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CN111279527A - 铅酸电池 - Google Patents

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CN111279527A CN201880050024.4A CN201880050024A CN111279527A CN 111279527 A CN111279527 A CN 111279527A CN 201880050024 A CN201880050024 A CN 201880050024A CN 111279527 A CN111279527 A CN 111279527A
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乌韦·比托姆斯基
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马修·A·史宾斯
卡维·G·罗加南森
史清芳
康尼利亚·布伦迪
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Johnson Controls Technology Co
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Abstract

公开了一种铅酸电池。铅酸蓄电池具有带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室。在所述一个或多个隔室中设置有一个或多个电芯元件。所述一个或多个电芯元件包括正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料包含硫酸钡和有机膨胀剂；以及在所述正极板与所述负极板之间的隔膜。所述容器内提供有电解质。一个或多个端子柱从所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。

Description

铅酸电池
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时专利申请的优先权：于2017年6月9日提交的标题为IMPROVED ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/517,737；于2017年7月10日提交的标题为IMPROVED ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/530,718；于2017年11月10日提交的标题为IMPROVED ABSORBENT GLASS MATBATTERY的美国临时专利申请序列号62/584,499；以及于2018年4月23日提交的标题为IMPROVED ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/661,444，每件所述美国临时专利申请的全部内容通过援引以其全文并入本文中。
技术领域
本发明涉及电池领域。本发明更具体地涉及铅酸电池领域。
背景技术
铅酸电池是已知的。铅酸电池由浸没到电解质溶液中的铅板和二氧化铅隔板构成。铅、二氧化铅和电解质提供了储存电能的化学方法，当电池的端子连接至外电路时，所述电能可以执行有用功。
一种类型的铅酸电池是AGM或吸收性玻璃垫铅酸电池，其是密封式电池(例如免维护的)，或更具体地是阀控式电池，其中电解质被吸收且保留在垫中，所述垫包绕一个或多个电极或板或与一个或多个电极或板交错。AGM铅酸电池是重组式电池，即在电池中，在充电期间产生的H2和O2重新化合成水。
AGM铅酸电池比传统的启动、照明和点火(SLI)用电池有利，在于它们更适合于在具有很多电子特征或插电式附件的车辆中提供动力。AGM电池还是用于节省燃料的启动-停止车辆技术的优选的解决方案。
启动-停止车辆可能对电池提出各种要求。车辆在部件的电气负载方面也在增加，为此必须通过停止事件来支持电气负载。车辆制造商正在寻求成本有效的、可靠的能量储存解决方案，所述解决方案确保无缝的消费者体验。因此，需要铅酸电池的一致的可靠性能。还需要一种稳健的电池，所述电池可以支持附加的延长/间歇的负载并且支持停止事件的最佳持续时间和频率。为此，需要一种铅酸电池，所述电池提供可持续且快速的可再充电性(例如优化的充电接受能力)以及一致的循环性能。因此，需要一种AGM铅酸电池，所述电池具有超过现存设备的改进的性能。
发明内容
公开了一种铅酸蓄电池和一种吸收性玻璃垫铅酸蓄电池，所述电池具有改进的性能。
