改进的Z形缠绕隔板、电池单元、系统、电池及相关设备和方法与流程

改进的z形缠绕隔板、电池单元、系统、电池及相关设备和方法
1.领域
2.本公开涉及新的、改进的或优化的电池隔板、z形缠绕隔板、z形缠绕锯齿肋隔板、用于管状电池的z形缠绕锯齿肋隔板、组件、电池单元、模块、系统、电池、管状电池、工业电池、逆变器电池、重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或z形缠绕隔板的相关方法、管状电池电极上的z形缠绕隔板、保水、防止失水、改进的充电接受度、生产、使用和/或相关的z形缠绕设备，和/或它们的组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的电池隔板，这些改进可获得自动化隔板z形缠绕、自动化z形缠绕电池模块生产、自动化管状电池生产、减少包含所述隔板的电池的水损失，增强的充电接受，或它们的组合。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或化学品、添加剂、混合物、涂层等和/或类似物方面进行各种改进用于制造此类隔板[例如油，和/或化学添加剂或试剂用于涂覆、整理或改进此类电池隔板(例如表面活性剂)]。此外，本发明涉及一种或多种改进的隔板配置、z形缠绕电池单元模块、z形缠绕管状电极和/或电池电极和隔板组件配置，提供自动化，比现有套管、口袋或信封隔板配置更好的酸混合和/或减少的酸分层。一种或多种改进的电池电极和隔板组件配置和/或制造方法和/或制造设备。本发明的改进的z形缠绕电池隔板特别适用于管状电池、工业电池，例如逆变器电池、重工业或轻工业电池等，或与之配套使用。
[0003]
背景
[0004]
多种电池应用于工业环境和/或需要深度放电的环境中。此类电池可包括但不限于，例如铅酸电池、逆变器电池、太阳能电池、高尔夫球车电池、设备电池(例如洗地机等)、叉车或其他设备的电池、潜艇电池、管状逆变器电池、平板逆变器电池和/或富液式逆变器电池。众所周知，深度放电意味着电池必须在很长一段时间内提供大量能量；因此，这种电池可能开始时具有相对较高的能量存储容量，但在使用一段时间后会失去部分容量。这种深度放电可能意味着将这种电池完全充电至其满容量可能需要相对较长的时间。因此，改善此类电池的可再充电性可能很重要，并且获得具有改进的充电状态或更高的部分充电状态的电池在电池行业中可能也很重要。
[0005]
对于至少某些应用，特别是充电/放电循环应用，期望提供与先前已知的电池隔板不同的用于工业电池的电池隔板。电池隔板是将电池单元内的正极与负极分开或“分离”的组件。电池隔板可具有两个主要功能。首先，电池隔板使正极与负极保持物理分离，以防止任何电流在两个电极之间通过。其次，电池隔板应以尽可能小的电阻允许正负极之间的离子电流。电池隔板可以由许多不同的材料制成，但是由多孔非导体制成的电池隔板已经很好地满足了这两种相反的功能。
[0006]
需要改进工业电池(例如逆变器电池)的可再充电性。众所周知，逆变器将直流电转换为交流电，可能在各种环境中都有帮助，例如电网不稳定或已经恶化的地区。诸如逆变器电池之类的电池主要在部分充电状态下运行。持续在部分充电状态下运行可能意味着发生腐蚀和/或电池寿命受损，和/或负极板硫酸盐化可能成为此类电池性能和寿命的限制因
素。既提高电池的可再充电能力又降低电池遇到的失水量是值得期待的。
[0007]
一些先前已知的电池隔板，尽管具有改进的特征，但仍不能促进自动化，增加酸混合，减少酸分层和/或改善充电接受度，并因此改善它们置于其中的工业电池的可再充电性。因此，需要用于工业电池的改进的电池隔板，其提供对已知隔板的各种改进。满足这些需求的改进的电池隔板可带来电池特性的改进，例如改进电池的充电接受性，改进电池的可再充电性，减少电池的失水，改进电池的充电/放电循环效率，和/或延长电池寿命。
[0008]
概述
[0009]
根据至少选定的实施方案，本发明或公开内容可以解决上述期望、需要、问题和/或难题中的一个或多个，并且可以提供新的、改进的或优化的电池隔板、z形缠绕隔板、z形缠绕锯齿肋隔板、用于管状电池的z形缠绕锯齿肋隔板、组件、电池单元、模块、系统、电池、管状电池、工业电池、逆变器电池、重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或z形缠绕隔板的相关方法、管状电池电极上的z型缠绕隔板、保水、防失水、改进的充电接受度、生产、使用和/或相关的z形缠绕设备，和/或它们的组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的电池隔板，这些改进可获得自动化隔板z形缠绕，自动化z形缠绕电池单元模块生产，自动化管状电池生产，减少包含所述隔板的电池的水损失，增强的充电接受，或它们的组合。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或化学品、添加剂、混合物、涂层等方面进行各种改进用于制造此类隔板(例如油，和/或化学添加剂或试剂用于涂层、整理或改进此类电池隔板(例如表面活性剂)。此外，本发明涉及一种或多种改进的隔板配置、z形缠绕电池单元模块、z形缠绕管状电极、z形缠绕铠装管状电极和/或电池电极和隔板组件配置，提供自动化，比现有套管、口袋或信封式隔板配置更好的酸混合和/或减少的酸分层。一种或多种改进的电池电极和隔板组件配置和/或制造方法和/或制造设备。本发明的改进的z形缠绕电池隔板特别适用于管状电池、工业电池，例如逆变器电池、重工业或轻工业电池等、或与之配套使用。
[0010]
根据至少某些实施方案、方面或目的，本发明或公开内容可以解决上述期望、需要、问题和/或难题中的一个或多个，并且可以提供新的、改进的或优化的电池隔板、z形缠绕隔板、z形缠绕锯齿肋隔板、用于管状电池的z形缠绕锯齿肋隔板、组件、电池单元、模块、系统、电池、管状电池、工业电池、逆变器电池、重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或z形缠绕隔板的相关方法、管状电池电极上的z型缠绕隔膜、保水、防失水、改进的充电接受度、生产、使用和/或相关的z形缠绕设备，和/或与电池相关的电池隔板和方法，包括但不限于工业电池。在至少选择的实施方案中，电池隔板可以具有改进的物理型材和/或型材并且可以包括优化量的一种或多种化学添加剂，例如一种或多种表面活性剂，以提供具有改进性能的改进的电池隔板。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或用于制造此类电池隔板的化学品(例如油)和/或用于涂覆、整理或改进此类电池隔板的化学添加剂(如表面活性剂)。本发明的改进的电池隔板和方法可以为其中包含这种隔板的电池带来改进的电池性能。这种改进的特性包括但不限于提高使用隔板的电池的充电接受度和提高这种电池的再充电能力以及降低这种电池的失水。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池，例如逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池等。
[0011]
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以解决现有技术的局限性并且涉及新的、改进的或优化的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或保水、防失水、提高充电接受度、生产、使用的相关方法和/或其组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的电池隔板，其具有多种改进，这些改进可使其中并入这种隔板的电池的失水量减少、充电接受度提高或其组合。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或化学品、添加剂、混合物、涂层和/或类似物等方面进行各种改进用于制造此类隔板(例如油，和/或化学添加剂或试剂用于涂覆、整理或改进此类电池隔板(例如表面活性剂)。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池或与工业电池一起使用，例如逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池等。
[0012]
一个或多个实施方案的细节在下文中阐述。其他特征、目的和优点将从描述和权利要求中明确。根据至少选择的实施方案，本公开或发明可以解决上述问题或需要。根据至少某些实施方案、方面或目的，本公开或发明可以提供克服上述问题的改进的隔板和/或利用所述隔板的电池。例如，通过提供电池，其具有减少的酸饥饿；减少酸分层；提高的隔板弹性；减少枝晶的形成；增加抗氧化性；减少水分流失；降低内阻；增加隔板润湿性；改善通过隔板的酸扩散；改进的冷启动放大器，改进的均匀性；和/或具有改进的循环性能；及其任何组合。
[0013]
在某些优选实施方案中，本公开或发明提供了一种电池隔板，其组件和物理属性和特征协同组合以意想不到的方式解决深循环电池行业中先前未满足的需求，具有改进的电池隔板[具有聚合物(例如聚乙烯)的多孔膜，加上一定量的性能增强添加剂和肋]，其满足或在某些实施方案中超过了目前在许多深循环电池应用中使用的先前已知的柔性的性能。特别地，与传统用于深循环电池的隔板相比，本文所述的本发明隔板更坚固、更不脆弱、更不易碎、随时间更稳定(更不易降解)。本发明的柔性、含性能增强添加剂和具有肋的隔板将聚乙烯基隔板理想的强劲的物理和机械性能与常规隔板的性能相结合，同时还提高了采用该隔板的电池系统的性能.
