DE202016009027U1 - Lead-acid battery with improved performance and improved battery separators - Google Patents
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Abstract
Batterie-Separator, umfassend mehrfache Zonen von variierenden Mustern von Zacken, Vertiefungen und/oder unterbrochenen Rippen auf mindestens einer Seite davon. A battery separator comprising multiple zones of varying patterns of serrations, depressions and/or discontinuous ridges on at least one side thereof.
Description
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber und den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung, Seriennummer
GEBIETAREA
In Übereinstimmung mit mindestens ausgewählten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Systeme, welche eine Blei-Säure-Batterie und einen Batterie-Separator beinhalten, verbesserte Batterie-Separatoren, verbesserte Fahrzeuge, welche solche Systeme beinhalten, und/oder Verfahren der Herstellung und/oder Verwendung oder Kombinationen davon ab. In Übereinstimmung mit mindestens bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien und/oder verbesserte Batterie-Separatoren für solche Batterien und/oder Verfahren der Herstellung, des Testens und/oder der Verwendung solcher verbesserten Flooded-Blei-Säure-Batterien oder Kombinationen davon ab. In accordance with at least selected embodiments, the present disclosure is directed to improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, improved systems including a lead-acid battery and a battery separator, improved battery separators, improved Vehicles incorporating such systems and/or methods of manufacture and/or use or combinations thereof. In accordance with at least certain embodiments, the present disclosure or invention is directed to improved flooded lead-acid batteries and/or improved battery separators for such batteries and/or methods of making, testing and/or using such improved flooded lead-acid batteries -Acid batteries or combinations thereof.
Darüber hinaus werden hierin ein Verfahren, ein System, eine Batterie und/oder ein Batterie-Separator zur Verringerung der Säureschichtung, wobei dies die Batterielebensdauer und die Batterieleistungsfähigkeit in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie und in solchen Batterien erhöht, die in Teilladungszuständen betrieben werden, offenbart.Additionally, disclosed herein is a method, system, battery, and/or battery separator for reducing acid stratification, thereby increasing battery life and battery performance in a flooded lead-acid battery and in those batteries operating in partial charge states are revealed.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Zur Verringerung des Treibstoffverbrauchs und der Entstehung von Emissionen aus dem Auspuffendrohr haben Automobilhersteller unterschiedliche Stufen einer elektrischen Hybridisierung etabliert. Eine Form eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs (HEV) wird manchmal als das „Micro-HEV“ oder „Mikrohybrid“ bezeichnet. Bei derartigen Mikro-HEVs oder ähnlichen Fahrzeugen kann ein Automobil über eine Leerlauf-Start/Stopp-Funktion (ISS) verfügen, mittels deren Hilfe der Motor sich an verschiedenen Zeitpunkten während der Leerlauf-Start/Stopp[-Phase] und/oder eines regenerierenden Bremsvorgangs abschalten kann. Obwohl dies die Treibstoff-Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs verbessert, steigert es auch die Belastung für die Batterie, die Nebenaggregate (wie Klimaanlage, Medien-Abspielgeräte und dergleichen) mit Energie versorgen muss, während das Fahrzeug sich nicht in Bewegung befindet.To reduce fuel consumption and tailpipe emissions, automobile manufacturers have established different levels of electric hybridization. One form of hybrid electric vehicle (HEV) is sometimes referred to as the “micro-HEV” or “microhybrid”. In such micro-HEVs or similar vehicles, an automobile may have an idle start/stop function (ISS) that allows the engine to start at various times during the idle start/stop phase and/or a regenerating period Braking process can be switched off. Although this improves the vehicle's fuel economy, it also increases the burden on the battery, which must power ancillary equipment (such as air conditioning, media players, and the like) while the vehicle is not in motion.
Herkömmliche Fahrzeuge (wie Automobile ohne Start/Stopp-Fähigkeit) können herkömmliche Flooded-Blei-Säure-Batterien, wie Start-Licht-Zündung (SLI)-Blei-Säure-Batterien, nutzen. Weil sich der Motor niemals während des Betriebs abschaltet, wird nur dann Energie aus der Batterie abgezogen, wenn der Motor angelassen wird. Daher befindet sich die Batterie typischerweise in einem Zustand der Überladung, nicht in einem teilweise geladenen Zustand. Zum Beispiel kann sich eine solche herkömmliche Flooded-Blei-Säure-Batterie in einem Ladungs-Zustand befinden, der zu mehr als 95% geladen, mehr als 96%, mehr als 97%, mehr als 98%, mehr als 99% oder sogar mehr als 100% geladen ist, wie es häufig in einem Zustand der Überladung der Fall ist. Bei einer Überladung werden Gasblasen (zum Beispiel Wasserstoffgas-Blasen) im Inneren der herkömmlichen Blei-Säure-Batterie erzeugt und diese zirkulierenden Gasblasen sorgen dafür, den flüssigen Elektrolyten (die Säure) innerhalb der Batterie zu durchmischen.Conventional vehicles (such as automobiles without start/stop capability) may use conventional flooded lead-acid batteries, such as start-light ignition (SLI) lead-acid batteries. Because the engine never switches off during operation, energy is only drawn from the battery when the engine is started. Therefore, the battery is typically in an overcharged state, not a partially charged state. For example, such a conventional flooded lead-acid battery may be in a charge state that is more than 95% charged, more than 96%, more than 97%, more than 98%, more than 99% or even is more than 100% charged, as is often the case in a state of overcharge. When overcharged, gas bubbles (e.g. hydrogen gas bubbles) are created inside the traditional lead-acid battery and these circulating gas bubbles cause the liquid electrolyte (acid) to mix within the battery.
Start/Stopp-Fahrzeuge auf der anderen Seite ziehen aus der Batterie kontinuierlich Energie ab, die deswegen konstant in einem Zustand einer teilweisen Ladung ist. Bei einer Teilladung werden keine Gasblasen erzeugt, und das interne Durchmischen des Elektrolyten ist wesentlich herabgesetzt, wobei dies zur Bildung von Säureschichten innerhalb der Batterie führt. Deswegen ist die Säureschichtung ein Problem innerhalb von Flooded-Blei-Säure-Batterien für einen Start/Stopp-Betrieb und verschiedenen verbesserten Flooded-Batterien, während eine Säureschichtung bei eher herkömmlichen oder traditionellen Flooded-Blei-Säure-Batterien, die in einem Zustand der Überladung oder Vollladung (oder fast an der Vollladung) betrieben werden, schlechterdings kein Problem darstellte.Start/Stop vehicles, on the other hand, continuously draw energy from the battery, which is therefore constantly in a state of partial charge. With a partial charge, no gas bubbles are generated and the internal mixing of the electrolyte is significantly reduced, which leads to the formation of acid layers within the battery. Therefore, acid stratification is a problem within flooded lead-acid batteries for start/stop operation and various improved flooded batteries, while acid stratification occurs in more conventional or traditional flooded lead-acid batteries that are in a state of Overcharge or full charge (or close to full charge) was no problem at all.
Eine Säureschichtung ist der Begriff für den Vorgang, in dessen Verlauf sich dichtere Schwefelsäure am Boden der Batterie konzentriert, wobei dies zu einer entsprechenden höheren Konzentration von Wasser im oberen Bereich der Batterie führt. Eine Säureschichtung ist innerhalb einer Flooded-Blei-Säure-Batterie, wie eine verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterie oder eine Flooded-Blei-Säure-Batterie für einen Start/Stopp-Betrieb nicht erwünscht. Die verringerten Spiegel der Säure im oberen Bereich der Batterie können die Gleichförmigkeit und die Ladungsaufnahme innerhalb des Batteriesystems hemmen und können die Variation des Innenwiderstands vom oberen Bereich zum Boden entlang der Höhe der Batterie erhöhen. Erhöhte Spiegel der Säure am Boden der Batterie heben die Spannung der Batterie auf eine künstliche Weise an, wobei dies mit Batterie-Steuerungssystemen interferieren kann und möglicherweise nicht beabsichtigte/fehlerhafte Signale bezüglich des ordnungsgemäßen Zustands an ein Batterie-Steuerungssystem weiterleiten kann. Insgesamt gesehen, führt eine Säureschichtung zu einem höheren Widerstand entlang von Teilen der Batterie, wobei dies zu Elektrodenproblemen und/oder zu einer kürzeren Lebensdauer der Batterie führen kann. Angesichts der Tatsache, dass Start/Stopp-Batterien und/oder andere verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien gemäß den Erwartungen mehr und mehr bei hybriden und vollständig elektrischen Fahrzeugen vorherrschend sein werden, um die Effizienz des Treibstoffs für das Fahrzeug zu steigern und CO2-Emissionen zu verringern, werden Lösungen zur Verringerung der Säureschichtung und/oder zur Verbesserung der Säuredurchmischung dringend benötigt.Acid stratification is the term for the process by which denser sulfuric acid concentrates at the bottom of the battery, resulting in a corresponding higher concentration of water at the top of the battery. Acid stratification is not desirable within a flooded lead-acid battery, such as an improved flooded lead-acid battery or a flooded lead-acid battery for start/stop operation. The reduced levels of acid in the top of the battery can inhibit uniformity and charge acceptance within the battery system and can increase the variation in internal resistance from top to bottom along the height of the battery. Elevated levels of acid at the bottom of the battery artificially raise the voltage of the battery, which may interfere with battery control systems and may pass unintended/erroneous health signals to a battery control system. Overall, acid stratification results in higher resistance along parts of the battery, which can lead to electrode problems and/or shorter battery life. Given that start/stop batteries and/or other improved flooded lead-acid batteries are expected to become more and more prevalent in hybrid and fully electric vehicles to increase vehicle fuel efficiency and CO 2 emissions, solutions to reduce acid stratification and/or to improve acid mixing are urgently needed.
In einigen Fällen lässt sich eine Säureschichtung vermeiden, indem die VRLA (Ventil-gesteuerte Blei-Säure)-Technologie herangezogen wird, wobei die Säure entweder durch einen gelierten Elektrolyten und/oder durch ein Batterie-Separatorsystem mit einer Absorptionsmittel-Glasmatte (AGM) immobilisiert wird. Im Gegensatz zum frei fließenden Elektrolyten in Flooded-Blei-Säure-Batterien ist der Elektrolyt in VRLA-AGM-Batterien auf einem faserigen oder faserartigen Material, wie eine Glasfaser-Matte, eine Polymerfaser-Matte, ein gelierter Elektrolyt und so weiter, absorbiert. Allerdings sind VRLA-AGM-Batteriesysteme beträchtlich teurer in der Herstellung als Flooded-Batterie-Systeme. Die VRLA-AGM-Technologie kann in manchen Fällen gegenüber einer Überladung anfälliger sein, kann bei großer Hitze austrocknen, kann einem allmählichen Nachlassen der Kapazität unterliegen und kann eine niedrigere spezifische Energie besitzen. In ähnlicher Weise können in einigen Fällen Gel- VRLA-Technologien einen höheren Innenwiderstand aufweisen und können eine verringerte Ladungsaufnahme haben.In some cases, acid stratification can be avoided by using VRLA (valve-controlled lead-acid) technology, where the acid is immobilized either by a gelled electrolyte and/or by a battery separator system with an absorbent glass mat (AGM). becomes. Unlike the free-flowing electrolyte in flooded lead-acid batteries, the electrolyte in VRLA-AGM batteries is absorbed on a fibrous or fibrous material, such as a fiberglass mat, a polymer fiber mat, a gelled electrolyte, and so on. However, VRLA AGM battery systems are significantly more expensive to manufacture than flooded battery systems. VRLA-AGM technology may in some cases be more susceptible to overcharging, may dry out in high heat, may be subject to gradual loss of capacity, and may have lower specific energy. Similarly, in some cases, gel VRLA technologies may have higher internal resistance and may have reduced charge absorption.
Somit gibt es einen Bedarf daran, weiterhin verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien, wie verbesserte Flooded-Batterien für einen Start/Stopp-Betrieb, die keiner Säureschichtung während des Betriebs unterliegen und/oder verringerte oder deutlich verringerte Niveaus von Säureschichtung während des Betriebs aufweisen, zu entwickeln. Es besteht ein Bedarf an verbesserten verstärkten Flooded-Blei-Säure-Batterien mit verbesserter Gleichförmigkeit und Leistungsfähigkeit im Vergleich mit denjenigen, die bereits verfügbar sind, und mit einem Leistungsvermögen, das mit demjenigen, das in bestimmten VRLA-AGM-Batterien festgestellt werden kann, konkurriert oder es sogar übertrifft.Thus, there is a need to further improve flooded lead-acid batteries, such as improved flooded batteries for start/stop operation, which are not subject to acid stratification during operation and/or have reduced or significantly reduced levels of acid stratification during operation to develop. There is a need for improved enhanced flooded lead-acid batteries with improved uniformity and performance compared to those already available and with performance comparable to that found in certain VRLA AGM batteries. competes or even surpasses it.
KURZFASSUNGSHORT VERSION
In Übereinstimmung mit mindestens ausgewählten Ausführungsformen kann die vorliegende Offenbarung oder Erfindung die oben erwähnten und weitere Bedürfnisse angehen. Zum Beispiel ist die vorliegende Offenbarung oder Erfindung mindestens gemäß bestimmter Ausführungsformen auf neue, verbesserte oder optimierte Flooded-Blei-Säure-Batterien, Systeme und Separatoren für Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien, sowie auf Verfahren zur Herstellung, Prüfung und/oder Verwendung derselben und/oder Fahrzeuge, welche dieselben umfassen, gerichtet oder kann diese bereitstellen.In accordance with at least selected embodiments, the present disclosure or invention may address the above and other needs. For example, at least in certain embodiments, the present disclosure or invention is directed to new, improved, or optimized flooded lead-acid batteries, systems and separators for enhanced flooded lead-acid batteries, and methods of manufacturing, testing, and/or Use of the same and/or vehicles comprising the same is directed or can provide this.
Hierin werden neue, verbesserte oder optimierte Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien mit speziellen Arten von Separatoren offenbart. Überraschenderweise ist festgestellt worden, dass durch eine zweckmäßige Auswahl von charakteristischen Merkmalen der Oberflächen von Separatoren (und wahlweise mit bestimmter Batterieplattenausrichtung und Separatorausrichtung im Fahrzeug) eine Säureschichtung reduziert und/oder verhindert werden kann und eine entsprechende Zunahme der Batterie-Leistungsfähigkeit festgestellt werden kann, und zwar eine Leistungsfähigkeit, die nahe an der Leistungsfähigkeit bestimmter VRLA AGM oder VRLA-AGM-Batterien liegt, ihr gleich ist oder sogar größer ist. Darüber hinaus ist überraschenderweise festgestellt worden, dass, wenn man einen oder mehrere der hierin beschriebenen Separatoren zusammen mit einer oder mehrerer der hierin beschriebenen Batterien verwendet, und diese in Bewegung verwendet, eine solche Bewegung der erfindungs-gemäßen Batterien und Separatoren die verbesserte Durchmischung oder Zirkulation der Säure und/oder eine verringerte oder vollständig verhinderte Säureschichtung begünstigt, ohne dass gewisse mechanische Hilfsmittel oder gewisse Einbauten für die Säuredurchmischung (ungefähr wie eine Pumpe zur Durchmischung der Säure) erforderlich sind. Verschiedene Ausführungsformen werden unten noch detaillierter beschrieben.New, improved or optimized enhanced flooded lead-acid batteries with special types of separators are disclosed herein. Surprisingly, it has been found that through an appropriate selection of characteristic features of the surfaces of separators (and optionally with a specific battery plate orientation and separator orientation in the vehicle) acid stratification can be reduced and/or prevented and a corresponding increase in battery performance can be determined, and although a performance that is close to, equal to or even greater than the performance of certain VRLA AGM or VRLA-AGM batteries. Furthermore, it has surprisingly been found that when one or more of the separators described herein are used together with one or more of the batteries described herein, and used in motion, such motion of the batteries and separators according to the invention improves mixing or circulation the acid and/or reduced or completely prevented acid stratification, without the need for certain mechanical aids or certain internals for the acid mixing (approximately like a pump for mixing the acid) is required. Various embodiments are described in more detail below.
In Übereinstimmung mit mindestens ausgewählten Ausführungsformen, Aspekten oder Zielen zielt die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Systeme, welche eine Blei-Säure-Batterie und einen Batterie-Separator beinhalten, verbesserte Batterie-Separatoren, verbesserte Fahrzeuge, die solche Systeme beinhalten, und/oder Verfahren der Herstellung und/oder Verwendung ab.In accordance with at least selected embodiments, aspects or objectives, the present disclosure is directed to improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, improved systems including a lead-acid battery and a battery separator, improved battery -Separators, improved vehicles incorporating such systems, and/or methods of manufacture and/or use.
In Übereinstimmung mit mindestens ausgewählten Ausführungsformen, Aspekten oder Zielen kann die vorliegende Offenbarung Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien, wie Enhanced-Flooded-Batterien für einen Start/Stopp-Betrieb, die keiner Säureschichtung während des Betriebs unterliegen und/oder verringerte oder deutlich verringerte Säureschichtung während des Betriebs aufweisen, verbesserte Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien mit verbesserter Gleichförmigkeit wie Säuredurchmischungsgleichförmigkeit und dergleichen, verbesserte Batterien, die in einem Teilladungszustand betrieben werden, und/oder einem Leistungsfähigkeit im Vergleich zu dem, was bisher verfügbar war, und/oder verbesserte Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien mit einer Leistungsfähigkeit, welche mindestens mit bestimmten VRLA-AGM-Batterien konkurriert oder jene von diesen übertrifft, bereitstellen.In accordance with at least selected embodiments, aspects or objectives, the present disclosure may include enhanced flooded lead-acid batteries, such as enhanced flooded batteries for start/stop operation, which are not subject to acid stratification during operation and/or reduced or having significantly reduced acid stratification during operation, improved enhanced flooded lead-acid batteries with improved uniformity such as acid mixing uniformity and the like, improved batteries operating in a partial charge state and/or performance compared to what was previously available , and/or provide improved enhanced flooded lead-acid batteries with performance that at least competes with or exceeds certain VRLA AGM batteries.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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1A -1H umfasst eine Reihe von Fotografien, in denen Zellen, die 90 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, verglichen werden. Die obere Reihe,1A -1D , stellt Zellen mit einem Separator mit gezackten Rippen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Die untere Reihe,1E -1H , stellt Zellen mit einem herkömmlichen Separator mit festen Rippen dar, bei denen solche festen Rippen vertikal entlang des Separators verlaufen.1A -1H includes a series of photographs comparing cells exposed to 90 start/stop events or cycles. The top row,1A -1D , illustrates cells with a serrated ridge separator according to an exemplary embodiment. The bottom row,1E -1H , illustrates cells with a conventional fixed rib separator in which such solid ribs extend vertically along the separator. -
2A -2H umfasst eine Reihe von Fotografien, die Zellen, die 60 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, gefolgt von einer Nachtruhe, vergleicht. Die Testzellen werden mit Separatoren bereitgestellt, die ähnlich jenen sind, die in1A -1H gezeigt sind, wobei die obere Reihe einen Separator mit gezackten Rippen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt und die untere Reihe Zellen mit herkömmlichem Separator mit festen Rippen zeigt.2A -2H includes a series of photographs comparing cells exposed to 60 start/stop events or cycles followed by a night's sleep. The test cells are provided with separators similar to those used in1A -1H wherein the top row shows a serrated rib separator according to an exemplary embodiment and the bottom row shows cells with conventional solid rib separator. -
3A -3H umfasst eine Reihe von Fotografien, in denen Zellen, die 90 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, verglichen werden. Die Testzellen in der oberen Reihe sind mit Separatoren mit gezackten Rippen mit engerem Abstand im Vergleich mit jenen, die in1A -1H und2A -2H gezeigt sind, verglichen werden. Die untere Reihe ist mit Zellen mit einem herkömmlichen Separator mit festen Rippen bereitgestellt, wobei die festen Rippen entlang des Separators vertikal sind.3A -3H includes a series of photographs comparing cells exposed to 90 start/stop events or cycles. The test cells in the top row are equipped with separators with serrated ribs with closer spacing compared to those in1A -1H and2A -2H are shown can be compared. The bottom row is provided with cells with a conventional fixed rib separator, the fixed ribs being vertical along the separator. -
4A -4H umfasst eine Reihe von Fotografien, die Zellen, die 90 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, verglichen werden. Die obere Reihe stellt Zellen mit einem Vertiefungsseparator gemäß beispielhafter Ausführungsformen dar. Die untere Reihe stellt Zellen mit einem herkömmlichen Separator dar, der feste große und feste kleine Rippen umfasst, wobei solche großen und kleinen festen Rippen vertikal entlang des Separators verlaufen.4A -4H includes a series of photographs comparing cells exposed to 90 start/stop events or cycles. The top row represents cells with a well separator according to exemplary embodiments. The bottom row represents cells with a conventional separator that includes fixed large and fixed small ribs, such large and small solid ribs extending vertically along the separator. -
5A -5H umfasst eine Reihe von Fotografien, in denen Zellen, die 90 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, verglichen werden. Die obere Reihe stellt Zellen mit einem Vertiefungsseparator gemäß beispielhaften Ausführungsformen dar. Die untere Reihe stellt Zellen mit einem Separator mit festen Rippen, die vertikal entlang des Separators verlaufen, kombiniert mit Vertiefungen dar.5A -5H includes a series of photographs comparing cells exposed to 90 start/stop events or cycles. The top row represents cells with a well separator according to exemplary embodiments. The bottom row represents cells with a separator with solid ridges running vertically along the separator combined with wells. -
6A -6H umfasst einen Satz von Fotografien, in denen Zellen, die 90 Start/Stopp-Ereignissen oder -Zyklen ausgesetzt wurden, verglichen werden. Die obere Reihe stellt Zellen mit einem Vertiefungsseparator gemäß beispielhaften Ausführungsformen dar und die untere Reihe stellt Zellen mit einem Separator, der feste Rippen umfasst, die diagonal entlang des Separators verlaufen (in einem kleinen Winkel relativ zur vertikalen Richtung des Separators), dar.6A -6H includes a set of photographs comparing cells exposed to 90 start/stop events or cycles. The top row represents cells with a well separator according to exemplary embodiments and the bottom row represents cells with a separator that includes solid ribs that run diagonally along the separator (at a small angle relative to the vertical direction of the separator). -
7A und7B enthalten Fotografien, die einen herkömmlichen Separator mit festen Rippen (7A) und überhaupt keinen Separator (7B) in einem Gefäß, das mit Säure mit einem spezifischem Gewicht von 1,28 gefüllt ist, die gemischt wird, vergleichen.7A and7B contain photographs comparing a conventional solid rib separator (7A) and no separator at all (7B) in a vessel filled with 1.28 specific gravity acid being mixed. -
8 umfasst eine Fotografie von Zellen, die unter Verwendung eines Separators mit gezackten Rippen gemäß der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurden, bevor sie auf Säureschichtung getestet wurden.8th includes a photograph of cells constructed using a serrated rib separator according to the present disclosure before being tested for acid stratification. -
9 umfasst eine Fotografie der Zellen der8 , die in einem Gehäuse für Säureschichtungstests zusammengebaut sind. Bleibänder sind über die Gruppe von Elektroden und Separatoren gelegt.9 includes a photograph of the cells of the8th , which are assembled in a housing for acid stratification testing. Lead tapes are placed over the group of electrodes and separators. -
10 umfasst eine Fotografie einer Querschnittsansicht einer Zacke oder einer gezackten Rippe auf einem Separator, der gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird.10 includes a photograph of a cross-sectional view of a serration or serrated ridge on a separator used in accordance with various embodiments described herein. -
11 umfasst zwei Ansichten des Profils eines gezackten Separators, der gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird.11 includes two views of the profile of a serrated separator used in accordance with various embodiments described herein. -
12 zeigt ein Diagramm der Leitfähigkeit von Schwefelsäurelösungen bei 25°C (77°F). Dieses Diagramm hilft zu verstehen, dass die Säureschichtung zu einem ungleichmäßigen Strom führen kann aufgrund von Unterschieden in der Leitfähigkeit in den Regionen mit hoher und niedriger Säure der Zelle und/oder Batterie. Das Diagramm zeigt Daten aus http://myweb.wit.edu/sandinic/Research/conductivity%20v %20concentration.pdf, auf das am 26. Juli 2016 zugegriffen wurde; wobei die Leitfähigkeit in Siemens/Zentimeter gemessen wird und als eine Funktion der Konzentration der Schwefelsäurelösung als Prozentsatz von Gewicht dargestellt ist.12 shows a graph of the conductivity of sulfuric acid solutions at 25°C (77°F). This diagram helps understand that acid stratification can result in uneven current due to differences in conductivity in the high and low acid regions of the cell and/or battery. Chart shows data from http://myweb.wit.edu/sandinic/Research/conductivity%20v %20concentration.pdf accessed July 26, 2016; where conductivity is measured in Siemens/centimeter and is presented as a function of the concentration of the sulfuric acid solution as a percentage of weight. -
