 3 и соответствующими им впадинами 4, с противоположной стороны материала, чередующимися с плоскими участками 5.

Возможность достижения указанного выше технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, подтверждается следующими данными, характеризующими эксплуатационные свойства предлагаемого нетканого сепарационного материала в сравнении с прототипом и серийным сепаратором "Мипласт", приведенными в таблице.

Использование: производство свинцовых аккумуляторов. Сущность изобретения: нетканый материал состоит из трех скрепленных между собой волокнистых слоев, наружные из которых выполнены из смеси 80 мас.% сополиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс, способных к термоусадке при температуре 190 - 220^oC, и 20 мас.% вискозных волокон линейной плотности 0,31 текс, а средний слой выполнен из полиэфирных волокон линейной плотности 0,17 текс. На одной стороне материала могут быть выполнены выступы по всей ширине листа, а с противоположной стороны - соответствующие им впадины, причем выступы чередуются с плоскими участками, а плотность материала на выступах и плоских участках одинакова. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Нетканый материал для сепараторов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, состоящий из двух наружных и промежуточного волокнистых слоев, скрепленных между собой, у которого наружные слои выполнены из смеси высокоусадочных сополиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс, способных к термоусадке при 190 220^oС, и вискозных волокон линейной плотности 0,31 текс в соотношении 80 20 мас. отличающийся тем, что промежуточный слой выполнен из полиэфирных волокон линейной плотности 0,17 текс. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что на одной из его наружных сторон имеются регулярно расположенные по всей ширине материала непрерывные продольные выступы, а с противоположной наружной стороны материала впадины, соответствующие этим выступам, причем между выступами и впадинами предусмотрены плоские участки, имеющие плотность, одинаковую с плотностью выступов.