[0014]
根据至少选定的实施方案，本公开或发明可以解决上述问题或需要。根据至少某些目的，本公开或发明可以提供克服上述问题的改进的隔板和/或电池，例如通过提供增加的自动化和/或生产z形缠绕隔板、电池单元、电池单元模块、管状电池、逆变器电池、和/或增强型富液电池，具有减少的酸饥饿、减少的酸分层、减少的枝晶生长、减少的内部电阻和/或增加的冷启动电流。
[0015]
附图简要说明
[0016]
图1是示例性铅酸电池的横截面示意图。
[0017]
图2a
‑
2d包括根据本发明的一个实施方案的可能优选的锯齿状肋电池隔板的若干视图。图2a是这种电池隔板的正极侧(即，面向电池正极的一侧)的俯视图。图2b是沿大体平行于隔板的加工方向(md)的轴线的侧边视图。图2c(视图f)是沿大致平行于隔板的垂直于加工方向(cmd)的轴的侧边视图。图2d是图2b所示的放大图。
[0018]
图2e是根据本发明或公开内容的具有多个酸混合成角度的正肋的另一个实施方案的可能优选的断开的、成角度的肋电池隔板的特定实施方案的俯视图。
[0019]
图3a和3b分别示出了发明示例性锯齿状肋z形缠绕隔板和电极组件(或电池单元、或电池单元模块、或系统)，呈现出“z”形隔板缠绕。
[0020]
图4a
‑
4f示出了如图3a、3b和4f一般性所示隔板和电极组件的示例性发明的自动化制造过程中的各个点。
[0021]
图5是三种设计在42天内的平均失水量图。这些设计包括具有标准工业pe隔板的电池和具有本发明的一种型材的两个单独实施方案的电池。每21天计算一次平均失水量，并在测试结束时进行总计。
[0022]
图6是两个独立设计在84天内的平均失水量图。该设计包括具有标准工业pe隔板的电池和具有根据本发明的型材的实施方案的隔板的电池。每21天计算一次平均失水量，并在测试结束时进行总计。
[0023]
图7包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#1)的第一个21天的浮充电流图。
[0024]
图8包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#1)的第二个21天的浮充电流图。
[0025]
图9包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#2)的第一个21天的浮充电流图。
[0026]
图10包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#2)的第二个21天的浮充电流图。
[0027]
图11包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#3)的第一个21天的浮充电流图。
[0028]
图12包括测试使用实施方案中描述的各种隔板的三个电池(显示为样品#3)的第二个21天的浮充电流图。
[0029]
图13包括显示使用实施方案中描述的三种不同隔板的电池(显示为样品#1)的备份时间的图。
[0030]
图14包括显示使用实施方案中描述的两种不同隔板的电池(显示为样品#2)的备份时间的图。
[0031]
图15包括显示使用实施方案中描述的三种不同隔板的电池内部的电解质(显示为样品#1)的比重趋势的图。
[0032]
图16包括显示使用实施方案中描述的两种不同隔板的电池内部的电解质(显示为样品#2)的比重趋势的图。
[0033]
图17包括显示使用实施方案中描述的三种不同隔板的电池(显示为样品#1)在多个循环中的终止充电电流的图。
[0034]
图18包括显示使用实施方案中描述的两种不同隔板的电池(显示为样品#2)在多个循环中的终止充电电流的图。
[0035]
图19a
‑
19d包括四个图表，显示在给定循环次数后，使用实施方案中描述的两种不同隔板的电池(显示为样本#1)的充电电流与时间的关系。
[0036]
图20a
‑
20d包括四个图表，显示在给定循环次数后，使用实施方案中描述的两种不同隔板的电池(显示为样品#2)的充电电流与时间的关系。
[0037]
图21a是伸长率测试样品的示意图。图21b示出了用于伸长率测试的样品架。
[0038]
发明详述
[0039]
根据至少选定的实施方案，本公开或发明可解决上述问题或需要。根据至少某些目的、方面或实施方案，本公开或发明可提供克服上述问题的改进的隔板和/或电池，例如通过提供具有减少酸缺乏和/或减轻酸饥饿影响的隔板的电池。
[0040]
根据至少选择的实施方案，本公开或发明涉及新型的或改进的隔板、电池单元、电池、系统和/或制造和/或使用这种新型的隔板、电池单元和/或电池的方法。根据至少某些实施方案，本公开或发明涉及新型或改进的隔板，用于平板电池、管状电池、富液式铅酸电池、增强型富液式铅酸电池(“efb”)、深循环电池、凝胶电池、吸收玻璃垫(“agm”)电池、逆变器电池、太阳能或风能蓄电池、车辆电池、启动
‑
照明
‑
点火(“sli”)车辆电池、怠速
‑
启停(“iss”)车辆电池、汽车电池、卡车电池、摩托车电池、全地形车电池、叉车电池、高尔夫球车电池、混合动力汽车电池、电动汽车电池、电动人力车电池、电动自行车电池和/或改进的方法制造和/或使用这种改进的隔板、电池单元、电池、系统和/或类似物。此外，本文公开了用于提高电池性能和寿命、减少电池故障、减少酸分层、减轻枝晶形成、改善氧化稳定性、改善、维持和/或降低浮充电电流、改善充电终止电流，降低为深循环电池充电和/或完全充电所需的电流和/或电压，降低内电阻，减少锑中毒，增加润湿性，改善酸扩散，改善铅酸电池的均匀性，和/或改善循环性能的方法、系统和电池隔板。根据至少特定实施方案，本公开或发明涉及一种改进的隔板，其中该新型隔板包括降低的电阻、增强性能的添加剂或涂层、改进的填料、增加的润湿性、增加的酸扩散、负极垂直于肋等。
[0041]
参考图1，示例性铅酸电池100设置有隔板和具有交替的正极200和负极201的电极阵列102，隔板300夹在每个正极200和负极201之间。电极200、201和隔板300基本上浸没在硫酸(h2so4)电解液104中。正极200与电池正极端子106电连通，负极201与电池负极端子108电连通。电池具有电池顶部(其上设置有端子106、108)和电池底部。在电池顶部和电池底部之间基本上正交延伸的轴是加工方向md轴，并且垂直于加工方向(cmd)轴与加工方向md轴基本上正交。
[0042]
实体描述
[0043]
示例性隔板可设有多孔膜的网，例如具有小于约5μm、优选小于约1μm的孔的微孔膜，具有大于约1μm的孔的中孔膜或大孔膜。多孔膜可优选具有亚微米至100μm的孔径，并且在某些实施方案中介于约0.1μm至约10μm之间。在某些实施方案中，本文所述的隔膜的孔隙率可大于50％至60％。在某些选择的实施方案中，多孔膜可以是平坦的或具有从其表面延伸的肋。
[0044]
肋
[0045]
现在参考图2a
‑
2d，其示出了示例性电池隔板300。所述隔板设有多孔膜背网302。锯齿状肋304的阵列从背网302的第一表面延伸，并且微型肋306的阵列从背网302的第二表面延伸。当设置在电池内时，锯齿状肋304可以优选地面向正极，因此被称为正极肋。当设置在电池内时，微型肋306可以优选地面向负极。除了面向负极之外，微型肋306可以另外设置在垂直于加工方向上并且因此可以被称为负极垂直于肋。
[0046]
虽然优选正极肋304面向正极且负极垂直于肋306面向负极，但它们仍然可以设置在相对侧上并面向相对电极，可以在两侧具有锯齿状肋，和/或负极垂直于肋可以替代地设置在加工方向或纵向方向上。
[0047]
正肋304或负肋306还可以是实心肋、离散断肋、连续肋、不连续肋、不连续峰、不连续突起、成角度肋、线性肋、基本上沿所述多孔膜的加工方向上延伸的纵向肋、基本上沿所述多孔膜的机器横向延伸的侧肋、基本上沿所述隔板的所述机器横向延伸的横肋、离散的齿、齿状肋、锯齿、锯齿肋、城垛、城垛肋、弯曲肋、正弦肋、以连续之字形锯齿状方式设置、以断续之字形锯齿状方式设置、凹槽、通道、纹理区域、浮雕、凹坑、柱、微型柱、多孔、无孔、微型肋、垂直于微型肋及其组合。
[0048]
