專(zhuān)利名稱(chēng)：用于怠速啟停車(chē)輛的改進(jìn)的隔板、電池、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其它構(gòu)件和/或具有重金屬去除能力的組合物和/或其制造方法和/或使用方法。根據(jù)至少某些可能優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明涉及新的或改進(jìn)的鉛酸電池構(gòu)件(如電池殼體、電池部件、多孔袋、層合體、涂層、表面、填料、電極、電解質(zhì)，等等)和/或具有重金屬去除能力的聚合物或樹(shù)脂組合物，和/或其制造方法和/或使用方法。根據(jù)至少可能更優(yōu)選的特定實(shí)施方案，本發(fā)明涉及這種新的或改進(jìn)的鉛酸電池構(gòu)件(如電池殼體、電池部件、多孔袋、層合體、涂層、表面、填料、電極、電極配方、電解質(zhì)，等等)和/或利用至少一種PMS礦物質(zhì)作為其中的至少一種填料組分的聚合物或樹(shù)脂組合物。根據(jù)至少一個(gè)特定的實(shí)施方案，提供PMS礦物質(zhì)(優(yōu)選磨碎的魚(yú)粉、生物礦物質(zhì))以至少部分地替代二氧化硅填充的聚合物組合物(如聚烯烴/二氧化硅組合物，例如，在適合狹縫模擠出的聚乙烯/二氧化硅/油配方中)中的二氧化硅填料組分。根據(jù)至少某些其它實(shí)施方案或?qū)嵤├?，本發(fā)明涉及新的或改進(jìn)的電池、隔板、構(gòu)件和/或具有鉛去除、粘結(jié)、結(jié)合、吸收、保持和/或清除能力的組合物，和/或其制造方法和/或使用方法。根據(jù)本發(fā)明至少選定的目標(biāo)，提供新的或改進(jìn)的電池、隔板、構(gòu)件和/或具有重金屬去除能力的組合物，和/或其制造方法和/或使用方法；新的或改進(jìn)的鉛酸電池、鉛酸電池隔板(單層或多層)、鉛酸電池構(gòu)件(如電池殼體、電池部件、多孔袋、層合體、涂層、表面、填料、電極、電解質(zhì)，等等)和/或具有重金屬去除能力的聚合物或樹(shù)脂組合物，和/或其制造方法和/或使用方法；新的或改進(jìn)的鉛酸電池、鉛酸電池隔板(單層或多層)、鉛酸電池構(gòu)件(如電池殼體、電池部件、多孔袋、層合體、涂層、表面、填料、電極、電極配方、電解質(zhì)，等等)和/或具有重金屬去除能力且利用具有重金屬結(jié)合能力的至少一種天然和/或合成來(lái)源的羥磷灰石、優(yōu)選具有至少一種PIMS礦物質(zhì)作為其中的至少一種填料組分的聚合物或樹(shù)脂組合物；特定的微孔鉛酸電池隔板實(shí)施方案，其中提供PMS礦物質(zhì)(優(yōu)選魚(yú)粉、生物礦物質(zhì))以至少部分地替代二氧化硅填充的鉛酸電池隔板(優(yōu)選聚乙烯/二氧化硅隔板配方)中的二氧化硅填料組分；電池隔板，涉及電池隔板的制造方法，涉及電池隔板的使用方法，涉及改進(jìn)的電池隔板和/或涉及用于鉛酸電池的改進(jìn)的隔板或?qū)雍象w；和/或類(lèi)似物。


圖紙I至33分別是幻燈片、圖解、文字、圖表和/或圖像，并且完整地構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，且依賴(lài)于它們?nèi)康娘@示和公開(kāi)內(nèi)容。例如，圖5、26、27和32示出可能優(yōu)選的隔板實(shí)施方案。發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明至少選定的實(shí)施方案、實(shí)施例或目標(biāo)，提供新的或改進(jìn)的電池隔板、電池、系統(tǒng)、構(gòu)件、組合物和/或制造方法和/或使用方法；新改進(jìn)的獨(dú)特和/或復(fù)合性能的電池隔板、鉛酸電池隔板、淹沒(méi)式鉛酸電池隔板、增強(qiáng)淹沒(méi)式鉛酸電池隔板、ISS或微混合動(dòng)力電池隔板、ISS淹沒(méi)式鉛酸電池隔板、ISS增強(qiáng)淹沒(méi)式鉛酸電池隔板、包括這種隔板的電池、包括這種電池或隔板的系統(tǒng)或車(chē)輛和/或生產(chǎn)方法；和/或使用方法；和/或類(lèi)似物。根據(jù)本發(fā)明至少選定的實(shí)施方案、實(shí)施例、方面或目標(biāo)，優(yōu)選的隔板、電池和/或電系統(tǒng)優(yōu)選包括以下可能優(yōu)選的改進(jìn)、特征、變化、改動(dòng)、增強(qiáng)、性能、特點(diǎn)、外形、形狀、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、部件、屬性、間距、厚度、比例、共混物、混合物、配方、添加齊 、試齊 、涂層、層、層合體、墊、非織造物、表面、夾雜物、效果、實(shí)施方案、實(shí)施例、組合、子組合，等等中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，更優(yōu)選包括兩項(xiàng)或更多項(xiàng)，可能最優(yōu)選包括三項(xiàng)或更多項(xiàng):