更具体地，公开了一种铅酸电池。所述铅酸电池具有带盖容器并且包括一个或多个隔室。在所述一个或多个隔室中设置有一个或多个电芯元件。每个电芯元件包括正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料部分地包含硫酸钡和膨胀剂；以及在所述正极板与所述负极板之间的吸收性玻璃垫隔膜。所述容器内提供有电解质。一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
公开了另一种铅酸蓄电池，所述电池具有带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室。在所述一个或多个隔室中设置有一个或多个电芯元件。所述一个或多个电芯元件包括正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料部分地包含硫酸钡和膨胀剂；以及在所述正极板与所述负极板之间的隔膜。所述容器内提供有电解质。一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
公开了另外一种铅酸蓄电池。所述电池包括带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室以及在所述一个或多个隔室中的一个或多个电芯元件。所述一个或多个电芯元件具有正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料；其中所述负极电化学活性材料部分地包含一种或多种碳(碳质材料)、硫酸钡以及一种或多种膨胀剂；以及在所述正极板与所述负极板之间的吸收性玻璃垫隔膜。所述容器内提供有电解质，其中所述电解质包含硫酸溶液，所述硫酸溶液包含一种或多种金属硫酸盐，其中所述金属硫酸盐是选自由元素Al、Mg、Na、K、Li和Zn组成的组的可溶性金属硫酸盐。一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
根据本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征以及优点描述于以下对实施例的各种实例的详细描述中，或是从其中显而易见的。
附图说明
参照以下附图，将详细描述根据本发明的系统、设备和方法的实施例的各种实例，其中：
图1是与根据本文描述的实施例的一个或多个实例的吸收性玻璃垫电池一起使用的车辆的透视图。
图2是根据本文描述的实施例的一个或多个实例的吸收性玻璃垫电池的透视图。
图3是图2中示出的吸收性玻璃垫电池去除盖后的透视图。
图4是根据本文描述的实施例的一个或多个实例的吸收性玻璃垫电池的分解透视图。
图5是根据实施例的一个或多个实例与图2中示出的吸收性玻璃垫电池一起使用的电芯元件的局部侧立面视图。
图6是与图2中示出的吸收性玻璃垫电池一起使用的实例电池板栅的立面视图。
图7是与图2中示出的吸收性玻璃垫电池一起使用的实例电池板栅的附加的立面视图。
图8是与图2中示出的吸收性玻璃垫电池一起使用的替代性实例电池板栅的立面视图，示出所展示的板栅的部分细节。
图9是氧化物的双峰型粒度分布的实例展示。
图10是通过巴顿炉(Barton Pot)法生产的氧化物的实例粒度分布。
图11是通过球磨(Ball Mill)法生产的氧化物的实例粒度分布。
图12是在板表面上具有印记的板的一个或多个实例的立面视图。
图13是示出与现存电池相比本文描述的类型的电池的性能数据即动态充电接受能力的图。
应该理解，附图不一定按照比例。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明不是必需的或致使其他细节难以感知的细节。当然，应理解本发明未必限于本文展示的具体实施例。
具体实施方式
参照附图，公开了电池100，并且具体地公开了可再充电电池，例如铅酸电池。根据实施例的一个或多个实例，电池100是铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的各种实施例可以是密封式的(例如，免维护的)或未密封式的(例如，湿式)。根据实施例的一个或多个实例，铅酸蓄电池100优选地是密封式铅酸电池或AGM铅酸电池，并且为此可以包括吸收性玻璃垫108(在本文中可互换地称为“AGM”)。尽管描述并展示了特定实例，但是电池100可以是适合于所提供的目的的任何二次电池。
在图1中的车辆102中，提供并且示出了电池100。参照图2-图5，电池100是AGM铅酸电池，所述电池具有被吸收性玻璃垫108分开的正极板和负极板104、106，所述吸收性玻璃垫吸收并保持电池的酸或电解质，并且防止其在电池100内部自由流动。工作电解质的饱和度处在低于100％饱和度的某值，以允许氢气和氧气的重新化合反应。AGM铅酸电池100包括若干电芯元件110，其被设置在容器或外壳114的一个或多个独立隔室112中。在插入期间可以将元件堆栈110压缩，减小隔膜108的厚度。容器或外壳114设置有盖116，并且所述盖可以被密封至容器114上。在各种实施例中，容器114和/或盖116包括电池端子118。电池盖116还可以包括一个或多个装料孔帽和/或通风孔组装件120(参见图2)。