现在参考图2e，正肋304或负肋306还可以是由相对于隔板的边缘既不平行也不正交的角度限定的任何形式或组合。此外，该角度可以在整个肋或肋的列上变化。成角度的肋图案可能是一种可能优选的riptidetm酸混合肋型材，有助于减少、消除或减轻某些电池中的酸分层。此外，该角度可以定义为相对于多孔膜的加工方向并且该角度可以在大约大于零度(0
°
)和大约小于180度(180
°
)之间，和大约大于180度(180
°
)和大约小于360度(360
°
)之间。此外，负极垂直于肋有助于减少、减轻或防止酸分层以及支撑通常可在负极铅酸电池电极上发现的负极活性材料。
[0049]
在一些选择的实施方案中，所述多孔膜的至少一部分可具有为纵向或横向或垂直于肋的负肋。所述负肋可以平行于隔板的顶部边缘，或者可以与其成一定角度设置。例如，所述负肋可相对于顶部边缘定向成约0
°
、5
°
、15
°
、25
°
、30
°
、45
°
、60
°
、70
°
、80
°
或90
°
。所述垂直于肋可定向成相对于顶部边缘约0
°
至约30
°
、约30
°
至约45
°
、约45
°
至约60
°
、约30
°
至约60
°
、约30
°
至约90
°
或约60
°
至约90
°
。
[0050]
背网厚度
[0051]
在一些实施方案中，所述多孔隔板膜可具有约50μm至约1.0mm的背网厚度。例如，所述背网厚度可以是大约50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1.0mm。在其他示例性实施方案中，所述背网厚度t
back
可以不大于约1.0mm、900μm、800μm、700μm、600μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm或50μm。在某些优选实施方案中，背网厚度可在大约200μm和大约500μm之间。
[0052]
示例性隔板的总厚度(背板厚度以及正肋和负肋的高度)通常在约250μm至约4.0mm的范围内。汽车启动/停止电池中使用的隔板的总厚度通常为约250μm至约1.0mm。工业牵引型启动/停止电池中使用的隔板的总厚度通常为约1.0mm至约4.0mm。
[0053]
组件
[0054]
现在参考图3a和3b，隔板和电极组件102在两个图示之间具有不同正肋306图案。如图所示，隔板300是以z形缠绕或z形方式缠绕在电极200、201周围和之间的一个连续件。隔板300在电极200、201的交替侧向侧边缘处具有弯曲的或圆形的弯曲部310。在该实施方案中没有焊缝或接缝。弯曲部可具有达到约6.0m或约1.8mm至约6.0mm的曲率半径。在一些实施方案中，弯曲部可具有约1.0mm至约6.0mm、2.0mm至约6.0mm、3.0mm至约6.0mm、约4.0mm至约6.0mm或约5.0mm至约6.0mm的曲率半径。隔板300在与弯曲部310相对的侧向边缘处以及在电极200、201的顶部和底部处是敞开的。在图3a和3b示出的实施方案中，锯齿状正肋304被示出为面向正极200，而负极垂直于肋306被示出为面向负极201。或者，诸如图2e中所描绘的成角度的肋图案可面向正极200，并且还可以面向负极201。然而，优选实施方案是使锯齿状或成角度的正肋304面向正极200并且负极垂直于肋(ncr)或负极垂直于微型肋306面向负极201。
[0055]
对于管状电池，隔膜的曲率半径与管状电极或铠装管状电极的半径匹配良好，并且锯齿的间距被选择为使得背网不太可能与管状电极或铠装管状电极接触并氧化。由于顶部、底部和一个边缘敞开，z形缠绕允许电极周围更好的电解液流动，增强酸混合，减少酸分层，增加填充速度，增加循环寿命等。
[0056]
在一些实施方案中，相互面对的z形缠绕膜的两个底部边缘可以被密封或部分密封。优选地，z形缠绕膜的两个底部边缘(最靠近电池底部的边缘)位于电极的任一侧。在一些实施方案中，彼此面对的所有边缘组可以密封或部分密封。例如，它们可以通过以下方式中的至少一种密封：装订、胶合或热封。部分密封和装订可能是优选的，因为电解液的流动不会因此受到阻碍。同样，密封所需最少数量的边缘以获得所需效果可能是优选的，这样可以允许电解质的最大移动。密封或部分密封z形缠绕膜的底部边缘可有助于防止在电池操作期间隔板上浮。密封件将碰到电极，防止进一步向上移动。
[0057]
此外，负极垂直于肋在弯曲处增加了一些刚度，并防止隔板起皱，起皱可能会造成穿孔，从而导致由于短路而引发的早期故障。
[0058]
现参考图4a
‑
4f，其示出了示例性自动化制造过程，制造如图3a、3b和4f中大体描述的隔板和电极组件。
[0059]
首先，隔板幅材300被制造为卷400(下文描述)，并被送入组装机410。组装机在幅材300的第一侧拾取负极板201并将其穿梭到幅材300中并且将负极201半包裹起来。然后组装机在幅材300的相对侧拾取正极200并将其穿梭到幅材300中并且将其半包裹。
[0060]
组成
[0061]
在某些实施方案中，改进的隔板可包括多孔膜，其可由以下材料制成：天然或合成基材；加工增塑剂；填料；天然或合成橡胶或胶乳，以及一种或多种其他添加剂和/或涂料等。
[0062]
基本材料
[0063]
在某些实施方案中，示例性天然或合成基础材料可包括：聚合物；热塑性聚合物；酚醛树脂；天然或合成橡胶；合成木浆；木质素；玻璃纤维；合成纤维；纤维素纤维；及其任何组合。在某些优选实施方案中，示例性隔板可以是由热塑性聚合物制成的多孔膜。示例性热塑性聚合物原则上可以包括所有适用于铅酸电池的耐酸热塑性材料。在某些优选实施方案中，示例性热塑性聚合物可包括聚乙烯和聚烯烃。在某些实施方案中，聚乙烯可包括例如聚氯乙烯(“pvc”)。在某些优选实施方案中，聚烯烃可包括例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
丁烯共聚物及其任何组合，但优选聚乙烯。在某些实施方案中，示例性天然或合成橡胶可包括例如胶乳、未交联或交联橡胶、碎橡胶或磨碎的橡胶，以及它们的任何组合。
[0064]
聚烯烃
[0065]
在某些实施方案中，多孔膜层优选包括聚烯烃，特别是聚乙烯。优选地，聚乙烯是高分子量聚乙烯(“hmwpe”)，(例如，具有至少600,000的分子量的聚乙烯)。更优选地，聚乙烯是超高分子量聚乙烯(“uhmwpe”)。示例性的uhmwpe的分子量可以为至少1,000,000，特别是大于4,000,000，最优选为5,000,000至8,000,000，其通过粘度测定法测量并通过margolie方程计算。此外，示例性uhmwpe可具有如astm d 1238(条件e)中规定的使用2,160g的标准载荷测量的基本上为零(0)的标准载荷熔体指数。此外，示例性的uhmwpe可具有不小于600ml/g，优选不小于1,000ml/g，更优选不小于2,000ml/g，最优选不小于3,000ml/g
的粘度值，其在130℃的温度下，在100g十氢化萘中加入0.02g聚烯烃的溶液中测定。
[0066]
橡胶
[0067]
本文公开的新型隔板可包含胶乳和/或橡胶。如本文所用，橡胶应描述橡胶、胶乳、天然橡胶、合成橡胶、交联或未交联橡胶、固化或未固化橡胶、碎橡胶或磨碎的橡胶，或它们的混合物。示例性天然橡胶可包括聚异戊二烯的一种或多种共混物，其可从多个供应商商购获得。示例性合成橡胶包括甲基橡胶、聚丁二烯、氯丁橡胶、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、聚氨酯橡胶、环氧氯丙烷橡胶、聚硫橡胶、氯磺酰基聚乙烯、聚降冰片烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶和硅橡胶以及共聚物橡胶，例如苯乙烯/丁二烯橡胶、丙烯腈/丁二烯橡胶、乙烯/丙烯橡胶(“epm”和“epdm”)和乙烯/醋酸乙烯酯橡胶。所述橡胶可以是交联橡胶或未交联橡胶；在某些优选的实施方案中，所述橡胶是未交联橡胶。在某些实施方案中，所述橡胶可以是交联和未交联橡胶的共混物。
[0068]
增塑剂
[0069]
在某些实施方案中，示例性加工增塑剂可包括加工油、石油、石蜡基矿物油、矿物油及其任何组合。
[0070]
填料
[0071]
