改进的铅酸电池隔板、弹性隔板、电池、系统及相关方法技术方案

本文公开的是用于铅酸电池的改进的隔板、含该改进的隔板的改进的铅酸电池以及含它们的系统的示例性的实施方式。铅酸电池隔板设置有从其表面上延伸的多个肋的多孔膜。肋设置有多个不连续的峰，其排列成为多孔膜提供弹性支撑，以便抵抗由溶胀的NAM所施加的力，从而减轻与NAM溶胀相关的酸缺乏的影响。也提供了隔板，其能够利用装配有这种隔板的电池所经历的任何运动，以通过促进酸混合来减少酸分层的影响。进一步提供了铅酸电池，其包含所提供的隔板。这种铅酸电池可以是富液式铅酸电池、增强型富液式铅酸电池，并且可被设置为在部分充电状态中工作。还提供了含这种铅酸电池的系统，比如车辆或诸如太阳能或风能收集器的任何其他能量存储系统。提供了其他示例性的实施方式，例如具有下列中的一项或多项：降低的电阻、提高的耐穿刺性、增加的抗氧化性、增强的减缓枝晶生长影响的能力和/或其他改进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的铅酸电池隔板、弹性隔板、电池、系统及相关方法相关申请本专利申请要求2018年1月31日提交的美国临时申请No.62/624,278的优先权和益。
根据至少选定的实施方式，本公开或专利技术致力于用于铅酸电池，比如富液式铅酸电池，特别是增强型富液式铅酸电池(EFBs)以及诸如凝胶和吸收式玻璃垫(AGM)电池的各种其他铅酸电池的新的或改进的隔板。根据至少选定的实施方式，本公开或专利技术致力于新的或改进的隔板、电池隔板、弹性隔板、平衡隔板、EFB隔板、电池、原电池、系统、关于它们的方法、使用它们的车辆、制造它们的方法、它们的应用及上述组合。另外，本文所公开的是通过减少电池电极的酸缺乏来延长电池寿命和减少电池故障的方法、系统和电池隔板。根据至少选定的实施方式，本公开或专利技术致力于新的或改进的隔板、电池隔板、增强型富液式电池隔板、电池、原电池和/或制造和/或使用这种隔板、电池隔板、增强型富液式电池隔板、原电池的方法，使用它们的电池、系统、方法和/或车辆。根据至少特定的实施方式，本公开或专利技术致力于诸如那些对深循环和/或部分充电状态(PSoC)应用有用的新的或改进的电池隔板、柔性隔板、平衡隔板、富液式铅酸电池隔板或增强型富液式铅酸电池隔板。这样的应用可包括非限制性实例，例如：电动机械应用，比如叉车和高尔夫车(有时被称为高尔夫球车)、电动人力车、电动自行车、电动三轮车和/或之类的；汽车或卡车应用，比如启动照明点火(SLI)电池，比如被用于内燃机车辆的那些；怠速启停(ISS)车辆电池；混合动力车辆应用、混合动力电动车辆应用；具有高功率要求的电池，比如不间断电源(UPS)或阀控铅酸(VRLA)电池和/或具有高CCA要求的电池；逆变器以及能量存储系统，比如见于诸如太阳能和风能收集系统的可再生和/或替代能源系统中的那些。根据至少选定的实施方式，本公开或专利技术致力于隔板，特别是用于富液式铅酸电池的隔板，其能够减少或缓解酸缺乏、减少或减轻酸分层、减少或减缓枝晶生长并且具有降低的电阻和/或能够增加冷启动电流。另外，本文公开了方法、系统和电池隔板，其用于在至少增强型富液式铅酸电池中延长电池寿命、减少或缓解酸缺乏、减少或减轻酸分层、减少或减缓枝晶生长、减少氧化的影响、减少水耗、降低内阻、增加润湿性、提高酸扩散、增加冷启动电流、改善均匀性及其任意组合。根据至少特别的实施方式，本公开或专利技术致力于用于增强型富液式铅酸电池的改进的隔板，其中隔板包括改进的和新的肋设计以及改进的隔板柔性。根据至少特别的实施方式，本公开或专利技术致力于用于增强型富液式铅酸电池的改进的隔板，其中隔板包含性能增强添加剂或涂层、提高的抗氧化性、优化的孔隙率、增加的空隙体积、无定形二氧化硅、较高吸油率的二氧化硅、较高硅烷醇基的二氧化硅、OH与Si的比例为21:100至35:100的串晶(shish-kebab)结构或形态的二氧化硅、聚烯烃微孔膜(其含有占膜重量40％或更多的颗粒状填料和聚合物(比如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，该膜具有带伸展链结晶(shish构型)和折叠链结晶(kebab构型)的shish-kebab构型，且kebab构型的平均重复周期为1nm至150nm)、减小的片厚度、减少的弯曲度、减小的厚度、降低的油含量、增加的润湿性、提高的酸扩散和/或之类的、以及它们的任意组合。
