用于增强型富液式电池的改进的隔板、电池及相关方法技术

本发明专利技术公开了改进的隔板、电池隔板、增强型富液式电池隔板、电池、电池单元和/或制造和/或使用前述的方法；用于增强富液式电池的电池隔板；方法、系统和电池隔板，用以提高电池寿命，减少内部电阻，增加冷启动安培，和/或至少在增强富液式电池中改善均匀性；一种用于增强型富液式电池的隔板，具有性能增强添加剂或涂层、改进的填料和/或增加了脆碎度的填料，具有增加的离子扩散，减少的弯曲度，增加的润湿性，降低的油含量，减少的厚度、降低的电阻和/或增加的孔隙率，并在使用时减少水损失，降低酸分层，降低电压降，和/或增加电池的CCA；和/或隔板，包括或显示性能增强的添加剂或涂层，增加的孔隙率，增加的空隙体积，无定形二氧化硅，高吸油性二氧化硅，高硅烷醇基二氧化硅，降低的电阻抗和/或串晶结构或形态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强型富液式电池的改进的隔板、电池及相关方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月8日提交的美国临时专利申请No.62/319,959的优先权和权益。领域根据至少选择的实施方式，本公开或专利技术涉及新型或改进的隔板、电池隔板、增强型富液式电池隔板、电池、电池单元，和/或制造和/或使用此类隔板、电池隔板、增强型电池隔板、电池单元、电池的方法，使用前述的系统、方法和/或车辆。根据至少某些实施方式，本公开或专利技术涉及新型的或改进的电池隔板、富液式铅酸电池隔板，或用于启动照明点火("SLI")电池的增强型富液式铅酸电池隔板、用于深循环应用的富液式电池，以及增强型富液式电池("EFB")和/或改进的制造和/或使用此类改进的隔板、电池单元、电池、系统、车辆或任何组合的方法。根据至少某些实施方式，本公开或专利技术涉及用于富液式电池的改进的隔板和/或改进的制造和/或使用具有所述改进隔板的电池的方法。根据至少选择的实施方式，本公开或专利技术涉及隔板，特别是用于具有降低的电阻和/或增加的冷启动电流的增强型富液式电池的隔板。此外，本文还公开了在至少增强型富液式电池中用于提高电池寿命、减少水损失、降低内阻、增加润湿性、减少酸分层、改善酸扩散、改善冷启动电流、提高均匀性或其任何组合的方法、系统和电池隔板。根据至少特定实施方式，本公开或专利技术涉及用于增强型富液式电池的改进的隔板，该隔板包括性能增强添加剂或涂层，增加的孔隙率，增加的空隙体积，无定形二氧化硅，吸油性更高的二氧化硅，高硅醇基二氧化硅，OH与Si比例为21:100至35:100的二氧化硅，降低的电阻，串晶(“烤肉串”shish-kebab)结构或形态，聚烯烃微孔膜含有颗粒状填料，其量为膜和聚合物重量的40％或以上，如超高分子量聚乙烯，具有串晶结构，所述串晶结构具有伸直链晶体(串(shish)结构)和折叠链晶体(肉块(kebab)结构)，所述肉块结构的平均重复周期为从1nm到150nm，降低的板材厚度，减小的弯曲度等。背景已开发出增强型富液式电池("EFB")和吸收玻璃垫("AGM")电池，以满足怠速启动停止应用中对电力源的日益增长的需求。EFB系统与传统的富液式铅酸电池具有相似的结构，其中正电极和/或负电极被微孔隔板包围，并浸入液态电解液中。而AGM系统不含游离液体电解质。电解质被吸收到玻璃纤维垫，然后在电极上分层。历史上，AGM系统与富液式电池系统相比，具有更高的放电功率、更好的循环寿命和更大的冷启动电流。然而，AGM电池的制造成本要高得多，对过度充电更敏感。因此，对于某些市场和应用，EFB系统仍然是移动和/或固定电源的一个有吸引力的选择。这种电源和储能应用多种多样，如：平板电池；管式电池；车辆SLI和混合动力电动汽车ISS应用；深循环应用；高尔夫球车和电动人力车电池；在部分充电状态下运行的电池("PSOC")；逆变器电池以及可再生能源电池。EFB系统可以包括一个或多个电池隔板，在铅酸电池单元内将正电极与负电极隔开。电池隔板可能有两个主要功能。首先，电池隔板应保持正电极与负电极的物理分隔，以防止两个电极之间的电子电流通过。其次，电池隔板应以尽可能少的电阻允许正电极和负电极之间的离子扩散，从而产生电流。电池隔板可以由许多不同的材料制成，但这两个相反的功能已经通过一个由多孔非导体制成的电池隔板得到了很好的实现。在这种结构下，孔有助于电极之间的离子扩散，而非导电聚合物网络可防止电子短路。具有增加的放电速率和冷启动电流("CCA")的EFB电池将能够取代AGM电池。众所周知，冷启动电流与电池的内阻相关。因此，预计降低增强型富液式电池的内阻将增加冷起动安培的额定值。因此，需要新型的电池隔板和/或电池技术来满足和克服目前铅酸电池系统所带来的挑战，特别是降低内阻，增加增强型富液式电池中的冷启动电流。