所述隔板可包含具有高结构形态的填料。示例性填料可以包括：二氧化硅、干燥的细碎二氧化硅；沉淀二氧化硅；无定形二氧化硅；高度易碎的二氧化硅；氧化铝；滑石；鱼粉；鱼骨粉；碳；碳黑等，以及它们的组合。在某些优选实施方案中，所述填料是一种或多种二氧化硅。高结构形态是指增加的表面积。所述填料可具有高表面积，例如大于100m2/g、110m2/g、120m2/g、130m2/g、140m2/g、150m2/g、160m2/g、170m2/g、180m2/g、190m2/g、200m2/g、210m2/g、220m2/g、230m2/g、240m2/g或250m2/g。在一些实施方案中，所述填料(例如二氧化硅)可具有约100m2/g至约300m2/g、约125m2/g至约275m2/g、150m2/g至约250m2/g，或优选为170m2/g至约220m2/g的表面积。可以使用tristar 3000tm多点bet氮表面积来评估表面积。高结构形态允许填料在制造过程中容纳更多的油。例如，具有高结构形态的填料具有高吸油量，例如大于约150ml/100g、175ml/100g、200ml/100g、225ml/100g、250ml/100g、275ml/100g、300ml/100g、325ml/100g或350ml/100g。在一些实施方案中，所述填料(例如二氧化硅)可具有200
‑
500ml/100g、200
‑
400ml/100g、225
‑
375ml/100g、225
‑
350ml/100g、225
‑
325ml/100g，优选250
‑
300ml/100g。在一些情况下，使用吸油量为266ml/100g的二氧化硅填料。这种二氧化硅填料的含水量为5.1％，bet表面积为178m2/g，平均粒径为23μm，筛渣230目值为0.1％，堆积密度为135g/l。
[0072]
在一些选定的实施方案中，所述填料(例如，二氧化硅)的平均粒度不大于25μm，在一些情况下，不大于22μm、20μm、18μm、15μm或10μm。在一些情况下，所述填料颗粒的平均粒度为15
‑
25μm。二氧化硅填料的粒度和/或二氧化硅填料的表面积有助于二氧化硅填料的吸油性。最终产品或隔板中的二氧化硅颗粒可能属于上述尺寸。然而，用作原材料的初始二氧化硅可能以一种或多种附聚物和/或聚集体的形式出现并且可能具有约200μm或更大的尺寸。
[0073]
在一些优选实施方案中，与先前用于制造铅酸电池隔板的二氧化硅填料相比，用于制造本发明隔板的二氧化硅具有增加的量或数量的表面硅烷醇基团(表面羟基)。例如，与用于制造已知聚烯烃铅酸电池隔板的已知二氧化硅填料相比，可用于本文某些优选实施
方案的二氧化硅填料可以是具有至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％或至少35％多的硅烷醇和/或羟基表面基团的那些填料。
[0074]
硅烷醇基团(si
‑
oh)与元素硅(si)的比率(si
‑
oh)/si可以测量，例如，如下：
[0075]
1.冷冻粉碎聚烯烃多孔膜(其中某些本发明的膜含有根据本发明的某些种类的吸油二氧化硅)，并制备用于固态核磁共振波谱(
29
si
–
nmr)的粉末状样品。
[0076]
2.对粉末状样品进行
29
si
‑
nmr，观察光谱，包括与羟基直接键合的si光谱强度(光谱：q2和q3)和仅与氧原子直接键合的si光谱强度(光谱:q4)，其中每个nmr峰谱的分子结构可描绘如下：
[0077]
·
q2：(sio)2‑
si*
‑
(oh)2：具有两个羟基
[0078]
·
q3：(sio)3‑
si*
‑
(oh)：具有一个羟基
[0079]
·
q4：(sio)4‑
si*：所有的si键都是sio
[0080]
其中，si*是通过nmr观察证明的元素。
[0081]
3.用于观察的
29
si
‑
nmr条件如下：
[0082]
·
仪器：核磁共振波谱仪(bruker biospin avance 500)
[0083]
·
共振频率：99.36 mhz
[0084]
·
样品量：250mg
[0085]
·
核磁共振管：
[0086]
·
观察方法：dd/mas
[0087]
·
脉冲宽度：45
°
[0088]
·
重复时间：100秒
[0089]
·
扫描：800
[0090]
·
魔角旋转：5,000hz
[0091]
·
化学位移参考：硅橡胶为
‑
22.43ppm
[0092]
4.在数值上，分离光谱的峰，并计算属于q2、q3和q4的每个峰的面积比。之后，根据比率，计算直接与si键合的羟基(
‑
oh)的摩尔比。数值峰分离的条件按以下方式进行：
[0093]
·
拟合区域：
‑
80至
‑
130ppm
[0094]
·
初始峰顶：分别地，q2为
‑
93ppm、q3为
‑
101ppm、q4为
‑
111ppm。
[0095]
·
初始半峰全宽：分别地，q2为400hz、q3为350hz、q4为450hz。
[0096]
·
高斯函数比率：初始时为80％，拟合时为70％到100％。
[0097]
5.q2、q3、q4的峰面积比(合计为100)根据拟合得到的各峰计算。nmr峰面积对应于每个硅酸盐键结构的分子数(因此，对于q
4 nmr峰，该硅酸盐结构内存在四个si
‑
o
‑
si键；对于q
3 nmr峰，三个si
‑
o
‑
si键存在于该硅酸盐结构中，同时存在一个si
‑
oh键；对于q
2 nmr峰，该硅酸盐结构中存在两个si
‑
o
‑
si键，同时存在两个si
‑
oh键)。因此，q2、q3和q4的每个羟基(
‑
oh)数分别乘以二(2)一(1)和零(0)。这三个结果相加。总和值显示直接与si键合的羟基(
‑
oh)的摩尔比。
[0098]
在某些实施方案中，二氧化硅可具有通过
29
si
‑
nmr测量的oh与si基团的分子比，其可在约21:100至35:100的范围内，在一些优选实施方案中为约23:100至约31:100，在某些优选实施方案中，约25:100至约29:100，并且在其他优选实施方案中，至少约27:100或更大。
[0099]
在一些选择的实施方案中，使用上述填料允许在挤出步骤期间使用更大比例的加工油。由于隔板中的多孔结构部分是通过挤出后去除油而形成的，较高的初始油吸收量带来较高的孔隙率或较高的空隙体积。虽然加工油是挤出步骤的一个组成部分，但油是隔板的非导电成分。隔板中的残油可防止隔板在与正极接触时氧化。加工步骤中油的精确量可以在常规隔板的制造中控制。一般而言，常规隔板使用按重量计50
‑
70％的加工油制造，在一些实施方式中为55
‑
65％，在一些实施方式中为60
‑
65％，并且在一些实施方式中为约62％的以重量计的加工油制造。已知将油量减少到约59％以下会由于与挤出机部件的摩擦增加而导致燃烧。但是，将油增加到远高于规定的量可能会导致干燥阶段的收缩，从而导致尺寸不稳定。尽管先前增加油含量的尝试在除油过程中导致孔收缩或冷凝，但如本文所公开的制备的隔板在除油过程中表现出最小的(如果有的话)收缩和冷凝。因此，可以在不影响孔径和尺寸稳定性的情况下增加孔隙率，从而降低电阻抗。
[0100]
在某些选择的实施方案中，上述填料的使用允许降低成品隔板中的最终油浓度。由于油是非导体，降低油含量可以增加隔板的离子电导率并有助于降低隔板的er。因此，具有降低的最终油含量的隔板可具有提高的效率。在某些选择的实施方案中，提供的隔板的最终加工油含量(按重量计)小于20％，例如在约14％和20％之间，并且在一些特定实施方案中，小于19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％或5％。
[0101]
所述填料可以进一步减少被称为电解质离子的水合球，增强它们跨膜的传输，从而再次降低电池，例如增强的富液式电池或系统的总电阻抗或er。
[0102]
所述一种或多种填料可包含促进电解质和离子流过隔板的各种物质(例如，极性物质，例如金属)。这也带来降低的总电阻抗，如这种隔板用于富液式电池，例如增强型富液式电池。
[0103]
电阻(抗)
[0104]
在某些选定的实施方案中，所公开的隔板表现出降低的电阻，例如，电阻不大于约200mω
·
cm2、190mω
·
cm2、180mω
·
cm2、170mω
·
cm2或160mω
·
cm2。
[0105]