技术介绍
示例性的铅酸电池具有正极端子和负极端子。电池内部是一组交替的正极极板(或正极)和负极极板(或负极)的阵列，每个电极之间设置有隔板。正极与正极端子电连通，负极与负极端子接触。正极可掺杂正极活性材料(PAM)，而负极可掺杂负极活性材料(NAM)，每一种材料都有助于提高电极的功能。正极可基本上由二氧化铅(PbO2)制成，而负极可基本上由铅(Pb)制成。正极、负极和隔板基本上被浸没在水性电解质溶液中。电解质可以是例如硫酸(H2SO4)和水(H2O)的溶液。电解质溶液可具有在约1.215至1.300的范围内例如约1.28的比重。在二氧化铅(PbO2)正(+)极处的反应(正极半反应)提供电子并留下正极。在二氧化铅(PbO2)正(+)极处放电期间，这种正极半反应产生硫酸铅(PbSO4)和水(H2O)并在下面的方程式1中示出：其中：·PbO2是固体二氧化铅正(+)极；·是水性的；·4H+是水性的；·2e-在固体二氧化铅(PbO2)正(+)极中；·PbSO4是在水性电解液内的固体沉淀物；和·H2O是液体。在对电池充电时，正极半反应是可逆的。在铅(Pb)负(–)极处的负极半反应(负极半反应)提供正离子并留下负极。放电期间负极半反应产生硫酸铅(PbSO4)和负离子(e-)，并在下面的方程式2中示出：其中：·Pb是固体铅负(–)极；·是水性的；·pbSO4是在水性电解液内的固体沉淀物；和·2e-在铅(Pb)负(–)极中；在对电池充电时，负极半反应是可逆的。这些半反应一起给出铅酸电池的整体化学反应，如下面的方程式3中所示：其中：·Pb是固体负(–)极；·PbO2是固体正(+)极；·H2SO4是在水性电解液内的液体；·PbSO4是在水性电解液内的固体沉淀物；和·H2O是在水性电解液内的液体。在对电池充电时，整体化学反应是可逆的。对于上述每个反应，放电时从左向右进行，而充电时从右向左进行。应注意的是，为了提高上述反应的效率，可以将其他元素比如锑(Sb)或碳(C)添加到极板或粘贴材料(PAM或NAM)中。如从整体反应所能看到的，酸(H2SO4)是电化学反应所必需的，同时也为离子在电极之间流动提供了介质。因此使电极始终与酸接触是必须的，否则电极将遭受酸缺乏，电池将在容量、性能和寿命方面受到影响。如在式2中所能看到的，放电反应将一部分可能也存在于NAM中的铅(Pb)和酸(H2SO4)转化为较大分子的硫酸铅(PbSO4)。由于硫酸铅是比铅更大的分子，所以它占有更大的体积，并且，正如下文将要讨论的，据信这导致NAM溶胀。因为硫酸铅是在放电期间形成的，所以在部分充电状态(即至少部分放电)下工作的电池更容易受到NAM溶胀的影响。已证明酸缺乏在NAM溶胀存在的情况下会发生。当NAM溶胀时，它压向隔板的负极面，并将正极面推向正极。如果足够严重，这种溶胀可能会迫使隔板的部分偏转并接触正极和/或PAM。这反过来会将电解液或酸推挤或挤压出其通常占据的在隔板和正极之间的空间。如本文将更详细地讨论的，本专利技术解决了酸缺乏的问题。在酸分层的情形下也会发生酸缺乏，这发生在当密度大于水的酸沉积到电池盒的底部且电解液中的水上升到盒子的顶部时。如本文将更详细地讨论的，本专利技术解决了酸分层的问题。深循环电池(比如那些在高尔夫球车(也被称为高尔夫车)、叉车、电动人力车、电动自行车、电动车辆、混合动力车辆、怠速启停(ISS)车辆等等和固定式应用(比如那些在太阳能或风能收集)中使用的)几乎是在部分充电状态中不断地工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅酸电池隔板，其包含：/n含有聚合物和填料的多孔膜；/n所述多孔膜具有至少第一表面，至少第一多个肋或突起从该第一表面延伸；/n所述第一多个肋或突起包含第一多个不连续的峰，其中，所述第一多个不连续的峰中的每一个距离所述多个不连续的峰中的另一个至少约1.5mm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 US 62/624,2781.一种铅酸电池隔板，其包含：
含有聚合物和填料的多孔膜；
所述多孔膜具有至少第一表面，至少第一多个肋或突起从该第一表面延伸；
所述第一多个肋或突起包含第一多个不连续的峰，其中，所述第一多个不连续的峰中的每一个距离所述多个不连续的峰中的另一个至少约1.5mm。