技术实现思路
根据至少选择的实施方式，本公开或专利技术可解决上述问题或需要。根据至少某些目的，本公开或专利技术可以提供可以克服前述问题的改进的隔板和/或电池，例如通过提供具有降低的内部电阻和增加的冷起动安培的增强型富液式电池。根据至少选择的实施方式，本公开或专利技术可解决上述问题或需要，和/或可能提供新型或改进的隔板和/或增强型富液式电池。根据至少选择的实施方式，本公开或专利技术涉及新型或改进的隔板、电池隔板、增强型富液式电池隔板、电池、电池单元和/或制造和/或使用此类隔板、电池隔板、增强型电池隔板、电池单元和/或电池的方法。根据至少某些实施方式，本公开或专利技术涉及新型或改进的电池隔板、富液式铅酸电池隔板、或增强型富液式电池隔板，用于汽车应用，用于怠速启动停止("ISS")电池，用于具有高功率要求的电池，如不间断电源("UPS")或阀控铅酸("VRLA")，和/或用于具有高CCA要求的电池，和/或改进的制造和/或使用这种改进的隔板、电池单元、电池、系统和/或类似设备的方法。根据至少某些实施方式，本公开或专利技术涉及增强型富液式电池的改进的隔板和/或使用具有这样的改进的隔板的电池的改进的方法。此外，本文还公开了至少在增强型富液式电池中用于增强电池性能和寿命、减少酸分层、降低内部电阻、增加冷启动电流和/或提高均匀性的方法、系统和电池隔板。根据至少特定的实施方式，本公开或专利技术涉及用于增强型富液式电池的改进的隔板，所述隔板包括降低的电阻、性能增强添加剂或涂层、改进的填料、增加的孔隙率、减小的弯曲度、降低的厚度、降低的油含量、增加的润湿性、增加的酸扩散等。根据至少一个实施方式，提供了弯曲度减小的微孔隔板。弯曲度是指孔在其长度上的曲率/转弯度。因此，弯曲度减小的微孔隔板将提供一个较短的通道使离子通过隔板，从而降低电阻抗。根据本实施例的微孔隔板可以具有减薄的厚度、加大的孔径、更多相联的孔和/或更开放的孔。根据至少某些选定的实施方式，提供了具有增加孔隙率的微孔隔板，或具有不同孔隙结构(其孔隙率与已知的隔板没有显著差异)，和/或减小的厚度的隔板。离子将更快地通过孔隙率增加、空隙体积增加、弯曲度减小和/或厚度降低的微孔隔板，从而降低电阻。这样厚度的减小可能会使电池隔板的整体重量降低，这进而又降低了使用所述隔板的增强型富液式电池的重量，从而降低了使用所述增强型富液式电池的整体车辆的重量。这样的厚度减小可能会使在使用所述隔板的增强型富液式电池中增加正电极活性材料("PAM")或负电极活性材料("NAM")的空间。根据至少某些选定的实施方式，提供了一种增加润湿性(在水或酸中)的微孔隔板。具有增加润湿性的隔板将更易于电解质离子种类接近，从而促进它们在隔板上通过并降低电阻。根据至少一个实施方式，提供了具有降低的最终含油量的微孔隔板。这样的微孔隔板也将有助于在增强型富液式电池或系统中降低ER(电阻抗)。所述隔板可能包含增加了脆碎度的改进的填料，并且可能增加孔隙率、孔径、内部孔隙表面积、润湿性和/或隔板的表面积。在一些实施方式中，与已知的填料相比，改进的填料具有较高的结构形态和/或减小的颗粒大小和/或不同量的硅烷醇基和/或比以前已知的填料更羟基化。改进的填料可以吸收更多的油和/或允许在隔板形成过程中加入更多的加工油，在挤出后除去油时不会发生同时收缩或压缩。所述填料可以进一步减少所谓的电解质离子的水化球体，加强其通过膜的传输，从而再次降低电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于铅酸电池的隔板，包括聚烯烃微孔膜，其中，所述聚烯烃微孔膜包括:聚乙烯，优选地，超高分子量聚乙烯，颗粒状填料和加工增塑剂；其中，所述颗粒状填料以重量比40％或更多的量存在；所述聚乙烯包括串晶(“烤肉串”)结构的聚合物，其包括多个伸直链晶体(“串”结构)和多个折叠链晶体(“肉块”结构)；并且，其中，所述“肉块”结构的平均重复或周期为从1nm到150nm，优选小于120nm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.08 US 62/319,9591.用于铅酸电池的隔板，包括聚烯烃微孔膜，其中，所述聚烯烃微孔膜包括:聚乙烯，优选地，超高分子量聚乙烯，颗粒状填料和加工增塑剂；其中，所述颗粒状填料以重量比40％或更多的量存在；所述聚乙烯包括串晶(“烤肉串”)结构的聚合物，其包括多个伸直链晶体(“串”结构)和多个折叠链晶体(“肉块”结构)；并且，其中，所述“肉块”结构的平均重复或周期为从1nm到150nm，优选小于120nm。