参照图4，板104、106包括导电的正极板栅或负极板栅124、126或集流构件。正极糊膏128设置在正极板栅124上，并且负极糊膏130设置在负极板栅126上。更具体地，正极板104包括正极板栅124，在其上具有或承载正极活性材料或糊膏128，并且在实施例的一些实例中可以包括吸水纸(pasting paper)或由纤维构成的织造或非织造片材料(例如，“稀松布(scrim)”)132；并且负极板106包括负极板栅126，在其上具有或承载负极活性材料或糊膏130，并且在实施例的一些实例中可以包括吸水纸或稀松布132。放置在正极板与负极板104、106之间的是隔膜108。在例如本文描述的保留电解质类型的电池100中，隔膜108可以是多孔且吸收性玻璃垫(AGM)。在一些实例中，吸收性玻璃垫108还可以与附加的隔膜(未示出)一起使用；各种常见可商购的隔膜在本领域中是已知的。
多个正极板104和多个负极板106(连同隔膜108)通常构成电化学电芯110的至少一部分(参见图3-图5)。如所示的，每个板系列或电芯110可以包括一个或多个正极板104和一个或多个负极板106。因此，电池100包括正极板104和负极板106，并且更具体地，包括多个正极板104和多个负极板106。参照图3-图4，根据铅酸蓄电池100的容量，多个板系列或册(book)或电芯元件110可以被电连接例如电联接成串联或其他配置。每个板栅具有凸耳134(参见图4-图8)。在图3-图4中，设置有一个或多个汇流排铸焊(cast-on strap)或电芯间连接器136，在板系列或电芯元件110中，所述汇流排铸焊或电芯间连接器电联接具有相似极性的凸耳134，并且连接电池100中其他相应的板系列或电芯元件110。还可以设置一个或多个正极端子柱118a和一个或多个负极端子柱118b(图2-图4)。取决于电池设计，此类端子柱118典型地包括可以延伸穿过盖和/或容器壁的部分。将认识到，各种端子布置均是可能的，包括本领域已知的顶部、侧部、前部或角落配置。
多个正极板104和负极板106可以被设置成堆栈或板系列或电芯元件110，以产生具有预先确定的电压的电池，例如车辆102中的12-伏电池。电芯元件110或板组或板系列的数目可以变化。在阅读本说明书后，对于本领域技术人员也将是显而易见的是，在任何具体组中的板104和/或106的尺寸和数目(包括各个板栅的尺寸和数目)、以及用于构造电池100的组的数目可以取决于期望的最终用途而变化。
如在本文中的各种实施例中描述的，正极板和负极板104、106是糊膏类型电极(图4)。因此，每个板104、106包括涂有活性材料128、130的板栅124、126。更具体地，糊膏类型电极包括充当基底的板栅和设置在所述基底上的电化学活性材料或糊膏。所述板栅，包括正极板栅124和负极板栅126，在正极活性材料和负极活性材料或糊膏128、130之间提供电接触，由此可以用以传导电流。
参照图6-图8，在实施例的一个或多个实例中，板栅124、126可以是相同或相似的。为此，板栅124、126可以是经压制或冲压的全框架的板栅，所述板栅具有框架137和板栅线138的放射状布置，形成开放空间139的图案。在一个实例中，正极板栅124和负极板栅126两者均可以具有此种布置。然而，设想到板栅124、126可以不同。例如，正极板栅124可以是经压制或冲压的全框架的板栅，所述板栅具有板栅线138的放射状布置，并且负极板栅126可以是连铸的或例如金属板网(expanded metal)或重力铸造的。适合于与本文描述的发明一起使用的板栅124、126的各种实例在美国专利号5,582,936、5,989,749、6,203,948、6,274,274、6,953,641和8,709,664中示出并描述，所述专利特此通过援引并入本文中。尽管出于举例的目的描述了板栅线138布置以及板栅类型的特定实例，但是本发明不限于此并且适合于电池100目的的任何板栅结构或布置均可以替代所描述的板栅124、126。例如，可以设置有具有不同或改进的轮廓的负极板栅126。在实施例的一个或多个实例中，可以设置有具有与在美国专利号9,130,232中示出的轮廓相似的轮廓的负极板栅126，所述专利特此通过援引并入本文中(并且还在图8中示出)。在实施例的其他实例中，板栅可以是经冲压的板栅、连续铸造(连铸)的板栅、金属板网板栅及诸如此类。在实施例的一些实例中，板栅还可以包括表面粗糙化或可以经受一种或多种不同的表面处理(例如溶剂、表面活性剂和/或蒸汽清洗)，例如可以用于(在其他益处中)改进糊膏粘附。
根据实施例的一个或多个实例，板栅124材料可以由铅(Pb)或铅合金(或任何合适的导电性基底，即碳纤维)构成。负极板栅126可以由与正极板栅124相同或相似的材料构成。然而，设想到，材料组成还可以在正极板栅124与负极板栅126之间变化。在实施例的一个实例中，正极板栅和负极板栅124、126还可以由不同厚度形成。然而，设想到，板栅124、126可以具有相同厚度。每个板栅的厚度可以基于期望的制造和性能参数而变化。例如，可以基于制造要求(例如对糊膏粘附的最低要求)或其他合适的参数来确定厚度。尽管出于说明的目的提供了特定实例，但可以在其上进行变化以提供适合于具体应用的板栅尺度。