1)充電接受能力/功率輸出一隔板的優(yōu)選特征或改變，有助于提高充電接受能力/功率輸出:a.低或較低的電阻(ER)-為了最大化再生制動(dòng)期間的充電接受能力和重新啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)期間的功率輸出，可能重要的是最小化隔板ER。可通過(guò)以下方法降低隔板ER:1.降低背幅片(BW)厚度一由于BW厚度是隔板ER的主要貢獻(xiàn)者，因此可以將其從150至250微米范圍的典型值開(kāi)始減少。然而當(dāng)這樣做時(shí)，材料可能會(huì)變得對(duì)于在典型包封機(jī)上進(jìn)行的加工具有非常大的挑戰(zhàn)性。這里建議將BW厚度降低到75微米與150微米之間，然后使用負(fù)側(cè)橫貫肋加強(qiáng)橫向剛度。(參見(jiàn)圖5和6)i1.提高二氧化硅與聚合物之比一在隔板中減少ER的第二種方法是相對(duì)于聚合物的含量增加二氧化硅的加載量。這種改變帶來(lái)的一個(gè)可能顯著的問(wèn)題是，隔板的抗氧化性可能會(huì)在一定程度上受損。在標(biāo)準(zhǔn)SLI電池中，電池經(jīng)受重度過(guò)充電，其中在正極板中產(chǎn)生氧化物質(zhì)。然而，在ISS應(yīng)用中，電池將不產(chǎn)生氧化物質(zhì)，因?yàn)檫^(guò)充電情況將受到電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制，因此將不要求隔板具有如典型的SLI應(yīng)用中所要求的那種程度的抗氧化性。二氧化硅與聚合物之比可從3.0/1.0到5.0/1.0不等。ii1.利用高吸油性(高表面積)二氧化硅(增加孔隙度)一減少隔板ER的第三種方法是利用具有高表面積(例如>200g/m2)的二氧化硅，高表面積通常產(chǎn)生高吸油性。采用這種類(lèi)型的二氧化硅，在擠出過(guò)程中可將成孔劑的量從60重量％至65重量％增加到70%至80%，因此產(chǎn)生顯著較高的最終孔隙度和較低的電阻。。(參見(jiàn)圖11)b.最小化氣體截留一已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，由電池活性材料在充電和放電期間產(chǎn)生的氫氣和氧氣可被隔板截留，使板的一部分絕緣并使之無(wú)法參與充電和放電反應(yīng)。這可最終限制電池接受充電和輸出功率的能力。以下是一些用以減少氣體截留機(jī)會(huì)的具體改變:1.層合體結(jié)構(gòu)及改動(dòng)一在已對(duì)ISS電池建議的一些設(shè)計(jì)中，已經(jīng)將層合體結(jié)構(gòu)納入隔板，以便幫助將正極活性材料(PAM)保持在正極板中。一般來(lái)說(shuō)，這些層合體往往增加電池中截留的氣體量。(參見(jiàn)圖12和13)通過(guò)改動(dòng)層合體結(jié)構(gòu)，預(yù)期可顯著地減少氣體截留?？赡軆?yōu)選的改動(dòng)可以是:1.化學(xué)或等離子體處理層合體以改變表面能以除掉氣泡。2.穿孔，以給氣泡留出凝結(jié)并逸出層合基體的區(qū)域。3.添加成核劑。4.在形成期間改變層合體結(jié)構(gòu)。5.對(duì)層合體結(jié)構(gòu)添加聚合物纖維和/或成形聚合物纖維。6.添加潤(rùn)濕劑(表面活性劑)。7.改變層合體的纖維結(jié)構(gòu)的取向，使得氣泡不大可能附著于所述結(jié)構(gòu)。8.最小化結(jié)構(gòu)的厚度，使得只是氣泡附著的位點(diǎn)較少。i1.潤(rùn)濕劑選擇一已 表明對(duì)用于聚乙烯隔板上的潤(rùn)濕劑的選擇可對(duì)氣泡在電池中的保留具有顯著的影響。要理解的是，具有較高疏水特性的潤(rùn)濕劑在這方面可顯示出比傾向于親水的潤(rùn)濕劑更好的性能。例如，乙氧基化脂肪醇相比取代的磺基琥珀酸鹽通常是優(yōu)選的。ii1.隔板橫貫肋(負(fù)側(cè)和/或正側(cè))一在檢查放氣行為進(jìn)行的測(cè)試中，已經(jīng)注意到小的負(fù)側(cè)橫貫肋似乎有助于氣泡的成核和/或運(yùn)輸?shù)诫姵赝獠浚箽怏w從板之間逸出，減少氣體截留的可能性。iv.氣體的成核一可以對(duì)隔板做出多種改動(dòng)，以便幫助在隔板上提供用作氣泡的成核位點(diǎn)的區(qū)域，用于使氣泡快速有效地生長(zhǎng)到這樣的程度，以至于它們從隔板中釋出并轉(zhuǎn)移出板之間的區(qū)域。