为了根据本发明测试用于er测试评价的样品隔板，它必须首先被制备。为此，优选将样品隔板浸入软化水浴中，然后将水煮沸，然后在沸腾的软化水浴中10分钟后取出隔板。去除后，将多余的水从隔板上抖掉，然后，放入27℃
±
1℃下比重1.280的硫酸浴中。所述隔板在硫酸浴中浸泡20分钟。然后隔板准备好进行电阻测试。
[0106]
氧化稳定性
[0107]
在某些选择的实施方案中，示例性隔板的特征可以是改进的和更高的抗氧化性。在长时间暴露于铅酸电池电解液后，通过样品隔板样本在垂直于加工方向上的伸长率来测量抗氧化性。例如，示例性隔板可具有约150％或更高、200％或更高、250％或更高、300％或更高、350％或更高、400％或更高、450％或更高、或500％或更高的伸长率。在某些实施方案中，示例性隔板在40小时可具有约200％或更高的优选抗氧化性或伸长率。
[0108]
为了测试样品的抗氧化性，首先将示例性隔板的样品样本2100切割成大致如图21a所示的形状。然后，将样本2100放置在通常如图21b中所示的样品架中。
[0109]
样品先进行干燥测试，在时间＝零(0)小时，测定断裂伸长率。所述伸长率基于从图21a中的点a和b测量的50mm距离。例如，如果点a和b被拉伸到300％的距离，则a和b之间的
最终距离将为150mm。
[0110]
所述伸长率测试旨在模拟在缩短的时间段内长时间暴露于循环电池中的电解质。样品2100首先完全浸没在异丙醇中，排干，然后浸入水中1至2秒。然后将样品浸入电解质溶液中。该溶液是通过依次加入360ml 1.28比重的硫酸、35ml1.84比重的硫酸、105ml 35％的过氧化氢来制备的。将溶液保持在80℃，并将样品长时间浸入溶液中。可以定期测试样品的伸长率，例如20小时、40小时、60小时、80小时等。为了以这些时间间隔进行测试，将样品400从80℃电解液浴中取出并置于微温流水下直到酸被去除。然后可以测试伸长率。
[0111]
根据至少选择的实施方案，本公开或发明涉及改进的电池隔板、低er或高电导隔板、改进的铅酸电池，例如富液式铅酸电池、高电导电池，和/或包括此类电池的改进的车辆，和/或此类隔板或电池的制造或使用方法，和/或其组合。根据至少某些实施方案，本公开或发明涉及包含改进的隔板并且表现出增加的电导的改进的铅酸电池。
[0112]
添加剂/表面活性剂
[0113]
在某些实施方案中，示例性隔板可包含一种或多种添加到隔板或多孔膜中的性能增强添加剂。性能增强添加剂可以是表面活性剂、润湿剂、着色剂、抗静电添加剂、锑抑制添加剂、uv保护添加剂、抗氧化剂和/或类似物，以及它们的任何组合。在某些实施方案中，添加剂表面活性剂可以是离子、阳离子、阴离子或非离子表面活性剂。
[0114]
在本文所述的某些实施方案中，将减少量的阴离子或非离子表面活性剂加入到本发明的多孔膜或隔板中。由于较低量的表面活性剂，理想的特征可包括降低的总有机碳(“tocs”)和/或降低的挥发性有机化合物(“vocs”)。
[0115]
某些适合的表面活性剂是非离子的，而其他适合的表面活性剂是阴离子的。所述添加剂可以是单一表面活性剂或两种或更多种表面活性剂的混合物，例如两种或更多种阴离子表面活性剂、两种或更多种非离子表面活性剂、或至少一种离子表面活性剂和至少一种非离子表面活性剂。某些适合的表面活性剂可以具有小于6，优选小于3的hlb值。将这些适合的表面活性剂与本文所述的本发明隔板结合使用可以获得更进一步改进的隔板，当用于铅酸电池时，获得减少水损失、减少锑中毒、改善循环、降低浮充电流、降低浮充电势等，或用于铅酸电池的它们的任何组合。适合的表面活性剂包括例如烷基硫酸盐；烷基芳基磺酸盐；烷基酚
‑
环氧烷加成产物；肥皂；烷基萘磺酸盐；一种或多种磺基琥珀酸盐，例如阴离子磺基琥珀酸盐；磺基琥珀酸盐的二烷基酯；氨基化合物(伯胺、仲胺、叔胺或季胺)；环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物；各种聚环氧乙烷；和单和二烷基磷酸酯的盐。所述添加剂可以包括非离子表面活性剂例如多元醇脂肪酸酯、聚乙氧基化酯、聚乙氧基化醇、烷基多糖例如烷基多糖苷及其混合物、胺乙氧基化物、脱水山梨糖醇脂肪酸酯乙氧基化物、有机硅基表面活性剂、乙烯醋酸乙烯酯三元共聚物、脂肪酸的乙氧基化烷基芳基磷酸酯和蔗糖酯。
[0116]
在某些实施方案中，所述添加剂可由式(i)化合物表示
[0117][0118]
其中：
[0119]
·
r是具有10至4200个碳原子，优选13至4200个碳原子的直链或非芳族烃基，其可以被氧原子间隔；
[0120]
·
或优选为h，其中k＝1或2；
[0121]
·
m是碱金属或碱土金属离子，h

或nh
4
，其中并非所有变量m同时具有h

的含义；
[0122]
·
n＝0或1；
[0123]
·
m＝0或10至1400之间的整数；以及
[0124]
·
x＝1或2。
[0125]
式(i)化合物中氧原子与碳原子的比率在1:1.5至1:30的范围内，并且m和n不能同时为0。然而，优选变量n和m中只有一个不等于0。
[0126]
非芳族烃基是指不含芳基或本身代表一个芳基的基团。烃基可以被氧原子间隔(即，包含一个或多个醚基团)。
[0127]
r优选为可以被氧原子中断的直链或支链脂族烃基。饱和的、未交联的烃基是非常特别优选的。然而，如上所述，在某些实施方案中，r可以是含芳环的。
[0128]
通过将式(i)化合物用于生产电池隔板，可有效地保护其免受氧化破坏。
[0129]
优选包含式(i)化合物的电池隔板，其中：
[0130]
·
r是具有10至180个，优选12至75个，非常特别优选14至40个碳原子的烃基，其可以被1至60个，优选1至20个，非常特别优选1至8个氧原子中断，特别优选式r2‑
[(oc2h4)
p
(oc3h6)
q
]
‑
的烃基，其中：
[0131]
o r2是具有10至30个碳原子，优选12至25个，特别优选14至20个碳原子的烷基，其中r2可以是线性或非线性的，例如含有芳环；
[0132]
o p为0至30，优选0至10，特别优选0至4的整数；以及
[0133]
o q为0至30，优选0至10，特别优选0至4的整数；
[0134]
o特别优选的化合物，其中，p和q的总和为0至10，优选为0至4；
[0135]
·
n＝1；以及
[0136]
·
m＝0。
[0137]
式r2‑
[(oc2h4)
p
(oc3h6)
q
]
‑
应理解为还包括其中方括号中基团的序列与所示不同的那些化合物。例如，根据本发明，其中括号中的基团由交替的(oc2h4)和(oc3h6)基团形成的化合物是适合的。
[0138]
其中，r2为具有10至20，优选14至18个碳原子的直链或支链烷基的添加剂已被证明是特别有利的。oc2h4优选代表och2ch2，oc3h6代表och(ch3)2和/或och2ch2ch3。
[0139]
作为优选的添加剂，可以特别提及醇(p＝q＝0；m＝0)，特别优选伯醇，优选伯醇的脂肪醇乙氧基化物(p＝1至4，q＝0)、脂肪醇丙氧基化物(p＝0；q＝1至4)和脂肪醇烷氧基酸酯(p＝1至2；q＝1至4)乙氧基化物。所述脂肪醇烷氧基酸酯可通过例如相应的醇与环氧乙烷或环氧丙烷的反应获得。
[0140]
不溶于或仅难溶于水和硫酸的m＝0类型的添加剂已证明是特别有利的。然而，也可以使用部分溶于或完全溶于水、水溶液或硫酸的添加剂。
[0141]
还优选的是含有式(i)化合物的添加剂，其中：
[0142]
·
r是具有20至4200、优选50至750且非常特别优选80至225个碳原子的烷烃基团；
[0143]
·
m是碱金属或碱土金属离子、h 或nh4 ，特别是碱金属离子如li 、na 和k 或h ，其中并非所有变量m同时具有h 的含义；
[0144]
·
n＝0；
[0145]
·
m为10至1400的整数；以及
[0146]
·
x＝1或2。
[0147]
盐添加剂
[0148]
在某些实施方案中，适合的添加剂可特别包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和丙烯酸
‑