更详细地，正极板104包含金属(例如，铅或铅合金)板栅124，在其上具有二氧化铅活性材料或糊膏128。可以用于正极糊膏128中的含铅组合物的实例包括但不限于细碎的单质Pb、PbO(“一氧化铅”或“铅黄”)、Pb3O4(“红铅”)、PbSO4(“硫酸铅”，其中术语“PbSO4”被定义为还包括其关联的水合物、以及碱式硫酸盐：1PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.PbSO4)、以及它们的混合物。不同材料可以与含铅糊膏组合物一起使用，本发明不限于任何具体材料或混合物(添加的纤维或其他成分)。取决于多种因素，包括例如电池100的预期用途和电池中使用的其他材料，这些材料可以单独使用或组合使用。
负极板106可以由在其上具有海绵状铅活性材料或糊膏130的金属(例如，铅或铅合金)板栅构成。在优选的实施例中，负极糊膏130可以基本上与正极糊膏128相似，但是也可以不同。可以用于负极糊膏130中的实例含铅组合物包括但不限于细碎的单质Pb、PbO(“一氧化铅”或“铅黄”)、Pb3O4(“红铅”)、PbSO4(“硫酸铅”，其中术语“PbSO4”被定义为还包括其关联的水合物、以及碱式硫酸盐：1PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.PbSO4)、以及它们的混合物。此外，负极活性材料130还可以包含纤维和/或“膨胀剂”添加剂，其可以，除其他之外，有助于维持活性材料结构并且改进性能特性。不同材料可以与含铅糊膏组合物一起使用，本发明不限于任何具体材料或混合物(添加的纤维或其他成分)。取决于多种因素，包括例如电池100的预期用途和电池中使用的其他材料，这些材料可以单独使用或组合使用。
根据实施例的一个或多个实例，活性材料或糊膏128和/或130可以具有超过传统AGM电池的改进的组合物或配方。优选地，活性材料组合物或配方提供超过现存AGM电池的改变的或改进的充电接受能力性能和/或效率(例如动态充电接受能力)，同时还维持或改进CCA(在-18摄氏度下冷启动安培)性能和循环寿命性能。在一些实例中，动态充电接受能力可以大于现存AGM电池性能的2倍。事实上，如将在下文更详细讨论的，相对于现今市场上现存的商业电池，本文公开的电池可以比一些当前商业电池表现得高达5倍(例如参见图13；0.79/0.13＝5x)更好，并且可以比其他当前商业电池表现得至少2倍(例如参见图13；0.79/0.326＝2x)更好。对于EN50342DCA测试，当前工业平均值为约0.3A/Ah。相比之下，本文公开的电池100可以表现出约0.78-0.79A/Ah，连同本文描述的各种改进(参见图13)。
铅氧化物用于制造铺展到金属板栅上的糊膏。化学转化后，糊膏成为活性材料。通过在空气中使纯的铅金属与氧气反应制造铅氧化物。在各种实例中，可以对用于制造活性材料糊膏128和/或130的含铅氧化物的粒度分布进行严密控制。也就是说，对于预期目的，可以使用特定或优选的粒度分布。在一些实例中，正极电化学活性材料可以具有正极氧化物，所述正极氧化物具有含铅氧化物的双峰型粒度分布(参见图9)。例如，正极氧化物可以由具有特定双峰型粒度分布的氧化物构成，例如峰在0.87-1.2um和2.0-4.0um处的氧化物。在一个或多个具体实例中，双峰型氧化物分布可以是范围从0％-90％的第一氧化物类型和0％-90％的第二氧化物类型(即具有不同的尺寸)，并且其余部分为红铅；并且更优选地，双峰型氧化物分布可以是范围从20％至50％的第一氧化物类型和20％至50％的第二氧化物类型、并且其余部分为红铅。粒度的不同导致更高效的填充，并且可以赋予最终活性材料优越的特性。尽管描述了各种实例，但是本领域技术人员将了解，可以在不背离本发明的整体范围的情况下针对预期目的而做出修改。注意，本领域中当前标准方法是使用具有D50＝>2.0um的粒度分布(PSD)的热磨(thermal mill)氧化物，或具有PSD D50＝>0.7的碾磨(attrition mill)氧化物。可以通过Helios激光粒度分析仪测量PSD。这些参数仅是指示性的，并且取决于机器类型和加工条件。例如，已知各种方法用于制造含铅氧化物，例如巴顿炉法(热)和球磨法(碾磨)。这两种工艺产生的氧化物的粒度分布可以是不同的。例如，巴顿炉工艺可以产生(例如)在2.0与4.0um之间处的峰D50分布(参见图10)，而球磨氧化物可以具有(例如)在0.7um与1.2um之间的D50分布(参见图11)。