13A -13F umfasst Fotografien von Zellen, die ähnlich wie die in der6A -6H dargestellten Zellen aufgebaut sind. Jedoch wurde für die in der13A bis13F dargestellten Zellen der Separator senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs in das System eingeführt, wohingegen für die in der6A -6H dargestellten Zellen der Separator parallel zur Bewegungsrichtung in das System eingeführt wurde.13A -13F includes photographs of cells similar to those in the6A -6H cells shown are constructed. However, for those in the13A until13F In the cells shown, the separator is inserted into the system perpendicular to the direction of movement of the vehicle, whereas for the cells in the6A -6H In the cells shown, the separator was inserted into the system parallel to the direction of movement. -
14 umfasst eine Fotografie eines Batterie-Separators, der gezackte Rippen gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen aufweist, wobei dieser Separator verwendet wurde, um Elektroden zum Herstellen einer Start/Stopp-Flooded-Blei-Säure-Batterie für Kraftfahrzeuge zum Testen zu umhüllen, wobei die Ergebnisse dieser Testung unten beschrieben sind.14 includes a photograph of a battery separator having serrated ridges in accordance with various embodiments described herein, which separator was used to encase electrodes for making a start/stop flooded automotive lead-acid battery for testing, the results being of this test are described below. -
15A-15D umfassen Diagramme mehrerer gezackter Profile für einen Separator gemäß verschiedenen Ausführungsformen hierin. Verschiedene optimierte Profile für Separatoren zum Verbessern und Verstärken des Säuremischens sind hierin offenbart, und die in den15A-15D dargestellten Diagramme sind lediglich beispielhaft für solche optimierten Profile; viele andere optimierte Profile fallen in den Bereich der hierin beschriebenen und beanspruchten verbesserten Separatoren, Batterien, Systeme und Verfahren.15A-15D include diagrams of multiple serrated profiles for a separator according to various embodiments herein. Various optimized profiles for separators to improve and enhance acid mixing are disclosed herein and those in the15A-15D The diagrams shown are merely examples of such optimized profiles; many other optimized profiles fall within the scope of the improved separators, batteries, systems and methods described and claimed herein. -
16 umfasst ein Diagramm, das einen Zyklustest für ein Beispiel einer Enhanced-Flooded-Batterie oder einer Flooded-Batterie, die in einem erweiterten Modus arbeitet, zeigt.16 includes a diagram showing a cycle test for an example of an enhanced flooded battery or a flooded battery operating in an enhanced mode. -
17A zeigt ein horizontales Beschleunigungsprofil mit seitlicher Bewegung oder Bewegung von Seite zu Seite, modelliert als sinusförmige Beschleunigung, der Batterie-Separator zur Analyse mit Computational Fluid Dynamics (CFD) ausgesetzt waren.17B -17E zeigt einen visuellen Vergleich eines Separators mit festen Rippen und eines Separators mit gezackten Rippen, jeweils nach ungefähr 6 Sekunden (wie gezeigt) und jeweils der in17A definierten Bewegung ausgesetzt und unter Verwendung von CFD analysiert. Beide analysierten Separatoren hüllten eine positive Elektrodenplatte („positive Umhüllung“ oder „positive Umwicklung“) ein.17A shows a horizontal acceleration profile with lateral or side-to-side motion, modeled as a sinusoidal acceleration, to which the battery separator was subjected for analysis using Computational Fluid Dynamics (CFD).17B -17E shows a visual comparison of a solid fin separator and a serrated fin separator, each after approximately 6 seconds (as shown) and the in17A exposed to defined movement and analyzed using CFD. Both analyzed separators encased a positive electrode plate (“positive wrap” or “positive wrap”). -
18A und18B zeigt einen Separator mit festen Rippen, welcher der in17A definierten Bewegung mit horizontaler Beschleunigung für 60 Sekunden ausgesetzt und unter Verwendung von CFD analysiert ist, um das Durchmischen eines geschichteten Elektrolyten einer Flooded-Blei-Säure-Batterie zu zeigen.18C zeigt die Volumengleichmäßigkeit der Säurefraktion der Analyse von18A und18B .18A and18B shows a separator with fixed ribs, which is the in17A defined motion with horizontal acceleration for 60 seconds and analyzed using CFD to show the mixing of a layered electrolyte of a flooded lead-acid battery.18C shows the volumetric uniformity of the acid fraction of the analysis of18A and18B . -
19A und19B zeigt einen Separator mit gezackten Rippen, welcher der in17A definierten Bewegung für 60 Sekunden ausgesetzt und unter Verwendung von CFD analysiert ist, um das Durchmischen eines geschichteten Elektrolyten einer Flooded-Blei-Säure-Batterie zu zeigen.19C zeigt die Volumengleichmäßigkeit der Analyse von19A und19B .19A and19B shows a separator with serrated ribs, which is the in17A subjected to defined motion for 60 seconds and analyzed using CFD to show the mixing of a layered electrolyte of a flooded lead-acid battery.19C shows the volume uniformity of the analysis of19A and19B . -
20A-20B zeigen einen Vergleich der CFD-Analysen von18A-18C und19A-19C .20A-20B show a comparison of the CFD analyzes of18A-18C and19A-19C . -
21 definiert eine Schaukelbewegung, die in einer CFD-Analyse eines Separators mit gezackten Rippen verwendet wird.21 defines a rocking motion used in a CFD analysis of a serrated fin separator. -
22 zeigt eine bildliche Darstellung der CFD-Analyse eines Separators mit gezackten Rippen, welcher der in21 beschriebenen Bewegung ausgesetzt ist.22 shows a pictorial representation of the CFD analysis of a separator with serrated ribs, which is the in21 is exposed to the movement described. -
23 ist eine schematische Darstellung eines Separators, der eine negative Elektrodenplatte („negative Umhüllung“ oder „negative Umwicklung“) einer Flooded-Blei-Säure-Batterie, wie einer Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie und/oder einer ISS-Flooded-Blei-Säure-Batterie, umhüllt.23 is a schematic representation of a separator that forms a negative electrode plate (“negative wrap” or “negative wrap”) of a flooded lead-acid battery, such as an enhanced flooded lead-acid battery and/or an ISS flooded battery. Lead-acid battery, covered. -
24A ist eine grafische Darstellung einer CFD-Analyse eines negativ umhüllenden Separators mit gezackten Rippen, der einer seitlichen Bewegung ausgesetzt ist, und vergleicht dies weiter mit einer grafischen Darstellung einer CFD-Analyse eines positiv umhüllenden Separators mit gezackten Rippen, der derselben seitlichen Bewegung ausgesetzt ist.24B ist eine grafische Darstellung der Volumengleichmäßigkeit des negativ umhüllenden Separators mit gezackten Rippen von24A .24C ist ein grafischer Vergleich der Volumengleichmäßigkeit von negativ umhüllenden und positiv umhüllenden Separatoren mit gezackten Rippen.24A is a graphical representation of a CFD analysis of a negative wrapping serrated separator subjected to lateral movement and further compares this to a graphical representation of a CFD analysis of a positive wrapping serrated separator subjected to the same lateral movement.24B is a graphical representation of the volume uniformity of the negative envelope separator with serrated ribs of24A .24C is a graphical comparison of the volume uniformity of negative-enveloping and positive-enveloping serrated separators. -
25A-25F zeigen Variablen von unterbrochenen Rippenstrukturen gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.25A-25F show variables of interrupted rib structures according to exemplary embodiments of the present disclosure. -
26A -26G veranschaulichen Batterie-Separatoren mit unterbrochenen Rippen gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und wie in den darin gezeigten Strukturen definiert.26A -26G illustrate broken rib battery separators according to exemplary embodiments of the present disclosure and as defined in the structures shown therein. -
27A und27B ist ein grafischer Vergleich einer CFD-Analyse eines negativ umhüllenden Separators mit gezackten Rippen und eines negativ umhüllenden Separators mit unterbrochenen Rippen, die einer seitlichen Bewegung ausgesetzt werden.27C und27D zeigt einen Vergleich der Volumengleichmäßigkeit mehrerer CFD-Analysen von zuvor beschriebenen Separatoren, die einer seitlichen Bewegung ausgesetzt wurden.27A and27B is a graphical comparison of a CFD analysis of a negative wrap separator with serrated ribs and a negative wrap separator with interrupted ribs subjected to lateral movement.27C and27D shows a comparison of the volumetric uniformity of several CFD analyzes of previously described separators subjected to lateral movement. -
28A und28B ist ein grafischer Vergleich einer CFD-Analyse eines negativ umhüllenden Separators mit festen Rippen und eines negativ umhüllenden Separators mit unterbrochenen Rippen, die einer seitlichen Bewegung ausgesetzt werden.28C zeigt einen Vergleich der Volumengleichmäßigkeit mehrerer CFD-Analysen eines Separators mit festen Rippen, eines Separators mit gezackten Rippen und eines Separators mit unterbrochenen Rippen - alle negative umhüllend.28A and28B is a graphical comparison of a CFD analysis of a negative wrap separator with fixed ribs and a negative wrap separator with interrupted ribs subjected to lateral movement.28C shows a comparison of the volumetric uniformity of multiple CFD analyzes of a solid-fin separator, a serrated-fin separator, and an interrupted-fin separator - all enveloping negative ones. -
29A beschreibt einen Separator mit drei Zonen mit unterschiedlichen unterbrochenen Rippenstrukturen.29B zeigt Variable für unterbrochene Rippen für einen Drei-Zonen-Separator mit unterbrochenen Rippen.29C zeigt Variable für unterbrochene Rippen für einen einzonigen Separator mit unterbrochenen Rippen.29A describes a separator with three zones with different interrupted rib structures.29B shows broken rib variable for a three zone separator with broken ribs.29C shows broken rib variable for a single zone broken rib separator. -
30A-30H zeigen Variationen von Separatoren mit unterbrochenen Rippenstrukturen mit vielfachen Zonen.30A-30H show variations of separators with interrupted rib structures with multiple zones. -
31A -31D zeigt grafische Darstellungen von CFD-Analysen von vier verschiedenen dreizonigen, negativ umhüllenden Separatoren mit unterbrochenen Rippenstrukturen.31A -31D shows graphical representations of CFD analyzes of four different three-zone, negative wrap separators with interrupted rib structures. -
32A und32B ist ein grafischer Vergleich von CFD-Analysen eines negativ umhüllenden Drei-Zonen-Separators mit unterbrochener Rippenstruktur und eines negativ umhüllenden Ein-Zonen-Separators mit unterbrochenen Rippen (wie in26D dargestellt), die einer seitlichen Bewegung ausgesetzt sind.32C zeigt einen Vergleich der Volumengleichmäßigkeit mehrerer CFD-Analysen von zuvor beschriebenen Separatoren, die einer seitlichen Bewegung ausgesetzt wurden.32A and32B is a graphical comparison of CFD analyzes of a negative-enveloping three-zone interrupted-fin separator and a negative-enveloping one-zone interrupted-fin separator (as in26D shown) that are exposed to lateral movement.32C shows a comparison of the volumetric uniformity of several CFD analyzes of previously described separators subjected to lateral movement. -
33A-33C veranschaulichen den Kopfraum von Batterien mit Ablenkelementen gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.33A-33C illustrate the headspace of batteries with baffles according to exemplary embodiments of the present disclosure. -
34A-34H veranschaulichen Variationen beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.34A-34H illustrate variations of exemplary embodiments of the present disclosure. -
35 zeigt einen Separator für eine Hochzellenbatterie mit einer Rippenstruktur, wie es im Wesentlichen in26D gezeigt ist.35 shows a separator for a high cell battery with a rib structure as essentially shown in26D is shown. -
36 zeigt eine sich über die Zeit ändernde Volumengleichmäßigkeit der CFD-Analyse des in35 dargestellten Separators im Vergleich zu anderen Separatorgestaltungen.36 shows a changing volume uniformity over time of the CFD analysis of the in35 Separator shown in comparison to other separator designs. -
37 zeigt Vergleiche des Geschwindigkeitskontur-Zeitverlaufs des erfindungsgemäßen Konzeptes 1 des hohen Säuremischprofils mit dem herkömmlichen hohen Profil der festen Leitelemente.37 shows comparisons of the velocity contour time course of theinventive concept 1 of the high acid mixing profile with the conventional high profile of the solid guide elements. -
38 zeigt einen beispielhaften erfindungsgemäßen Abstandshalter mit einer Struktur von unterbrochenen Rippen, die beispielsweise zwischen einem flachen Separator und einer Elektrode angeordnet sein können.38 shows an exemplary spacer according to the invention with a structure of interrupted ribs, which can be arranged, for example, between a flat separator and an electrode. -
39A-39C zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Dimensionswerten, die erfinderische Motive-Power-Separatorprofile, Abstand und Kopfraum in beispielsweise hohen Batterien oder Batteriegehäusen darstellen.39A-39C show exemplary embodiments of dimensional values representing inventive motif power separator profiles, spacing and headspace in, for example, tall batteries or battery cases. -
40 und41 zeigen Profilprototypen beispielhafter erfinderischer Säuremischprofile.40 and41 show profile prototypes of exemplary inventive acid mixture profiles. -
42A und42B umfasst Bilder, die den Mischungsvorteil eines erfindungsgemäßen Profils gegenüber einem herkömmlichen festen Rippenprofil zeigen.42A and42B includes images showing the mixing advantage of a profile according to the invention over a conventional solid rib profile.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
In hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen wird ein Separator angewandt, der das Elektrolytmischen und/oder die Zirkulation in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie steigert. In gewissen Ausführungsformen wird ein Separator angewandt, der die Säureschichtung senkt. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blei-Säure-Batterie offenbart, in welcher die Säureschichtung in starkem Maße im Vergleich zu einer bekannten Batterie verringert ist, und zwar aufgrund eines verbesserten oder gesteigerten Separators oder Separatorsystems für ein Säuremischen und zur Verhinderung oder mindestens Verringerung der Säureschichtung und der negativen Auswirkungen der Säureschichtung. Solche Batterien können zum Beispiel in Fahrzeugen mit Batterien verwendet werden, welche in Bewegung sind. Und in verschiedenen Ausführungsformen führt die Bewegung des Fahrzeugs (zum Beispiel ein Elektrofahrzeug oder teilweise elektrisches Fahrzeug, welches eine Start/Stopp-Blei-Säure-Batterie aufweist) zum tatsächlichen Mischen der Säure oder des Elektrolyten, verbunden mit dem hierin beschriebenen gesteigerten Batterie-Separator, in unerwarteter Weise zu der hierin gezeigten signifikanten Verringerung bezüglich der Säureschichtung sowie zu der hierin gezeigten signifikanten Verbesserung bezüglich des Säuremischens bei einer Start/Stop Flooded-Blei-Säure-Batterie und/oder einer Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie oder einer Batterie, die in einem Anspruchsmodus („Enhanced mode“) betrieben wird. Zum Beispiel liefert das Stoppen und Starten des Start/Stopp-Elektrofahrzeugs die Energie in den verschiedenen Ausführungsformen hierin, um die Säure/den Elektrolyten innerhalb der Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien zu mischen und das Säuremischen zu verbessern und die Säureschichtung zu verringern oder insgesamt zu verhindern.In various embodiments described herein, a separator is employed that increases electrolyte mixing and/or circulation in a flooded lead-acid battery. In certain embodiments, a separator is used that reduces acid stratification. In various embodiments, a lead-acid battery is disclosed in which acid stratification is greatly reduced compared to a known battery due to an improved or enhanced separator or separator system for acid mixing and for preventing or at least reducing acid stratification and the negative effects of acid stratification. Such batteries can be used, for example, in vehicles with batteries that are in motion. And in various embodiments, movement of the vehicle (e.g., an electric vehicle or partially electric vehicle having a start/stop lead-acid battery) results in the actual mixing of the acid or electrolyte associated with the enhanced battery separator described herein , unexpectedly to the significant reduction in acid stratification shown herein as well as the significant improvement in acid mixing shown herein in a start/stop flooded lead-acid battery and/or an enhanced flooded lead-acid battery or one Battery operating in an enhanced mode. For example, stopping and starting the start/stop electric vehicle provides the energy in the various embodiments herein to mix the acid/electrolyte within the enhanced flooded lead-acid batteries and to improve acid mixing and reduce acid stratification or to prevent it altogether.
Beispielhafte Ausführungsformen von Separatoren (vorzugsweise verbesserte Säuremisch-Separatoren, Blätter, Hüllen, Hüllen, Taschen oder Umschläge), die hier beschrieben werden, bestehen vorzugsweise aus einer porösen Membran (wie einer mikroporösen Membran mit Poren von weniger als ungefähr 1 um, einer mesoporösen oder makroporösen Membran mit Poren größer als ungefähr 1 µm, einer porösen Polymermembran oder einer porös gefüllten Polymermembran) aus geeigneten natürlichen oder synthetischen Materialien wie Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen, Phenolharz, Polyvinylchlorid (PVC), Gummi, synthetischem Holzzellstoff (SWP), Glasfasern, Cellulosefasern oder Kombinationen davon, noch bevorzugter einer mikroporösen Membran aus thermoplastischen Polymeren. Die bevorzugten mikroporösen Membranen können Porendurchmesser von ungefähr 0,1 µm (100 nm) aufweisen und Porositäten von ca. 60%. Die thermoplastischen Polymere können im Prinzip alle säurebeständigen thermoplastischen Materialien umfassen, die zur Verwendung in Blei-Säure-Batterien geeignet sind. Die bevorzugten thermoplastischen Polymere umfassen Polyvinyle und Polyolefine. Zu den Polyvinylen gehört beispielsweise PVC. Die Polyolefine umfassen beispielsweise Polyethylen, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) und Polypropylen. Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Mischung aus Füllstoff (zum Beispiel Siliziumdioxid) und UHMWPE umfassen. Im Allgemeinen kann der bevorzugte Separator hergestellt werden, indem in einem Extruder ungefähr 30 Gew.-% Siliziumdioxid mit ungefähr 10 Gew.-% UHMWPE und ungefähr 60 Gew.-% Verarbeitungsöl gemischt werden. Die Mischung kann auch geringe Mengen anderer Additive oder Mittel enthalten, wie es in der Separatortechnik üblich ist (wie Netzmittel, Farbstoffe, antistatische Additive, ähnliche Materialien oder Kombinationen davon) und wird in die Form einer flachen Bahn extrudiert. Der möglicherweise bevorzugte Polyolefin-Separator kann eine mit Siliziumdioxid gefüllte mikroporöse Schicht aus Polyolefin (mit oder ohne Restöl und einem oder mehreren Additiv(en) oder Tensid(en)) mit gezackten Rippen, Vorsprüngen, Umschlüssen, Vertiefungen, Prägungen und Kombinationen davon auf einer oder mehreren ihrer Oberflächen aufweisen (und stellt möglicherweise vorzugsweise eine Säuremischwirkung in Verbindung mit Elektrolytschwappen durch die Fahrzeugbewegung bereit).Exemplary embodiments of separators (preferably improved acid mixing separators, sheets, wrappers, casings, bags or envelopes) described herein preferably consist of a porous membrane (such as a microporous membrane with pores of less than about 1 µm, a mesoporous or macroporous membrane with pores larger than about 1 µm, a porous polymer membrane or a porous-filled polymer membrane) made of suitable natural or synthetic materials such as polyolefin, polyethylene, polypropylene, phenolic resin, polyvinyl chloride (PVC), rubber, synthetic wood pulp (SWP), glass fibers, cellulose fibers or combinations thereof, more preferably a microporous membrane made of thermoplastic polymers. The preferred microporous membranes can have pore diameters of about 0.1 µm (100 nm) and porosities of about 60%. The thermoplastic polymers can in principle include any acid-resistant thermoplastic materials suitable for use in lead-acid batteries. The preferred thermoplastic polymers include polyvinyls and polyolefins. Polyvinyls include PVC, for example. The polyolefins include, for example, polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and polypropylene. A preferred embodiment may include a mixture of filler (e.g., silicon dioxide) and UHMWPE. In general, the preferred separator can be made by mixing about 30 wt% silica with about 10 wt% UHMWPE and about 60 wt% processing oil in an extruder. The mixture may also contain small amounts of other additives or agents common in separator technology (such as wetting agents, dyes, antistatic additives, similar materials, or combinations thereof) and is extruded into the form of a flat sheet. The potentially preferred polyolefin separator may include a silica-filled microporous layer of polyolefin (with or without residual oil and one or more additives or surfactants) having serrated ridges, projections, enclosures, depressions, embossments, and combinations thereof on one or more of their surfaces (and may preferentially provide acid mixing action in conjunction with electrolyte sloshing from vehicle motion).
Der Separator ist bevorzugterweise aus einem Polyolefin, wie Polypropylen, Ethylen-Buten-Copolymer und bevorzugterweise Polyethylen, noch stärker bevorzugt Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, d.h. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 600.000, oder hochdichtes Polyethylen, z.B. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 500.000, hergestellt. In einigen Ausführungsformen werden ein oder mehr ultrahochmolekulare Polyethylene verwendet, d.h. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 1.000.000, insbesondere mehr als 4.000.000 und in einigen Fällen 5.000.000 bis 8.000.000 (gemessen durch Viskosimetrie und berechnet durch die Margolie-Gleichung), einem Standardbelastungsschmelzindex von im Wesentlichen 0 (gemessen wie in ASTM D 1238 (Bedingung E) unter Anwendung einer Standardbelastung von 2.160 g) und einer Viskositätszahl von nicht weniger als 600 ml/g, bevorzugter Weise nicht weniger als 1.000 ml/g, stärker bevorzugt nicht weniger als 2.000 ml/g und am meisten bevorzugt nicht weniger als 3.000 ml/g (bestimmt in einer Lösung von 0,02 g Polyolefin in 100 g Decalin bei 130°C).The separator is preferably made of a polyolefin, such as polypropylene, ethylene-butene copolymer and preferably polyethylene, even more preferably high molecular weight polyethylene, ie polyethylene with a molecular weight of at least 600,000, or high density polyethylene, e.g. polyethylene with a molecular weight of at least 500,000. manufactured. In some embodiments, one or more ultra-high molecular weight polyethylenes are used, that is, polyethylenes with a molecular weight of at least 1,000,000, particularly greater than 4,000,000, and in some cases 5,000,000 to 8,000,000 (measured by viscometry and calculated by the Margolie equation), a standard load melt index of substantially 0 (measured as in ASTM D 1238 (Condition E) using a standard load of 2,160 g) and a viscosity number of not less than 600 ml /g, preferably not less than 1,000 ml/g, more preferably not less than 2,000 ml/g and most preferably not less than 3,000 ml/g (determined in a solution of 0.02 g of polyolefin in 100 g of decalin at 130 °C).
In Übereinstimmung mit mindestens einer Ausführungsform besteht der Separator aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), gemischt mit einem Verarbeitungsöl und Silica, zum Beispiel präzipitiertem Silica und/oder Kieselpuder. In Übereinstimmung mit mindestens einer anderen Ausführungsform besteht der Separator aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), gemischt mit einem Verarbeitungsöl, Additiv und Silica, zum Beispiel ausgefälltem präzipitiertem Silica. Der Separator umfasst bevorzugter Weise eine homogene Mischung aus 8-100 Vol.-% Polyolefin, 0-40 Vol.-% eines Weichmachers und 0-92 Vol.-% inertem Füllstoffmaterial. In einigen Fällen ist der bevorzugte Füllstoff trockenes, fein verteiltes Silica. Der Füllstoff kann allerdings ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Silica, Glimmer, Montmorillonit, Kaolinit, Asbest, Talkum, Diatomeenerde, Vermiculit, natürliche und synthetische Zeolithe, Zement, Calciumsilikat, Ton, Aluminiumsilikat, Natriumaluminiumsilikat, Aluminiumpolysilikat, Aluminiumoxid-Silicagele, Glaspartikel, Ruß, Aktivkohle, Kohlenstofffasern, Holzkohle, Graphit, Titanoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Zinkoxid, Bleioxid, Wolfram, Antimonoxid, Zirkonoxid, Magnesia, Aluminiumoxid, Molybdändisulfid, Zinksulfid, Bariumsulfat, Strontiumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesium-carbonat und dergleichen und verschiedene Kombinationen davon.In accordance with at least one embodiment, the separator consists of an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) mixed with a processing oil and silica, for example precipitated silica and/or silica powder. In accordance with at least another embodiment, the separator consists of an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) mixed with a processing oil, additive and silica, for example precipitated precipitated silica. The separator preferably comprises a homogeneous mixture of 8-100% by volume of polyolefin, 0-40% by volume of a plasticizer and 0-92% by volume of inert filler material. In some cases the preferred filler is dry, finely divided silica. However, the filler can be selected from the group consisting of: silica, mica, montmorillonite, kaolinite, asbestos, talc, diatomaceous earth, vermiculite, natural and synthetic zeolites, cement, calcium silicate, clay, aluminum silicate, sodium aluminum silicate, aluminum polysilicate, aluminum oxide-silica gels, glass particles , carbon black, activated carbon, carbon fiber, charcoal, graphite, titanium oxide, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, lead oxide, tungsten, antimony oxide, zirconium oxide, magnesia, aluminum oxide, molybdenum disulfide, zinc sulfide, barium sulfate, strontium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate and the like and various combinations thereof .