1.外形形狀(粗糙度)一通過(guò)將某些納米結(jié)構(gòu)結(jié)合到聚乙烯隔板的表面上可顯著增加氣體成核。作為例子，這些納米結(jié)構(gòu)可呈棱錐、V形或柱的形式。它們可通過(guò)壓延、激光燒蝕或受控的化學(xué)氧化形成。2.添加劑一可將添加劑結(jié)合到隔板的基體當(dāng)中(或表面上)，以便在表面上提供它們改變表面結(jié)構(gòu)或能量的區(qū)域。這些改變將促進(jìn)所產(chǎn)生的小氣泡成核達(dá)到臨界體積。這些添加劑的例子有碳纖維、碳納米管或硫酸鋇。2)水化短路(阻礙、延遲、減少、消除)一當(dāng)將電池長(zhǎng)時(shí)間保持在極低酸濃度下時(shí)，在電池中形成這種類(lèi)型的短路。這種現(xiàn)象在電池行業(yè)中是熟知的,如對(duì)電解質(zhì)添加硫酸鈉以阻礙水化短路。在ISS應(yīng)用中，電池很少接受滿(mǎn)充電，據(jù)信形成水化短路的危險(xiǎn)顯著高于典型的SLI電池。以下是一些顯著的新穎隔板改變，它們可有助于減少水化短路的發(fā)生:a.同離子效應(yīng)一眾所周知的是，向電池電解質(zhì)中添加硫酸鈉將通過(guò)同離子效應(yīng)抑制水化短路的形成。在本發(fā)明的變化形式中，將硫酸鈉結(jié)合到隔板基體和/或?qū)雍象w材料當(dāng)中(如通過(guò)浸潰)，使硫酸鈉處于適當(dāng)?shù)奈恢靡宰钣行У販p少形成水化短路的機(jī)會(huì)。b.重金屬螯合一通過(guò)不可逆地吸附及螯合處于溶液中的鉛離子，可以將某些添加劑結(jié)合到隔板當(dāng)中(或隔板表面上、層合體材料中、電解質(zhì)中、電池殼體中，等等)以抑制水化短路形成?？捎糜诖说牟牧系睦影谆沂⒘u磷灰石礦物質(zhì)、磨碎的魚(yú)粉、沸石、木質(zhì)素、乳膠和橡膠衍生物。c.添加劑的位置一應(yīng)當(dāng)指出的是，在注塑成型過(guò)程之前或之后，可將與同離子效應(yīng)或重金屬螯合有關(guān)的添加劑直接添加到隔板的基體中(優(yōu)選作為部分二氧化硅的替代填料)、涂布在隔板上、涂布在層合體結(jié)構(gòu)上或包含在層合體結(jié)構(gòu)中、涂布在電池盒的容器上面，放入電解質(zhì)或?qū)雍象w結(jié)構(gòu)中的多孔袋或囊中，等等。d.降低或減少排酸一如果隔板能夠排移的酸較少，則酸溶液中硫酸根離子的總量將較高，導(dǎo)致水化作用的遲延。換言之，這將是針對(duì)電池過(guò)放電的額外緩沖。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可能優(yōu)選的隔板改動(dòng)可包括:1.薄的背幅片一較低的背幅片(BW)厚度，帶有增加的橫貫肋(優(yōu)選上文所討論的負(fù)側(cè)橫貫肋)、較高的孔隙度和/或隔板較少的肋質(zhì)量。i1.鋸齒狀/垛形肋一鋸齒狀或垛形肋設(shè)計(jì)可用于從肋中消除質(zhì)量。這一概念詳述于美國(guó)專(zhuān)利US7，094，498中，該專(zhuān)利據(jù)此以引用的方式并入。通過(guò)以這種方式改變肋設(shè)計(jì)，隔板將具有較少的排酸。3)提高循環(huán)壽命一為了滿(mǎn)足電池及汽車(chē)制造商的期望，應(yīng)提高典型鉛酸電池的循環(huán)壽命，特別是當(dāng)電池經(jīng)受高溫和重度循環(huán)占空時(shí)。一派觀點(diǎn)是降低電池的荷電狀態(tài)以減少過(guò)充電量及隨后的正極板腐蝕。然而，按這種路線(xiàn)，發(fā)生水化短路的機(jī)會(huì)劇增。通過(guò)改動(dòng)隔板可以消除這些潛在的問(wèn)題。下面詳述一些可能優(yōu)選的改動(dòng)。a.層合體結(jié)構(gòu)一在許多深度循環(huán)鉛酸電池中，利用層合體將正極活性物質(zhì)保持在正極板柵中。由于正極活性物質(zhì)在循環(huán)操作期間自然膨脹的原因，這種結(jié)構(gòu)最終會(huì)并入正極板。這允許正極活性物質(zhì)保持緊密接觸，并因此容量保持的時(shí)間段比其它方式的可能情況要顯著地長(zhǎng)。預(yù)計(jì)用于淹沒(méi)式ISS應(yīng)用的隔板將結(jié)合層合體，因?yàn)轭A(yù)期的占空比及環(huán)境將是苛刻的。1.玻璃墊一在許多淹沒(méi)式鉛酸電池中，利用玻璃墊以幫助保持正極活性材料與正極板柵之間的緊密接觸。對(duì)ISS設(shè)想的一種可能優(yōu)選的變化形式將繼續(xù)利用玻璃墊，雖然有可能在壓縮厚度從0.1mm到1.0mm不等的墊中混合不同的纖維長(zhǎng)度和寬度。