在一个实例中，可以同样或替代性地改进负极活性材料130或负极物质。例如，负极物质配方可以包含改进的膨胀剂、或实现前述目的的其他替代物。在各种实例中，负极物质可以包含一种或多种添加剂。在这方面，通过单独或组合地使用(例如向负极糊膏130添加或被包括在负极糊膏物质中)以下中的一项或多项，可以实现负极板106的改进的AGM电池充电接受能力：
·一种或多种碳(碳质材料)，例如但不限于具有针对预期目的的特定特性的高表面积导电性碳黑、和/或天然或合成石墨、和/或碳纳米管、和/或石墨烯、和/或活性碳及诸如此类，剂量水平从0.01至1.0重量百分比(wt％)，并且更优选地可以从0.09至0.9wt％；例如：对于一些组分，例如碳纳米管，剂量水平非常低并且可以是从0.01至0.1wt％，而活性碳和石墨可以接近1.0wt％的剂量水平；
·一种或多种有机膨胀剂，例如但不限于分散剂类型材料，除了其他之外还包括例如合成材料(例如萘磺酸盐缩合物、酚磺酸盐缩合物分子)和/或有机或非合成材料，其衍生自例如木材化学品(例如木质素、木质素磺酸盐、腐殖酸盐或腐殖酸(以及其离子盐，即木质素磺酸钠))，剂量水平从0.01至1.0wt％，并且更优选地可以是从0.1至0.5wt％；和/或
·硫酸钡，其可以是细粒度硫酸钡(例如0.1微米、0.7微米(um，μm))，wt％剂量水平范围从0.5至2.0wt％，并且更优选地范围可以从0.7至1.25wt％，并且甚至更优选地范围可以从0.90至1.10wt％。
还可以提供实现本文描述的目的的替代性负极物质配方。
参照以上，碳纳米管及诸如此类可以在活性材料中维持导电基质，从而改进性能，尤其是关于微循环如在微混合动力和启动-停止应用中使用的。在其他实例中，表面氧化的石墨、以及具有高表面积和高结构的导电碳黑也提供了改进的性能。根据实施例的另外的实例，一种或多种碳可以是组合的(按重量百分比计)，例如导电的大颗粒碳和较小颗粒碳形式(例如同素异形体)。
有利地，在放电期间，硫酸钡细颗粒产生更大数目的小硫酸铅晶体。进而，在充电期间，这些小硫酸铅晶体比大硫酸铅晶体更容易溶解，导致充电接受能力的改进。
除了上述之外，负极板106还可以具有抵抗致密的钝化硫酸铅的积聚的有利特征。例如，对于负极板106，充电/放电反应包括铅转化成硫酸铅(放电)以及硫酸铅转化成铅(再充电)。所述过程经由溶解-析出机制进行。影响溶解或析出的组分可能会影响性能。例如：(1)认为硫酸钡细颗粒为细硫酸铅的沉积和溶解提供更多成核位点；(2)有机膨胀剂是阻止铅沉积为无孔层的表面活性分子，在有机膨胀剂的存在下，铅沉积为高表面积海绵状铅，即有机物防止了铅电极的烧结；(3)碳导电网络允许更好地利用活性材料的内部，所以反应不限于最易于质量传输的板表面。前述有助于减轻硫酸铅在板表面上的积聚，这防止进入活性物质的内部。
在一个或多个实例中，负极板106还可以具有维持电池100寿命期间的功能性的有利特征。例如，负极板106可以具有低的析气和低的水消耗，使得例如车辆102在怠速-停止-启动操作期间的较长的有用使用寿命成为可能。作为非限制性实例，组分(例如硫酸钡、有机膨胀剂和碳添加剂)的表面活性特性可以改变活性材料表面的电化学电势，由此改变基本反应(例如气体析出)的速率。添加剂可以用于改变电化学，改变产生气体的速率或电势。铅酸电池在充电时产生气体—来自负极的氢气和来自正极的氧气—气体保护(和水损失)的速率可以通过糊膏添加剂进行修改。具有高表面积的组分可以降低电流密度，而碳可能具有电容效应，并且有机材料可以与表面结合，防止进入所述表面，并且因而增加了气体析出的电势。
除了上述之外，在实施例的一个或多个实例中，涂膏的板104和/或106(有或没有表面稀松布)可以被压印，或在表面上具有印记，以提供例如多个凹槽，例如在美国专利公布号2015/0104715中公开的，所述专利的全部内容通过援引以其全文并入本文中。如在所述公布中公开的，印记或凹槽可以帮助(除了其他益处之外)电解质流动和空气去除。在一个或多个实例中，可以在板表面148(例如但不限于正极板104)上设置有例如在图12中示出的各个凹槽的“华夫式(waffle)”图案表面处理150。板表面处理还可以包括在负极板106(或在一些实施例中正极板104)上的“波纹式(riffle)”图案。在一个或多个实例中，还可以使用吸水纸132，例如添加在板104、106上。
如所示的，可以在每个正极板104与负极板106之间设置隔膜材料108。隔膜108可以是吸收性玻璃垫或AGM，并在实施例的一个或多个实例中可以包绕正极板和负极板104、106中的一个(或两个)的部分，或与正极板和负极板104、106中的一个(或两个)交错/设置在正极板和负极板104、106中的一个(或两个)之间。可以使用单层或双层的AGM 108。例如，正极板上可以设置有隔膜，并且正极板/负极板也可以使用AGM 108。吸收性玻璃垫108可以与传统吸收性玻璃垫隔膜相似地进行构造，和/或由与传统吸收性玻璃垫隔膜相似的材料构造，包括将薄玻璃纤维织造成垫(或更常见的非织造沉积的纤维)。然而，实现本文公开的目的的其变化也可以是可接受的。在实施例的一个或多个实例中，正极板上可以设置有薄玻璃稀松布或垫。