Der bevorzugte Weichmacher ist Petroleumöl und/oder ein Wachs. Da der Weichmacher die Komponente ist, die am leichtesten aus der Polymer-Füllstoff-Weichmacher-Zusammensetzung zu entfernen ist, ist er nützlich, um dem Batterie-Separator Porosität zu verleihen. Poren können auch durch andere Prozesse oder Materialien wie durch das Entfernen von Partikeln ausgebildet werden.The preferred plasticizer is petroleum oil and/or a wax. Since the plasticizer is the component most easily removed from the polymer-filler-plasticizer composition, it is useful for imparting porosity to the battery separator. Pores can also be formed by other processes or materials such as the removal of particles.
Der Separator hat eine durchschnittliche Porengröße von weniger als 5 µm, bevorzugterweise weniger als 1 µm im Durchmesser. Bevorzugterweise haben mehr als 50% der Poren einen Durchmesser von 0,5 µm oder weniger. Es ist zu bevorzugen, dass mindestens 90% der Poren einen Durchmesser von weniger als 0,9 µm aufweisen. Der mikroporöse Separator hat bevorzugterweise eine durchschnittliche Porengröße im Bereich von 0,05-0,9 µm, in einigen Fällen 0,1-0,3 µm.The separator has an average pore size of less than 5 µm, preferably less than 1 µm in diameter. Preferably more than 50% of the pores have a diameter of 0.5 µm or less. It is preferred that at least 90% of the pores have a diameter of less than 0.9 µm. The microporous separator preferably has an average pore size in the range of 0.05-0.9 µm, in some cases 0.1-0.3 µm.
Die Porengröße kann in einigen Fällen mit dem Quecksilber-Intrusionsverfahren gemessen werden, beschrieben in Ritter, H. L. und Drake, L.C., Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 17, 787 (1945). Bei diesem Verfahren wird Quecksilber in unterschiedlich große Poren gepresst durch Veränderung des auf das Quecksilber ausgeübten Drucks mit Hilfe eines Porosimeters (Porosimeter Modell 2000, Carlo Erba). Die Porenverteilung kann durch Auswertung der Rohdaten mit der MILESTONE 200 Software bestimmt werden.Pore size can in some cases be measured using the mercury intrusion method described in Ritter, H.L. and Drake, L.C., Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 17, 787 (1945). In this process, mercury is pressed into pores of different sizes by changing the pressure exerted on the mercury using a porosimeter (porosimeter model 2000, Carlo Erba). The pore distribution can be determined by evaluating the raw data with the
Die Dicke des Separators ist bevorzugterweise größer als 0,1 mm und weniger als oder gleich 5,0 mm. Die Dicke des Separators kann im Bereich von 0,15-2,5 mm, 0,25-2,25 mm, 0,5-2,0 mm, 0,5-1,5 mm oder 0,75-1,5 mm liegen (wobei diese Dicken die Dicke des gesamten Separators einschließlich aller gezackten Rippen, Vorsprünge, Vertiefungen usw. berücksichtigen). In einigen Fällen kann der Separator ungefähr 0,8 mm oder 1,1 mm dick sein. Der Separator kann ein Laminat oder eine andere Schicht (zum Beispiel eine Vliesschicht und/oder eine AGM-Schicht) aufweisen oder nicht, die an einer oder mehreren seiner Oberflächen haften. Eine oder beide Elektroden können auch mit einer oder mehreren Glasmatten oder Glasfaserschichten und/oder mit einer porösen Plattenumwicklung umwickelt sein.The thickness of the separator is preferably greater than 0.1 mm and less than or equal to 5.0 mm. The thickness of the separator can be in the range of 0.15-2.5mm, 0.25-2.25mm, 0.5-2.0mm, 0.5-1.5mm or 0.75-1, 5 mm (these thicknesses take into account the thickness of the entire separator including all serrated ribs, projections, depressions, etc.). In some cases the separator may be approximately 0.8mm or 1.1mm thick. The separator may or may not include a laminate or other layer (e.g., a nonwoven layer and/or an AGM layer) adhered to one or more of its surfaces. One or both electrodes may also be wrapped with one or more glass mats or fiberglass layers and/or with a porous plate wrapping.
In verschiedenen, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen weist die mikroporöse Polyolefin-Separatorschicht Rippen, wie gezackte, vorspringende, abgewinkelte Rippen oder unterbrochene Rippen oder Kombinationen davon, auf. Die bevorzugten Rippen können 8 µm bis 1 mm hoch sein und können einen Abstand von 1 µm bis 20 mm haben, während die bevorzugte Rückengewebedicke der mikroporösen Polyolefin-Separatorschicht (ohne die Rippen oder Prägungen) ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 0,50 mm betragen kann (zum Beispiel in gewissen Ausführungsformen ungefähr 0,25 mm). Zum Beispiel können die Rippen 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,4 mm, 1,6 mm, 1,8 mm, 2,0 mm, 2,25 mm, 2,5 mm, 2,75 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen können die Rippen in einer Struktur wie auf einer Seite der Separatorschicht oder auf beiden Seiten des Polyolefin-Separators sein, von 0°-90° im Verhältnis zueinander sein. In einigen Ausführungsformen können die Säuremischrippen vordere, positive oder negative Seitenrippen sein. Verschiedene Strukturen, einschließlich Rippen auf beiden Seiten des Separators oder der Separatorschicht, können positive Rippen und negative Längs- oder Querrippen auf der zweiten Seite oder Rückseite des Separators umfassen, wie z. B. kleinere, eng beieinander liegende negative Längs- oder Querrippen oder Minirippen. Solche negativen Längs- oder Querrippen können in einigen Fällen eine Höhe von ungefähr 0,025 mm bis ungefähr 0,1 mm und vorzugsweise eine Höhe von ungefähr 0,075 mm aufweisen, können aber bis zu 0,25 mm groß sein. Andere Strukturen können Rippen auf beiden Seiten des Separators mit negativen Minirippen auf der zweiten Seite oder Rückseite des Separators (Minirippen, die sich in der gleichen Richtung erstrecken gegenüber einer Querrichtung, verglichen mit den Hauptrippen auf der anderen Seite des Separators) umfassen. Solche negativen Minirippen können in einigen Fällen eine Höhe von ungefähr 0,025 mm bis ungefähr 0,25 mm und vorzugsweise eine Höhe von ungefähr 0,050 mm bis ungefähr 0,125 mm haben.In various, possibly preferred embodiments, the microporous polyolefin separator layer has ribs, such as serrated, projecting, angled, or interrupted ribs, or combinations thereof. The preferred ribs may be 8 µm to 1 mm high and may be spaced from 1 µm to 20 mm, while the preferred backing thickness of the microporous polyolefin separator layer (excluding the ridges or embossments) is about 0.05 mm to about 0.50 mm can be (for example, in certain embodiments approximately 0.25 mm). For example, the ribs can be 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.4mm, 1.6mm, 1.8mm, 2.0mm, 2.25mm, 2.5mm, 2.75mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm or 10 mm apart. In some embodiments, the ribs may be in a structure such as on one side of the separator layer or on both sides of the polyolefin separator, from 0°-90° in relation to each other. In some embodiments, the acid mixing fins may be front, positive or negative side fins. Various structures including ribs on both sides of the Separator or the separator layer, may include positive ribs and negative longitudinal or transverse ribs on the second side or back of the separator, such as. B. smaller, closely spaced negative longitudinal or transverse ribs or mini-ribs. Such negative longitudinal or transverse ribs may in some cases have a height of about 0.025 mm to about 0.1 mm, and preferably a height of about 0.075 mm, but can be up to 0.25 mm in size. Other structures may include ribs on both sides of the separator with negative mini-ribs on the second side or back of the separator (mini-ribs that extend in the same direction versus a transverse direction compared to the main ribs on the other side of the separator). Such negative mini-ribs may in some cases have a height of about 0.025 mm to about 0.25 mm, and preferably a height of about 0.050 mm to about 0.125 mm.
Die Rippen können bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen gezackt sein. Die Zacken können eine durchschnittliche Spitzenlänge von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 1 mm haben. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Spitzenlänge größer als oder gleich 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm sein; und/oder weniger als oder gleich 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The ribs may be serrated in certain preferred embodiments. The serrations can have an average tip length of about 0.05 mm to about 1 mm. For example, the average tip length may be greater than or equal to 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, be 0.8 mm or 0.9 mm; and/or less than or equal to 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm or 0.1 mm.
Die Zacken können eine durchschnittliche Basislänge von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 1 mm haben. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Basislänge größer als oder gleich ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm; und/oder weniger als oder gleich 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The serrations can have an average base length of about 0.05 mm to about 1 mm. For example, the average base length may be greater than or equal to approximately 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm , 0.8mm or 0.9mm; and/or less than or equal to 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm or 0.1 mm.
Wenn Zacken vorhanden sind, können sie eine durchschnittliche Höhe von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 4 mm haben. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Höhe größer als oder gleich ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm sein; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein. Bei Ausführungsformen, bei denen die Zackenhöhe gleich der Rippenhöhe ist, können die gezackten Rippen auch als Vorsprünge bezeichnet werden. Solche Bereiche können sowohl für Separatoren für industrielle Start/Stopp-Batterien vom Traktionstyp gelten, bei denen die Gesamtdicke des Separators typischerweise ungefähr 1 mm bis ungefähr 4 mm beträgt, als auch für Kraftfahrzeug-Start/Stopp-Batterien, bei denen die Gesamtdicke des Separators ungefähr geringer sein kann (z.B. typischerweise ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 1 mm).When serrations are present, they can have an average height of about 0.05 mm to about 4 mm. For example, the average height may be greater than or equal to approximately 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm , 0.8 mm or 0.9 mm; and/or less than or equal to approximately 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0, Be 2mm or 0.1mm. In embodiments in which the serrated height is equal to the rib height, the serrated ribs can also be referred to as projections. Such ranges may apply both to separators for traction-type industrial start/stop batteries, where the total thickness of the separator is typically about 1 mm to about 4 mm, and to automotive start/stop batteries, where the total thickness of the separator may be approximately less (e.g. typically about 0.3 mm to about 1 mm).
Die Zacken können einen durchschnittlichen Mittenabstand von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 50 mm haben. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Abstand von Mitte zu Mitte größer als oder gleich ungefähr 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 1,5 mm; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,5 mm, 1,25 mm, 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm oder 0,2 mm sein.The tines can have an average center distance of about 0.1 mm to about 50 mm. For example, the average center-to-center distance may be greater than or equal to approximately 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.25mm or 1.5mm; and/or less than or equal to approximately 1.5 mm, 1.25 mm, 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0, Be 4mm, 0.3mm or 0.2mm.
Die Zacken können ein durchschnittliches Verhältnis von Höhe zu Basisbreite von 0,1:1 bis 500:1 haben. Zum Beispiel kann das durchschnittliche Verhältnis von Höhe zu Basisbreite größer als oder gleich ungefähr 0,1:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1 oder 450:1; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1 oder 25:1 sein.The points can have an average height to base width ratio of 0.1:1 to 500:1. For example, the average height to base width ratio may be greater than or equal to approximately 0.1:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350 :1 or 450:1; and/or less than or equal to approximately 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1 or 25: be 1.
Die Zacken können ein durchschnittliches Verhältnis von Basisbreite zu Abstand der Spitzen von ungefähr 1000:1 bis ungefähr 0,1:1 haben. Zum Beispiel kann das durchschnittliche Verhältnis von Basisbreite zu Spitzenbreite größer als oder gleich ungefähr 0,1:1, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750:1, 800:1, 850:1, 900:1, 950:1 und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 oder 1:1 sein.The serrations may have an average base width to tip spacing ratio of about 1000:1 to about 0.1:1. For example, the average base width to tip width ratio may be greater than or equal to approximately 0.1:1, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8 :1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1 , 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750:1, 800:1, 850:1, 900:1, 950:1 and/or less than or equal to approximately 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9: 1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 or 1:1.
In einigen Ausführungsformen kann der Separator mit Vertiefungen versehen sein. Vertiefungen sind typischerweise vorsprungartige Merkmale oder Vertiefungen auf einer oder mehreren Oberflächen des Separators. Die Dicke der Vertiefungen kann von 1-99% der Dicke des Separators betragen. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Dicke der Vertiefungen weniger als ungefähr 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% oder 5% jener des Separators betragen. Die Vertiefungen können in Reihen entlang des Separators angeordnet sein. Die Reihen oder Linien können in einem Abstand von ungefähr 1 µm bis 10 mm angeordnet sein. Zum Beispiel können die Reihen ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,4 mm, 1,6 mm, 1,8 mm, 2,0 mm, 2,25 mm, 2,5 mm, 2,75 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm voneinander beabstandet sein. Umgekehrt können die Vertiefungen in einer zufälligen Anordnung oder in zufälliger Weise angeordnet sein.In some embodiments, the separator may be provided with depressions. Depressions are typically protrusion-like features or depressions on one or more surfaces of the separator. The thickness of the depressions can be from 1-99% of the thickness of the separator. For example, the average thickness of the depressions may be less than about 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% or 5% of that of the separator. The depressions can be arranged in rows along the separator. The rows or lines can be arranged at a distance of approximately 1 µm to 10 mm. For example, the rows may be approximately 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm , 0.9mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.4mm, 1.6mm, 1.8mm, 2.0mm, 2.25mm, 2.5mm, 2.75mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8 mm, 9 mm or 10 mm apart. Conversely, the depressions may be arranged in a random arrangement or in a random manner.
Die Vertiefungen können eine durchschnittliche Vertiefungslänge von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 1 mm haben. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Länge der Vertiefung größer als oder gleich ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The depressions may have an average depression length of about 0.05 mm to about 1 mm. For example, the average length of the depression may be greater than or equal to approximately 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0. 7mm, 0.8mm or 0.9mm; and/or less than or equal to approximately 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0, Be 2mm or 0.1mm.
Die Vertiefungen können eine durchschnittliche Vertiefungsbreite von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 1 mm haben. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Breite der Vertiefung größer als oder gleich ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The depressions may have an average depression width of about 0.01 mm to about 1 mm. For example, the average width of the depression may be greater than or equal to approximately 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0. 7mm, 0.8mm or 0.9mm; and/or less than or equal to approximately 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0, Be 2mm or 0.1mm.
Die Vertiefungen können einen durchschnittlichen Mittenabstand von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 50 mm haben. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Abstand von Mitte zu Mitte größer als oder gleich ungefähr 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 1,5 mm; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,5 mm, 1,25 mm, 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm oder 0,2 mm sein.The wells may have an average center distance of about 0.1 mm to about 50 mm. For example, the average center-to-center distance may be greater than or equal to approximately 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.25mm or 1.5mm; and/or less than or equal to approximately 1.5 mm, 1.25 mm, 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0, Be 4mm, 0.3mm or 0.2mm.
Die Vertiefungen können eine viereckige Form haben, zum Beispiel quadratisch und rechteckig. Die Vertiefungen können ein durchschnittliches Verhältnis von Vertiefungslänge zu Vertiefungsbreite von ungefähr 0,1:1 bis ungefähr 100:1 haben, zum Beispiel kann das durchschnittliche Verhältnis von Länge zu Basisbreite größer als oder gleich ungefähr 0,1:1, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750:1, 800:1, 850:1, 900:1, 950:1 und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 oder 1:1 sein.The depressions can have a quadrangular shape, for example square and rectangular. The depressions may have an average depression length to depression width ratio of about 0.1:1 to about 100:1, for example, the average length to base width ratio may be greater than or equal to about 0.1:1, 1:1, 2 :1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1 , 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750 :1, 800:1, 850:1, 900:1, 950:1 and/or less than or equal to approximately 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100: 1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, be 2:1 or 1:1.
In einigen Ausführungsformen können die Vertiefungen im Wesentlichen kreisförmig sein. Kreisförmige Vertiefungen können einen Durchmesser von ungefähr 0,05 bis ungefähr 1,0 mm aufweisen. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Vertiefungsdurchmesser größer als oder gleich ungefähr 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 0,9 mm; und/oder weniger als oder gleich ungefähr 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.In some embodiments, the depressions may be substantially circular. Circular depressions can have a diameter of about 0.05 to about 1.0 mm. For example, the average recess diameter may be greater than or equal to approximately 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm , 0.8mm or 0.9mm; and/or less than or equal to approximately 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0, Be 2mm or 0.1mm.
Es können auch verschiedene andere Formen für die Vertiefungen umfasst sein. Nur als Beispiel können solche Vertiefungen dreieckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig, oval, elliptisch und Kombinationen davon sein.Various other shapes for the depressions may also be included. By way of example only, such depressions may be triangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, oval, elliptical, and combinations thereof.
In einigen Ausführungsformen kann der Separator eine Kombination von Rippen, Riffelungen, Vertiefungen oder Kombinationen davon aufweisen. Zum Beispiel kann ein Separator eine Reihe von gezackten Rippen aufweisen, die von oben nach unten entlang des Separators verlaufen, und eine zweite Reihe von gezackten Rippen, die horizontal entlang des Separators verlaufen. In anderen Ausführungsformen kann der Separator eine abwechselnde Folge von gezackten Rippen, Vertiefungen, durchgehend, unterbrochen oder unterbrochene Massivrippen oder Kombinationen davon aufweisen.In some embodiments, the separator may include a combination of ribs, corrugations, depressions, or combinations thereof. For example, a separator may include a series of serrated ribs running from top to bottom along the separator and a second series of serrated ribs running horizontally along the separator. In other embodiments, the separator may include an alternating series of serrated ribs, depressions, continuous, discontinuous or interrupted solid ribs, or combinations thereof.
Die Tabelle 1 direkt unten enthält mehrere spezifische Ausführungsformen von Separatoren, die als bloße Beispiele präsentiert werden und nicht als einschränkend zu betrachten sind, mit Zacken und/oder Vertiefungen und mit verschiedenen Parametern, die bei der Bildung solcher Separatoren verwendet werden können, um so eine Säureschichtung zu verhindern und die Säuremischung mit einer Flooded-Blei-Säure-Batterie (manchmal auch als eine Enhanced-Flooded-Batterie bezeichnet) zu verbessern. Tabelle 1
Die hierin offenbarten Separatoren bieten in bevorzugter Weise eine verbesserte Elektrolyt-durchmischung und/oder Säurezirkulation im Vergleich zu herkömmlichen Separatoren. In gewissen Ausführungsformen sorgen die Separatoren für eine geringere Säureschichtung, gemessen an der Elektrolytdichte am oberen und unteren Ende der Zelle. Die Dichtedifferenz kann weniger als 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2,5% oder 1%, betragen, nachdem die Zelle 30, 60, 90 oder mehr Start/Stopp-Ereignisse oder -Zyklen durchlaufen hat. In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen kann die Dichtedifferenz weniger als 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2,5% oder 1%, betragen, nachdem die Zelle 24, 48, 72 oder mehr Stunden lang still gestanden hat.The separators disclosed herein preferably provide improved electrolyte mixing and/or acid circulation compared to conventional separators. In certain embodiments, the separators provide less acid stratification, as measured by the electrolyte density at the top and bottom of the cell. The density difference can be less than 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2.5% or 1% after the
In einigen Ausführungsformen kann der verbesserte Separator eine Beschichtung auf einer oder beiden Seiten enthalten. Eine solche Beschichtung kann ein Tensid oder ein anderes Material enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung ein oder mehrere Materialien enthalten, die beispielsweise in US-Patentveröffentlichung Nr.
Der Separator, der hier in verschiedenen Ausführungsformen verwendet wird, kann mit einem oder mehreren Additiven versehen sein. Dies ist der Fall, weil Additive Separatoren für bestimmte Start/Stopp-Flooded-Blei-Säure-Batterien für bestimmte Fahrzeuge verbessern können. Ein solches Additiv, das in dem Polyolefin vorhanden sein kann, ist ein Surfaktant, während ein anderes solches Additiv ein oder mehrere Latex-Additive enthalten kann. Geeignete Surfaktanzen beinhalten Surfaktanzen wie Salze von Alkylsulfaten; Alkylarylsulfonatsalze; Alkylphenol-Alkylenoxid-Additionsprodukte; Seifen; Alkyl-Naphthalin-Sulfonatsalze; Dialkylester von Sulfosuccinat-Salzen; quaternäre Amine; Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; und Salze von Mono- und Dialkylphosphatestern. Das Additiv kann ein nichtionisches Surfaktanz sein wie Polyolfettsäureester, polyethoxylierte Ester, polyethoxylierte Fettalkohole, Alkylpolysaccharide wie Alkylpolyglycoside und Mischungen davon, Aminethoxylate, Sorbitanfettsäureesterethoxylate, Surfaktanzen auf Organosilikonbasis, Ethylenvinylacetat-Terpolymere, ethoxylierte Alkylarylphosphatester und Saccharoseester von Fettsäuren.The separator used herein in various embodiments may be provided with one or more additives. This is because additives can improve separators for certain start/stop flooded lead-acid batteries for certain vehicles. One such additive that may be present in the polyolefin is a surfactant, while another such additive may include one or more latex additives. Suitable surfactants include surfactants such as salts of alkyl sulfates; alkylaryl sulfonate salts; alkylphenol-alkylene oxide addition products; Soap; alkyl naphthalene sulfonate salts; dialkyl esters of sulfosuccinate salts; quaternary amines; block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide; and salts of mono- and dialkyl phosphate esters. The additive may be a nonionic surfactant such as polyol fatty acid esters, polyethoxylated esters, polyethoxylated fatty alcohols, alkyl polysaccharides such as alkyl polyglycosides and mixtures thereof, amine ethoxylates, sorbitan fatty acid ester ethoxylates, organosilicone-based surfactants, ethylene vinyl acetate terpolymers, ethoxylated alkyl aryl phosphate esters and sucrose esters of fatty acids.
In gewissen Ausführungsformen kann das Additiv durch eine Verbindung dargestellt werden
in der
- • R ein
nichtaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 4200 Kohlenstoffatomen,bevorzugter Weise 13 bis 4200, ist, der durch Sauerstoffatome unterbrochen sein kann; - • R1 ist H, -(CH2)
kCOOMx+ 1/x oder -(CH2)k-SO3MX+ 1/X, bevorzugter Weise H, wobei k = 1oder 2; - • M ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallion, H+ oder NH4+ ist, wobei nicht alle Variablen M gleichzeitig die Bedeutung H+ haben;
- • n = 0
oder 1; - • m = 0 oder eine ganze
Zahl von 10 bis 1400; und - • x = 1
oder 2, wobei das Verhältnis von Sauerstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in der Verbindung nach Formel (I) im Bereich von 1:1,5 bis 1:30 liegt und m und n nicht gleichzeitig 0 sein können, jedoch in bevorzugter Weise nur eine der Variablen n und mvon 0 verschieden ist.
in the
- • R is a non-aromatic hydrocarbon radical having 10 to 4200 carbon atoms, preferably 13 to 4200, which may be interrupted by oxygen atoms;
- • R1 is H, -(CH2)
kCOOMx+ 1/x or -(CH2)k-SO3MX+ 1/X, preferably H, where k = 1 or 2; - • M is an alkali metal or alkaline earth metal ion, H+ or NH4+, whereby not all variables M have the meaning H+ at the same time;
- • n = 0 or 1;
- • m = 0 or an integer from 10 to 1400; and
- • x = 1 or 2, where the ratio of oxygen atoms to carbon atoms in the compound according to formula (I) is in the range from 1:1.5 to 1:30 and m and n cannot be 0 at the same time, but preferably only one of the variables n and m is different from 0.
Unter nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffresten versteht man Reste, die keine aromatischen Gruppen enthalten oder die selbst keine repräsentieren. Die Kohlenwasserstoffreste können durch Sauerstoffatome unterbrochen sein, d.h. eine oder mehrere Ethergruppen enthalten.Non-aromatic hydrocarbon residues are residues that do not contain any aromatic groups or that do not themselves represent any. The hydrocarbon residues can be interrupted by oxygen atoms, i.e. contain one or more ether groups.
R ist in bevorzugter Weise ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, der durch Sauerstoffatome unterbrochen sein kann. Gesättigte, nicht vernetzte Kohlenwasserstoffreste sind ganz besonders bevorzugt.R is preferably a straight-chain or branched aliphatic hydrocarbon radical which can be interrupted by oxygen atoms. Saturated, non-crosslinked hydrocarbon radicals are particularly preferred.
