聚合物隔板及其制备方法技术

一种聚合物隔板，技术领域涉及高分子材料、有机化学、无机化学、电化学、化工、机械工程，所述隔板的多孔膜包含基底材料、橡胶、锑抑制添加剂和性能增强添加剂中的至少一种；所述多孔膜本身包含橡胶，而且多孔膜还可以设有另外的橡胶涂层；在锑抑制添加剂和/或性能增强添加剂的控制下，实现了现有技术根本无法实现的将所述另外的橡胶涂层浸入至所述多孔膜的至少一部分。所述聚合物隔板用于铅酸电池，表现出下列特性：降低的失水量、降低的锑中毒、更高的润湿性、更快的再充性、改善的氧化稳定性、降低的浮充电流、降低的充电终止电流、降低的再充电电压及其组合。再充电电压及其组合。再充电电压及其组合。

【技术实现步骤摘要】
聚合物隔板及其制备方法
[0001]本申请为分案申请，
为高分子材料、有机化学、无机化学、电化学、化工、机械工程。原优先权日是2016年6月1日；原国际申请日是2017年6月1日；原国际申请号为PCT/US2017/035409；进入中国国家阶段的日期是2019年1月15日，原中国申请号是201780044031.9；原专利技术名称是《用于铅酸电池的改进的隔板、改进的电池及相关方法》。
[0002]相关申请交叉引用
[0003]本申请要求2016年6月1日提交的国际专利申请No.PCT/US2016/035285的优先权及权益。


[0004]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用于铅酸电池的隔板，例如富液式铅酸电池，特别是增强富液式铅酸电池(EFB)，以及各种其他铅酸电池，如凝胶和吸液式玻璃棉衬垫(AGM)电池。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、EFB隔板、电池、原电池、系统、包含其的方法、使用其的车辆、制造其的方法、其用途以及上述的各种组合。另外，本文公开了方法、系统和电池隔板，用于：提高电池寿命，减少电池故障，降低失水量，改善氧化稳定性，提高、保持和/或减少浮充电流，改善充电终止电流(EOC)，降低给深循环电池充电和/或完全充电所需的电流和/或电压，使内部电阻最小，降低电阻，提高润湿性，降低用电解液浸湿的时间，减少形成电池的时间，减少锑中毒，降低酸层化，改善酸扩散和/或提高铅酸电池中的均匀性，以及上述效果的任意组合。根据至少特别的实施方式，本公开或专利技术致力于用于铅酸电池的改进的隔板，其中隔板包括橡胶、乳胶和/或改进的性能增强添加剂和/或涂层。根据至少特定的实施方式，所公开的隔板对深循环应用是有用的，例如在诸如高尔夫球车(有时被称为高尔夫车)的动力机械中，变流器，可再生能源系统和/或可替代能源系统，如太阳能系统和风能系统。所公开的隔板在某些电池系统也是有益的，其中深循环和/或部分态充电操作是电池应用的一部分。在特定的其他实施方式中，所公开的隔板可用于电池系统，该电池系统中加有添加剂和/或合金(锑是重要的例子)以提高电池的寿命和/或性能，和/或提高电池的深循环和/或部分态充电操作容量。