2.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述“肉块”结构的平均重复或周期由以下方法定义：用SEM拍摄聚烯烃微孔膜表面的图像，指示至少三个矩形区域，其中所述串晶结构在同一SEM图像中连续延长至少0.5μm或更长的长度，并通过在垂直方向投影到每个指示的矩形区域的长度方向的对比曲线的傅里叶变换指定重复或周期，以计算平均重复或周期。3.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述填料选自二氧化硅、沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和沉淀无定形二氧化硅；以及其中，在所述填料中，OH与Si基团的分子比例由29Si-NMR测量，范围介于21:100到35:100之间，优选为27:100或更多。4.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述加工增塑剂选自：加工油、石蜡基油和矿物油。5.如权利要求1所述的隔板，其中，所述二氧化硅存在于聚合物的串晶结构中。6.一种新型或改进的增强型富液式电池隔板，包括至少一微孔热塑性片材，该微孔热塑性片材具有如下至少一种特性：小于200mΩ·cm2的电阻抗，所述隔板提高电池寿命，降低内部电阻，增加冷启动电流，和/或改善至少增强型富液式电池的均匀性；具有性能增强添加剂或涂层，改进的填料，减小的弯曲度，增加的润湿性，降低的最终油含量，降低的厚度，降低的电阻和/或增加的孔隙率和/或空隙体积。7.如权利要求6所述的隔板，其中，所述微孔热塑性片材的特征是以下至少一项:a)平均孔径不大于1μm；b)电阻抗小于75mΩ·cm2，或小于70mΩ·cm2，或小于65mΩ·cm2，或小于60mΩ·cm2，或小于55mΩ·cm2，或小于50mΩ·cm2，或小于45mΩ·cm2，或小于40mΩ·cm2，或小于35mΩ·cm2，或更少；c)电阻抗小于富液式铅酸电池的已知隔板的电阻抗超过20％；d)孔隙率大于50％；e)最终油含量约为重量比10-20％，在一些实施方式中，约重量比14-20％；以及f)带肋、锯齿状肋、压花肋和/或负交叉肋。8.如上述任何一项权利要求所述的隔板，还包括具有高结构形态的填料。9.如上述任何一项权利要求所述的隔板，所述填料至少有以下一种特征:a)平均粒径为5μm或以下；b)比表面积至少为100m2/g；以及c)吸油率至少为150ml/100mg。10.如上述任何一项权利要求所述的隔板，其中，所述填料和热塑性聚合物以重量比为从1.5：1到6:1存在。11.如上述任何一项权利要求所述的隔板，其中，所述填料包括沉淀二氧化硅。12.如权利要求1所述的隔板，其中，所述颗粒状填料易碎，在30秒超声处理后，二氧化硅颗粒粒径中值约为5μm或更低。13.如权利要求1所述的隔板，其中，所述颗粒状填料易碎，在60秒超声处理后，二氧化硅颗粒粒径中值约为0.5μm或更低。14.如权利要求1所述的隔板，包括:平均孔径至少约120nm。15.如权利要求1所述的隔板，包括:在-5℃时至少约1.6×10-10的扩散系数，以及约40mΩ·cm2或更低的电阻抗。16.如权利要求1所述的隔板，包括:在30℃时至少约8.8×10-10的扩散系数，以及约40mΩ·cm2或更低的电阻抗。17.用于铅酸电池的隔板，包括:聚烯烃微孔膜，其中，所述聚烯烃微孔膜包括聚乙烯、颗粒状填料、以及加工增塑剂；其中，所述颗粒状填料易碎，在30秒超声处理后，所述二氧化硅颗粒粒径中值约为5.2μm或更低。18.用于铅酸电池的隔板，包括:聚烯烃微孔膜，其中，所述聚烯烃微孔膜包括聚乙烯、颗粒状填料、以及加工增塑剂；其中，所述颗粒状填料易碎，在60秒超声处理后，所述二氧化硅颗粒粒径中值约为0.5μm或更低。19.用于铅酸电池的隔板，包括:聚烯烃微孔膜，其中，所述聚烯烃微孔膜包括聚乙烯、颗粒状填料、以及加工增塑剂；其中，所述颗粒状填料...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·奈哈，约尔格·迪特尔，阿希拉·克里斯哈拉莫斯，埃里克·H·米勒，J·凯文·威尔，罗伯特·W·斯菲尔，三宅能登，卡纳克·库维尔卡尔，
申请(专利权)人：达拉米克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US