優(yōu)選用于淹沒(méi)式ISS應(yīng)用的新的或改進(jìn)的隔板將結(jié)合這種層合體。i1.合成非織造物一最近也已經(jīng)利用非織造聚合物墊作為鉛酸電池中的活性材料保持物質(zhì)。這些材料通常由聚酯制成。(參見(jiàn)Polymat公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)US2006/0141350A1，據(jù)此以引用的方式并入本文)優(yōu)選用于淹沒(méi)式ISS應(yīng)用的新的或改進(jìn)的隔板將結(jié)合這種層合體。ii1.混雜一可想而知，可將玻璃與聚合物混合的混雜體結(jié)合到混雜墊當(dāng)中，其將具有玻璃固有的剛性及抗氧化性，同時(shí)具有非織造物的抗撕裂性及韌性。通過(guò)兩種材料特性的結(jié)合可制備出具有用于電池的優(yōu)異特性的墊。優(yōu)選用于淹沒(méi)式ISS應(yīng)用的新的或改進(jìn)的隔板將結(jié)合這種層合體。b.外形選擇一對(duì)典型 的淹沒(méi)式鉛酸電池增加益處往往不考慮外形的選擇或加肋設(shè)計(jì)。然而對(duì)于ISS應(yīng)用，據(jù)信外形設(shè)計(jì)可對(duì)電池性能有較大的影響。通過(guò)外形設(shè)計(jì)可有助于實(shí)現(xiàn)具有較低排酸的目標(biāo)。相反，行業(yè)內(nèi)確認(rèn)較緊密的肋間距有利于深度循環(huán)應(yīng)用?？赡苄枰獌烧咧g有獨(dú)特的折中。例如，新的或改進(jìn)的外形具有緊密的肋間距與較短的肋高度、較窄的肋、垛形肋等。c.聚天冬氨酸一聚天冬氨酸延緩晶體形成。根據(jù)本發(fā)明，在注塑成型過(guò)程之前或之后，可將聚天冬氨酸直接添加到隔板的基體中(這種整體方法是優(yōu)選的)、涂布在隔板上、涂布在層合體結(jié)構(gòu)上或包含在層合體結(jié)構(gòu)中、涂布在電池盒的容器上面，放入電解質(zhì)或?qū)雍象w結(jié)構(gòu)中的多孔袋或囊中，和/或類(lèi)似情況。d.壓縮--可壓縮的柔性和/或彈性肋結(jié)構(gòu)可提高循環(huán)壽命。例如，I型肋外形可提供所需的壓縮。4)酸分層一在各種淹沒(méi)式鉛酸電池中，酸在電解質(zhì)中的分層已成為具有重度循環(huán)要求的應(yīng)用及一些完全充電中的問(wèn)題。當(dāng)電池反復(fù)循環(huán)但沒(méi)有被完全充電或過(guò)充電時(shí)，電池中的酸可能會(huì)分離達(dá)到這樣的程度，即其中在電池的頂部有水，并且在底部有濃硫酸。通常情況下，電 池制造商將指定電池應(yīng)被過(guò)充到一定程度，促進(jìn)水的電解。在這種過(guò)充電期間產(chǎn)生的氫和氧將攪動(dòng)電解質(zhì)，將水和酸混合。如前面提到的，在ISS應(yīng)用中，電池將被保持在PSoC狀態(tài)，過(guò)充電以混合酸的機(jī)會(huì)不多。因此，隔板對(duì)酸混合或延緩酸分層的任何可能的益處將是關(guān)鍵性的。a.外形選擇一如前面提到的，外形選擇可能是許多特性中的關(guān)鍵屬性。另一種益處可來(lái)自在隔板的表面上結(jié)合水平肋，其可作為對(duì)酸分層的物理屏障。可想而知這些橫貫肋可采取各種各樣的形式(參考上面提到的負(fù)側(cè)橫貫肋專(zhuān)利申請(qǐng)和正側(cè)橫貫肋專(zhuān)利)。b.層合體結(jié)構(gòu)一附接于聚乙烯隔板的層合體結(jié)構(gòu)也可用于阻止酸分層。通過(guò)在材料橫向和通過(guò)材料以一定的模式對(duì)準(zhǔn)纖維，可以預(yù)想玻璃墊可有助于保持酸不發(fā)生分層。此外，對(duì)聚乙烯隔板的正側(cè)面及負(fù)側(cè)面增加層合體結(jié)構(gòu)也可有助于減少酸分層。c.表面積一也可以通過(guò)增大隔板結(jié)構(gòu)的表面積來(lái)實(shí)現(xiàn)最小化酸分層。這可通過(guò)首先減小層合體結(jié)構(gòu)的纖維直徑或其次通過(guò)二氧化硅的類(lèi)型或濃度增加隔板的內(nèi)表面、增加孔隙度、具有橫貫肋等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。d.酸固定化一也可以通過(guò)將酸固定化來(lái)實(shí)現(xiàn)最小化酸分層。這可以通過(guò)例如以下的方式來(lái)實(shí)現(xiàn):具有傾向于將酸保持在適當(dāng)位置的橫貫肋(參見(jiàn)圖26)，在層合體和/或隔板表面上增加二氧化硅層或在層合體中添加二氧化硅以"膠凝"酸并將其固定化，利用Daramic AJS技術(shù)，等等。