技术介绍

[0005]电池隔板是用来分隔电池的正负电极或极板的，以避免电短路。这样的电池隔板通常是微孔的，以便离子能够穿过位于正负电极或极板之间的隔板。在铅酸蓄电池中，例如汽车电池和/或工业电池和/或深循环电池中，电池隔板通常为微孔聚乙烯隔板；在某些情形下，这种隔板可包括一个背网和位于背网一边或两边的多个肋条。见Besenha,J.O.编著的《电池材料手册》,Wiley
‑
VCH Verlag GmbH,Weinheim，德国(1999)，第9章，第245
‑
292页。某些用于汽车电池的隔板被制成连续长度并被卷起，随后被折叠，并沿边缘密封，以形成用于电池的装有电极的袋或封袋。用于工业电池(或牵引或深循环蓄电池)的特定隔板被切割成与电极极板差不多大小(块或薄片)。
[0006]铅酸电池中的电极通常由具有相对高的锑含量的铅合金构成。铅/锑合金在电极架的制造过程中以及电池的使用过程中均具有优势。仅举例而言，制造过程中的优势有：熔融金属在模具中的流动性提高，铸造电极架具有更高的硬度，等等。特别是在周期性负荷的情形下，除了机械稳定性外，在正极保证了端子与活性材料的良好接触，结果不会发生容量早降(“无锑”效应)并提供了改进的循环性能。此外，对深循环电池来说，锑常存在于电池的正栅极中。
[0007]但是，含锑的正极也有不利的地方，即锑会以离子形式被溶解在电解液中，而其随后会迁移穿过隔板。由于锑比铅更惰性，其会沉积在负极上。这一过程被描述为锑中毒。通过过压对氢的还原，锑中毒导致水耗增加，因此电池需要更多的维护。特别地，锑会催化水的分解，从而降低充电电压并提高电池完全再充电所必需的能量，因为水分解会消耗电池完全再充电所需的部分能量。已有尝试用其他合金组分来完全或部分取代铅合金中的锑，但是，这些尝试并未取得满意的结果。总的来说，深循环电池正栅极中锑的存在可能是循环寿命降低一个主要因素。
[0008]对至少特定的应用或电池来说，仍存在对改进的隔板的需求，这种隔板能提供改善的循环寿命、降低的锑中毒、减少的水耗，能减少浮充电流和/或降低电池完全再充电所需的电压。更特别地，仍存在对改进的隔板、包含改进的隔板的改进的电池(如高尔夫球车或高尔夫车电池)的需求，其能提供延长电池寿命、降低电池故障、降低失水量、提高氧化稳定性、改善维护和/或降低浮充电流、提高充电终止电流(EOC)、降低给深循环电池充电或完全充电所需的电流和/或电压、使内电阻的增加最小化、降低电阻、提高润湿性、降低用电解液浸润的时间、降低电池形成的时间、减少锑中毒、降低酸层化、改善酸扩散和/或提高铅酸电池中的均匀性。
[0009]专利技术概述
[0010]下面的描述将给出一个或多个实施方式的细节。从说明书和权利要求书中，其他特征、目标和优势将是显而易见的。根据至少选定的实施方式，本公开或专利技术可致力于上述议题或需求。根据至少特定的目标、方面或实施方式，本公开或专利技术可提供一种改进的隔板和/或电池，其克服了前文提到的问题，通过例如提供具有降低的锑中毒和改善的循环性能的电池。
[0011]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、原电池、电池、系统和/或制造和/或使用这种新隔板、原电池和/或电池的方法。根据至少特定的实施方式，本公开或专利技术致力于用于管式或平板式铅酸电池的新的或改进的电池隔板，所述电池包括用于深循环和/或动力应用[如高尔夫球车(有时被称为高尔夫车)，等等]或太阳能或风能系统，和/或制造和/或使用这种改进的隔板、原电池、电池、系统等等的改进的方法。另外，本文公开了方法、系统和电池隔板，其用来提高电池性能和寿命(特别是超过电池固有或预定使用寿命的50％)，降低电池故障，减少失水量，提高氧化稳定性，改善、维持和/或降低浮充电流，提高充电终止电流，降低给深循环电池充电或完全充电所需的电流和/或电压，降低酸层化，降低内电阻，减少锑中毒，提高润湿性，降低用电解液浸润的时间，由于降低了浸润时间而降低电池形成的时间，改善酸扩散，提高铅酸电池中的均匀性和/或改善循环性能。根据至少特别的实施方式，本公开或专利技术致力于一种改进的隔板，其中新隔板包括降低的电阻、性能增强添加剂或涂层、改进的填料、增强的润湿性、增加的酸扩散，和/或类
似性能。
[0012]为达到这些或其他目标，在特定的选定实施方式中提出用于铅酸电池的隔板，该隔板具有微孔膜和可选的纤维垫(与微孔膜层叠或相邻)，所述电池例如EFB或深循环电池，具有正极和负极，以及位于正极和负极之间的隔板。微孔膜和纤维垫之一或两者可配置有天然和/或合成橡胶，并且至少一种性能增强添加剂被注入或涂覆在微孔膜或纤维垫的任意面的至少一部分上。