电池100中可以包括电解质，所述电解质典型地是硫酸。在各种实例中，电解质可以包含一种或多种金属离子。为此，硫酸电解质可以是包含一种或多种金属硫酸盐的硫酸溶液。更具体地，在一个实例中，可以选择以下项中的一项或多项的特定优化组合以实现本文描述的改进的电池性能：来自元素Al、Mg、Na、K、Li、Zn及诸如此类的可溶性金属硫酸盐。工业中当前标准是10-15g/升的Na。本文描述的电解质优选可以具有以下项中的一项或多项的组合：Mg、Mg+Na、Al、Al+Na、和/或Zn、Zn+Na，每个的范围从0g/升至10g/升，总数不大于15g/升。通常，使用的机制是同离子效应(例如硫酸盐是共同的)。取决于已经存在于电解质中的盐的量，这在充电期间阻止或允许硫酸铅的溶解。也可以使用二级机制，其中金属离子沉积到负电极表面上，在其上金属离子起到改变电化学电势的作用。接受充电的能力增强，并且在一些实例中，超过标准电池增强了约50％。尽管上面讨论了特定实例，但是出于所提供的目的，其上的变化也可以是可接受的。
在实施例的一个或多个替代性实例中，可以改进或改变AGM铅酸电池的各种附加/替代性元件，以实现期望的性能，包括但不限于隔膜组成的改变、电池容器114的聚合物的改变、和/或其他新的或替代性部件。
因此，如在本文中的实施例的一个或多个实例中描述的电池100包括新颖的负极糊膏配方和/或糊膏组分，电解质的添加剂，稀松布表面图案，以及本文描述的类型的放射状、全框架的正极板栅和负极板栅。在实施例的一些实例中，上述与吸收性玻璃垫联合使用。然而，设想到，可以提供具有上述部件中的一种或多种的铅酸电池，而没有吸收性玻璃垫，并且反而具有隔膜。
更具体地，公开了铅酸蓄电池100。所述电池包括带盖容器。所述容器包括一个或多个隔室。在所述一个或多个隔室中设置有一个或多个电芯元件，所述一个或多个电芯元件包括正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料包含硫酸钡细颗粒和有机膨胀剂；以及在所述正极板与所述负极板之间的隔膜。电解质被设置在所述容器内。一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。在实施例的一些实例中，除了设置隔膜之外或者代替隔膜，可以设置吸收性玻璃垫。还可以设置稀松布，以及在板和/或稀松布表面上的压印的图案。在实施例的一些实例中，还可以在负极电化学活性材料中提供碳。还可以在活性材料中(例如在正极板上)提供氧化物的双峰型颗粒分布。
根据实施例的一个或多个实例，在本文中公开了电池100，所述电池作为所描述的一种或多种特征的结果，可以具有耐久性(例如循环、水消耗、发动机罩下面的使用寿命、和维持的启动-停止功能性)。电池100还可以具有高充电接受能力，其可以是动态和/或静态充电接受能力，以及处于部分充电状态下的。电池100还可以具有高电流性能，所述电流性能可以被维持以用于发动机启动，包括冷启动和暖启动。电池100可以进一步具有高电流性能，除其他之外，这可以有益于车辆102发动时的功率辅助。电池100还可以具有高容量，除其他之外，这可以用于在启动-停止操作中的停止事件期间维持车辆102系统(例如，用于照明，AC，车载计算机和其他车辆系统)。
有利地，具有本文描述的特征的电池100具有改进的性能，并且随着时间的推移提供可持续且快速的可再充电性和一致的循环性能。活性材料组合物或配方提供了超过现存AGM电池的改变或改进的充电接受能力性能和/或效率(例如动态充电接受能力)。因此，具有本文描述的一个或多个特征的电池100当在部分放电状态下运行时可以是能够实现增强的充电接受能力，适合于启动-停止操作。具有本文描述的一个或多个特征的电池100还可以提供适合用于再生制动以及启动-停止操作中的增强的动态充电接受能力。电池100还可以具有高的部分充电状态循环性能(耐久性)，能够比常规电池在显著更长的寿命期间维持车辆102的启动-停止功能性。电池100还可以具有良好的冷启动容量和发动机罩下面的寿命，以及增强的ISS(怠速启动停止)性能。
实例
以下实例是实施本发明的实施例的一个或多个实例的说明，而不是旨在限制本发明的范围。
实例1
在实施例的一个或多个实例中，将本文描述的电池100的充电接受能力并且具体地动态充电接受能力相对于各种工业标准进行比较。组装了包括本文描述的各种部件的多种电池。具体地，在展示的实例中，对比各种工业标准实例进行测试的特定电池包括板，例如负极板，所述板具有硫酸钡细颗粒、有机膨胀剂以及导电性碳。取样的电池的板(正极板和负极板两者)均包括从江森自控公司(密尔沃基，威斯康辛州)(Johnson Controls，PLC(Milwaukee，WI))可获得的
Figure BDA0002379176270000121
板栅、稀松布和板上的表面处理。