Die Verwendung der Verbindungen der Formel (I) zur Herstellung eines Additivs für verschiedene hierin beschriebene Batterie-Separatoren kann diesen Separatoren auch einen wirksamen Schutz gegen oxidative Zerstörung verleihen. In einigen Ausführungsformen sind Batterie-Separatoren bevorzugt, die ein Additiv enthalten, das eine Verbindung nach Formel (I) enthält, in der
- • R
ein Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 180, in bevorzugter Weise 12 bis 75 und besonders bevorzugt 14bis 40 Kohlenstoffatomen ist, diedurch 1bis 60, bevorzugterWeise 1bis 20 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 8 Sauerstoffatomen unterbrochen werden können, besonders bevorzugt ein Kohlenwasserstoffrest der Formel R2-[(OC2H4)p (OC3H6)q]-, in dem- ◯ R2
ein Alkylrest mit 10bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugter Weise 12 bis 25, besonders bevorzugt 14bis 20 Kohlenstoffatomen ist; - ◯ P eine ganze
Zahl von 0bis 30, bevorzugterWeise 0bis 10,besonders bevorzugt 0bis 4 ist; und - ◯ q eine ganze
Zahl von 0bis 30, bevorzugterWeise 0bis 10,besonders bevorzugt 0bis 4 ist; und - ◯ Verbindungen besonders bevorzugt sind, bei denen die Summe von p und q = 0
bis 10,insbesondere 0bis 4;
- ◯ R2
- • n=1; und
- • m=0.
- • R is a hydrocarbon radical with 10 to 180, preferably 12 to 75 and particularly preferably 14 to 40 carbon atoms, which can be interrupted by 1 to 60, preferably 1 to 20 and very particularly preferably 1 to 8 oxygen atoms, particularly preferably one Hydrocarbon radical of the formula R 2 -[(OC 2 H 4 ) p (OC 3 H 6 ) q ]-, in which
- ◯ R 2 is an alkyl radical with 10 to 30 carbon atoms, preferably 12 to 25, particularly preferably 14 to 20 carbon atoms;
- ◯ P is an integer from 0 to 30, preferably 0 to 10, particularly preferably 0 to 4; and
- ◯ q is an integer from 0 to 30, preferably 0 to 10, particularly preferably 0 to 4; and
- ◯ Compounds are particularly preferred in which the sum of p and q = 0 to 10, in particular 0 to 4;
- • n=1; and
- • m=0.
Unter der Formel R2-[(OC2H4)p(OC3H6)q]- sind auch solche Verbindungen zu verstehen, bei denen die Reihenfolge der Gruppen in eckigen Klammern von der dargestellten abweicht. Zum Beispiel sind gemäß der Offenbarung Verbindungen geeignet, bei denen der in Klammern stehende Rest durch alternierende (OC2H4)- und (OC3H6)-Gruppen gebildet wird.The formula R 2 -[(OC 2 H 4 ) p (OC 3 H 6 ) q ]- also includes those compounds in which the order of the groups in square brackets differs from that shown. For example, suitable according to the disclosure are compounds in which the parenthesized residue is formed by alternating (OC 2 H 4 ) and (OC 3 H 6 ) groups.
Additive, bei denen R2 ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 10 bis 20, bevorzugterweise 14 bis 18 Kohlenstoffatome ist, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. OC2H4 steht in bevorzugter Weise für OCH2CH2, OC3H6 für OCH(CH3)CH2 und/oder OCH2CH(CH3).Additives in which R 2 is a straight-chain or branched alkyl radical with 10 to 20, preferably 14 to 18, carbon atoms have proven to be particularly advantageous. OC 2 H 4 preferably represents OCH 2 CH 2 , OC 3 H 6 represents OCH(CH 3 )CH 2 and/or OCH 2 CH(CH 3 ).
Als bevorzugte Additive sind insbesondere Alkohole (p = q = 0; m = 0) zu nennen, wobei primäre Alkohole besonders bevorzugt sind, Fettalkoholethoxylate (p = 1 bis 4, q = 0), Fettalkoholpropoxylate (p = 0; q = 1 bis 4) und Fettalkoholalkoxylate (p = 1 bis 2; q = 1 bis 4) Ethoxylate primärer Alkohole bevorzugt sind. Die Fettalkoholalkoxylate sind zum Beispiel durch Reaktion der entsprechenden Alkohole mit Ethylenoxid oder Propylenoxid zugänglich.Alcohols (p = q = 0; m = 0) are particularly preferred additives, with primary alcohols being particularly preferred, fatty alcohol ethoxylates (p = 1 to 4, q = 0), fatty alcohol propoxylates (p = 0; q = 1 to 4) and fatty alcohol alkoxylates (p = 1 to 2; q = 1 to 4) ethoxylates of primary alcohols are preferred. The fatty alcohol alkoxylates are accessible, for example, by reacting the corresponding alcohols with ethylene oxide or propylene oxide.
Additive des Typs m = 0, die nicht oder nur teilweise in Wasser und Schwefelsäure löslich sind, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Ebenfalls bevorzugt sind Additive, die eine Verbindung gemäß Formel (I) enthalten, wobei
- • R
ein Alkanrest mit 20 bis 4200, bevorzugterWeise 50 bis 750 und besonders bevorzugt 80 bis 225 Kohlenstoffatomen ist; - • M ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallion, H+ oder NH4+, insbesondere ein Alkalimetallion wie Li+, Na+ und K+ oder H+ ist, wobei nicht alle Variablen M gleichzeitig die Bedeutung H+ haben;
- • N = 0;
- • m eine ganze
Zahl von 10 bis 1400 ist; und - • x = 1
oder 2.
- • R is an alkane radical with 20 to 4200, preferably 50 to 750 and particularly preferably 80 to 225 carbon atoms;
- • M is an alkali metal or alkaline earth metal ion, H+ or NH 4 +, in particular an alkali metal ion such as Li+, Na+ and K+ or H+, whereby not all variables M have the meaning H+ at the same time;
- • N = 0;
- • m is an integer from 10 to 1400; and
- • x = 1 or 2.
Als geeignete Additive sind hier insbesondere Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäuren und Acrylsäure-Methacrylsäure-Copolymere zu nennen, deren Säuregruppen wenigstens teilweise, z. B. in bevorzugter Weise 40%, besonders bevorzugt 80%, neutralisiert sind. Die Prozentangabe bezieht sich auf die Anzahl der Säuregruppen. Ganz besonders bevorzugt sind Poly(meth)acrylsäuren, die vollständig in der Salzform vorliegen. Mit Poly(meth)acrylsäuren sind Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäuren und Acrylsäure-Methacrylsäurecopolymere gemeint. Poly(meth)acrylsäuren sind bevorzugt und insbesondere Polyacrylsäuren mit einer durchschnittlichen molaren Masse Mw von 1.000 bis 100.000 g/mol, besonders bevorzugt 1.000 bis 15.000 g/mol und ganz besonders bevorzugt 1.000 bis 4.000 g/mol. Das Molekulargewicht der Poly(meth)acrylsäurepolymere und - copolymere wird durch Messung der Viskosität einer 1%igen wässrigen, mit Natriumhydroxidlösung neutralisierten Lösung des Polymers ermittelt (Fikentscher-Konstante).Suitable additives to be mentioned here are in particular polyacrylic acids, polymethacrylic acids and acrylic acid-methacrylic acid copolymers, the acid groups of which are at least partially, e.g. B. preferably 40%, particularly preferably 80%, are neutralized. The percentage refers to the number of acid groups. Poly(meth)acrylic acids that are completely present in the salt form are particularly preferred. Poly(meth)acrylic acids mean polyacrylic acids, polymethacrylic acids and acrylic acid-methacrylic acid copolymers. Poly(meth)acrylic acids are preferred and in particular polyacrylic acids with an average molar mass M w of 1,000 to 100,000 g/mol, particularly preferably 1,000 to 15,000 g/mol and very particularly preferably 1,000 to 4,000 g/mol. The molecular weight of the poly(meth)acrylic acid polymers and copolymers is determined by measuring the viscosity of a 1% aqueous solution of the polymer neutralized with sodium hydroxide solution (Fikentscher constant).
Ebenfalls geeignet sind Copolymere der (Meth)acrylsäure, insbesondere Copolymere, die neben (Meth)acrylsäure Ethylen, Maleinsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat und/oder Ethylhexylacrylat als Comonomer enthalten. Bevorzugt sind Copolymere, die wenigstens 40 Gew.-%, bevorzugter Weise wenigstens 80 Gew.-% (Meth)acrylsäuremonomer enthalten, wobei die Prozentangaben auf der Säureform der Monomere oder Polymere basieren.Also suitable are copolymers of (meth)acrylic acid, in particular copolymers which, in addition to (meth)acrylic acid, contain ethylene, maleic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate and/or ethylhexyl acrylate as comonomer. Copolymers which contain at least 40% by weight, preferably at least 80% by weight, of (meth)acrylic acid monomer are preferred, the percentages being based on the acid form of the monomers or polymers.
Zur Neutralisation der Polyacrylsäurepolymere und - copolymere sind Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxide wie Kaliumhydroxid und insbesondere Natriumhydroxid besonders geeignet.Alkaline metal and alkaline earth metal hydroxides such as potassium hydroxide and in particular sodium hydroxide are particularly suitable for neutralizing the polyacrylic acid polymers and copolymers.
Das mikroporöse Polyolefin kann auf verschiedene Weise mit dem Additiv oder den Additiven versehen werden. Die Additive können zum Beispiel auf das fertige Polyolefin (z. B. nach der Extraktion) aufgebracht oder der Mischung zur Herstellung des Polyolefins zugesetzt werden. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird das Additiv oder eine Lösung des Additivs auf die Oberfläche des Polyolefins aufgebracht. Diese Variante eignet sich insbesondere für das Aufbringen von nichtthermostabilen Additiven und Additiven, die in dem Lösungsmittel löslich sind, das für die anschließende Extraktion verwendet wird. Als Lösungsmittel für die Additive gemäß der vorliegenden Offenbarung eignen sich insbesondere Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht, wie Methanol und Ethanol, sowie Mischungen dieser Alkohole mit Wasser. Die Applikation kann auf der der negativen Elektrode zugewandten Seite, auf der der positiven Elektrode zugewandten Seite oder auf beiden Seiten des Separators erfolgen.The microporous polyolefin can be provided with the additive or additives in various ways. The additives can, for example, be applied to the finished polyolefin (e.g. after extraction) or added to the mixture to produce the polyolefin. According to a preferred embodiment, the additive or a solution of the additive is applied to the surface of the polyolefin. This variant is particularly suitable for the application of non-thermostable additives and additives that are soluble in the solvent used for the subsequent extraction. Particularly suitable solvents for the additives according to the present disclosure are alcohols with low molecular weight, such as methanol and ethanol, as well as mixtures of these alcohols with water. The application can take place on the side facing the negative electrode, on the side facing the positive electrode or on both sides of the separator.
Das Additiv kann in einer Dichte von wenigstens 0,5 g/m2, 1,0 g/ m2, 1,5 g/ m2, 2,0 g/ m2, 2,5 g/ m2, 3,0 g/ m2, 3, 5 g/ m2, 4,0 g/ m2, 4,5 g/ m2, 5,0 g/ m2, 5,5 g/ m2, 6,0 g/ m2, 6,5 g/ m2, 7,0 g/ m2, 7,5 g/m2, 8,0 g/m2, 8,5 g/m2, 9,0 g/m2, 9,5 g/m2 oder 10,0 g/m2 vorliegen. Das Additiv kann auf dem Separator in einer Dichte zwischen 0,5 - 10 g/m2, 1,0 - 10,0 g/m2, 1,5 - 10,0 g/m2, 2,0 - 10,0 g/m2, 2,5 - 10,0 g/m2, 3,0 - 10,0 g/m2, 3,5 - 10,0 g/m2, 4,0 - 10,0 g/m2, 4, 5 - 10,0 g/m2, 5,0 - 10,0 g/m2, 5,5 - 10,0 g/m2, 6,0 - 10,0 g/m2, 6,5 - 10,0 g/m2, 7,0 - 10,0 g/m2, 7,5 - 10,0 g/m2, 5,0 - 10,5 g/m2, 5,0 - 11,0 g/m2, 5,0 - 12,0 g/m2 oder 5,0 - 15,0 g/m2 vorliegen.The additive can have a density of at least 0.5 g/m 2 , 1.0 g/m 2 , 1.5 g/m 2 , 2.0 g/m 2 , 2.5 g/m 2 , 3, 0g/ m2 , 3, 5g/m2, 4.0g/ m2 , 4.5g/ m2 , 5.0g/ m2 , 5.5g/ m2 , 6.0g / m 2 , 6.5 g/m 2 , 7.0 g/ m 2 , 7.5 g/m 2 , 8.0 g/m 2 , 8.5 g/m 2 , 9.0 g/
Die Applikation kann auch durch Walzenauftrag oder Eintauchen des Polyolefins in das Additiv oder eine Lösung des Additivs und anschließendes optionales Entfernen des Lösungsmittels (z.B. durch Trocknung) erfolgen. Der Auftrag kann auch auf jede andere bekannte Art erfolgen. Auf diese Weise kann die Applikation des Additivs zum Beispiel mit der bei der Polyolefinherstellung häufig angewandten Extraktion kombiniert werden.The application can also be carried out by roller application or by immersing the polyolefin in the additive or a solution of the additive and then optionally removing the solvent (e.g. by drying). The order can also be carried out in any other known way. In this way, the application of the additive can be combined, for example, with the extraction often used in polyolefin production.
Die folgenden fotografischen Beispiele in
Nun unter Bezugnahme auf
Nun unter Bezugnahme auf
Nun unter Hinwendung zu
Nun unter Bezugnahme auf
Mit Bezug auf
Nun unter Bezugnahme auf
Die hier beschriebenen Separatoren, Verfahren, Batterien und Batteriesysteme können eine verbesserte Elektrolytzirkulation und -durchmischung mit weniger Säureschichtung im Laufe der Zeit ermöglichen. Dies ist besonders wichtig für Deep-Cycling- und/oder Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien, wobei Säureschichtung die Batterieleistung erheblich reduzieren kann. Verschiedene Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien und deren Anwendungen können von den hier beschriebenen verbesserten Separatoren, Verfahren, Batterien und Systemen profitieren. Verschiedene Start/Stopp-Fahrzeuge, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, verschiedene elektrische Fahrzeuge, Automobile, Hybridfahrzeuge, Gabelstapler, Golf-Carts, Neighborhood Electric Vehicles (NEV) usw. können von den hier beschriebenen verbesserten Separatoren, Batterien, Batteriesystemen und Verfahren profitieren, insbesondere Fahrzeuge und/oder Batterien, die nicht adäquat geladen werden und sich in einem Teilladungszustand befinden.The separators, processes, batteries and battery systems described herein can provide improved electrolyte circulation and mixing with less acid stratification over time. This is particularly important for deep cycling and/or enhanced flooded lead-acid batteries, where acid stratification can significantly reduce battery performance. Various flooded lead-acid batteries, improved flooded lead-acid batteries and their applications can benefit from the improved separators, processes, batteries and systems described herein. Various start/stop vehicles, including, but not limited to, various electric vehicles, automobiles, hybrid vehicles, forklifts, golf carts, Neighborhood Electric Vehicles (NEV), etc. may benefit from the improved separators, batteries, battery systems and methods described herein , particularly vehicles and/or batteries that are not adequately charged and are in a partially charged state.
Die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Enhanced-Flooded-Separatoren, die als säuremischende Separatoren bekannt sein können, können in Enhanced-Flooded-Batterien verwendet werden, insbesondere in Batterien in Bewegung, und sorgen in Enhanced-Flooded-Batterien überraschenderweise und unerwartet für eine deutlich verbesserte Säuremischung und/oder -zirkulation, wodurch die Säureschichtung in der Enhanced-Flooded-Batterie deutlich reduziert oder ganz verhindert wird. Dies kann von entscheidender Bedeutung sein, da der Fluss und die Zirkulation der Säure entlang des gesamten Separators bedeutet, dass die gesamte Batterie verwendet wird, und nicht nur ein kleinerer Teil der Batterie in Gebrauch ist. Bei den verbesserten Separatoren, Batterien, Systemen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung fließt nämlich der Elektrolyt (z.B. Schwefelsäure) frei zu und entlang aller oder fast aller Teile des Separators und damit frei zu und entlang aller oder fast aller Teile des positiven aktiven Materials und des negativen aktiven Materials auf den Elektroden. Umgekehrt sind bei der Säureschichtung ( Siehe nur beispielhaft die Säureschichtung in den unteren Reihen von Fotos in den
Der Grund für die Bedenken gegen die Säureschichtung ist die daraus resultierende Ungleichmäßigkeit der Stromdichte an den Oberflächen der positiven und negativen Platten oder Elektroden. Der in der
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die auf einer oder mehreren Oberflächen des Separators vorhandenen Zacken, Vertiefungen und/oder unterbrochenen Rippen ungleichmäßig verteilt. Zusätzlich sind in einigen bevorzugten Ausführungsformen die Zacken, die Vertiefungen und/oder die unterbrochenen Rippen auf einer oder mehr Oberflächen des Separators unterschiedlich in bestimmten Zonen oder Bereichen auf wenigstens einer Seite des Separators. Zum Beispiel können die Zacken und Vertiefungen selbst in ihrer Größe ungleichmäßig sein (z.B. zufällig größenmäßig verteilt sein) und die Abstände zwischen den Zacken und/oder Vertiefungen können zufällig und/oder ungleichmäßig sein. Beispielsweise können verschiedene hier verwendete Zacken und/oder Vertiefungen auf einer oder beiden Oberflächen eines Separators in einer geordneten oder ungeordneten Anordnung vorhanden sein. Zusätzlich können verschiedene hier verwendete Rippen, z.B. gezackte Rippen, nichtlinear sein. Zum Beispiel können einige gezackte Rippen ein wellenförmiges oder nicht-lineares Muster aufweisen.In some preferred embodiments of the present disclosure, the serrations, depressions, and/or discontinuous ribs present on one or more surfaces of the separator are unevenly distributed. Additionally, in some preferred embodiments, the serrations are the depressions gene and/or the interrupted ribs on one or more surfaces of the separator differ in certain zones or areas on at least one side of the separator. For example, the spikes and depressions themselves may be non-uniform in size (eg, randomly distributed in size) and the spacing between the spikes and/or depressions may be random and/or non-uniform. For example, various serrations and/or depressions used herein may be present on one or both surfaces of a separator in an ordered or disordered arrangement. In addition, various ribs used here, such as serrated ribs, may be nonlinear. For example, some serrated ridges may have a wavy or non-linear pattern.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Effekte der hier beschriebenen Enhanced-Flooded-Separatoren für die Enhanced-Flooded-Batterien verstärkt, wenn der Separator innerhalb der Enhanced-Flooded-Batterie so positioniert ist, dass die Verbesserungen am Separator parallel zur Bewegungsrichtung verlaufen, in der sich eine Batterie in Bewegung befindet. Solche Effekte können durch den Vergleich der wünschenswerten Ergebnisse von
Die verschiedenen hierin beschriebenen verbesserten Separatoren, zum Beispiel diejenigen mit Zacken zur Verbesserung des Säuremischens und der Säurezirkulation, können unterschiedliche Abstände und/oder unterschiedliche Muster aufweisen. Nur als Beispiel zeigen die
Ferner müssen die Platzierung des Vorsprungs (der Vorsprünge) (wie Vertiefungen, Zacken oder dergleichen) und das Design vorzugsweise für eine Kompression optimiert, um den PAM-Abbau nicht zu erleichtern, und vorzugsweise über dem Gitterrahmen abgestützt, um das Pellet nicht aus dem engen Kontakt mit dem positiven Gitterrahmen oder Stromabnehmer zu drücken.Further, the placement of the protrusion(s) (such as depressions, serrations, or the like) and design must preferably be optimized for compression so as not to facilitate PAM degradation, and preferably supported over the grid frame so as not to dislodge the pellet Press contact with the positive grid frame or current collector.
Die Batterien der vorliegenden Offenbarung können zu Kosteneinsparungen führen, wobei weniger Blei für eine überlegene Leistung aufgrund einer erhöhten PAM-Nutzung benötigt wird. Dies könnte wiederum die Kosten für die Batterie senken, was für Autohersteller ein Bedarf ist, und könnte das Gewicht der Batterie senken, was auch für Autohersteller ein Bedarf ist.The batteries of the present disclosure can result in cost savings with less lead required for superior performance due to increased PAM utilization. This in turn could reduce the cost of the battery, which is a need for automakers, and could reduce the weight of the battery, which is also a need for automakers.
In einigen Fällen können die in der vorliegenden Offenbarung verwendeten verbesserten Separatoren optimierte Profile aufweisen, die, verglichen mit der Rippenoberfläche eines herkömmlichen Rippenprofils wie eines festen vertikalen Rippenprofils, eine Rippenoberfläche aufweisen, die 10 - 90% dieser herkömmlichen Rippenoberfläche beträgt, vorzugsweise 30 - 70% dieser herkömmlichen Rippenoberfläche und stärker bevorzugt in einigen Fällen 40 - 60% dieser herkömmlichen Rippenoberfläche. All dies hängt von der Rippengeometrie, dem Rippenabstand und dem Endziel ab, die Säuremischung zu verbessern und die Säureschichtung zu verhindern, die alle optimiert sind. In some cases, the improved separators used in the present disclosure may have optimized profiles that, when compared to the rib surface of a conventional rib profile such as a solid vertical rib profile, have a rib surface area that is 10 - 90% of that conventional rib surface area, preferably 30 - 70% of this conventional rib surface and more preferably in some cases 40-60% of this conventional rib surface. All of this depends on the fin geometry, fin spacing and the end goal of improving acid mixing and preventing acid stratification, all of which are optimized.
BeispieleExamples
In zusätzlichen Beispielen, die unten gezeigt sind, erweiterte eine kommerzielle Gruppe 31 19 Platte/Gruppe Ca/Ca die Batterietestdaten. In dieser Tabelle haben die mit „neu“ gekennzeichneten Separatoren das in der Hülle der
Die CFD-Beispiele, die in Bezug auf
Die Beispiele für kurze Zellen zeigen einen Separator, der ungefähr 142 mm breit und ungefähr 129 mm hoch ist, eine Rückenbahndicke von ungefähr 250 µm und eine Rippenhöhe von ungefähr 600 µm aufweist. Die Beispiele für kurze Zellen zeigen auch ungefähr 3 mm zwischen jeder Seitenkante des Separators und der Seitenwandgrenze des Batteriegehäuses und einen Kopfraum über dem Separator von ungefähr 44 mm.The short cell examples show a separator that is approximately 142 mm wide and approximately 129 mm high, with a backsheet thickness of approximately 250 μm and a rib height of approximately 600 μm. The short cell examples also show approximately 3 mm between each side edge of the separator and the sidewall boundary of the battery case and a headspace above the separator of approximately 44 mm.
Die Beispiele für hohe Zellen zeigen einen Separator, der ungefähr 158 mm breit und ungefähr 406 mm hoch ist, eine Rückenwanddicke von ungefähr 500 µm und eine Rippenhöhe von ungefähr 1,8 mm. Die Beispiele für hohe Zellen zeigen auch ungefähr 3 mm zwischen jeder Seitenkante des Separators und der Seitenwandgrenze des Batteriegehäuses und einen Kopfraum über dem Separator von ungefähr 51 mm.The tall cell examples show a separator that is approximately 158 mm wide and approximately 406 mm high, a back wall thickness of approximately 500 μm, and a fin height of approximately 1.8 mm. The tall cell examples also show approximately 3mm between each side edge of the separator and the sidewall boundary of the battery case and a headspace above the separator of approximately 51mm.
Die Bedeutung des CCA-Tests von Midtronic besteht darin, dass es sich nicht um einen globalen Standard-Test handelt, sondern um ein Handgerät, das mithilfe eines Algorithmus schnell und einfach die Leistung des Akkus berechnet. Die Vergrößerung der Oberfläche des positiven Gitters, das unter Verwendung des Säuremischseparators Säure ausgesetzt ist, ermöglicht eine verbesserte Leitfähigkeit und eine verbesserte Elektrodenleistung. Obwohl dies kein Industriestandard ist, wird es heute aus Gründen der Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit für Kaufentscheidungen auf der ganzen Welt verwendet. Die Verbesserung der Leistung dieses Algorithmus-Testers ist der Schlüssel zur Kundenzufriedenheit, und die Verbesserungen des Säuremischseparators erleichtern dieses Ergebnis, wie in Tabelle 3 gezeigt.The importance of Midtronic's CCA test is that it is not a global standard test, but a handheld device that uses an algorithm to quickly and easily calculate the performance of the battery. Increasing the surface area of the positive grid exposed to acid using the acid mixing separator allows for improved conductivity and improved electrode performance. Although not an industry standard, it is now used in purchasing decisions around the world for simplicity and ease of use. Improving the performance of this algorithm tester is the key to customer satisfaction, and the acid mixing separator improvements facilitate this result, as shown in Table 3.