5)VRLA—還認(rèn)識(shí)到，閥控鉛酸(VRLA)電池可在汽車(chē)ISS應(yīng)用的市場(chǎng)中占有一席之地。在這種類(lèi)型的構(gòu)造中，電解質(zhì)被吸收和保持在隔板的基體中。此中的主流技術(shù)是使用吸收性玻璃墊(AGM)隔板或凝膠化電解質(zhì)，通常以二氧化硅為粘結(jié)劑。下面在一些細(xì)節(jié)方面回顧VRLA技術(shù)的一些新方法。a.酸膠凍化隔板一酸膠凍化隔板(AJS)是過(guò)去已經(jīng)采用過(guò)的概念。通過(guò)改動(dòng)隔板以結(jié)合高表面積二氧化硅，且這種二氧化硅在聚乙烯隔板中具有高裝載量，已生產(chǎn)出新的或改進(jìn)的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品允許隔板吸收足夠的酸而使之能夠成為用于VRLA設(shè)計(jì)的可行性隔板。這種新的Daramic AJS隔板可使制造商能夠利用標(biāo)準(zhǔn)的淹沒(méi)式電池構(gòu)造設(shè)備和技術(shù)生產(chǎn)VRLA產(chǎn)品。Daramic AJS隔板在改進(jìn)循環(huán)方面將具有優(yōu)異的性能，因?yàn)樗c正極板緊密接觸，防止了活性材料脫落。它也會(huì)防止發(fā)生酸分層問(wèn)題，因?yàn)榫酆衔锘w連同二氧化硅一起將抑制電解質(zhì)的流動(dòng)及分離。b.聚乙烯/吸收性玻璃墊混雜體一在帶有AGM隔板的電池中減小板間距的主要限制因素之一是AGM彌補(bǔ)板缺陷并防止短路發(fā)生的能力。通常情況下，在電池已經(jīng)歷了完整的裝配和充電過(guò)程之后才會(huì)出現(xiàn)這些短路，這增加了這種類(lèi)型產(chǎn)品的高成本。通過(guò)將平PE隔板膜結(jié)合到AGM隔板當(dāng)中或結(jié)合到其一側(cè)上，可以減小電池中的板間距而不增加早期壽命中的故障數(shù)。PE隔板將充當(dāng)屏障，減少較小的板缺陷導(dǎo)致短路的可能性。c.其它層合體混雜體一可想而知，可與平PE隔板膜結(jié)合使用其它的層合體系統(tǒng)以制造可接受的VRLA隔板。 可能不僅需要本發(fā)明的鉛酸蓄電池作為主電源對(duì)電動(dòng)汽車(chē)供電，而且還提供新的功能，作為用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、簡(jiǎn)易混合動(dòng)力汽車(chē)和具有怠速停止和啟動(dòng)(ISS)功能的ISS兼容汽車(chē)的啟動(dòng)及恢復(fù)再生電流的電源。2009年10月20日提交的N0.61/253，096的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(標(biāo)題為《具有橫貫肋的鉛酸電池隔板及其相關(guān)方法》，〃LEAD ACID BATTERY SEPARATORS WITH CROSS RIBS ANDRELATED METHODS")和2010年10月14日提交的N0.12/904，371的待審美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(標(biāo)題為《具有橫貫肋的電 池隔板及其相關(guān)方法》，"BATTERY SEPARATORS WITH CROSS RIBS ANDRELATED METHODS")中有關(guān)于帶各種構(gòu)造的負(fù)側(cè)橫貫肋的隔板的完整描述和附圖及方法，上述每個(gè)申請(qǐng)據(jù)此以引用的方式全文并入本文。為保持乃至提高隔板的運(yùn)行性能，我們建議用在隔板面向負(fù)電極的一側(cè)上緊密間隔的橫向肋來(lái)增加隔板的彎曲剛度。(參見(jiàn)圖5和26)在商業(yè)包封機(jī)上用包括負(fù)側(cè)橫貫肋的Daramic Duralife 隔板進(jìn)行的多項(xiàng)測(cè)試已顯示，當(dāng)與帶標(biāo)準(zhǔn)平坦表面的隔板相比時(shí)，力口工產(chǎn)率有大幅度提高。(參見(jiàn)圖25)增加彎曲剛度導(dǎo)致包封機(jī)加工的改進(jìn)，并且現(xiàn)在我們考慮具有更薄的基幅片或背幅片(BW)厚度的隔板，這樣我們可預(yù)期將隔板電阻進(jìn)一步減少多達(dá)25%。通過(guò)減少隔板厚度，我們看到對(duì)電池性能有兩方面的好處。首先，隔板電阻降低了25% ;其結(jié)果是電池的功率輸出和充電接受能力得到提高。其次，隔板占據(jù)的體積較少，電極之間將有更多的酸。由于許多電池設(shè)計(jì)成貧電解質(zhì)，因此，就電池的儲(chǔ)電容量而言，用酸代替隔板質(zhì)量只會(huì)產(chǎn)生益處。降低隔板電阻和增加電極之間的酸量還有其它考慮。現(xiàn)在，典型的PE隔板具有60%的孔隙度，或者按另一種方式來(lái)說(shuō)，隔板體積的40%被隔板質(zhì)量占據(jù)。如果我們將隔板的質(zhì)量減少一半，比如到20%，電阻將按類(lèi)似的比例減少，并得到80%的隔板孔隙度。為了證實(shí)我們的假設(shè)，我們已制出具有不同孔隙度的實(shí)驗(yàn)隔板并測(cè)量了所得到的電阻。(參見(jiàn)圖