[0013]根据至少特定的选定实施方式，提供具有增强润湿性(在水中或酸中)的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔板，其中，所述电池隔板包含多孔膜，该多孔膜包含基底材料、橡胶、锑抑制添加剂和性能增强添加剂中的至少一种；所述多孔膜本身包含橡胶，而且多孔膜还设有另外的橡胶涂层；在锑抑制添加剂和/或性能增强添加剂的控制下，另外的橡胶涂层被浸入至所述多孔膜的至少一部分；优选所述橡胶与所述基底材料掺和，和/或，优选所述另外的橡胶涂层涂覆在所述基底材料上，以形成所述多孔膜。2.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述基底材料包含下述之一：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、聚氯乙烯(PVC)、橡胶、合成木浆(SWP)、木质素、玻璃纤维、合成纤维、纤维素纤维及其组合；所述基底材料包含下述之一：氧化硅、干法细分氧化硅、沉淀氧化硅、无定形氧化硅、氧化铝、滑石、鱼粉、鱼骨粉及其组合；和/或所述基底材包含加工增塑剂。3.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述橡胶包含下述之一：交联橡胶、非交联橡胶、硫化橡胶、非硫化橡胶、天然橡胶、乳胶、合成橡胶及其组合；和/或所述橡胶包含下述之一：甲基橡胶、聚丁二烯、一种或多种氯丁橡胶、丁基橡胶、溴丁橡胶、聚氨酯橡胶、表氯醇橡胶、聚硫橡胶、氯磺酰聚乙烯、聚降冰片烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、共聚物橡胶及其组合。4.如权利要求3所述的电池隔板，其中，所述共聚物橡胶包含下述之一：苯乙烯/丁二烯橡胶、丙烯腈/丁二烯橡胶、乙烯/丙烯橡胶(EPM和EPDM)、乙烯/乙酸乙烯橡胶及其组合。5.如权利要求1的电池隔板，其中，包含至少1重量％且不超过50重量％的量的所述橡胶；或包含至少1重量％且不超过20重量％的量的所述橡胶。6.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述至少一种性能增强添加剂为下述之一：表面活性剂、润湿剂、着色剂、抗静电添加剂、锑抑制添加剂、紫外防护添加剂、抗氧化剂及其组合。7.如权利要求2所述的电池隔板，其中，所述加工增塑剂包含下述之一：加工油、石油、石蜡基矿物油、矿物油及其组合。8.一种电池隔板，其具有衬垫，所述衬垫包含下述之一：玻璃纤维、合成纤维、氧化硅、至少一种性能增强添加剂、乳胶、天然橡胶、合成橡胶及其组合。9.一种电池隔板，其多孔膜具有至少50μm至500μm或至少50μm至350μm的背网厚度。10.一种电池隔板，其多孔膜包含下述之一的肋条：实心肋条、带锯齿的肋条、角形肋条、间断的肋条、横切肋条、正极肋条、负极肋条、负极横切肋条、沟槽、凸起、突出物、隆起物及其组合，优选地，所述肋条包含橡胶。11.一种电池隔板，其具有下述之一的形状：切片、袋、套、罩、封装和混合封装。12.一种铅酸电池，包含：正极；与所述正极相邻的负极；隔板，其至少一部分被设置于所述正极和所述负极之间；和电解液，其基本浸没所述正极的至少一部分、所述负极的至少一部分和所述隔板的至少一部分，
所述隔板包含多孔膜，其包含基底材料、橡胶、锑抑制添加剂、和性能增强添加剂中的至少一种，优选地所述隔板自身还包含橡胶，其中，在锑抑制添加剂和/或性能增强添加剂的控制下，另外一橡胶涂层被浸入至所述多孔膜的至少一部分。13.如权利要求12所述的铅酸电池，其中，所述铅酸电池表现出下列特性：降低的失水量、降低的锑中毒、更高的润湿性、更快的再充性、改善的氧化稳定性、降低的浮充电流、降低的充电终止电流、降低的再充电电压及其组合。14.如权利要求12所述的铅酸电池，其中，所述铅酸电池选自：平板电极电池、富液式铅酸电池、增强富液式铅酸电池、深循环电池、凝胶电池、吸收玻璃衬垫(AGM)电池、管式电池、逆变电池、车辆电池、启动
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照明
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯，
申请(专利权)人：达拉米克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：