如在图13(所述图说明了根据工业标准执行的动态充电接受测试(DCA))中可以看出，本文描述的电池100表现得显著优于各种实例标准电池。如可以看出，测试结果示出DCA大于0.6A/Ahr并且在几种情况下大于0.7A/Ahr的电池。这些结果示出，对于动态充电接受能力，性能范围是标准电池的从2至5倍，并且范围可以是工业平均值的从2至3倍。
尽管示出了特定实例，但是本领域技术人员将认识到这些仅是实例，并且可以在不背离本发明的整体范围的情况下对其进行改变。
如本文所用的，术语“大致”、“约”、“基本上”以及相似的术语旨在具有与本公开的主题所属的领域普通技术人员常用和可接受的使用一致的宽泛的含义。阅读本公开的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许描述所描述的以及要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制为所提供的精确数值范围。相应地，这些术语应理解为表明，对所描述的以及要求保护的主题的非实质性的或无关紧要的修改或改变被视为在所附权利要求书中所述的本发明的范围内。
应当注意，在本说明书中对相对位置(例如，“顶部”和“底部”)的提及仅用于标识按照附图中定向的各种元件。应当认识到，具体部件的取向可以取决于使用它们的应用而大幅变化。
出于本公开的目的，术语“联接”意指两个构件直接或间接地彼此连接。此种连接本质上可以是固定的或本质上是可移动的。通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此一体地形成为单一整体、或通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此附接，可以实现此种连接。此种连接本质上可以是永久的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
同样重要的是要注意，如实施例的各种实例中示出的系统、方法和设备的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中只对几个实施例进行了详细描述，但阅读本公开的本领域技术人员将容易了解到，在实质上不背离所述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改都是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例的变化，参数值、安装布置、材料使用、颜色、取向等的变化)。例如，示出为一体地形成的元件可以由多个部分构造，或者示出为多个部分的元件可以一体地形成，接口的运行可以颠倒或以其他方式改变，系统的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，设置在元件之间的调节位置的性质或数目可以改变(例如，通过接合槽的数目或接合槽的尺寸或接合类型的改变)。根据替代性实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以在实施例的各种实例的设计、运行条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
尽管已经结合以上概述的实施例的实例描述了本发明，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是当前被预见的或可以被预见的，都可能变得显而易见。因此，如上陈述的本发明的实施例的实例旨在是说明性而不是限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本发明旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案。
本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而不是限制性的。应当注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。

Claims (20)

1.一种铅酸蓄电池，包括：
带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室；
所述一个或多个隔室中的一个或多个电芯元件，所述一个或多个电芯元件包括：
正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；
负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料包含硫酸钡细颗粒和有机膨胀剂；以及
在所述正极板与所述负极板之间的吸收性玻璃垫隔膜；所述容器内的电解质；以及
一个或多个端子柱，所述一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述负极电化学活性材料进一步包含一种或多种碳，所述碳选自由高表面积导电碳黑、天然或合成石墨、碳纳米管、石墨烯以及活性碳组成的组。