Die folgenden Beispiele beschreiben detaillierte Analysen von beispielhaften Separatoren und Batterien unter Verwendung von Computational Fluid Dynamics (CFD), um die Wirksamkeit der hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen zu quantifizieren, um Säureschichtung innerhalb einer Blei-Säure-Batterie oder einer Flooded-Blei-Säure-Batterie oder einer Enhanced-Flooded-Batterie oder einer Flooded-Start/Stopp-Batterie im Leerlauf umzukehren, zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren. Die Modelle wurden im Allgemeinen in einem Zustand vollständiger Schichtung gestartet, wobei sich die höchste Säurekonzentration im unteren Teil der Batterie und Wasser im oberen Teil der Batterie mit einer dazwischen angeordneten Grenzfläche befand.The following examples describe detailed analyzes of example separators and batteries using computational fluid dynamics (CFD) to quantify the effectiveness of the example embodiments disclosed herein to acid stratification within a lead-acid battery or a flooded lead-acid battery or an enhanced flooded battery or a flooded start/stop battery when idle. The models were generally started in a state of complete stratification, with the highest concentration of acid in the lower part of the battery and water in the upper part of the battery with an interface in between.
Eine sinusförmige grafische Darstellung einer seitlichen Bewegung ist in
Darüber hinaus wurde aus der Analyse der CFD-Modelle ein Volumengleichmäßigkeitsindex (φ) der Säurevolumenfraktion im gesamten flüssigen Elektrolyt abgeleitet, wo perfekt gemischter Elektrolyt einen Gleichförmigkeitsindex von 1,0 hätte. Dieser Wert wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 berechnet:
wobei
φc der Wert des ausgewählten Skalars in einer Zelle ist; und
Vc das Zellvolumen ist.Furthermore, from the analysis of the CFD models, a volume uniformity index (φ) of the acid volume fraction throughout the liquid electrolyte was derived, where perfectly mixed electrolyte would have a uniformity index of 1.0. This value was calculated using the following Equation 1:
where
φ c is the value of the selected scalar in a cell; and
V c is the cell volume.
- - Überwachte Volumengleichförmigkeit der Volumsfraktion der Säure durch die ganze Flüssigkeit
- - Perfekte Durchmischung = 1,0
- - Ausgangswert = 0,32
- - durchschnittlicher Wert zwischen 56 und 58 Sekunden = 0,34
- - Veränderung = 7%
19A und19B zeigen Leitelemente mit Zacken bzw. einen positiv umhüllenden Separator mit gezackten Rippen,der 60 Sekunden lang einer seitlichen Bewegung ausgesetzt und unter Verwendung von CFD analysiert wurde, um das Mischen eines geschichteten Elektrolyten einer Flooded-Blei-Säure-Batterie zu zeigen (Massenfraktion von H2SO4 der Flüssigkeit 191,19A Sub-Modell-Ergebnisse bei 60 Sekunden bzw. 60 (s) Lösungszeit,19B Sub-Modell-Ergebnisse bei 6 Sekunden bzw. 6,0 (s) Lösungszeit). Es ist zu sehen, dass es ein gewisses Ausmaß von Mischen am Außenumfang des Separators mit verstärktem Mischen zwischen den inneren gezackten Rippen gibt.19A und19B zeigen: - - Über die größere Zeitdauer zeigt sich, wie erwartet, ein Mehr an Mischen
- - Hauptsächlich an den Taschenenden, aber ebenfalls erkennbar in der Mitte - nicht zu erkennen bei 6s.
- - Monitored volumetric uniformity of the volume fraction of acid throughout the liquid
- - Perfect mixing = 1.0
- - Initial value = 0.32
- - average value between 56 and 58 seconds = 0.34
- - Change = 7%
19A and19B show serrated vanes and a serrated ridge positive envelope separator, respectively, subjected to lateral motion for 60 seconds and analyzed using CFD to demonstrate mixing of a layered electrolyte of a flooded lead-acid battery (mass fraction of H2SO4 the liquid 191,19A Sub- Model results at 60 seconds or 60 (s) solution time,19B Sub-model results at 6 seconds and 6.0 (s) solution time, respectively). It can be seen that there is some degree of mixing at the outer perimeter of the separator with increased mixing between the inner serrated ribs.19A and19B show: - - As expected, there is more mixing over the longer period of time
- - Mainly at the ends of the pockets, but also noticeable in the middle - not noticeable on 6s.
- - Überwachte Volumengleichförmigkeit der Volumsfraktion der Säure durch die ganze Flüssigkeit
- - Perfekte Durchmischung = 1,0
- - Ausgangswert = 0,32
- - Durchschnittlicher Wert zwischen 58 und 60 Sekunden = 0,36
- - Veränderung = 12%
- - Monitored volumetric uniformity of the volume fraction of acid throughout the liquid
- - Perfect mixing = 1.0
- - Initial value = 0.32
- - Average value between 58 and 60 seconds = 0.36
- - Change = 12%
- - Gezacktes Design mischt gründlicher als festes Design
- - Mengenmäßig wie auch qualitativ
- - 5% besseres Mischen
- - Unterschied im Mischen zeigt sich bereits früh im Zeitverlauf
- - Bestätigt das Durchführen der optimierungs-CFD-Analyse < 60 Sekunden
- - Serrated design blends more thoroughly than solid design
- - Quantitatively as well as qualitatively
- - 5% better mixing
- - Difference in mixing becomes apparent early on over time
- - Confirms performing optimization CFD analysis < 60 seconds
- - Verwenden eines aktualisierten Beschleunigungsprofils;
- - Profil:
- -
Sinusbewegung von 0°auf 15°auf 0° 0,5 Sekundenfür - -
0,5 SekundenPause für - -
Sinusbewegung von 0°auf 15°auf 0° 0,5 Sekundenfür
- -
- -
Gesamtzykluszeit beträgt 2 Sekunden- -
Ereignisdauer 60 Sekunden (30 Zyklen)22 zeigt eine bildliche Darstellung der CFD-Analyse eines Separators mit gezackten Rippen, welcher der in21 beschriebenen Schaukelbewegung ausgesetzt ist (Massenfraktion von H2SO4 der Flüssigkeit 221,Lösungszeit 7,8 (s)).
- -
- - Using an updated acceleration profile;
- - Profile:
- - Sinusoidal movement from 0° to 15° to 0° for 0.5 seconds
- - Pause for 0.5 seconds
- - Sinusoidal movement from 0° to 15° to 0° for 0.5 seconds
- - Total cycle time is 2 seconds
- -
Event duration 60 seconds (30 cycles)22 shows a pictorial representation of the CFD analysis of a separator with serrated ribs, which is the in21 is exposed to the described rocking motion (mass fraction of H2SO4 of the liquid 221, solution time 7.8 (s)).
- -
- - Überwachte Volumengleichförmigkeit der Volumsfraktion der Säure für die gesamte Flüssigkeit
- - Perfekte Durchmischung =1,0
- - Ausgangswert = 0,32
- - Durchschnittlicher Wert zwischen 58 und 60 Sekunden = 0,39
- - Veränderung = 22%
- - Monitored volumetric uniformity of the volume fraction of acid for the entire liquid
- - Perfect mixing =1.0
- - Initial value = 0.32
- - Average value between 58 and 60 seconds = 0.39
- - Change = 22%
- - Durch negative Umhüllung gesteigertes Mischen
- - Positive Umhüllung = 12% Verbesserung beim Durchmischen
- - Negative Umhüllung = 22% Verbesserung beim Durchmischen
- - Mixing increased by negative wrapping
- - Positive envelope = 12% improvement in mixing
- - Negative envelope = 22% improvement in mixing
Nun unter Hinwendung zu
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- • 1 mm < Höhe < 15 mm
- • 15° < Winkel < 165°
- • 0,5 mm < Säulenabstand < 15 mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 Richtungänderung - -
Säule 2 Richtungänderung - -
Säule 1auf 2 Richtungänderung
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- • 1 mm < height < 15 mm
- • 15° < angle < 165°
- • 0.5 mm < column spacing < 15 mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 change of direction - -
Pillar 2 change of direction - -
Pillar 1 to 2 direction change
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- - Höhe = 9,6 mm
- - Winkel = 72°
- - Säulenabstand = 3 mm
- - Stärke = 1mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 kein Abwechseln - -
Säule 2 Abwechseln - - Säule 1 and 2 kein Umspringen
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - 13
Säulen von Säulen 1 und 2
- - 13
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- - Height = 9.6mm
- - Angle = 72°
- - Column spacing = 3 mm
- - Thickness = 1mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 no alternation - -
Column 2 Alternate - -
1 and 2 no jumping aroundColumns
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - 13 columns from
1 and 2columns
- - 13 columns from
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Full coverage of the separator surface
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- - Höhe = 9,8 mm
- - Winkel = 77,2°
- - Säulenabstand = 3,09 mm
- - Stärke = 1mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 kein Abwechseln - -
Säule 2 Abwechseln - - Säule 1 and 2 kein Umspringen
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - 13
Säulen von Säulen 1 und 2
- - 13
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- - Height = 9.8mm
- - Angle = 77.2°
- - Column spacing = 3.09 mm
- - Thickness = 1mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 no alternation - -
Column 2 Alternate - -
1 and 2 no jumping aroundColumns
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - 13 columns from
1 and 2columns
- - 13 columns from
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Full coverage of the separator surface
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- - Höhe = 9,6 mm
- - Winkel = 74,7°
- - Säulenabstand = 3 m
- - Stärke = 1mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 kein Abwechseln - -
Säule 2 Abwechseln - -
Säule 1auf 2 kein Umspringen
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - 13
Säulen von Säulen 1 und 2
- - 13
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- - Height = 9.6mm
- - Angle = 74.7°
- - Column spacing = 3 m
- - Thickness = 1mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 no alternation - -
Column 2 Alternate - - No switching from
column 1 to 2
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - 13 columns from
1 and 2columns
- - 13 columns from
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Full coverage of the separator surface
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- - Höhe = 9,5 mm
- - Winkel =78,3°
- - Säulenabstand = 3,09 mm
- - Stärke = 1mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 kein Abwechseln - -
Säule 2 Abwechseln - -
Säule 1auf 2 kein Umspringen
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - 13
Säulen von Säulen 1 und 2
- - 13
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- - Height = 9.5mm
- - Angle =78.3°
- - Column spacing = 3.09 mm
- - Thickness = 1mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 no alternation - -
Column 2 Alternate - - No switching from
column 1 to 2
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - 13 columns from
1 and 2columns
- - 13 columns from
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Full coverage of the separator surface
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- - Höhe = 9,6 mm
- - Winkel = 73,8°
- - Säulenabstand = 3 mm
- - Stärke = 1mm
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 kein Abwechseln - -
Säule 2 Abwechseln - -
Säule 1auf 2 kein Umspringen
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher:
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - 13
Säulen von Säulen 1 und 2
- - 13
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- - Height = 9.6mm
- - Angle = 73.8°
- - Column spacing = 3 mm
- - Thickness = 1mm
- - three binary variables
- -
Pillar 1 no alternation - -
Column 2 Alternate - - No switching from
column 1 to 2
- -
- - Dependent variables ensure:
- - Full coverage of the separator surface
- - 13 columns from
1 and 2columns
- - 13 columns from
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Full coverage of the separator surface
- - Begonnen mit schlechtest möglichem Fall
- - 100% Säureschichtung
- - Beschränkte Bewegung (z. B. 60 Sekunden)
- - Gleichmäßig gemischte Säure
- - Ermöglicht bessere Ausnützung der Elektroden beim Aufnehmen von Energie und beim Bereitstellen von Energie
- - Verhindert tote Zonen oder sulfatierte Bereiche auf der Elektrode, die anfällig für Ablösen sind und verbessert daher PSoC
- - Started with worst possible case
- - 100% acid layering
- - Limited movement (e.g. 60 seconds)
- - Evenly mixed acid
- - Enables better utilization of the electrodes when absorbing energy and providing energy
- - Prevents dead zones or sulfated areas on the electrode that are prone to peeling and therefore improves PSoC
Der negativ umhüllende Separator mit unterbrochenen Rippen ergibt eine 26%-ige Zunahme des Mischens nach 60 Sekunden im Vergleich zu dem negativ umhüllenden Separator mit gezackten Rippen. In
Nun unter Hinwendung zu
- - Kurven angepasst, um bei gleichem Startwert von Volumengleichmäßigkeit zu beginnen
- - Variationen in der Geometrie beeinflussen absolute Werte
- - Gezeigte prozentuelle Zuwächse sind relativ zu dem Startpunkt der Gleichmäßigkeit des jeweiligen Designs
- - Adjusted curves to start at the same starting value of volume uniformity
- - Variations in geometry affect absolute values
- - Percentage increases shown are relative to the starting point of uniformity of each design
- - Separator ist in 3 Zonen geteilt
- - Jede Zone ist 47,33 mm breit
- -
Rippengeometrie von Zone 1und 2 und 3 kann unabhängig voneinander verändert sein - -
Zackengeometrie von Zone 3 kann identisch zu jenervon Zone 1 sein - - 12 unabhängige Variable
- - Separator is divided into 3 zones
- - Each zone is 47.33mm wide
- - Rib geometry of
1 and 2 and 3 can be changed independently of each otherzones - - Serration geometry of
Zone 3 can be identical to that ofZone 1 - - 12 independent variables
- - Aufgabe
- - Maximieren des Volumengleichmäßigkeitszuwachses
- - Zwölf Variable
- • 2 mm < Höhe1,2 < 12 mm
- • 45° < Winkel1,2 < 135°
- • 0,5 mm < Säulenabstand1,2 < 12 mm
- •
Säule 1 Richtungänderung1,2 - •
Säule 2 Richtungänderung1,2 - •
Säule 1auf 2 Richtungänderung1,2
- - Task
- - Maximize volume uniformity growth
- - Twelve variables
- • 2 mm < height 1.2 < 12 mm
- • 45° < angle 1.2 < 135°
- • 0.5 mm < column spacing 1.2 < 12 mm
- •
Pillar 1 change of direction 1,2 - •
Pillar 2 change of direction 1,2 - •
Pillar 1 to 2 change of direction 1,2
- - gezeigte Wiederholungseinheit
- - drei stetige Variable
- • 2 mm<Höhe < 12 mm
- • 45° < Winkel < 135°
- • 0,5 mm < Säulenabstand < 12 mm
- - drei stetige Variable
- - drei binäre Variable
- -
Säule 1 Richtungänderung - -
Säule 2 Richtungänderung - -
Säule 1auf 2 Richtungänderung
- -
- - Abhängige Variable stellen sicher
- - Volle Abdeckung der Separatorfläche
- - Überlappung zwischen den Säulen
- - Zentrierte Säulen im Separator
- - repeated unit shown
- - three continuous variables
- • 2 mm<height < 12 mm
- • 45° < angle < 135°
- • 0.5 mm < column spacing < 12 mm
- - three continuous variables
- - three binary variables
- -
Pillar 1 change of direction - -
Pillar 2 change of direction - -
Pillar 1 to 2 direction change
- -
- - Dependent variable ensure
- - Full coverage of the separator surface
- - Overlap between columns
- - Centered columns in the separator
- - Zuwachs an Volumengleichmäßigkeit, gezeigt relative zum Startpunkt für jedes Design
- - Designs mit negativer Umhüllung
- - Gain in volume uniformity shown relative to the starting point for each design
- - Negative wrap designs
Darüber hinaus kann sich das Batteriedesign ändern, um die Säuredestratifizierung zu erleichtern. Ein solches Beispiel kann das Montieren der Batterie auf elastischen Halterungen umfassen, wie z. B. Federn oder Gummi oder einem anderen viskoelastischen Material, damit sich die Batterie nach einer Geschwindigkeitsänderung weiterbewegen oder wackeln kann. Das Batteriegehäuse kann größer gemacht werden, wenn mehr Elektrolyt hinzugefügt wird, um den Kopfdruck der gesamten Elektrolytversorgung innerhalb der Batterie zu erhöhen. Die Batterie kann auch als horizontaler Zylinder oder als Oval oder sogar als Kugel ausgeführt sein. Zusätzlich kann der Gehäusedeckel als Kuppel gestaltet sein.Additionally, the battery design can change to facilitate acid destratification. One such example may include mounting the battery on resilient mounts such as. B. springs or rubber or another viscoelastic material to allow the battery to continue moving or wobbling after a change in speed. The battery case can be made larger by adding more electrolyte to increase the head pressure of the total electrolyte supply within the battery. The battery can also be designed as a horizontal cylinder or an oval or even a sphere. In addition, the housing cover can be designed as a dome.
Die Gleichmäßigkeit einer skalaren Menge wird in einem Volumen berechnet als:
- Gleichmäßigkeitsindex von
wobeiφ der Volumendurchschnitt von φ ist, φC der Wert des ausgewählten Skalars in einer Zelle ist und VC das Zellenvolumen ist. Dieser Gleichmäßigkeitsindex beschreibt die Verteilung einer bestimmten Menge in einem Volumen. Wenn die Menge gleich verteilt ist, ist der sich ergebende Wert 1. Der Bericht ist in Anwendungen nützlich, wo eine gleichmäßige Flussrate über das gesamte Volumen hinweg wünschenswert ist. Wärmetauscher, Katalysatoren und Filter sind Beispiel solcher Anwendungen.
- Uniformity index of
whereφ is the volume average of φ, φ C is the value of the selected scalar in a cell, and V C is the cell volume. This uniformity index describes the distribution of a certain amount in a volume. If the quantity is equally distributed, the resulting value is 1. The report is useful in applications where a consistent flow rate across the entire volume is desirable. Heat exchangers, catalytic converters and filters are examples of such applications.
Darüber hinaus kann sich das Batteriedesign ändern, um die Säuredestratifizierung zu erleichtern. Ein solches Beispiel kann das Montieren der Batterie auf elastischen Halterungen umfassen, wie beispielsweise Federn oder Gummi oder einem anderen viskoelastischen Material, um es der Batterie zu ermöglichen, sich nach einer Geschwindigkeitsänderung weiter zu bewegen oder weiter geschüttelt zu werden. Das Batteriegehäuse kann größer gemacht werden, wenn mehr Elektrolyt hinzugefügt wird, um den Kopfdruck der gesamten Elektrolytversorgung innerhalb der Batterie zu erhöhen. Die Batterie kann auch als ein horizontaler Zylinder oder als Oval oder sogar als Kugel ausgelegt sein. Zusätzlich kann der Gehäusedeckel als Kuppel ausgeführt sein.Additionally, the battery design can change to facilitate acid destratification. One such example may include mounting the battery on resilient mounts, such as springs or rubber or other viscoelastic material, to allow the battery to continue moving or being shaken after a change in speed. The battery case can be made larger by adding more electrolyte to increase the head pressure of the total electrolyte supply within the battery. The battery can also be designed as a horizontal cylinder or an oval or even a sphere. In addition, the housing cover can be designed as a dome.
Die hier beschriebenen Separatoren können ferner in Kombination mit anderen Vorrichtungen verwendet werden, die zur Verhinderung/Umkehrung der Säureschichtung verwendet werden, wie beispielsweise Stauvorrichtungen, Tauchrohre, Säurepumpen oder -sprudler, Verdrängungsvorrichtungen oder eine beliebige Kombination davon. Viele solcher Vorrichtungen sind im Folgenden offenbart: US-Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr.
Es versteht sich von selbst, dass jedes der hier beschriebenen Rippenmuster einen Abstand zwischen Säulen aufweisen kann, damit Gas während Überladungsereignissen aufsteigen kann. Weiterhin braucht das Muster mit unterbrochenen Rippen keinen Abstand in Maschinenrichtung zwischen den Reihen mit unterbrochenen Rippen, um Festigkeit zu erzielen, wenn der Separator gefaltet wird, um eine Hülle zu bilden. Zusätzlich können die Separatoren mit unterbrochenen Rippen des Weiteren geprägt werden. Es versteht sich ferner von selbst, dass jedes der Rippenmuster oder andere Vorsprünge auf einer beliebigen Innenfläche des Batteriegehäuses oder auf einer beliebigen Oberfläche auf einer oder beiden der positiven und negativen Elektroden angeordnet sein kann. Für Batterien, die in Fahrzeugen eingebaut sind, kann eine bevorzugte Ausführungsform die Separatoren in einer Ausrichtung platzieren, die im Allgemeinen parallel zur Bewegung des Fahrzeugs ist, um die Start- und Stoppbewegung dieses Fahrzeugs auszunutzen.It should be understood that any of the rib patterns described herein may have spacing between columns to allow gas to rise during overload events. Furthermore, the broken rib pattern does not require machine direction spacing between rows of broken ribs to provide strength when the separator is folded to form a shell. In addition, the separators can be further embossed with interrupted ribs. It is further understood that each of the rib patterns or other projections may be disposed on any interior surface of the battery case or on any surface on one or both of the positive and negative electrodes. For batteries installed in vehicles, a preferred embodiment may place the separators in an orientation that is generally parallel to the movement of the vehicle to take advantage of the starting and stopping motion of that vehicle.
Es wird angenommen, dass die hierin beschriebenen verbesserten Separatoren, wie die hierin beschriebenen Separatoren mit unterbrochenen Rippen, weiter dazu beitragen können, die Bildung von Sulfatkristallen zu verhindern, und auch dazu beitragen können, eine gleichmäßigere Wärmeverteilung und/oder Wärmemischung und/oder thermische oder Wärmeableitung (Wärmeableitung in geringerer Zeit im Vergleich zu bekannten Separatoren wie Separatoren mit festen Rippen für Flooded-Blei-Säure-Batterien) über den Separator bereitzustellen. Es wird auch angenommen, dass die hier beschriebenen beispielhaften Separatoren mit unterbrochenen Rippen auch verbessertes oder schnelleres oder effizientes Befüllen von Flooded-Blei-Säure-Batterien, Gel-Batterien und/oder Enhanced-Flooded-Batterien liefern können.It is believed that the improved separators described herein, such as the interrupted fin separators described herein, may further help prevent the formation of sulfate crystals and may also help provide more uniform heat distribution and/or heat mixing and/or thermal or To provide heat dissipation (heat dissipation in less time compared to known separators such as solid fin separators for flooded lead-acid batteries) via the separator. It is also believed that the exemplary broken rib separators described herein may also provide improved or faster or efficient filling of flooded lead-acid batteries, gel batteries, and/or enhanced flooded batteries.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sorgt der offenbarte Separator für eine verringerte Säureschichtung oder sogar die vollständige Beseitigung der Säureschichtung insgesamt, so dass der Mischungsgrad oder die Volumengleichmäßigkeit der Säure oder des Elektrolyten innerhalb der Flooded-Blei-Säure-Batterie 1,0 beträgt oder sich nahezu 1,0 nähert. In verschiedenen Ausführungsformen ist der hier offenbarte Separator auch ein Separator mit niedrigem elektrischem Widerstand (ER). In solchen Ausführungsformen kann der Separator Verbesserungen enthalten, wie beispielsweise verbesserte Füllstoffe, welche die Porosität, Porengröße, innere Porenoberfläche, Benetzbarkeit und/oder die Oberfläche des Separators erhöhen. In einigen Ausführungsformen weisen die verbesserten Füllstoffe eine hohe strukturelle Morphologie und/oder eine verringerte Partikelgröße und/oder eine andere Menge an Silanolgruppen als bisher bekannte Füllstoffe auf und/oder sind mehr als bisher bekannte Füllstoffe hydroxyliert. Die verbesserten Füllstoffe können mehr Öl absorbieren und/oder die Einarbeitung einer größeren Menge an Verarbeitungsöl während der Separatorbildung ohne gleichzeitiges Schrumpfen oder Komprimieren ermöglichen, wenn das Öl nach der Extrusion entfernt wird. Beispielsweise wird der verbesserte Separator unter Verwendung von einem Siliziumdioxid mit einem intrinsischen Ölabsorptionswert von ungefähr 175 bis 350 ml/100 g, in einigen Ausführungsformen 200 bis 350 ml/100 g, in einigen Ausführungsformen 250 bis 350 ml/100 gm und in einigen weiteren Ausführungsformen 260 bis 320 ml/100 g gebildet, obwohl auch andere Ölabsorptionswerte möglich sind.In various embodiments of the present disclosure, the disclosed separator provides reduced acid stratification or even complete elimination of acid stratification altogether, such that the degree of mixing or volumetric uniformity of the acid or electrolyte within the flooded lead-acid battery is or is 1.0 close to 1.0. In various embodiments, the separator disclosed herein is also a low electrical resistance (ER) separator. In such embodiments, the separator may include improvements such as improved fillers that improve porosity, pore size, internal pore surface area, wettability, and/or surface area of the separator. In some embodiments, the improved fillers have a high structural morphology and/or a reduced particle size and/or a different amount of silanol groups than previously known fillers and/or are more hydroxylated than previously known fillers. The improved fillers can absorb more oil and/or allow for the incorporation of a greater amount of processing oil during separator formation without concomitant shrinkage or compression when the oil is removed after extrusion. For example, the improved separator is made using a silica having an intrinsic oil absorption value of about 175 to 350 ml/100 gm, in some
Die Füllstoffe können die sogenannte Hydratationssphäre der Elektrolyt-Ionen verringern, was ihren Transport durch die Membran verbessert und dadurch den elektrischen Gesamtwiderstand oder ER der Batterie, wie z. B. eine verbesserte Flooded-Batterie oder ein verbessertes System, erneut senken.The fillers can reduce the so-called hydration sphere of electrolyte ions, improving their transport across the membrane and thereby reducing the battery's total electrical resistance or ER, such as: B. an improved flooded battery or an improved system.