甲基丙烯酸共聚物，其酸基团至少部分被中和，例如优选40％，特别优选80％。百分比是指酸基团的数量。非常特别优选的是完全以盐形式存在的聚(甲基)丙烯酸。适合的盐包括li、na、k、rb、be、mg、ca、sr、zn和铵(nr4，其中r是氢或碳官能团)。聚(甲基)丙烯酸可包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸，和丙烯酸
‑
甲基丙烯酸共聚物。聚(甲基)丙烯酸是优选的，尤其是平均摩尔质量mw为1,000至100,000g/mol，特别优选1,000至15,000g/mol且非常特别优选1,000至4,000g/mol的聚丙烯酸。聚(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物的分子量通过测量用氢氧化钠溶液中和的聚合物的1％水溶液的粘度(fikentscher常数)来确定。
[0149]
(甲基)丙烯酸的共聚物也是适合的，特别是除(甲基)丙烯酸之外还包含乙烯、马来酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸乙基己酯作为共聚单体的共聚物。优选包含重量比至少40％，优选重量比至少80％(甲基)丙烯酸单体的共聚物；百分比基于单体或聚合物的酸形式。
[0150]
为了中和聚丙烯酸聚合物和共聚物，碱金属和碱土金属氢氧化物如氢氧化钾和特别是氢氧化钠是特别适合的。此外，增强隔板的涂层和/或添加剂可以包括例如金属醇盐，其中金属可以是，仅作为示例(不旨在限制)zn、na或al，仅作为示例，乙醇钠。
[0151]
在一些实施方案中，所述多孔聚烯烃多孔膜可包括在这种层的一侧或两侧上的涂层。这种涂层可以包括表面活性剂或其他材料。在一些实施方案中，所述涂层可包括一种或多种材料，例如在美国专利no.9,876,209中描述的材料，该专利通过引用并入本文。例如，这种涂层可以降低电池系统的过充电电压，从而延长电池寿命，同时减少栅极腐蚀并防止干涸和/或失水。
[0152]
比率
[0153]
在某些选择的实施方案中，可以通过将按重量计约5
‑
15％的聚合物，在一些情况下，约10％的聚合物(例如，聚乙烯)，约10
‑
75％的填料(例如，二氧化硅)，在某些情况下，约30％的填料和约10
‑
85％的加工油，在某些情况下，约60％的加工油组合在一起来制备膜。在其他实施方案中，填料含量降低，油含量更高，例如按重量计大于约61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％。填料:聚合物比率(按重量计)可以是大约(或可以在大约这些特定范围之间)例如2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4.0:1。4.5:1、5.0:1、5.5:1或6:1。填料:聚合物比率(按重量计)可以为约1.5:1至约6:1，在一些情况下，2:1至6:1，约2:1至5:1，约2:1至约4:1，在某些情况下，从约2:1至约3:1。填料、油和聚合物的量都针对运行性和所需的隔板性能如电阻、基重、抗穿刺性、抗弯刚度、抗氧化性、孔隙率、物理强度、弯曲度等进行平衡。
[0154]
根据至少一个实施方案，多孔膜可包括与加工油和沉淀二氧化硅混合的uhmwpe。根据至少一个实施方案，多孔膜可包括与加工油、添加剂和沉淀二氧化硅混合的uhmwpe。混合物还可以包括少量的其他添加剂或试剂，如在隔板领域中常见的(例如，表面活性剂、润湿剂、着色剂、抗静电添加剂、抗氧化剂和/或类似物，以及它们的任何组合)。在某些情况下，多孔聚合物层可以是8至100％以体积计的聚烯烃、0至40％以体积计的增塑剂和0至92％以体积计的惰性填充材料的均匀混合物。优选的增塑剂是石油。由于增塑剂是最容易
通过溶剂萃取和干燥从聚合物
‑
填料
‑
增塑剂组合物中除去的组分，它可用于赋予电池隔板孔隙率。
[0155]
在某些实施方案中，本文公开的多孔膜可包含胶乳和/或橡胶，其可为天然橡胶、合成橡胶或其混合物。天然橡胶可包括聚异戊二烯的一种或多种共混物，其可从各种供应商处商购获得。示例性合成橡胶包括甲基橡胶、聚丁二烯、氯丁橡胶、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、聚氨酯橡胶、环氧氯丙烷橡胶、聚硫橡胶、氯磺酰基聚乙烯、聚降冰片烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶和硅橡胶以及共聚物橡胶，例如苯乙烯/丁二烯橡胶、丙烯腈/丁二烯橡胶、乙烯/丙烯橡胶(epm和epdm)和乙烯/醋酸乙烯酯橡胶。所述橡胶可以是交联橡胶或未交联橡胶；在某些优选的实施方案中，所述橡胶是未交联的橡胶。在某些实施方案中，所述橡胶可以是交联和未交联橡胶的共混物。相对于最终的隔板重量(含有橡胶和胶乳的聚烯烃隔板片/或层的重量)，橡胶可以按重量计至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的量存在于隔板中。在某些实施方案中，所述橡胶可以重量比约1
‑
6％、约3
‑
6％、约3％和约6％的量存在。所述多孔膜可以具有大约2.6:1.0的填料与聚合物和橡胶(填料:聚合物和橡胶)的重量比。橡胶、填料、油和聚合物的量都针对运行性和所需的隔板性能如电阻、基重、抗穿刺性、抗弯刚度、抗氧化性、孔隙率、物理强度、弯曲度等进行平衡。
[0156]
根据本发明制造的包含聚乙烯和填料(例如二氧化硅)的多孔膜通常具有残余油含量；在一些实施方案中，此类残余油含量为隔板膜总重量的约0.5％至约40％(在一些情况下，为隔板膜总重量的约10
‑
40％，并且在一些情况下，约占总重量的20
‑
40％)。在本文的某些选定实施方案中，隔板中的一些至全部残余油含量可以通过添加更多性能增强添加剂来替代，例如表面活性剂，例如具有亲水亲油平衡(“hlb”)小于6的表面活性剂，或如非离子表面活性剂。例如，性能增强添加剂，例如表面活性剂，例如非离子表面活性剂，可以包含从0.5％一直到多孔隔板膜总重量的所有残余油含量的量(例如，一直到20％或30％或甚至40％)，从而部分或完全替代隔板膜中的残余油。
[0157]
制造
[0158]
在一些实施方案中，示例性多孔膜可通过在挤出机中混合组成部分而制成。在一个非限制性实例中，重量比约30％的填料与重量比约10％的uhmwpe混合以形成干混物。然后将这种干混物与大约60％的加工油混合，然后在挤出机中混合。示例性多孔膜可通过使组成部分通过加热的挤出机、使挤出机产生的挤出物通过模具并进入由两个热压机或压延机堆栈或辊形成的辊隙以形成连续幅材而制成。可以通过使用溶剂从幅材中提取大量的加工油，然后通过干燥除去溶剂。然后可以将幅材切割成预定宽度的通道，然后卷绕在辊上。此外，压机或压延辊可雕刻有各种凹槽图案以赋予肋、凹槽、纹理区域、压花和/或基本上如本文所述的类似物。组成部分的量都针对运行性和所需的隔板性能如抗穿刺性、背网厚度、电阻、基重、抗弯刚度、抗氧化性、孔隙率、物理强度、弯曲度等进行平衡。
[0159]
此外，其他示例性实施方案在形成挤出物之前可以向组成部分添加各种其他添加剂，例如天然或合成橡胶、性能增强添加剂或试剂(例如，表面活性剂、润湿剂、着色剂、抗静电添加剂、抗氧化剂和/或类似物，以及它们的任何组合)。或者，可以在提取加工油之前或之后，或者在将其切割成通道之前或之后将这些附加添加剂施加到挤出物上。此类方法可包括形成浆料以通过浸涂、辊涂、喷涂或幕涂来添加隔板的一个或多个表面，或其任何组合。此外，所述添加剂可以通过浸渍和干燥沉积到膜上。
[0160]
在某些实施方案中，性能增强添加剂(例如，非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或其混合物)可以以至少0.5g/m2、1.0g/m2、1.5g/m2、2.0g/m2、2.5g/m2、3.0g/m2、3.5g/m2、4.0g/m2、4.5g/m2、5.0g/m2、5.5g/m2、6.0g/m2、6.5g/m2、7.0g/m2、7.5g/m2、8.0g/m2、8.5g/m2、9.0g/m2、9.5g/m2或10.0g/m2或甚至达到25.0g/m2的密度或添加水平存在。所述添加剂可以0.5
‑
15g/m2、0.5
‑
10g/m2、1.0
‑
10.0g/m2、1.5
‑
10.0g/m2、2.0