7)通過(guò)利用特殊類(lèi)型的二氧化硅(高表面積)，可將PE隔板制成具有非常高的孔隙度并導(dǎo)致電阻較低。通過(guò)將負(fù)側(cè)橫貫肋與薄BW厚度和非常高的孔隙度(新型二氧化硅)相結(jié)合，可以構(gòu)造具有最終最低電阻的優(yōu)選隔板。我們認(rèn)為還有另一種方法可降低隔板的功能電阻，從而使電池性能得到改進(jìn)。我們特意使用術(shù)語(yǔ)"功能"電阻，我們這么做是要與隔板的"測(cè)定"電阻進(jìn)行比較。(參見(jiàn)圖8和10)現(xiàn)在常常用在單對(duì)兒電極化學(xué)電池上施加電壓的裝置量化隔板電阻。在電極之間有和沒(méi)有隔板的情況下測(cè)量電阻，從而量化隔板的電阻。雖然這種方法對(duì)于預(yù)測(cè)隔板對(duì)電池性能影響方面是有價(jià)值的，但我們認(rèn)為缺少了重要的要素，即氣體截留。在構(gòu)造或充電事件期間，一旦電極被充電，則在正電極和負(fù)電極處分別產(chǎn)生氧和氫。隨著電解質(zhì)快速地被這些氣體飽和，氣泡就產(chǎn)生了。隨著這些氣泡在電解質(zhì)中形成，它們將會(huì)合并，并最后上升到電解質(zhì)的表面，類(lèi)似于在新開(kāi)啤酒杯中的二氧化碳。然而，疏散氣體的過(guò)程相對(duì)緩慢，并且對(duì)電池性能的影響很大。如同啤酒杯的情況一樣，這些微小的氣泡附加于包括隔板表面在內(nèi)的各種表面上。在氣泡附著之處缺少電解質(zhì)，并且這些區(qū)域成為高電阻區(qū)。因此，可將隔板的"功能"電阻描述為測(cè)定電阻，并且考慮被這些氣泡遮擋的表面積的比例。為測(cè)量被截留的氣體，制備帶有標(biāo)準(zhǔn)隔板和改動(dòng)隔板的電池。(參見(jiàn)圖9)在構(gòu)造和過(guò)充電后，對(duì)每個(gè)電池記錄電解質(zhì)水平，抽真空疏散氣體；液面之差就是我們所定義的被截留的氣體。為建立基線(xiàn)，在沒(méi)有隔板的情況下測(cè)試電池；改為使用玻璃棒保持電極間隔。從這項(xiàng)工作中我們可以得到有關(guān)與電極相關(guān)的氣體截留量的信息。正如可以從下表5中所看到的那樣，當(dāng)與沒(méi)有隔板的電池相比時(shí)，增加標(biāo)準(zhǔn)隔板使截留的氣體量增加了一倍以上。采用改動(dòng)的隔板，即帶有負(fù)側(cè)橫貫肋的Daramic Duralife",我們可以將與標(biāo)準(zhǔn)隔板相關(guān)的
氣體截留減少大約50%。表權(quán)利要求
1.一種ISS電池隔板，具有以下性質(zhì)中的至少之一:負(fù)側(cè)橫貫肋、二氧化硅與聚合物之比大于3: 1、和一種或多種PMS礦物質(zhì)作為填料組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ISS電池隔板，具有一種或多種魚(yú)骨或魚(yú)粉填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ISS電池隔板，其中，所述隔板為二氧化硅填充的聚乙烯電池隔板，其具有的所述魚(yú)骨或魚(yú)粉填料替代所述二氧化硅填料的至少一部分。
4.一種淹沒(méi)式鉛酸電池，改進(jìn)包括如權(quán)利要求1所述的ISS電池隔板。
5.—種ISS電系統(tǒng),改進(jìn)包括如權(quán)利要求4所述的電池。
6.一種ISS電池隔板，具有同時(shí)優(yōu)化的多種隔板特性:充電接受能力、功率輸出、減少的水化短路、提高的循環(huán)壽命、和減少的酸分層。
7.一種ISS鉛酸電池，改進(jìn)包括如權(quán)利要求6所述的隔板。
8.一種ISS車(chē)輛，改進(jìn)包括如權(quán)利要求7所述的電池。