2.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，进一步包含连续的底部，所述第一多个不连续的峰从其延伸。


3.如权利要求2所述的铅酸电池隔板，其中，所述连续的底部比所述不连续的峰的宽度更宽。


4.如权利要求2所述的铅酸电池隔板，其中，所述连续的底部在所述不连续的峰之间连续地延伸。


5.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋是选自下列中的一种：实心肋、离散间断的肋、连续的肋、不连续的肋、不连续的峰、不连续的突起、呈角度的肋、线性的肋、基本上沿所述多孔膜的加工方向延伸的纵向肋、基本上沿所述多孔膜的横跨加工方向延伸的横向肋、基本上沿隔板的所述横跨加工方向延伸的横切肋、离散的齿、有齿的肋、锯齿状突起、锯齿状的肋、垛状突起，有垛的肋、弯曲的肋、正弦型的肋、以连续的之字形锯齿状方式设置的、以间断不连续的之字形锯齿状方式设置的、凹槽、沟槽、纹理区域、突起、凸起、凹陷、结节、柱、微型柱、多孔的、无孔的、微型肋、交叉微型肋、及其组合。


6.如权利要求5所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分由相对于所述隔板的边缘既不平行也不正交的角度来限定。


7.如权利要求5所述的铅酸电池隔板，其中，所述角度在所述第一多个肋的所述至少一部分之中是变化的。


8.如权利要求5所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分由相对于所述多孔膜的加工方向的角度来限定，并且所述角度选自下列：在大于零度(0°)且小于180度(180°)之间、在大于180度(180°)且小于360度(360°)之间。


9.如权利要求8所述的铅酸电池隔板，其中，所述角度在所述第一多个肋的所述至少一部分之中是变化的。


10.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分具有约100μm至约1.0mm的高度。


11.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分具有约400μm至约600μm的高度。


12.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分具有约600μm至约800μm的高度。


13.如权利要求5所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个肋的至少一部分具有约1.5mm至约10mm的横跨加工方向的间距。


14.如权利要求5所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一多个不连续齿的至少一部分具有约1.5mm至约10mm的加工方向的间距。


15.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，进一步包含从所述多孔膜的第二表面延伸的第二多个肋。


16.如权利要求15所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋是选自下列中的一种：实心肋、离散间断的肋、连续的肋、不连续的肋、不连续的峰、不连续的突起、成角度的肋、线性的肋、基本上在所述多孔膜的加工方向延伸的纵向肋、基本上在所述多孔膜的横跨加工方向延伸的横向肋、基本上在隔板的所述横跨加工方向延伸的横切肋、离散的齿、有齿的肋、垛状突起、有垛的肋、弯曲的肋、正弦型的肋、以连续的之字形锯齿状方式设置的、以间断的不连续的之字形锯齿状方式设置的、凹槽、沟槽、纹理区域、突起、结节、凸起、凹陷、柱、微型柱、多孔的、无孔的、微型肋、交叉微型肋、及其组合。


17.如权利要求16所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分是由相对于所述隔板的边缘既不平行也不正交的角度来限定。


18.如权利要求17所述的铅酸电池隔板，其中，所述角度在所述第二多个肋的所述至少一部分中是变化的。


19.如权利要求16所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分是由相对于所述多孔膜的加工方向的角度来限定，并且所述角度选自：大于零度(0°)且小于180度(180°)之间、和大于180度(180°)且小于360度(360°)之间。


20.如权利要求19所述的铅酸电池隔板，其中，所述角度在所述第二多个肋的所述至少一部分中是变化的。


21.如权利要求15所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分具有约100μm至约1.0mm的高度。


22.如权利要求15所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分具有约400μm至约600μm的高度。


23.如权利要求15所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分具有约600μm至约800μm的高度。


24.如权利要求16所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分具有约1.5mm至约10mm的横跨加工方向的间距。


25.如权利要求16所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二多个肋的至少一部分具有约1.5mm至约10mm的加工方向的间距。


26.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述多孔膜具有约50μm至约500μm的厚度。


27.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第一表面包含一个或多个肋，其高度与相邻于所述铅酸电池隔板的边缘设置的所述第一多个肋的高度不同。


28.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述第二表面包含一个或多个肋，其高度与相邻于所述铅酸电池隔板的边缘设置的所述第二多个肋的高度不同。


29.如权利要求1所述的铅酸电池隔板，其中，所述聚合物包括选自下列中的一种：聚合物、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、酚醛树脂、聚氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·H·米勒，吉里什·希瓦吉·帕蒂尔，J·凯文·威尔，
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