Der Füllstoff oder die Füllstoffe können verschiedene Spezies (wie polare Spezies wie Metalle) enthalten, die den Fluss von Elektrolyt und Ionen durch den Separator erleichtern. Das führt auch zu einem verringerten elektrischen Gesamtwiderstand, da ein solcher Separator in einer Flooded-Batterie, wie beispielsweise einer verbesserten Flooded-Batterie, verwendet wird.The filler or fillers may contain various species (such as polar species such as metals) that facilitate the flow of electrolyte and ions through the separator. This also results in reduced overall electrical resistance since such a separator is used in a flooded battery such as an improved flooded battery.
Die mikroporösen Separatoren mit niedrigem ER können hierin ferner eine neue und verbesserte Porenmorphologie und/oder eine neue und verbesserte Fibrillenmorphologie aufweisen, so dass der Separator dazu beiträgt, den elektrischen Widerstand in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie signifikant zu verringern, wenn ein solcher Separator in einer solchen Flooded-Blei-Säure-Batterie verwendet wird. Eine solche verbesserte Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie kann zu einem Separator führen, dessen Poren und/oder Fibrillen einer Morphologie vom Typ Shish-Kebab (oder Shish-Kabob) nahekommen. Eine andere Möglichkeit, die neuartige und verbesserte Porenform und -struktur zu beschreiben, besteht darin, dass sie eine strukturierte Fibrillenmorphologie ist, in der Siliziumdioxidknoten oder Knoten von Siliziumdioxid an den Kebab-Formationen auf den Polymerfibrillen (die Fibrillen werden manchmal als Schiefer bezeichnet) innerhalb des Batterie-Separators vorhanden sind. Zusätzlich können in bestimmten Ausführungsformen die Siliziumdioxidstruktur und die Porenstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Skelettstruktur oder eine Wirbelstruktur oder eine Wirbelsäulenstruktur beschrieben werden, wobei Siliziumdioxidknoten auf den „Kebabs“ des Polymers entlang der Fibrillen des Polymers wie Wirbel oder Scheiben (die „Kebabs“) erscheinen, die manchmal im Wesentlichen senkrecht zu einer länglichen zentralen Wirbelsäule oder Fibrille (langkettiger Polymerkristall) ausgerichtet sind, die sich einer spinalen säulenartigen Form annähert (der „Shish (Spieß“)).The low ER microporous separators herein may further include a new and improved pore morphology and/or a new and improved fibril morphology such that the separator helps to significantly reduce electrical resistance in a flooded lead-acid battery, if such Separator is used in such a flooded lead-acid battery. Such improved pore morphology and/or fibril morphology can result in a separator whose pores and/or fibrils approximate a shish-kebab (or shish-kabob) type morphology. Another way to describe the novel and improved pore shape and structure is that it is a structured fibril morphology in which silica knots or nodules of silica are attached to the kebab formations on the polymer fibrils (the fibrils are sometimes called shale) within of the battery separator are present. Additionally, in certain embodiments, the silica structure and the pore structure of a separator according to the present invention may be described as a skeletal structure or a vertebral structure or a spine structure, with silica nodes on the "kebabs" of the polymer along the fibrils of the polymer such as vertebrae or disks (the "kebabs") ") appear, sometimes oriented substantially perpendicular to an elongated central spine or fibril (long-chain polymer crystal) that approximates a spinal columnar shape (the "shish").
In einigen Fällen kann die verbesserte Batterie, die den verbesserten Separator mit der verbesserten Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie umfasst, 20% weniger, in einigen Fällen 25% weniger, in einigen Fällen 30% weniger elektrischen Widerstand und in einigen Fällen sogar ein Absinken des elektrischen Widerstands („ER“) um mehr als 30% (was den Innenwiderstand der Batterie verringern kann) aufweisen, während ein solcher Separator ein Gleichgewicht anderer wichtiger, wünschenswerter mechanischer Eigenschaften von Blei-Säure-Batterie-Separatoren beibehält und aufrechterhält. Ferner haben in bestimmten Ausführungsformen die hier beschriebenen Separatoren eine neue und/oder verbesserte Porenform, so dass im Vergleich zu bekannten Separatoren mehr Elektrolyt durch die Poren und/oder Hohlräume fließt oder diese füllt. Das Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht in dem Separator kann ein Polymer in einer Shish-Kebab-Formation umfassen, das mehrere langkettige Kristalle (die Spieß-Formationen) und mehrere gefaltete Kettenkristalle (die Kebab-Formationen) umfasst, wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen von 1 nm bis 150 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 120 nm und noch bevorzugter von 20 nm bis 100 nm (zumindest an Teilen der Rippenseite des Separators) beträgt. In bestimmten dieser Ausführungsformen mit niedrigem ER des vorliegenden Separators umfasst der Separator für eine hierin beschriebene Blei-Säure-Batterie einen Füllstoff, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, ausgefälltem Siliziumdioxid, pyrogenem Siliziumdioxid und ausgefälltem amorphem Siliziumdioxid ausgewählt ist; wobei das Molekularverhältnis von OH- zu Si-Gruppen innerhalb des Füllstoffs, gemessen durch 29Si-NMR, in einem Bereich von 21:100 bis 35:100, in einigen Ausführungsformen von 23:100 bis 31:100, in einigen Ausführungsformen von 25:100 bis 29:100 und in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen bei 27:100 oder höher liegt.In some cases, the improved battery comprising the improved separator with the improved pore morphology and/or fibril morphology may have 20% less, in some cases 25% less, in some
In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen weisen die offenbarten Separatoren einen verringerten elektrischen Widerstand auf, beispielsweise einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als ungefähr 200 mΩ.cm2, 180 mΩ.cm2, 160 mΩ.cm2, 140 mΩ.cm2, 120 mΩ.cm2, 100 mΩ.cm2, 80 mΩ.cm2, 60 mΩ.cm2, 50 mΩ.cm2, 40 mΩ.cm2, 30 mΩ.cm2 oder 20 mΩ.cm2. In verschiedenen Ausführungsformen zeigen die hier beschriebenen Separatoren eine Verringerung des ER um ungefähr 20% oder mehr im Vergleich zu einem bekannten Separator gleicher Stärke. Beispielsweise kann ein bekannter Separator einen ER-Wert von 60 mΩ.cm2 haben; somit hätte ein Separator gemäß der vorliegenden Erfindung bei gleicher Stärke einen ER-Wert von weniger als ungefähr 48 mΩ.cm2. Die hier beschriebenen Separatoren mit niedrigem ER können einige oder alle der Merkmale aufweisen, die in der vorläufigen
Gemäß mindestens ausgewählten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Systeme, die eine Blei-Säure-Batterie und/oder einen Batterie-Separator umfassen, verbesserte Batterie-Separatoren, verbesserte Fahrzeuge, einschließlich solcher Systeme, Herstellungs- oder Verwendungsverfahren oder Kombinationen davon gerichtet. Gemäß mindestens bestimmten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Batterie-Separatoren für solche Batterien und/oder Verfahren zur Herstellung, Prüfung oder Verwendung solcher verbesserten Flooded-Blei-Säure-Batterien oder Kombinationen davon gerichtet. Zusätzlich wird hierin ein Verfahren, ein System, eine Batterie und/oder ein Batterie-Separator offenbart, um die Säureschichtung zu verringern, die Batterielebensdauer und die Leistung in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie zu verbessern.According to at least selected embodiments, the present disclosure is directed to improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, improved systems comprising a lead-acid battery and/or a battery separator, improved battery separators Vehicles, including such systems, methods of manufacture or use, or combinations thereof. According to at least certain embodiments, the present disclosure is directed to improved flooded lead-acid batteries, improved battery separators for such batteries, and/or methods of making, testing, or using such improved flooded lead-acid batteries, or combinations thereof. Additionally, disclosed herein is a method, system, battery, and/or battery separator for reducing acid stratification, improving battery life, and improving performance in a flooded lead-acid battery.
Beispielhafte Separatoren, wie sie hier offenbart sind, können vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass sie über die Zeit eine verbesserte Leitfähigkeit aufweisen oder bereitstellen. Die Leitfähigkeit kann als Kaltstartverstärker (CCA) bestimmt werden, der beispielsweise in einem Midtronics-Tester gemessen wird. Beispielsweise kann eine mit dem erfindungsgemäßen Separator ausgestattete Blei-Säure-Batterie eine Abnahme von weniger als 10%, weniger als 9%, weniger als 8%, weniger als 7%, weniger als 6%, weniger als 5%, weniger als 4%, weniger als 3%, weniger als 2%, weniger als 1% oder weniger als 0,5% CCA über einen Zeitraum von 30 Tagen aufweisen, gemessen mit einem Midtronics CCA-Tester.Exemplary separators as disclosed herein may preferably be characterized as having or providing improved conductivity over time. Conductivity can be determined as a cold start amplifier (CCA), which is measured, for example, in a Midtronics tester. For example, a lead-acid battery equipped with the separator according to the invention can have a decrease of less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4% , less than 3%, less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% CCA over a 30 day period as measured by a Midtronics CCA tester.
Der erfindungsgemäße Separator umfasst vorzugsweise eine poröse Membran (wie eine mikroporöse Membran mit Poren von weniger als ungefähr 1 Mikron, eine mesoporöse oder eine makroporöse Membran mit Poren von mehr als ungefähr 1 Mikron) aus natürlichen oder synthetischen Materialien wie Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen, Phenolharz, PVC, Gummi, synthetischem Holzzellstoff (SWP), Glasfasern, Cellulosefasern oder Kombinationen davon; bevorzugter eine mikroporöse Membran aus thermoplastischen Polymeren. Die bevorzugten mikroporösen Membranen können Porendurchmesser von ungefähr 0,1 Mikron (100 Nanometer) und Porositäten von ungefähr 60% aufweisen. Die thermoplastischen Polymere können im Prinzip alle säurebeständigen thermoplastischen Materialien aufweisen, die zur Verwendung in Blei-Säure-Batterien geeignet sind. Die bevorzugten thermoplastischen Polymere umfassen Polyvinyle und Polyolefine. Zu den Polyvinylen gehört beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC). Die Polyolefine umfassen beispielsweise Polyethylen, wie Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) und Polypropylen. Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Mischung aus Füllstoff (zum Beispiel Siliziumdioxid) und UHMWPE umfassen.The separator according to the invention preferably comprises a porous membrane (such as a microporous membrane with pores of less than about 1 micron, a mesoporous or a macroporous membrane with pores of more than about 1 micron) made of natural or synthetic materials such as polyolefin, polyethylene, polypropylene, phenolic resin , PVC, rubber, synthetic wood pulp (SWP), glass fibers, cellulose fibers or combinations thereof; more preferably a microporous membrane made of thermoplastic polymers. The preferred microporous membranes can have pore diameters of about 0.1 microns (100 nanometers) and porosities of about 60%. The thermoplastic polymers can in principle comprise any acid-resistant thermoplastic materials suitable for use in lead-acid batteries. The preferred thermoplastic polymers include polyvinyls and polyolefins. Polyvinyls include, for example, polyvinyl chloride (PVC). The polyolefins include, for example, polyethylene such as ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and polypropylene. A preferred embodiment may include a mixture of filler (e.g., silicon dioxide) and UHMWPE.
Die poröse Membranschicht kann ein Polyolefin wie Polypropylen, Ethylen-Buten-Copolymer und vorzugsweise Polyethylen, bevorzugter Polyethylen mit hohem Molekulargewicht (z. B. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 600.000), noch bevorzugter Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (z. B. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 1.000.000, insbesondere mehr als 4.000.000, und am bevorzugtesten 5.000.000 bis 8.000.000 (gemessen durch Viskosimetrie und berechnet nach die Margolie-Gleichung)) mit einem Standardlastschmelzindex von im Wesentlichen 0 (gemessen gemäß ASTM D 1238 (Bedingung E) unter Verwendung einer Standardlast von 2.160 g) und mit einer Viskositätszahl von nicht weniger als 600 ml/g, vorzugsweise von nicht weniger als 1.000 ml/g, noch bevorzugter von nicht weniger als 2.000 ml/g und am meisten bevorzugt von nicht weniger als 3.000 ml/g (bestimmt in einer Lösung von 0,02 g Polyolefin in 100 g Decalin bei 130°C) enthalten.The porous membrane layer may be a polyolefin such as polypropylene, ethylene-butene copolymer and preferably polyethylene, more preferably high molecular weight polyethylene (e.g. polyethylene with a molecular weight of at least 600,000), more preferably ultra-high molecular weight polyethylene (e.g. polyethylene with a molecular weight of at least 1,000,000, especially more than 4,000,000, and most preferably 5,000,000 to 8,000,000 (measured by viscometry and calculated according to the Margolie equation)) with a standard load melt index of essentially 0 (measured according to ASTM D 1238 (Condition E) using a standard load of 2,160 g) and having a viscosity number of not less than 600 ml/g, preferably not less than 1,000 ml/g, more preferably not less than 2,000 ml/g, and most preferably of not less than 3,000 ml/g (determined in a solution of 0.02 g of polyolefin in 100 g of decalin at 130 ° C).
Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann die poröse Membran ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) enthalten, das mit einem Verarbeitungsöl und ausgefälltem Siliziumdioxid gemischt ist. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann die mikroporöse Membran ein gemischtes Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) gemischt mit einem Verarbeitungsöl, mit einem Additiv und mit ausgefälltem Siliziumdioxid enthalten. Die Mischung kann auch geringe Mengen anderer Additive oder Mittel enthalten, wie es in der Separatortechnik üblich ist (wie Netzmittel, Farbstoffe, antistatische Additive und/oder dergleichen). In bestimmten Fällen kann die mikroporöse Polymerschicht eine homogene Mischung von 8 bis 100 Vol.- % von Polyolefin, 0 bis 40 Vol.-% eines Weichmachers und 0 bis 92 Vol.-% inertes Füllmaterial sein. Der Füllstoff kann trockenes, fein verteiltes Siliziumdioxid sein. Der bevorzugte Weichmacher ist Erdöl. Da der Weichmacher die Komponente ist, die am einfachsten aus der Polymer-Füllstoff-Weichmacherzusammensetzung zu entfernen ist, ist er nützlich, um dem Batterie-Separator Porosität zu verleihen.According to at least one embodiment, the porous membrane may contain an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) blended with a processing oil and precipitated silica. According to at least one embodiment, the microporous membrane may contain a blended ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) mixed with a processing oil, with an additive, and with precipitated silica. The mixture may also contain small amounts of other additives or agents, as is common in separator technology (such as wetting agents, dyes, antistats chemical additives and/or the like). In certain cases, the microporous polymer layer may be a homogeneous mixture of 8 to 100% by volume of polyolefin, 0 to 40% by volume of a plasticizer and 0 to 92% by volume of inert filler material. The filler can be dry, finely divided silicon dioxide. The preferred plasticizer is petroleum. Since the plasticizer is the easiest component to remove from the polymer filler plasticizer composition, it is useful for imparting porosity to the battery separator.
In einigen Ausführungsformen kann die poröse Membran durch Mischen in einem Extruder durch ungefähr 30 Gew.-% Siliziumdioxid mit ungefähr 10 Gew.-% UHMWPE und ungefähr 60 Gew.-% Verarbeitungsöl hergestellt werden. Die mikroporöse Membran kann hergestellt werden, indem die Bestandteile durch einen erhitzten Extruder geleitet werden, das vom Extruder erzeugte Extrudat durch eine Düse in einen Spalt, der durch zwei erhitzte Kalanderwalzen gebildet wird, geleitet wird, um eine kontinuierliche Bahn zu bilden, indem aus der Bahn eine wesentliche Menge des Verarbeitungsöls unter Verwendung von einem Lösungsmittel extrahiert wird, indem die extrahierte Bahn getrocknet wird, indem die Bahn in Teilbahnen mit vorbestimmter Breite geschnitten wird und die Teilbahnen zu Rollen gewickelt werden. Die Kalanderwalzen können mit verschiedenen Rillenmustern graviert sein, um der Membran Rippen, Verzahnungen, Prägungen und dergleichen zu verleihen. Alternativ oder zusätzlich können der porösen Membran Rippen und dergleichen verliehen werden, indem die extrudierte Membran durch zusätzliche, geeignet gerillte Kalanderwalzen oder Pressen durchgeführt wird.In some embodiments, the porous membrane may be prepared by blending in an extruder approximately 30% by weight silicon dioxide with approximately 10% by weight UHMWPE and approximately 60% by weight processing oil. The microporous membrane can be made by passing the ingredients through a heated extruder, passing the extrudate produced by the extruder through a die into a nip formed by two heated calender rolls to form a continuous web from the Web a substantial amount of the processing oil is extracted using a solvent by drying the extracted web by cutting the web into sub-webs of a predetermined width and winding the sub-webs into rolls. The calender rolls may be engraved with various groove patterns to provide ribs, serrations, embossing, and the like to the membrane. Alternatively or additionally, ribs and the like may be imparted to the porous membrane by passing the extruded membrane through additional, suitably grooved calender rolls or presses.
Die poröse Membran kann auf verschiedene Weise mit dem Additiv, Tensid, Mitteln, Füllstoffen oder Additiven bereitgestellt werden. Beispielsweise können das Additiv oder die Additive auf die poröse Membran aufgebracht, wenn sie fertig ist (z. B. nach der Extraktion), und/oder zu der zur Herstellung der Membran verwendeten Mischung zugegeben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Additiv oder eine Lösung des Additivs auf die Oberfläche der porösen Membran aufgebracht. Diese Variante eignet sich insbesondere für die Anwendung von nicht thermostabilen Additiven und Additiven, die in dem für die anschließende Extraktion verwendeten Lösungsmittel löslich sind. Besonders geeignet als Lösungsmittel für die Additive gemäß der Erfindung sind auch niedermolekulare Alkohole wie Methanol und Ethanol als auch Gemische dieser Alkohole mit Wasser. Die Anwendung kann auf der der negativen Elektrode zugewandten Seite, der der positiven Elektrode zugewandten Seite oder auf beiden Seiten der mikroporösen Membran erfolgen.The porous membrane can be provided in various ways with the additive, surfactant, agents, fillers or additives. For example, the additive or additives may be applied to the porous membrane when it is finished (e.g., after extraction) and/or added to the mixture used to prepare the membrane. According to a preferred embodiment, the additive or a solution of the additive is applied to the surface of the porous membrane. This variant is particularly suitable for the use of non-thermo-stable additives and additives that are soluble in the solvent used for the subsequent extraction. Low molecular weight alcohols such as methanol and ethanol as well as mixtures of these alcohols with water are also particularly suitable as solvents for the additives according to the invention. The application can take place on the side facing the negative electrode, the side facing the positive electrode or on both sides of the microporous membrane.
Die Aufbringung kann auch durch Eintauchen der mikroporösen Membran in das Additiv oder in eine Lösung des Additivs und anschließend gegebenenfalls Entfernen des Lösungsmittels, z. B. durch Trocknen, erfolgen. Auf diese Weise kann die Aufbringung des Additivs beispielsweise mit der Extraktion kombiniert werden, die häufig während der Separatorherstellung angewendet wird.The application can also be carried out by immersing the microporous membrane in the additive or in a solution of the additive and then optionally removing the solvent, e.g. B. by drying. In this way, the application of the additive can be combined, for example, with the extraction that is often used during separator production.
Eine andere bevorzugte Option besteht darin, das Additiv oder die Additive in die Mischung aus thermoplastischem Polymer und gegebenenfalls Füllstoffen und anderen Additiven zu mischen, die verwendet werden, um die poröse Membran zu erzeugen. Die additivhaltige homogene Mischung wird dann zu einem bahnförmigen Material geformt.Another preferred option is to mix the additive or additives into the mixture of thermoplastic polymer and optional fillers and other additives used to create the porous membrane. The additive-containing homogeneous mixture is then formed into a web-shaped material.
Der erfindungsgemäße Separator kann ein Low-ER-Separator, ein Low-Water-Loss-Separator sein und/oder kann mindestens einen Abschnitt aufweisen, der Vorsprünge, unterbrochene Rippen, gezackte Rippen, diskontinuierliche Rippen und/oder dergleichen (anstelle von festen Rippen) aufweist, um das Säuremischen oder die Leitfähigkeit des Separators zu verbessern. Vorsprünge umfassen Merkmale wie kurze Rippensegmente, Noppen, Prägungen und dergleichen. Die Vorsprünge können sich entweder auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Separators befinden. Typischerweise befinden sich die Vorsprünge mindestens auf der der positiven Platte zugewandten Seite (dem positiven aktiven Material oder PAM). Die Vorsprünge können in Reihen angeordnet sein, wobei die Vorsprünge in jeder Reihe voneinander und von den Vorsprüngen in benachbarten Reihen beabstandet sind. In einigen Fällen können sich die Vorsprünge auf der Seite des Separators, die dem positiven aktiven Material zugewandt ist, auf der Seite des Separators, die dem negativen aktiven Material (oder NAM) zugewandt ist, oder auf beiden Seiten des Separators befinden.The separator according to the invention may be a low-ER separator, a low-water-loss separator and/or may have at least one section which has projections, interrupted ribs, serrated ribs, discontinuous ribs and/or the like (instead of solid ribs). to improve acid mixing or the conductivity of the separator. Projections include features such as short rib segments, nubs, embossments and the like. The projections can be located either on one side or on both sides of the separator. Typically, the protrusions are located at least on the side facing the positive plate (the positive active material or PAM). The projections may be arranged in rows, with the projections in each row spaced apart from one another and from the projections in adjacent rows. In some cases, the protrusions may be located on the side of the separator facing the positive active material, on the side of the separator facing the negative active material (or NAM), or on both sides of the separator.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Vorsprünge Rippen mit einer Rippenhöhe von mindestens ungefähr 0,005 mm, 0,01 mm, 0,025 mm, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,1 mm, 1,2 mm, 1,3 mm, 1,4 mm oder 1,5 mm.In some embodiments of the present invention, the projections are ribs having a rib height of at least about 0.005 mm, 0.01 mm, 0.025 mm, 0.05 mm, 0.075 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm, 1.2mm, 1.3mm, 1.4mm or 1.5mm.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Vorsprünge Rippen kurzer Länge mit einer Rippenbreite von mindestens ungefähr 0,005 mm, 0,01 mm, 0,025 mm, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,1 mm, 1,2 mm, 1,3 mm, 1,4 mm oder 1,5 mm. Die Rippen können eine Breite zwischen ungefähr 0,005-1,5 mm, 0,01-1,0 mm, 0,025-1,0 mm, 0,05-1,0 mm, 0,075-1,0 mm, 0,1-1,0 mm, 0,2-1,0 mm, 0,3-1,0 mm, 0,4-1,0 mm, 0,5-1,0 mm, 0,4-0,8 mm oder 0,4-0,6 mm aufweisen.In some embodiments of the present invention, the projections are short length ribs having a rib width of at least about 0.005mm, 0.01mm, 0.025mm, 0.05mm, 0.075mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm, 1.2mm, 1.3 mm, 1.4mm or 1.5mm. The ribs can have a width between approximately 0.005-1.5 mm, 0.01-1.0 mm, 0.025-1.0 mm, 0.05-1.0 mm, 0.075-1.0 mm, 0.1- 1.0mm, 0.2-1.0mm, 0.3-1.0mm, 0.4-1.0mm, 0.5-1.0mm, 0.4-0.8mm or 0.4-0.6 mm.
Der Separator kann negative Längs- oder Querrippen oder Minirippen, wie negative Rippen mit einer Höhe von ungefähr 25 bis 250 Mikron, möglicherweise vorzugsweise ungefähr 50 bis 125 Mikrometer und noch bevorzugter ungefähr 75 Mikrometer, aufweisen.The separator may have negative longitudinal or transverse fins or mini-fins, such as negative fins having a height of about 25 to 250 microns, perhaps preferably about 50 to 125 microns, and more preferably about 75 microns.