9.一種電池隔板 ，包括以下改進(jìn)、特征、改變、改動(dòng)、增強(qiáng)、性能、特點(diǎn)、外形、形狀、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、部件、屬性、間距、厚度、比例、共混物、混合物、配方、添加齊 、試齊 、涂層、層、層合體、墊、非織造物、表面、夾雜物、效果、實(shí)施方案、或?qū)嵤├械闹辽偃?xiàng): 5)充電接受能力/功率輸出一所述隔板的有助于提高充電接受能力/功率輸出的特征或改變: a.低或較低的電阻(ER)-通過(guò)以下方法最小化隔板的ER: i.降低背幅片(BW)厚度一將BW厚度從150至250微米范圍的典型值開(kāi)始減少，方式是通過(guò)將BW厚度降低到75微米與150微米之間，然后使用負(fù)側(cè)橫貫肋加強(qiáng)橫向剛度， ii.提高二氧化硅與聚合物之比一相對(duì)于聚合物的含量增加二氧化硅的加載量，使二氧化硅與聚合物之比在從約3.0/1.0至5.0/1.0， iii.利用高吸油性(高表面積)二氧化硅(增加孔隙度)一包括具有通常產(chǎn)生高吸油性的高表面積(例如>200g/m2)的二氧化硅，擠出過(guò)程中的成孔劑量為約70重量％至80重量％， b.最小化氣體截留一減少氣體截留的機(jī)會(huì): .1.層合體結(jié)構(gòu)和改動(dòng)一改動(dòng)層合體結(jié)構(gòu)以減少氣體截留， . 1.化學(xué)或等離子體處理所述層合體，改變表面能，以除掉氣泡， .2.穿孔，以給氣泡留出凝結(jié)并逸出層合基體的區(qū)域， .3.添加成核劑， .4.在形成期間改變所述層合體的結(jié)構(gòu)， .5.對(duì)所述層合體結(jié)構(gòu)添加聚合物纖維和/或成形的聚合物纖維， .6.添加潤(rùn)濕劑(或表面活性劑)， .7.改變所述層合體的纖維結(jié)構(gòu)的取向，使得氣泡不大可能附著于所述結(jié)構(gòu)， .8.最小化所述結(jié)構(gòu)的厚度，使得只是氣泡附著的位點(diǎn)較少， ii.潤(rùn)濕劑選擇一使用較疏水的潤(rùn)濕劑，使用乙氧基化脂肪醇， ii1.隔板橫貫肋(負(fù)側(cè)和/或正側(cè))一具有小的負(fù)側(cè)橫貫肋，以幫助氣泡的成核或運(yùn)輸，或使氣體能夠從板之間逸出，或減少氣體截留的可能性， iv.氣體的成核一在所述隔板上具有用作氣泡的成核位點(diǎn)的區(qū)域，以使氣泡快速有效地生長(zhǎng)到這樣的程度，以至于它們從所述隔板中釋出，并轉(zhuǎn)移出板之間的區(qū)域，. 1.外形形狀(粗糙度在所述隔板的表面上增加納米結(jié)構(gòu)，以增加氣體成核，這種納米結(jié)構(gòu)可呈棱錐、V形或柱的形式，并且可通過(guò)壓延、激光燒蝕或受控的化學(xué)氧化形成，. 2.添加劑一將添加劑結(jié)合到所述隔板的基體當(dāng)中(或表面上)，以便在所述表面上提供它們改變表面結(jié)構(gòu)或能量的區(qū)域，以促進(jìn)所產(chǎn)生的小氣泡成核達(dá)到臨界體積，所述添加劑可以是碳纖維、碳納米管、或硫酸鋇， 6)水化短路(阻礙、延遲、減少、消除)一向電解質(zhì)中添加硫酸鈉，以阻礙水化短路，或 a.同離子效應(yīng)一將硫酸鈉結(jié)合到隔板基體和/或?qū)雍象w材料當(dāng)中(如通過(guò)浸潰)， b.重金屬螯合一通過(guò)將磷灰石、羥磷灰石礦物質(zhì)、磨碎的魚(yú)粉、沸石、木質(zhì)素、乳膠、或橡膠衍生物結(jié)合到所述隔板當(dāng)中(或隔板表面上、層合體材料中、電解質(zhì)中、電池殼體中，和/或類(lèi)似目標(biāo))來(lái)螯合處于溶液中的鉛離子，以抑制水化短路形成， c.添加劑的位置一在注塑成型過(guò)程之前或之后，將添加劑加到所述隔板的基體中(優(yōu)選作為部分二氧化硅的替代填料)、涂布在所述隔板上、涂布在所述層合體結(jié)構(gòu)上或包含在所述層合體結(jié)構(gòu)中、涂布在電池盒的容器上面，或放入電解質(zhì)或?qū)雍象w結(jié)構(gòu)中的多孔袋或囊中， d.降低或減少排酸一通過(guò)隔板改動(dòng)，包括: .1.薄的背幅片--較低的背幅片(BW)厚度，帶有增加的橫貫肋(優(yōu)選如上文所討論的負(fù)側(cè)橫貫肋)、較高的孔隙度、或所述隔板較少的肋的量， .鋸齒狀/垛形肋一使用鋸齒狀或垛形肋設(shè)計(jì)，以從所述肋中消除其質(zhì)量， 7)提高循環(huán)壽命一通過(guò)對(duì)所述隔板進(jìn)行如下改動(dòng): a.層合體結(jié)構(gòu)一利用層合體將正極活性物質(zhì)保持在正極板柵中， .1.玻璃墊一利用在壓縮厚度從0.1mm到1.0mm不等的墊中具有不同纖維長(zhǎng)度和寬度的玻璃墊， .合成非織造物一利用非織造聚合物墊、聚酯墊， ii1.混雜一利用玻璃纖維與聚合物纖維混合的混雜墊， b.外形選擇一通過(guò)外形設(shè)計(jì)選擇有助于較低的排酸量，采用具有緊密的肋間距與較短的肋高度、較窄的肋、或垛形肋的外形， c.