‑
10.0g/m2、2.5
‑
10.0g/m2、3.0
‑
10.0g/m2、3.5
‑
10.0g/m2、4.0
‑
10.0g/m2、4.5
‑
10.0g/m2、5.0
‑
10.0g/m2、5.5
‑
10.0g/m2、6.0
‑
10.0g/m2、6.5
‑
10.0g/m2、7.0
‑
10.0g/m2、7.5
‑
10.0g/m2、4.5
‑
7.5g/m2、5.0
‑
10.5g/m2、5.0
‑
11.0g/m2、5.0
‑
12.0g/m2、5.0
‑
15.0g/m2、5.0
‑
16.0g/m2、5.0
‑
17.0g/m2、5.0
‑
18.0g/m2、5.0
‑
19.0g/m2、5.0
‑
20.0g/m2、5.0
‑
21.0g/m2、5.0
‑
22.0g/m2、5.0
‑
23.0g/m2、5.0
‑
24.0g/m2、或5.0
‑
25.0g/m2之间的密度或添加水平存在于隔板上。
[0161]
与纤维垫组合
[0162]
在某些实施方案中，根据本公开的示例性隔板可与另一层(层压或以其他方式)组合，例如具有增强的芯吸特性和/或增强的电解质润湿或保持特性的纤维层或纤维垫。纤维垫可以是机织、非织造、羊毛、网眼、网状、单层、多层(其中每一层可能具有与其他层相同、相似或不同的特性)，由玻璃纤维或合成纤维、羊毛或由合成纤维或与玻璃和合成纤维或纸的混合物组成的纤维，或它们的任何组合组成。
[0163]
在某些实施方案中，纤维垫(层压或以其他方式)可用作附加材料的载体。附加材料可包括例如橡胶和/或胶乳、任选地二氧化硅、水和/或一种或多种性能增强添加剂，例如本文所述的各种添加剂，或其任何组合。举例来说，附加材料可以以浆料的形式递送，然后，可以将其涂层到纤维垫的一个或多个表面上以形成薄膜，或者被浸泡并浸渍到纤维垫中。
[0164]
当存在纤维层时，优选多孔膜具有比纤维层更大的表面积。因此，当组合多孔膜和纤维层时，纤维层不会完全覆盖多孔层。优选地，膜层的至少两个相对的边缘区域保持未被覆盖以提供用于热密封的边缘，这有利于袋或封套和/或类似物的可选形成。这样的纤维垫可以具有至少100μm、在一些实施方案中至少约200μm、至少约250μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约700μm、至少约800μm、至少约900μm、至少约1mm、至少约2mm等的厚度。随后的层压隔板可被切成片。在某些实施方案中，纤维垫被层压到多孔膜的肋状表面。在某些实施方案中，使用本文描述的改进的隔板可向电池制造商提供处理和/或组装优点，因为它可以卷状和/或切片形式供应。并且如前所述，改进的隔板可以是独立的隔板片或层，而无需添加一个或多个纤维垫等。
[0165]
如果纤维垫被层压到多孔膜上，它们可以通过粘合剂、热、超声焊接、压缩等，或它们的任何组合结合在一起。并且，纤维垫可以是pam或nam保持垫。
实施例
[0166]
根据本发明的实施方案制造各种电池隔板。
[0167]
实施例1
[0168]
在实施例1中，隔板被制成具有根据图2a
‑
2d或2e所示的物理型材。隔板和电极组件随后如图3a、3b或4f中大体所示组装。
[0169]
实施例2
[0170]
在实施例2中，构建并测试了几个电池以确定具有根据图2a
–
2d的肋型材的套筒型
隔板的性能如何。z形缠绕锯齿肋隔板可能有更好的效果。所使用的电池是管状富液式逆变器电池，可从位于印度班加罗尔的aegan batteries商购获得。测试的电池在20小时时为12v,100ah。每个电池单元的板数为9(4个阳性和5个阴性)。栅极中的锑含量为2.5％。正极板的平均干板重量为474.5克，负极板的平均干板重量为336克。正极板组重量为1898
±
2g/电池单元；负极板组重量为1680
±
1g/电池单元。
[0171]
对于实验电池，使用的隔板是具有背网厚度约400μm、总厚度约1.6mm和根据图2a
–
2d的锯齿形型材的涂层聚乙烯隔板。这种实验隔板涂有两种添加水平的表面活性剂涂层：实施方案1具有4.1g/m2；实施方案2具有7.4g/m2。对于对照电池，所使用的标准隔板是未涂层的(未涂覆有本文所述的表面活性剂)聚乙烯隔板，其背板厚度为约450μm，总厚度为约1.6mm，并且其型材不同于图2a
‑
2d中所示的锯齿形型材(具体来说，对照或“比较”隔板的型材包括在隔板的正侧以与垂直方向成大约10度角的方式对角连续延伸的肋，以及沿隔板的负侧纵向和连续延伸的微型肋，其中微型肋的高度比实验电池隔板的微型肋高约两倍，并且微型肋的间距比实验电池隔板的微型肋14间距大约2
‑
3倍)。
[0172]
现在参考图4，使用对比隔板以及具有根据图2a到2d的锯齿状型材的涂层套筒隔板形成电池。z形缠绕锯齿肋隔板应该有更好的效果。电池经过42天的失水测试。在测试的第一个21天后，根据本发明的涂层隔板的失水量(779.3g)远小于对比隔板观察到的失水量(1014.7g)。测试的第二个21天显示相同类型的结果。具体地，根据本发明的涂层隔板的失水量(791.3g)远小于对比隔板观察到的失水量(1050.0g)。图4中呈现的数据显示了根据本实施方案的具有特定型材(例如锯齿形型材)和其上的表面活性剂涂层的隔板的高度改进的失水性能。
[0173]
现在参考图6，未涂层的标准隔板和本发明的创造性实施方案在40℃下在20小时时为12v、180ah的工业管状电池中测试超过84天。每21天测量一次失水数据。如图所示，本发明的隔板优于标准隔板，在整个测试寿命期间减少了27％的水损失。
[0174]
还获得了电池的浮充电流数据，并显示在图7
‑
12中。如图7所示，固定电压或维持电压记为14.4伏。图7显示了包含对比隔板以及根据本发明的涂层隔板的电池(标注为“样品#1”)的失水测试的第一个21天的浮充电流数据。在图7中，加载有7.4g/m2表面活性剂涂层并具有锯齿形型材的涂层隔板的浮充电流(以ma为单位)低于其他两个，表明该电池相对于其他两个表现出较低的自放电，和/或表现出较低的失水(较低的水消耗或电解)。图8显示了标记为“样品#1”的电池在第二个21天的失水测试中的相同类型的浮充电流数据。在图8中可以看到相同的现象：对于涂有7.4g/m2表面活性剂涂层并具有锯齿状型材的隔板，浮充电流较低。
[0175]
与图7和图8类似，图9和图10显示了标记为“样本#2”的电池的相同类型的数据。与图9和图10类似，图11和图12显示了标注为“样本#3”的电池的相同类型的数据。
[0176]
对电池进行额外测试以确定电池的放电持续时间作为循环次数的函数(例如见图13)。在此测试期间，100％dod符号代表“100％放电深度”，并且测试电池以确定每个电池的后备时间。后备时间可以指用户可以从电池汲取能量的时间量。图13和14表明，通过使用根据本发明的隔板，电池可以在其最大容量附近运行的时间长度被延长。并且通过使用本发明的隔板，每个循环产生额外的电池使用时间，这是非常理想的。
[0177]
还从电解质的比重的角度观察这些实施方案中的电池。当电池循环时，电池系统
电解液中的硫酸会分层成不同浓度的层。尽量减少这种酸分层并保持电解质的比重一致可能很重要，这可能会延长电池寿命。
[0178]
图15和16显示了进行电池测试的结果，以显示在发生多次电池循环时此类电池内电解质的比重趋势。对于图15和16，形成的具有锯齿状型材的涂层电池隔板显示出关于比重趋势的理想数据。
[0179]
还测试了为这些实施例形成的电池的终止充电电流。此类测试的数据显示在图17和18中。降低的终止充电电流对于例如图18中具有7.4g/m2表面活性剂涂层以及锯齿状型材的涂层隔板而言，表示使用涂有表面活性剂并具有根据本发明的锯齿状型材的隔板的电池有水损失较少的迹象。
[0180]
最后，还测试了为这些实施例形成的电池以确定不同循环下的充电电流与持续时间的关系。从本质上讲，这项测试有助于确定各种电池的充电速度。如图19a
‑
19d和图20a
‑
20d的结果显示结合了根据本发明的涂层隔板的电池(具有锯齿形型材的那些)能够在更长的时间段内接受最大量的电荷。因此，使用根据本文描述的各种实施方案的电池隔板使电池在其整个循环寿命期间保持性能能力。改进循环寿命、在整个循环寿命期间保持性能能力、改进可再充电性、改进充电接受度和改进(通过减少)电池遇到的失水量都是非常理想的特性，可与根据本文的各种实施方式的电池隔板相关联。