3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述电解质包含硫酸溶液，所述硫酸溶液包含一种或多种金属硫酸盐，其中所述金属硫酸盐是选自由元素Al、Mg、Na、K、Li和Zn组成的组的可溶性金属硫酸盐。
4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述正极电化学活性材料和所述负极电化学活性材料中的至少一种具有氧化物的双峰型粒度分布。
5.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述有机膨胀剂是萘磺酸盐。
6.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，进一步包括在所述正极板与所述负极板之间的附加的隔膜。
7.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，进一步包括吸水纸。
8.如权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述有机膨胀剂是木材化学品。
9.一种铅酸蓄电池，包括：
带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室；
所述一个或多个隔室中的一个或多个电芯元件，所述一个或多个电芯元件包括：
正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；
负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料，其中所述负极电化学活性材料包含硫酸钡细颗粒和有机膨胀剂；以及
在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；所述容器内的电解质；以及
一个或多个端子柱，所述一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
10.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，其中所述负极电化学活性材料进一步包含一种或多种碳，所述碳选自由高表面积导电碳黑、天然或合成石墨、碳纳米管、石墨烯以及活性碳组成的组。
11.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，其中所述电解质包含硫酸溶液，所述硫酸溶液包含一种或多种金属硫酸盐，其中所述金属硫酸盐是选自由元素Al、Mg、Na、K、Li和Zn组成的组的可溶性金属硫酸盐。
12.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，其中所述正极电化学活性材料和所述负极电化学活性材料中的至少一种具有氧化物的双峰型粒度分布。
13.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，其中所述有机膨胀剂是木材化学品。
14.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，其中所述有机膨胀剂是萘磺酸盐。
15.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，进一步包括在所述正极板与所述负极板之间的附加的隔膜。
16.如权利要求9所述的铅酸蓄电池，进一步包括吸水纸。
17.一种铅酸蓄电池，包括：
带盖容器，所述容器包括一个或多个隔室；
所述一个或多个隔室中的一个或多个电芯元件，所述一个或多个电芯元件包括：
正极板，所述正极板具有正极板栅以及在所述正极板栅上的正极电化学活性材料；
负极板，所述负极板具有负极板栅以及在所述负极板栅上的负极电化学活性材料；
其中所述负极电化学活性材料包含一种或多种碳、硫酸钡细颗粒以及一种或多种有机膨胀剂；以及
在所述正极板与所述负极板之间的吸收性玻璃垫隔膜；
所述容器内的电解质，其中所述电解质包含硫酸溶液，所述硫酸溶液包含一种或多种金属硫酸盐，其中所述金属硫酸盐是选自由元素Al、Mg、Na、K、Li和Zn组成的组的可溶性金属硫酸盐；以及
一个或多个端子柱，所述一个或多个端子柱从所述容器或所述盖延伸并且电联接至所述一个或多个电芯元件。
18.如权利要求17所述的铅酸电池，其中所述一种或多种碳选自由高表面积导电碳黑、天然或合成石墨、碳纳米管、石墨烯以及活性碳组成的组。
19.如权利要求17所述的铅酸蓄电池，其中所述正极电化学活性材料和所述负极电化学活性材料中的至少一种具有氧化物的双峰型粒度分布。
20.如权利要求17所述的铅酸蓄电池，其中所述有机膨胀剂是萘磺酸盐。
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