聚天冬氨酸一在注塑成型過(guò)程之前或之后，將聚天冬氨酸直接添加到所述隔板的基體中、或涂布在所述隔板上、涂布在所述層合體結(jié)構(gòu)上或包含在所述層合體結(jié)構(gòu)中、涂布在電池盒的容器上面，放入電解質(zhì)或?qū)雍象w結(jié)構(gòu)中的多孔袋或囊中， d.壓縮一使用可壓縮的柔性或彈性肋結(jié)構(gòu)，以提高循環(huán)壽命，如I型的肋外形， 8)酸分層一在一定程度上對(duì)所述電池進(jìn)行過(guò)充電，促進(jìn)水的電解，或 a.外形選擇一結(jié)合水平肋，橫貫在所述隔板的表面上， b.層合體結(jié)構(gòu)一增加附接于聚乙烯隔板的層合體結(jié)構(gòu)，在橫貫材料和穿過(guò)材料以特定的模式對(duì)準(zhǔn)纖維，對(duì)聚乙烯隔板的正側(cè)面和負(fù)側(cè)面增加層合體結(jié)構(gòu)， c.表面積一增大隔板結(jié)構(gòu)的表面積，減小所述層合體結(jié)構(gòu)的纖維直徑，或通過(guò)二氧化硅的類(lèi)型或濃度增加所述隔板的內(nèi)表面，增加孔隙度，具有橫貫肋， d.酸固定化一通過(guò)具有傾向于將酸保持在定位的橫貫肋、在所述層合體和/或隔板表面上增加二氧化硅層或在所述層合體中添加二氧化硅以〃膠凝〃所述酸、或利用DaramicAJS技術(shù)，將所述酸固定化，e.聚乙烯/吸收性玻璃墊混雜體一將平PE隔板膜結(jié)合到AGM隔板當(dāng)中或結(jié)合到其一側(cè)上，和 f.其它層合體混雜體一與平PE隔板膜結(jié)合使用其它的層合體系統(tǒng)，無(wú)論其是非織造物或其它玻璃墊，以制造可接受的隔板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的隔板，具有負(fù)側(cè)橫貫肋。
11.一種鉛酸電池，改進(jìn)包括如權(quán)利要求10所述的隔板。
12.—種電池隔板，如深度循環(huán)、ISS或微混合動(dòng)力隔板，包括以下特征中的至少兩項(xiàng):有助于最小化酸分層、占據(jù)的體積比傳統(tǒng)隔板小大約15%、具有負(fù)側(cè)橫貫肋、在水平方向上具有許多小的微型肋、具有將阻礙酸梯度產(chǎn)生的機(jī)械屏障、具有數(shù)百個(gè)微型阻擋物以保持較重的酸不向下流動(dòng)、具有在所述電極的橫貫表面上均勻地產(chǎn)生數(shù)百個(gè)酸微池的數(shù)百個(gè)微型阻擋物、以及在微混合動(dòng)力電池中提高功率輸出并減少酸分層。
13.一種制備二氧化硅填充的電池隔板的方法，改進(jìn)包括:以至少一種PMS礦物質(zhì)替代所述二氧化硅填料的至少一部分。
14.一種鉛酸電池，改進(jìn)包括以下中的至少一項(xiàng):隔板、構(gòu)件或具有重金屬去除能力利用至少一種PIMS礦物質(zhì)的組合物；電池殼體、電池部件、多孔袋、層合體、非織造物、墊、紙、涂層、表面、內(nèi)模(in—mold)、填料、電極、電極配方、電解質(zhì)、聚合物組合物、或具有重金屬去除能力利用至少一種PIMS礦物質(zhì)的樹(shù)脂組合物；具有重金屬去除能力利用至少一種PIMS礦物質(zhì)作為其中的至少一種填料組分的聚合物或樹(shù)脂組合物；二氧化硅填充的微孔鉛酸電池隔板，其具 有提供的至少一種PMS礦物質(zhì)以至少部分地替代其中的二氧化硅填料；二氧化硅填充的微孔聚乙烯鉛酸電池隔板，其具有提供的磨碎的魚(yú)粉，以至少部分地替代其中的二氧化硅填料；或它們的組合。
全文摘要
根據(jù)至少選定的實(shí)施方案或方面，本發(fā)明涉及改進(jìn)的獨(dú)特和/或高性能的ISS鉛酸電池隔板(如改進(jìn)的ISS淹沒(méi)式鉛酸電池隔板)、包括這種隔板的ISS電池、生產(chǎn)方法和/或使用方法。優(yōu)選的ISS隔板可包括負(fù)側(cè)橫貫肋和/或PIMS礦物質(zhì)。根據(jù)更具體的實(shí)施方案或?qū)嵤├峁㏄IMS礦物質(zhì)(優(yōu)選魚(yú)粉、生物礦物質(zhì))以至少部分地替代二氧化硅填充的鉛酸電池隔板(優(yōu)選聚乙烯/二氧化硅隔板配方)中的二氧化硅填料組分。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明涉及新的或改進(jìn)的電池、隔板、構(gòu)件和/或具有重金屬去除能力的組合物，和/或其制造方法和/或使用方法。
文檔編號(hào)H01M2/00GK103229328SQ201180055922
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者J·凱文·威爾, 約翰·R·提蒙斯, 杰弗里·K·錢(qián)伯斯, 泰杰斯·R·沙阿 申請(qǐng)人:達(dá)拉米克有限責(zé)任公司