In bestimmten Ausführungsformen können die Vorsprünge Rippen umfassen, wobei jede Rippe eine Längsachse aufweist, die in einem Winkel von 0° bis weniger als 180° relativ zur Oberkante des Separators angeordnet ist. In einigen Fällen können alle Rippen im Separator mit dem gleichen Winkel angeordnet sein, wohingegen in anderen Ausführungsformen Rippen vorhanden sein können, die unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Separator Rippenreihen aufweisen, wobei mindestens einige der Reihen Rippen in einem Winkel θ relativ zur Oberkante des Separators aufweisen. Alle Rippen in einer einzelnen Reihe können den gleichen ungefähren Winkel haben, obwohl in anderen Fällen eine einzelne Reihe Rippen in voneinander abweichenden Winkeln vorliegen kann.In certain embodiments, the projections may include ribs, each rib having a longitudinal axis disposed at an angle of 0° to less than 180° relative to the top edge of the separator. In some cases, all ribs in the separator may be arranged at the same angle, whereas in other embodiments there may be ribs arranged at different angles. For example, in some embodiments, the separator may include rows of ribs, with at least some of the rows having ribs at an angle θ relative to the top edge of the separator. All ribs in a single row may have the same approximate angle, although in other cases a single row of ribs may have different angles.
In bestimmten Fällen weist eine gesamte Fläche des Separators Reihen von Vorsprüngen auf, während in anderen Ausführungsformen bestimmte Fragmente der Separatorfläche keine Vorsprünge umfassen. Diese Fragmente können entlang einer beliebigen Kante des Separators auftreten, einschließlich oben, unten oder an den Seiten, oder können in Richtung der Mitte des Separators auftreten, wobei das Fragment auf einer oder mehreren Seiten mit Abschnitten mit Vorsprüngen umgeben ist.In certain cases, an entire surface of the separator includes rows of protrusions, while in other embodiments, certain fragments of the separator surface do not include protrusions. These fragments may occur along any edge of the separator, including the top, bottom, or sides, or may occur toward the center of the separator, with the fragment surrounded on one or more sides with portions of protrusions.
In bestimmten, möglicherweise zu bevorzugenden Ausführungsformen mit unterbrochenen Rippen (siehe
In bestimmten anderen, möglicherweise zu bevorzugenden Ausführungsformen (siehe
In einigen Fällen umfasst der zweite Abschnitt einen fünften Satz von Reihen mit Rippen, die hier als R5 (404) mit einem Winkel θ5 (405) relativ zur Oberkante der Rückenbahn bezeichnet sind, wobei θ5 von 0° bis 90°, von 30° bis 85°, von 45° bis 85°, von 60° bis 85°, von 60° bis 80° oder von 60° bis 75° beträgt. Ein bevorzugter Wert für θ5 ist 90°. Der Abschnitt kann einen sechsten Satz von Reihen umfassen, der hier als R6 (406) bezeichnet ist und einen Winkel θ6 (407) aufweist, wobei Rippen einen Winkel θ6 relativ zur Oberkante der Rückenbahn aufweisen, wobei θ6 von zwischen 90° und weniger als 180°, von 95° bis 150°, von 95° bis 120°, von 100° bis 120° oder von 105° bis 120° liegt. Ein bevorzugter Wert für θ6 ist 90°. Die Rippen in verschiedenen Reihen können die gleichen (wie in 400 gezeigt) oder unterschiedliche Abmessungen haben. Der Abstand zwischen benachbarten Reihen kann von -5 bis 5 mm betragen, wobei negative Zahlen den Grad der Überlappung der Reihen angeben. Der Abstand kann von Mittelrippe zu Mittelrippe gemessen werden.In some cases, the second section includes a fifth set of rows of ribs, referred to herein as R 5 (404), at an angle θ 5 (405) relative to the top edge of the back panel, where θ 5 is from 0° to 90°, from 30° to 85°, from 45° to 85°, from 60° to 85°, from 60° to 80° or from 60° to 75°. A preferred value for θ 5 is 90°. The section may include a sixth set of rows, referred to herein as R 6 (406), having an angle θ 6 (407), with ribs having an angle θ 6 relative to the top edge of the back panel, with θ 6 of between 90° and is less than 180°, from 95° to 150°, from 95° to 120°, from 100° to 120° or from 105° to 120°. A preferred value for θ 6 is 90°. The ribs in different rows may have the same (as shown in 400) or different dimensions. The distance between adjacent rows can be from -5 to 5 mm, with negative numbers indicating the degree of overlap of the rows. The distance can be measured from midrib to midrib.
Wenn verschiedene Reihen vorhanden sind, können die Reihen in einem sich wiederholenden Muster auftreten. Das einfachste sich wiederholende Muster -R5-R6- ist in (400) zu sehen. Andere Muster umfassen -R5-R5-R6-; -R5-R5-R5-R6- ; -R5-R5-R6-R6-; -R5-R5-R5-R5-R6-; -R6-R5-R5-R5-R6-; -R5-R5-R5-R6-R6-; und dergleichen.When different rows are present, the rows may occur in a repeating pattern. The simplest repeating pattern -R 5 -R 6 - can be seen in (400). Other patterns include -R 5 -R 5 -R 6 -; -R 5 -R 5 -R 5 -R 6 - ; -R5 -R5 -R6 -R6 -; -R5 -R5 -R5 -R5 -R6 - ; -R6 -R5 -R5 -R5 -R6 - ; -R5 -R5 -R5 -R6 -R6 -; and the same.
In einigen ausgewählten Ausführungsformen kann der poröse Separator negative Längs- oder Querrippen auf der gegenüberliegenden Seite der Membran als Vorsprünge aufweisen. Die Negativ- oder Rückenrippen können parallel zur Oberkante des Separators oder in einem Winkel dazu angeordnet sein. Beispielsweise können die Querrippen ungefähr 90°, 80°, 75°, 60°, 50°, 45°, 35°, 25°, 15° oder 5° relativ zur Oberkante ausgerichtet sein. Die Querrippen können ungefähr 90-60°, 60-30°, 60-45°, 45-30° oder 30-0° relativ zur Oberkante ausgerichtet sein. Typischerweise befinden sich die Querrippen auf der der negativen Elektrode zugewandten Seite der Membran. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die gerippte Membran eine Querquerrippenhöhe von mindestens ungefähr 0,005 mm, 0,01 mm, 0,025 mm, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm oder 1,0 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die gerippte Membran eine Querkreuzrippenhöhe von nicht mehr als ungefähr 1,0 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,20 mm, 0,15 mm, 0,10 mm oder 0,05 mm aufweisen.In some selected embodiments, the porous separator may have negative longitudinal or transverse ribs on the opposite side of the membrane as projections. The negative or back ribs may be arranged parallel to the top edge of the separator or at an angle thereto. Example For example, the transverse ribs can be oriented approximately 90°, 80°, 75°, 60°, 50°, 45°, 35°, 25°, 15° or 5° relative to the top edge. The transverse ribs can be oriented approximately 90-60°, 60-30°, 60-45°, 45-30° or 30-0° relative to the top edge. Typically, the transverse ribs are located on the side of the membrane facing the negative electrode. In some embodiments of the present invention, the ribbed membrane may have a transverse transverse rib height of at least about 0.005 mm, 0.01 mm, 0.025 mm, 0.05 mm, 0.075 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0 .4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm or 1.0 mm. In some embodiments of the present invention, the ribbed membrane may have a cross-rib height of no more than about 1.0 mm, 0.5 mm, 0.25 mm, 0.20 mm, 0.15 mm, 0.10 mm, or 0.05 mm.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die gerippte Membran eine Querrippenbreite von mindestens ungefähr 0,005 mm, 0,01 mm, 0,025 mm, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm oder 1,0 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die gerippte Membran eine Querquerrippenbreite von nicht mehr als ungefähr 1,0 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,20 mm, 0,15 mm, 0,10 mm oder 0,05 mm haben.In some embodiments of the present invention, the ribbed membrane may have a transverse rib width of at least about 0.005 mm, 0.01 mm, 0.025 mm, 0.05 mm, 0.075 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0 .4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm or 1.0 mm. In some embodiments of the present invention, the ribbed membrane may have a transverse transverse rib width of no more than about 1.0 mm, 0.5 mm, 0.25 mm, 0.20 mm, 0.15 mm, 0.10 mm, or 0.05 mm have.
In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen kann die poröse Membran eine Querquerrippenhöhe von ungefähr 0,10-0,15 mm und eine Längsrippenhöhe von ungefähr 0,1-0,15 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die poröse Membran eine Querkreuzrippenhöhe von ungefähr 0,10-0,125 mm und eine Längsrippenhöhe von ungefähr 0,1-0,125 mm aufweisen.In certain selected embodiments, the porous membrane may have a transverse rib height of approximately 0.10-0.15 mm and a longitudinal rib height of approximately 0.1-0.15 mm. In some embodiments, the porous membrane may have a transverse rib height of approximately 0.10-0.125 mm and a longitudinal rib height of approximately 0.1-0.125 mm.
Die mikroporöse Membran kann eine Rückenbahndicke aufweisen, die mindestens 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm oder 1,0 mm beträgt. Der gerippte Separator kann eine Rückenbahndicke aufweisen, die nicht mehr als ungefähr 1,0 mm, 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm beträgt. In einigen Ausführungsformen kann die mikroporöse Membran eine Rückenbahndicke zwischen ungefähr 0,1-1,0 mm, 0,1-0,8 mm, 0,1-0,5 mm, 0,1-0,5 mm, 0,1-0,4 mm, 0,1-0,3 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die mikroporöse Membran eine Rückenbahndicke von ungefähr 0,2 mm aufweisen.The microporous membrane may have a backsheet thickness that is at least 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm or 1.0 mm. The ribbed separator may have a backsheet thickness no more than approximately 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0. 3 mm, 0.2 mm or 0.1 mm. In some embodiments, the microporous membrane may have a backsheet thickness between approximately 0.1-1.0 mm, 0.1-0.8 mm, 0.1-0.5 mm, 0.1-0.5 mm, 0.1 -0.4 mm, 0.1-0.3 mm. In some embodiments, the microporous membrane may have a backsheet thickness of approximately 0.2 mm.
Die Separatoren der vorliegenden Erfindung können entweder in Blattform oder in der Form eines Wickels, einer Hülse, einer Tasche oder eines Umschlags bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist eine mikroporöse Membran, die auf mindestens einer Seite mit mindestens einer Faserschicht bedeckt sein kann, als Tasche oder Umschlag vorgesehen. Wenn die Faserschicht vorhanden ist, ist es bevorzugt, dass die mikroporöse Membran eine größere Oberfläche als die Faserschichten hat. Wenn also die mikroporöse Membran und die Faserschichten kombiniert werden, bedecken die Faserschichten die mikroporöse Schicht nicht vollständig. Es ist bevorzugt, dass mindestens zwei gegenüberliegende Randbereiche der Membranschicht unbedeckt bleiben, um Kanten für die Heißversiegelung bereitzustellen, was die Bildung von Taschen oder Hüllen erleichtert. Die Separatoren können zu Hybridumschlägen verarbeitet werden. Der Hybridumschlag kann durch Bilden eines oder mehrerer Schlitze oder Öffnungen vor, während oder nach dem halbierenden Falten des Separatorblatts und dem Verbinden der Kanten des Separatorblatts, um eine Hülle zu bilden, gebildet werden. Die Seiten werden unter Verwendung von Schweißnähten oder mechanischen Dichtungen miteinander verbunden, um Nähte zu bilden, die eine Seite des Separatorblatts mit einer anderen Seite des Separatorblatts in Kontakt bringen. Schweißnähte können beispielsweise mit Wärme- oder Ultraschallverfahren hergestellt werden. Dieser Prozess führt zu einer Umschlagform mit einer unteren gefalteten Kante und zwei seitlichen Kanten.The separators of the present invention may be provided in either sheet form or in the form of a wrap, sleeve, bag or envelope. In some embodiments, a microporous membrane, which may be covered on at least one side with at least one layer of fibers, is provided as a bag or envelope. When the fibrous layer is present, it is preferred that the microporous membrane has a larger surface area than the fibrous layers. Thus, when the microporous membrane and the fiber layers are combined, the fiber layers do not completely cover the microporous layer. It is preferred that at least two opposing edge portions of the membrane layer remain uncovered to provide edges for heat sealing, facilitating the formation of pockets or sleeves. The separators can be processed into hybrid envelopes. The hybrid envelope may be formed by forming one or more slits or openings before, during, or after folding the separator sheet in half and joining the edges of the separator sheet to form a sleeve. The sides are joined together using welds or mechanical seals to form seams that bring one side of the separator sheet into contact with another side of the separator sheet. Weld seams can, for example, be produced using heat or ultrasound processes. This process results in an envelope shape with a bottom folded edge and two side edges.
Separatoren, die hier in Form eines Umschlags offenbart sind, können einen oder mehrere Schlitze oder Öffnungen entlang der gefalteten oder versiegelten Falten des Umschlags aufweisen. Die Länge der Öffnungen kann mindestens 1/50., 1/25., 1/20., 1/15., 1/10., 1/8., 1/5., 1/4. oder 1/3. der Länge der gesamten Kante betragen. Die Länge der Öffnungen kann 1/50. bis 1/3., 1/25. bis 1/3., 1/20. bis 1/3., 1/20. bis 1/4., 1/15. bis 1/4., 1/15. bis 1/5. oder 1/10. bis 1/5. der Länge der gesamten Kante betragen. Der Hybridumschlag kann 1-5, 1-4, 2-4, 2-3 oder 2 Öffnungen aufweisen, die entlang der Länge der Unterkante gleichmäßig angeordnet sein können oder auch nicht. Es wird bevorzugt, dass sich keine Öffnung in der Ecke des Umschlags befindet. Die Schlitze können geschnitten werden, nachdem der Separator gefaltet und versiegelt wurde, um einen Umschlag zu ergeben, oder die Schlitze können gebildet werden, bevor die poröse Membran in den Umschlag geformt wird.Separators disclosed herein in the form of an envelope may include one or more slots or openings along the folded or sealed folds of the envelope. The length of the openings can be at least 1/50th, 1/25th, 1/20th, 1/15th, 1/10th, 1/8th, 1/5th, 1/4th. or 1/3. the length of the entire edge. The length of the openings can be 1/50. to 1/3rd, 1/25th to 1/3rd, 1/20th to 1/3rd, 1/20th to 1/4th, 1/15th to 1/4th, 1/15th to 1/5. or 1/10. to 1/5. the length of the entire edge. The hybrid envelope may have 1-5, 1-4, 2-4, 2-3, or 2 openings, which may or may not be evenly spaced along the length of the bottom edge. It is preferred that there is no opening in the corner of the envelope. The slits may be cut after the separator is folded and sealed to form an envelope, or the slits may be formed before the porous membrane is formed into the envelope.
Separatoren, wie sie hier offenbart sind, können durch eine verbesserte Leitfähigkeit über die Zeit gekennzeichnet sein. Die Leitfähigkeit kann als Kaltstartverstärker (CCA) bestimmt werden, der beispielsweise in einem Midtronics-Tester gemessen wird. Beispielsweise kann eine mit dem erfindungsgemäßen Separator ausgestattete Blei-Säure-Batterie eine Abnahme von weniger als 10%, weniger als 9%, weniger als 8%, weniger als 7%, weniger als 6%, weniger als 5%, weniger als aufweisen 4%, weniger als 3%, weniger als 2%, weniger als 1% oder weniger als 0,5% CCA über einen Zeitraum von 30 Tagen, gemessen mit einem Midtronics CCA-Tester, zeigen. Im Gegensatz dazu ist die bei herkömmlichen Batterien unter ähnlichen Bedingungen beobachtete CCA-Abnahme häufig viel größer.Separators such as those disclosed herein can be characterized by improved conductivity over time. Conductivity can be determined as a cold start amplifier (CCA), which is measured, for example, in a Midtronics tester. For example, one with the invention Separator equipped lead-acid battery have a decrease of less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3% , less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% CCA over a 30 day period as measured with a Midtronics CCA tester. In contrast, the CCA decrease observed in conventional batteries under similar conditions is often much larger.
Die hier bereitgestellten Separatoren ermöglichen die Herstellung von Batterien mit verringertem Wasserverlust und geringeren Erhaltungsströmen in Batterien im Vergleich zu Batterien, die aus herkömmlichen Separatoren hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Wasserverlust um mehr als 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% oder 80% verringert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Erhaltungsstrom um mehr als 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% oder 80% reduziert werden. Batterien, die unter Verwendung der offenbarten Separatoren hergestellt wurden, zeigen mit der Zeit einen verringerten Anstieg des Innenwiderstands und in einigen Fällen keinen erhöhten Innenwiderstand.The separators provided herein enable the production of batteries with reduced water loss and lower float currents in batteries compared to batteries made from conventional separators. In some embodiments, water loss can be reduced by more than 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% or 80%. In some embodiments, the trickle current may be reduced by more than 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, or 80%. Batteries made using the disclosed separators show reduced increases in internal resistance over time and, in some cases, no increased internal resistance.
Neben der Verringerung des Wasserverlusts und der Verlängerung der Batterielebensdauer bieten mögliche bevorzugte Separatoren auch andere Vorteile. In Bezug auf die Montage weisen die Separatoren das negative Querrippen-Design auf, um die Biegesteifigkeit zu maximieren und höchste Fertigungsproduktivität zu gewährleisten. Um Kurzschlüsse bei dem Zusammenbau mit hoher Durchlaufgeschwindigkeit und später im Leben zu vermeiden, weisen die Separatoren im Vergleich zu Standard-PE-Separatoren eine überlegene Durchstoß- und Oxidationsbeständigkeit auf.In addition to reducing water loss and extending battery life, possible preferred separators also offer other benefits. In terms of assembly, the separators feature the negative cross-rib design to maximize bending rigidity and ensure highest manufacturing productivity. To avoid short circuits during high-speed assembly and later in life, the separators have superior puncture and oxidation resistance compared to standard PE separators.
Gemäß mindestens ausgewählten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf verbesserte Batterie-Separatoren, Separatoren mit niedrigem ER oder hoher Leitfähigkeit, verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie Flooded-Blei-Säure-Batterien, Batterien mit hoher Leitfähigkeit und/oder verbesserte Fahrzeuge mit ebensolchen Batterien und/oder Verfahren zur Herstellung oder Verwendung solcher Separatoren oder Batterien und/oder Kombinationen davon gerichtet. Gemäß mindestens bestimmten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien gerichtet, welche die verbesserten Separatoren enthalten und welche eine erhöhte Leitfähigkeit aufweisen.According to at least selected embodiments, the present disclosure or invention is directed to improved battery separators, low ER or high conductivity separators, improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, high conductivity batteries, and/or improved vehicles the same batteries and/or methods for producing or using such separators or batteries and/or combinations thereof. According to at least certain embodiments, the present disclosure or invention is directed to improved lead-acid batteries that include the improved separators and that have increased conductivity.
Es wird angenommen, dass die hier beschriebenen verbesserten Separatoren, wie die hierin beschriebenen Separatoren mit unterbrochenen Rippen, weiter dazu beitragen können, die Bildung von Sulfationskristallen zu verhindern, und auch dazu beitragen können, eine gleichmäßigere Wärmeverteilung und/oder thermisches Mischen und/oder Wärme- oder Wärmeableitung (Wärmeableitung in geringerer Zeit im Vergleich zu bekannten Separatoren, wie z. B. Separatoren mit festen Rippen, für Flooded-Blei-Säure-Batterien) über den Separator bereitzustellen. Es wird auch angenommen, dass die hier beschriebenen beispielhaften Separatoren mit unterbrochenen Rippen auch ein verbessertes oder schnelleres oder effizienteres Befüllen von Flooded-Blei-Säure-Batterien, Gel-Batterien und/oder Enhanced-Flooded-Batterien bereitstellen können.It is believed that the improved separators described herein, such as the interrupted fin separators described herein, may further help prevent the formation of sulfate crystals and may also help provide more uniform heat distribution and/or thermal mixing and/or heat - or to provide heat dissipation (heat dissipation in less time compared to known separators, such as solid fin separators for flooded lead-acid batteries) via the separator. It is also believed that the exemplary broken rib separators described herein may also provide improved or faster or more efficient filling of flooded lead-acid batteries, gel batteries, and/or enhanced flooded batteries.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sorgt der offenbarte Separator für eine verringerte Säureschichtung oder sogar für die vollständige Eliminierung von Säureschichtung insgesamt, so dass der Mischungsgrad oder die Volumengleichmäßigkeit der Säure oder des Elektrolyten innerhalb der Flooded-Blei-Säure-Batterie 1,0 beträgt oder sich nahezu 1,0 nähert. In verschiedenen Ausführungsformen ist der hier offenbarte Separator auch ein Separator mit niedrigem elektrischem Widerstand (ER). In solchen Ausführungsformen kann der Separator Verbesserungen enthalten, wie beispielsweise verbesserte Füllstoffe, welche die Porosität, Porengröße, innere Porenoberfläche, Benetzbarkeit und/oder Oberfläche des Separators erhöhen. In einigen Ausführungsformen haben die verbesserten Füllstoffe eine hohe strukturelle Morphologie und/oder eine verringerte Partikelgröße und/oder eine andere Menge an Silanolgruppen als zuvor bekannte Füllstoffe und/oder sind stärker hydroxyliert als zuvor bekannte Füllstoffe. Die verbesserten Füllstoffe können mehr Öl absorbieren und/oder die Einarbeitung einer größeren Menge an Verarbeitungsöl während des Vorgangs der Separatorbildung ohne gleichzeitiges Schrumpfen oder Zusammendrücken ermöglichen, wenn das Öl nach der Extrusion entfernt wird. Beispielsweise wird der verbesserte Separator unter Verwendung eines Siliziumdioxids mit einem intrinsischen Ölabsorptionswert von etwa 175 bis 350 ml/100g, in einigen Ausführungsformen 200 bis 350 ml/100g, in einigen Ausführungsformen 250 bis 350 ml/100gm und in einigen weiteren Ausführungsformen 260-320 ml/100g gebildet, obwohl andere Ölabsorptionswerte auch möglich sind.In various embodiments of the present disclosure, the disclosed separator provides reduced acid stratification or even complete elimination of acid stratification altogether, such that the degree of mixing or volumetric uniformity of the acid or electrolyte within the flooded lead-acid battery is 1.0 or approaches almost 1.0. In various embodiments, the separator disclosed herein is also a low electrical resistance (ER) separator. In such embodiments, the separator may include improvements such as improved fillers that increase the porosity, pore size, internal pore surface area, wettability, and/or surface area of the separator. In some embodiments, the improved fillers have a high structural morphology and/or a reduced particle size and/or a different amount of silanol groups than previously known fillers and/or are more highly hydroxylated than previously known fillers. The improved fillers can absorb more oil and/or allow for the incorporation of a greater amount of processing oil during the separator formation process without concomitant shrinkage or compression when the oil is removed after extrusion. For example, the improved separator is made using a silica having an intrinsic oil absorption value of about 175 to 350 ml/100g, in some
Die Füllstoffe können die sogenannte Hydratationskugel der Elektrolyt-Ionen weiter reduzieren, ihren Transport durch die Membran verbessern und dadurch den elektrischen Gesamtwiderstand oder ER der Batterie, wie beispielsweise eine Enhanced-Flooded-Batterie oder -System, erneut verringern.The fillers can further reduce the so-called hydration sphere of electrolyte ions, improving their transport through the membrane and thereby again reducing the total electrical resistance or ER of the battery, such as an enhanced flooded battery or system.
Der Füllstoff oder die Füllstoffe können verschiedene Spezies (wie polare Spezies wie Metalle) enthalten, die den Fluss von Elektrolyt und Ionen durch den Separator erleichtern. Dies führt auch zu einem verringerten elektrischen Gesamtwiderstand, da ein solcher Separator in einer Flooded-Batterie, wie beispielsweise einer Enhanced-Flooded-Batterie, verwendet wird.The filler or fillers may contain various species (such as polar species such as metals) that facilitate the flow of electrolyte and ions through the separator. This also results in reduced overall electrical resistance since such a separator is used in a flooded battery such as an enhanced flooded battery.
Die mikroporösen Separatoren mit niedrigem ER können hierin ferner eine neuartige und verbesserte Porenmorphologie und/oder neuartige und verbesserte Fibrillenmorphologie umfassen, so dass der Separator dazu beiträgt, den elektrischen Widerstand in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie signifikant zu verringern, wenn ein solcher Separator in einer solchen Flooded-Blei-Säure-Batterie verwendet wird. Eine solche verbesserte Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie kann zu einem Separator führen, dessen Poren und/oder Fibrillen einer Morphologie vom Shish-Kebab (oder Shish-Kabob)-Typ nahekommen. Eine andere Möglichkeit, die neuartige und verbesserte Porenform und -struktur zu beschreiben, ist eine strukturierte Fibrillenmorphologie, bei der Siliziumdioxidknoten oder Knoten von Siliziumdioxid an den Kebab-Formationen auf den Polymerfibrillen (die Fibrillen, die manchmal als Shishes (Spieße) bezeichnet werden) innerhalb des Batterie-Separators vorhanden sind. Zusätzlich können in bestimmten Ausführungsformen die Siliziumdioxidstruktur und die Porenstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung als Skelettstruktur oder Wirbelstruktur oder Wirbelsäulenstruktur beschrieben sein, wobei Siliziumdioxidknoten auf den Kebabs aus Polymer entlang der Fibrillen des Polymers wie Wirbel oder Scheiben (die „Kebabs“) erscheinen und manchmal im Wesentlichen senkrecht zu einer länglichen zentralen Wirbelsäule oder Fibrille (langkettiger Polymerkristall) ausgerichtet sind, die sich einer wirbelsäulenähnlichen Form (der „Shish/Spieß“) annähert.The low ER microporous separators herein may further include a novel and improved pore morphology and/or novel and improved fibril morphology such that the separator helps to significantly reduce electrical resistance in a flooded lead-acid battery when such a separator used in such a flooded lead-acid battery. Such improved pore morphology and/or fibril morphology can result in a separator whose pores and/or fibrils approximate a shish-kebab (or shish-kabob)-type morphology. Another way to describe the novel and improved pore shape and structure is a structured fibril morphology, in which silica knots or knots of silica at the kebab formations on the polymer fibrils (the fibrils sometimes called shishes (skewers)) within of the battery separator are present. Additionally, in certain embodiments, the silica structure and the pore structure of a separator according to the present invention may be described as a skeletal structure or a vortex structure or a spine structure, where silica nodes appear on the kebabs of polymer along the fibrils of the polymer like whorls or disks (the "kebabs") and sometimes oriented substantially perpendicular to an elongated central spine or fibril (long chain polymer crystal) that approximates a spine-like shape (the “shish”).