[0181]
本公开或发明涉及新的、改进的或优化的电池隔板、z形缠绕隔板、z形缠绕锯齿肋隔板、用于管状电池的z形缠绕锯齿肋隔板、组件、电池单元、模块、系统、电池、管状电池、工业电池、逆变器电池、重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或z形缠绕隔板的相关方法、管状电池电极上的z形缠绕隔板、保水、防止失水、改进的充电接受度、生产、使用和/或相关的z形缠绕设备，和/或它们的组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的电池隔板，这些改进可获得自动隔板z形缠绕、自动化z形缠绕电池模块生产、自动化管状电池生产、减少包含所述隔板的电池的水损失，增强的充电接受，或它们的组合。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或化学品、添加剂、混合物、涂层等和/或类似物方面进行各种改进用于制造此类隔板(例如油，和/或化学添加剂或试剂用于涂覆、整理或改进此类电池隔板(例如表面活性剂))。此外，本发明涉及一种或多种改进的隔板配置、z形缠绕电池单元模块、z形缠绕管状电极、z形缠绕铠装管状电极和/或电池电极和隔板组件配置，提供自动化，比现有套管、口袋或信封隔板配置更好的酸混合和/或减少的酸分层。一种或多种改进的电池电极和隔板组件配置和/或制造方法和/或制造设备。本发明的改进的z形缠绕电池隔板特别适用于管状电池、工业电池，例如逆变器电池、重工业或轻工业电池等，或与之配套使用。
[0182]
根据某些实施方案、方面或目的，新的、改进的或优化的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型材、添加剂、组合物、复合材料、混合物、涂层和/或保水、防失水、提高充电接受度、生产、使用的相关方法和/或其组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的电池隔板，其具有多种改进，这些改进可使其中并入这种隔板的电池失水量减少、充电接受度提高或其组合。此外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其在形状和/或物理型材和/或化学品、添加剂、混合物、涂层和/或类似物方面进行各种改进用于制造此类隔
板(例如油，和/或化学添加剂或试剂用于涂覆、整理或改进此类电池隔板(例如表面活性剂))。此外，本发明的隔板和电极组件设置有围绕电极并在电极之间缠绕的z形隔板。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池或与工业电池一起使用，例如用于重工业或轻工业应用的逆变器电池、管状电池等。
[0183]
所附权利要求书的组合物和方法的范围不受本文描述的具体组合物和方法的限制，其旨在作为权利要求书的几个方面的说明，并且功能上等效的任何组合物和方法旨在落入权利要求书的范围内。除了本文所示和描述的那些之外，组合物和方法的各种修改旨在落入所附权利要求书的范围内。此外，虽然仅具体描述了本文公开的某些代表性组合物和方法步骤，但组合物和方法步骤的其他组合也旨在落入所附权利要求书的范围内，即使没有具体记载。因此，步骤、元素、组件或成分的组合在本文中可能被明确提及或较少提及，然而，步骤、元素、组件和成分的其他组合也被包括，即使没有明确说明。如本文所用，术语“包括”及其变体与术语“包含”及其变体同义使用，并且是开放的、非限制性的术语。尽管术语“包含”和“包括”在本文中已用于描述各种实施方案，但术语“基本上由
……
组成”和“由
……
组成”可用于代替“包含”和“包括”以提供更具体的本发明的实施方案还并且也被公开。除了在实施方案中，或另有说明时，说明书和权利要求书中使用的所有表示成分量、反应条件等的数字至少应理解为，与权利要求书的范围等价的原则，根据有效数字的数量和通常的四舍五入方法来解释，而不是试图限制本说明书和权利要求书的应用。
[0184]
在不脱离本发明的精神和本质属性的情况下，本发明可以以其他形式实施，因此，应参考所附权利要求书而不是前述说明书，以指示本发明的范围。公开了可用于执行所公开的方法和系统的组件。这些和其他组件在本文中被公开，并且应当理解，当这些组件的组合、子集、相互作用、组等被公开时，虽然可能没有明确公开每个不同个体和集体组合和排列的具体参考，对于所有方法和系统，每个都在本文中被具体考虑和描述。这适用于本技术的所有方面，包括但不限于公开方法中的步骤。因此，如果存在可以执行的多种附加步骤，应理解这些附加步骤中的每一个可以用所公开方法的任何特定实施方案或实施方案的组合来执行。
[0185]
上述结构和方法的书面描述仅用于说明目的。示例用于公开示例性实施方案，包括最佳模式，并且还用于使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。这些示例并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确步骤和/或形式，并且根据上述教导，许多修改和变化是可能的。在此描述的特征可以以任何组合进行组合。在此描述的方法的步骤可以以物理上可能的任何顺序执行。本发明的可专利范围由所附权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等效结构要素，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。
[0186]
所附权利要求书的组合物和方法的范围不受本文所述的具体组合物和方法的限制，其旨在作为权利要求书的几个方面的说明。任何功能上等效的组合物和方法都旨在落入权利要求书的范围内。除了本文所示和描述的那些之外，组合物和方法的各种修改旨在落入所附权利要求书的范围内。此外，虽然仅具体描述了本文公开的某些代表性组合物和方法步骤，但组合物和方法步骤的其他组合也旨在落入所附权利要求书的范围内，即使没
有具体记载。因此，步骤、元素、组件或成分的组合在本文中可能被明确提及或更少提及，然而，包括步骤、元素、组件和成分的其他组合，即使没有明确说明。
[0187]
如在说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数所指对象，除非上下文另有明确规定。范围在本文中可以表示为从“大约”或“大约”一个特定值，和/或到“大约”或“大约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当值被表示为近似值时，通过使用先行词“约”，将理解特定值形成另一个实施方案。将进一步理解的是，每个范围的端点相对于另一个端点是重要的，并且独立于另一个端点。“可选的”或“可选的”是指随后描述的事件或情况可能发生也可能不发生，该描述包括所述事件或情况发生的情况和不发生的情况。
[0188]
在本说明书的整个描述和权利要求书中，“包括”一词及其变体，例如“包括”和“包括”，意为“包括但不限于”，并不旨在排除例如其他添加剂、成分、整数或步骤。术语“基本上由
……
组成”和“由
……
组成”可以用来代替“包括”和“包括”以提供本发明的更具体的实施方案并且也被公开。“示例性”或“例如”是指“一个的例子”并不意在传达优选或理想实施方案的指示。
[0189]
类似地，“例如”不是用于限制性意义，而是用于说明或示例性目的。
[0190]
除非另有说明，说明书和权利要求书中使用的所有表示几何形状、尺寸等的数字至少应被理解，而不是试图将等效原则的应用限制在权利要求书的范围内，根据有效数字的数量和普通的四舍五入方法来解释。
[0191]
除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与所公开的本领域的技术人员通常理解的相同的含义。本文引用的出版物和引用它们的材料通过引用特别并入。
[0192]
此外，本文中示例性公开的本发明可以在不存在本文未具体公开的任何要素的情况下适当地实施。