In einigen Fällen kann die verbesserte Batterie, die den verbesserten Separator mit der verbesserten Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie umfasst, 20% niedrigeren, in einigen Fällen 25% niedrigeren, in einigen Fällen 30% niedrigeren elektrischen Widerstand und in einigen Fällen sogar mehr als 30% niedrigeren Abfall des elektrischen Widerstands („ER“) (was den Innenwiderstand der Batterie verringern kann) zeigen, während ein solcher Separator ein Gleichgewicht anderer, wünschenswerter mechanischer Schlüsseleigenschaften von Blei-Säure-Batterie-Separatoren beibehält und aufrechterhält. Ferner weisen in bestimmten Ausführungsformen die hierin beschriebenen Separatoren eine neue und/oder verbesserte Porenform auf, so dass im Vergleich zu bekannten Separatoren mehr Elektrolyt durch die Poren und/oder Hohlräume fließt oder diese füllt. Das Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht in dem Separator kann Polymer in einer Shish-Kebab-Formation umfassen, die eine Vielzahl von erstreckten langkettigen Kristallen (die Shish/Spieß-Formationen) und eine Vielzahl von gefaltete Kettenkristallen (die Kebab-Formationen) umfasst, wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen 1 nm bis 150 nm, vorzugsweise 10 nm bis 120 nm und noch bevorzugter 20 nm bis 100 nm (zumindest an Abschnitten der Rippenseite des Separators) beträgt. In bestimmten dieser Ausführungsformen mit niedrigem ER des vorliegenden Separators umfasst der Separator für eine hierin beschriebene Blei-Säure-Batterie einen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, ausgefälltem Siliziumdioxid, pyrogenem Siliziumdioxid und ausgefälltem amorphem Siliziumdioxid; wobei das Molekularverhältnis von OH- zu Si-Gruppen innerhalb des Füllstoffs, gemessen durch 29Si-NMR, in einigen Ausführungsformen in einem Bereich von 21:100 bis 35:100, in einigen Ausführungsformen von 23:100 bis 31:100, in einigen Ausführungsformen von 25:100 bis 29:100 und in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen bei 27:100 oder höher. liegtIn some cases, the improved battery comprising the improved separator with the improved pore morphology and/or fibril morphology may be 20% lower, in some cases 25% lower, in some
In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen weisen die offenbarten Separatoren einen verringerten elektrischen Widerstand auf, beispielsweise einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als ungefähr 200 mΩ.cm2, 180 mΩ. cm2, 160 mΩ.cm2, 140 mΩ.cm2, 120 mΩ.cm2, 100 mΩ.cm2, 80 mΩ.cm2, 60 mΩ.cm2, 50 mΩ.cm2, 40 mΩ.cm2, 30 mΩ.cm2 oder 20 mΩ.cm2. In verschiedenen Ausführungsformen zeigen die hier beschriebenen Separatoren eine Verringerung des ER um etwa 20% oder mehr im Vergleich mit einem bekannten Separator gleicher Stärke. Beispielsweise kann ein bekannter Separator einen ER-Wert von 60 mΩ.cm2 aufweisen; somit würde ein Separator gemäß der vorliegenden Erfindung bei der gleichen Stärke einen ER-Wert von weniger als etwa 48 mΩ.cm2 haben. Die hier beschriebenen Separatoren mit niedrigem ER können einige oder alle der dargelegten Merkmale aufweisen, die in der vorläufigen
Gemäß mindestens ausgewählten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie beispielsweise Flooded-Blei-Säure-Batterien, auf verbesserte Systeme, die eine Blei-Säure-Batterie und/oder einen Batterie-Separator, auf verbesserte Batterie-Separatoren, auf verbesserte Fahrzeuge mit solchen Systemen, Herstellungs- oder Verwendungsverfahren oder Kombinationen davon gerichtet. Gemäß mindestens bestimmten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Batterie-Separatoren für solche Batterien und/oder Verfahren zur Herstellung, Prüfung oder Verwendung solcher verbesserter Flooded-Blei-Säure-Batterien oder Kombinationen davon gerichtet. Zusätzlich wird hierin ein Verfahren, ein System, eine Batterie und/oder ein Batterie-Separator offenbart, um die Säureschichtung zu verringern, die Batterielebensdauer und die Leistung in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie zu verbessern.According to at least selected embodiments, the present disclosure is directed to improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, to improved systems that include a lead-acid battery and/or a battery separator, to improved battery separators , directed to improved vehicles with such systems, methods of manufacture or use, or combinations thereof. According to at least certain embodiments, the present disclosure is directed to improved flooded lead-acid batteries, improved battery separators for such batteries, and/or Ver are directed to the manufacture, testing or use of such improved flooded lead-acid batteries or combinations thereof. Additionally, disclosed herein is a method, system, battery, and/or battery separator for reducing acid stratification, improving battery life, and improving performance in a flooded lead-acid battery.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sorgt der offenbarte Separator für eine verringerte Säureschichtung oder sogar für die vollständige Eliminierung von Säureschichtung insgesamt, so dass der Mischungsgrad oder die Volumengleichmäßigkeit der Säure oder des Elektrolyten innerhalb der Flooded-Blei-Säure-Batterie 1,0 beträgt oder sich nahezu 1,0 nähert. In verschiedenen Ausführungsformen ist der hier offenbarte Separator auch ein Separator mit niedrigem elektrischen Widerstand (ER). In solchen Ausführungsformen kann der Separator Verbesserungen aufweisen, wie beispielsweise verbesserte Füllstoffe, welche die Porosität, Porengröße, innere Porenoberfläche, die Benetzbarkeit und/oder die Oberfläche des Separators erhöhen. In einigen Ausführungsformen weisen die verbesserten Füllstoffe eine hohe Strukturmorphologie und/oder eine verringerte Partikelgröße und/oder eine andere Menge an Silanolgruppen als zuvor bekannte Füllstoffe auf und/oder sind stärker hydroxyliert als zuvor bekannte Füllstoffe. Die verbesserten Füllstoffe können mehr Öl absorbieren und/oder die Einarbeitung einer größeren Menge an Verarbeitungsöl während des Vorgangs der Separatorbildung ohne gleichzeitiges Schrumpfen oder Zusammendrücken, wenn das Öl nach der Extrusion entfernt wird, ermöglichen. Beispielsweise wird der verbesserte Separator unter Verwendung eines Siliziumdioxids mit einem intrinsischen Ölabsorptionswert von ungefähr 175 bis 350 ml/100g, in einigen Ausführungsformen 200 bis 350 ml/100g, in einigen Ausführungsformen 250 bis 350 ml/100gm und in einigen weiteren Ausführungsformen 260-320 ml/100g gebildet, obwohl andere Ölabsorptionswerte auch möglich sind.In various embodiments of the present disclosure, the disclosed separator provides reduced acid stratification or even complete elimination of acid stratification altogether, such that the degree of mixing or volumetric uniformity of the acid or electrolyte within the flooded lead-acid battery is 1.0 or approaches almost 1.0. In various embodiments, the separator disclosed herein is also a low electrical resistance (ER) separator. In such embodiments, the separator may include improvements such as improved fillers that increase the porosity, pore size, internal pore surface area, wettability, and/or surface area of the separator. In some embodiments, the improved fillers have a high structural morphology and/or a reduced particle size and/or a different amount of silanol groups than previously known fillers and/or are more highly hydroxylated than previously known fillers. The improved fillers can absorb more oil and/or allow for the incorporation of a greater amount of processing oil during the separator formation process without concomitant shrinkage or compression when the oil is removed after extrusion. For example, the improved separator is made using a silica having an intrinsic oil absorption value of approximately 175 to 350 ml/100g, in some
Die Füllstoffe können die sogenannte Hydratationskugel der Elektrolyt-Ionen weiter reduzieren, ihren Transport durch die Membran verbessern und dadurch den elektrischen Gesamtwiderstand oder ER der Batterie, wie beispielsweise eine Enhanced-Flooded-Batterie oder -System, noch weiter verringern.The fillers can further reduce the so-called hydration sphere of electrolyte ions, improving their transport across the membrane and thereby further reducing the overall electrical resistance or ER of the battery, such as an enhanced flooded battery or system.
Der Füllstoff oder die Füllstoffe können verschiedene Spezies (wie polare Spezies wie Metalle) enthalten, die den Fluss von Elektrolyt und Ionen durch den Separator erleichtern. Dies führt auch zu einem verringerten elektrischen Gesamtwiderstand, da ein solcher Separator in einer Flooded-Batterie, wie beispielsweise in einer Enhanced-Flooded-Batterie, verwendet wird.The filler or fillers may contain various species (such as polar species such as metals) that facilitate the flow of electrolyte and ions through the separator. This also results in reduced overall electrical resistance since such a separator is used in a flooded battery, such as an enhanced flooded battery.
Die mikroporösen Separatoren mit niedrigem ER können hierin ferner eine neuartige und verbesserte Porenmorphologie und/oder neuartige und verbesserte Fibrillenmorphologie umfassen, so dass der Separator dazu beiträgt, den elektrischen Widerstand in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie signifikant zu verringern, wenn ein solcher Separator in einer solchen Flooded-Blei-Säure-Batterie verwendet wird. Eine solche verbesserte Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie kann zu einem Separator führen, dessen Poren und/oder Fibrillen einer Morphologie vom Shish-Kebab (oder Shish-Kabob)-Typ nahekommen. Eine andere Möglichkeit, die neuartige und verbesserte Porenform und -struktur zu beschreiben, ist eine strukturierte Fibrillenmorphologie, bei der Siliziumdioxidknoten oder Knoten von Siliziumdioxid an den Kebab-Formationen auf den Polymerfibrillen (die Fibrillen, die manchmal als Shishes/Spieße bezeichnet werden) innerhalb des Batterie-Separators vorhanden sind. Zusätzlich können in bestimmten Ausführungsformen die Siliziumdioxidstruktur und die Porenstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung als Skelettstruktur oder Wirbelstruktur oder Wirbelsäulenstruktur beschrieben werden, wobei Siliziumdioxidknoten auf den Kebabs des Polymers entlang der Polymerfibrillen wie Wirbel oder Scheiben (die „Kebabs“) erscheinen und manchmal im Wesentlichen senkrecht zu einer sind länglichen zentralen Wirbelsäule oder Fibrille (langkettiger Polymerkristall) ausgerichtet sind, die sich einer wirbelsäulenartigen Form annähert (der „Shish/Spieß“).The low ER microporous separators herein may further include a novel and improved pore morphology and/or novel and improved fibril morphology such that the separator helps to significantly reduce electrical resistance in a flooded lead-acid battery when such a separator used in such a flooded lead-acid battery. Such improved pore morphology and/or fibril morphology can result in a separator whose pores and/or fibrils approximate a shish-kebab (or shish-kabob)-type morphology. Another way to describe the novel and improved pore shape and structure is a structured fibril morphology, in which silica knots or knots of silica at the kebab formations on the polymer fibrils (the fibrils sometimes called shishes/skewers) within the Battery separator is present. Additionally, in certain embodiments, the silica structure and the pore structure of a separator according to the present invention may be described as a skeletal structure or a vortex structure or a spine structure, where silica nodes appear on the kebabs of the polymer along the polymer fibrils like whorls or disks (the "kebabs") and sometimes substantially aligned perpendicular to an elongated central spine or fibril (long chain polymer crystal) that approximates a spine-like shape (the “shish”).
In einigen Fällen kann die verbesserte Batterie, die den verbesserten Separator mit der verbesserten Porenmorphologie und/oder Fibrillenmorphologie umfasst, einen 20% niedrigeren, in einigen Fällen einen 25% niedrigeren, in einigen Fällen einen 30% niedrigeren elektrischen Widerstand und in einigen Fällen sogar niedriger mehr als 30% Abfall des elektrischen Widerstands („ER“) zeigen (was den Innenwiderstand der Batterie verringern kann), während ein solcher Separator ein Gleichgewicht anderer wichtiger, wünschenswerter mechanischer Eigenschaften von Blei-Säure-Batterie-Separatoren beibehält und aufrechterhält. Ferner weisen in bestimmten Ausführungsformen die hierin beschriebenen Separatoren eine neue und/oder verbesserte Porenform auf, so dass im Vergleich zu bekannten Separatoren mehr Elektrolyt durch die Poren und/oder Hohlräume fließt oder diese füllt. Das ultrahochmolekulare Polyethylen in dem Separator kann Polymer in einer Shish-Kebab-Formation umfassen, die eine Vielzahl von langkettigen Kristallen (die Shish/Spieß-Formationen) und eine Vielzahl von gefalteten Kettenkristallen (die Kebab-Formationen) aufweist, wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen bei 1 nm bis 150 nm, vorzugsweise bei 10 nm bis 120 nm und noch bevorzugter bei 20 nm bis 100 nm (zumindest auf Abschnitten der Rippenseite des Separators) liegt. In bestimmten dieser Ausführungsformen mit niedrigem ER des vorliegenden Separators umfasst der Separator für eine hierin beschriebene Blei-Säure-Batterie einen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, ausgefälltem Siliziumdioxid, pyrogenem Siliziumdioxid und ausgefälltem amorphem Siliziumdioxid; wobei das durch 29Si-NMR gemessene Molekularverhältnis von OH- zu Si-Gruppen innerhalb des Füllstoffs in einem Bereich von 21:100 bis 35:100, in einigen Ausführungsformen von 23:100 bis 31: 100, in einigen Ausführungsformen von 25:100 bis 29:100 und in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen von 27:100 oder höher liegt.In some cases, the improved battery comprising the improved separator with the improved pore morphology and/or fibril morphology may have a 20% lower, in some cases 25% lower, in some
In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen weisen die offenbarten Separatoren einen verringerten elektrischen Widerstand auf, beispielsweise einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als etwa 200 mΩ.cm2, 180 mΩ.cm2, 160 mΩ.cm2, 140 mΩ.cm2, 120 mΩ.cm2, 100 mΩ.cm2, 80 mΩ.cm2, 60 mΩ.cm2, 50 mΩ.cm2, 40 mΩ.cm2, 30 mΩ.cm2 oder 20 mΩ.cm2. In verschiedenen Ausführungsformen zeigen die hier beschriebenen Separatoren eine Verringerung des ER um etwa 20% oder mehr im Vergleich zu einem bekannten Separator gleicher Stärke. Beispielsweise kann ein bekannter Separator einen ER-Wert von 60 mΩ.cm2 haben; somit würde ein Separator gemäß der vorliegenden Erfindung bei der gleichen Stärke einen ER-Wert von weniger als etwa 48 mΩ.cm2 haben. Die hier beschriebenen Separatoren mit niedrigem ER können einige oder alle der Merkmale aufweisen, die in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
Gemäß mindestens ausgewählten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Blei-Säure-Batterien gerichtet, wie beispielsweise Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Systeme, die eine Blei-Säure-Batterie und/oder einen Batterie-Separator aufweisen, verbesserte Batterie-Separatoren, verbesserte Fahrzeuge einschließlich solcher Systeme, Herstellungs- oder Verwendungsverfahren oder Kombinationen davon umfassen. Gemäß mindestens bestimmten Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Batterie-Separatoren für solche Batterien und/oder Verfahren zur Herstellung, Prüfung oder Verwendung solcher verbesserter Flooded-Blei-Säure-Batterien oder Kombinationen davon gerichtet. Darüber hinaus hierin offenbart ist ein Verfahren, ein System, eine Batterie und/oder ein Batterie-Separator zur Verringerung der Säureschichtung, zur Verbesserung der Batterielebensdauer und -leistung in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie.According to at least selected embodiments, the present disclosure is directed to improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, improved systems comprising a lead-acid battery and/or a battery separator, improved battery separators , improved vehicles including such systems, methods of manufacture or use, or combinations thereof. According to at least certain embodiments, the present disclosure is directed to improved flooded lead-acid batteries, improved battery separators for such batteries, and/or methods of making, testing, or using such improved flooded lead-acid batteries, or combinations thereof. Additionally disclosed herein is a method, system, battery and/or battery separator for reducing acid stratification, improving battery life and performance in a flooded lead-acid battery.
In einigen Ausführungsformen kann der verbesserte Separator mit hoher Leitfähigkeit ein Separator mit niedrigem ER, ein Separator mit niedrigem Wasserverlust, ein Separator mit unterbrochenen oder gezackten Rippen sein und/oder kann wahlweise eine Beschichtung auf einer oder beiden Seiten aufweisen. Eine solche Beschichtung kann ein Tensid oder ein anderes Material enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung ein oder mehrere Materialien enthalten, die beispielsweise in der US-Patentveröffentlichung Nr.
Der in verschiedenen Ausführungsformen hierin verwendete Separator kann mit einem oder mehreren Additiven versehen sein. Dies ist deswegen der Fall, weil Additive die Separatoren für bestimmte mit Stopp/Start-Flooded-Blei-Säure-Batterien für bestimmte Fahrzeuge verbessern können. Ein solches Additiv, das in dem Polyolefin vorhanden sein kann, ist ein Tensid, während ein anderes solches Additiv ein oder mehrere Latexadditive einschließen kann. Geeignete Tenside umfassen Tenside wie Salze von Alkylsulfaten; Alkylarylsulfonatsalze; Alkylphenol-Alkylenoxid-Additionsprodukte; Seifen; Alkylnaphthalinsulfonatsalze; Dialkylester von Sulfosuccinatsalzen; quaternäre Amine; Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; und Salze von Mono- und Dialkylphosphatestern. Das Additiv kann ein nichtionisches Tensid sein, wie Polyolfettsäureester, polyethoxylierte Ester, polyethoxylierte Fettalkohole, Alkylpolysaccharide wie Alkylpolyglycoside und Mischungen davon, Aminethoxylate, Sorbitanfettsäureesterethoxylate, Tenside auf Organosilikonbasis, Ethylenvinylacetat-Terpolymere, ethoxylierte Alkylarylphosphatester und Saccharoseester von Fettsäuren.The separator used in various embodiments herein may be provided with one or more additives. This is because additives can improve the separators for certain stop/start flooded lead-acid batteries for certain vehicles. One such additive that may be present in the polyolefin is a surfactant, while another such additive may include one or more latex additives. Suitable surfactants include surfactants such as salts of alkyl sulfates; alkylaryl sulfonate salts; alkylphenol-alkylene oxide addition products; Soap; alkyl naphthalene sulfonate salts; dialkyl esters of sulfosuccinate salts; quaternary amines; block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide; and salts of mono- and dialkyl phosphate esters. The additive may be a nonionic surfactant such as polyol fatty acid esters, polyethoxylated esters, polyethoxylated fatty alcohols, alkyl polysaccharides such as alkyl polyglycosides and mixtures thereof, amine ethoxylates, sorbitan fatty acid ester ethoxylates, organosilicone-based surfactants, ethylene vinyl acetate terpolymers, ethoxylated alkyl aryl phosphate esters and sucrose esters of fatty acids.
Die vorstehende schriftliche Beschreibung von Strukturen und Verfahren wurde zur Veranschaulichung vorgelegt. Beispiele werden verwendet, um beispielhafte Ausführungsformen einschließlich des besten Modus zu offenbaren und um es jeder Fachperson auf diesem Gebiet der Technik zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von eingebauten Verfahren. Diese Beispiele sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genauen Schritte und/oder Formen, die offenbart sind, einschränken und viele Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehre möglich. Die hier beschriebenen Merkmale können in beliebiger Kombination kombiniert werden. Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens können in jeder physikalisch möglichen Reihenfolge durchgeführt werden. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik einfallen können. Solche anderen Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von den wörtlichen Ausdrücken der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zu den wörtlichen Ausdrücken der Ansprüche aufweisen.The above written description of structures and procedures has been presented for illustrative purposes. Examples are used to disclose exemplary embodiments, including the best mode, and to enable anyone skilled in the art to practice the invention, including making and using devices or systems and performing incorporated processes. These examples are not intended to be exhaustive or that The invention should be limited to the precise steps and/or forms disclosed, and many modifications and variations are possible in light of the above teachings. The features described here can be combined in any combination. Steps of a method described herein may be performed in any physically possible order. The patentable scope of the invention is defined by the appended claims and may include other examples that may occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal expressions of the claims or if they have equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal expressions of the claims.
Die Zusammensetzungen und Verfahren der angehängten Ansprüche sind in ihrem Umfang nicht durch die hierin beschriebenen spezifischen Zusammensetzungen und Verfahren beschränkt, die zur Veranschaulichung einiger Aspekte der Ansprüche gedacht sind. Jedwede Zusammensetzungen und Verfahren, die funktional gleichwertig sind, sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen. Verschiedene Modifikationen der Zusammensetzungen und Verfahren zusätzlich zu den hierin gezeigten und beschriebenen sollen in den Geltungsbereich der anhängigen Ansprüche fallen. Während nur bestimmte repräsentative Zusammensetzungen und hierin offenbarte Verfahrensschritte spezifisch beschrieben werden, sollen andere Kombinationen der Zusammensetzungen und Verfahrensschritte ebenfalls in den Geltungsbereich der anhängigen Ansprüche fallen, selbst wenn sie nicht ausdrücklich angegeben sind. Somit kann eine Kombination von Schritten, Elementen, Komponenten oder Bestandteilen hierin explizit oder weniger deutlich erwähnt werden, jedoch sind andere Kombinationen von Schritten, Elementen, Komponenten und Bestandteilen enthalten, obwohl sie nicht explizit angegeben sind.The compositions and methods of the appended claims are not limited in scope by the specific compositions and methods described herein, which are intended to illustrate some aspects of the claims. Any compositions and methods that are functionally equivalent are intended to fall within the scope of the claims. Various modifications of the compositions and methods in addition to those shown and described herein are intended to fall within the scope of the appended claims. While only certain representative compositions and process steps disclosed herein are specifically described, other combinations of the compositions and process steps are also intended to be included within the scope of the appended claims, even if not expressly stated. Thus, a combination of steps, elements, components or components may be explicitly or less clearly mentioned herein, but other combinations of steps, elements, components and components are included although not explicitly stated.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, umfassen die Singularformen „ein/eine/eines“ und „der/die/das“ mehrfacher Verweise, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Bereiche können hier ausgedrückt werden von „ungefähr“ einem bestimmten Wert und/oder „ungefähr“ einem anderen bestimmten Wert. Wenn ein solcher Bereich ausgedrückt wird, ist eine andere Ausführungsform von dem einen bestimmten Wert und/oder zum anderen bestimmten Wert umfasst. In ähnlicher Weise versteht es sich, wenn Werte als Annäherungen ausgedrückt werden, unter Verwendung des vorangestellten „ungefähr“, wobei es sich von selbst versteht, dass der bestimmte Wert eine andere Ausführungsform bildet. Es versteht sich ferner von selbst, dass die Endpunkte jedes der Bereiche sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig vom anderen Endpunkt signifikant sind.As used in the description and the appended claims, the singular forms "a" and "the" include multiple references unless the context clearly dictates otherwise. Ranges may be expressed herein as "approximately" a particular value and/or "approximately" another particular value. When such a range is expressed, another embodiment is encompassed by one particular value and/or the other particular value. Similarly, when values are expressed as approximations, using the prefix "approximately", it is understood that the particular value constitutes another embodiment. It is further understood that the endpoints of each of the ranges are significant both with respect to the other endpoint and independently of the other endpoint.
„Wahlweise“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand auftreten kann oder nicht, und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis oder der Umstand eintritt, und Fälle, in denen dies nicht der Fall ist.“Optional” means that the event or circumstance described below may or may not occur and that the description includes cases in which the event or circumstance occurs and cases in which it does not.
In der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Beschreibung bedeutet das Wort „umfassen“ und Variationen des Wortes, wie „umfassen“ und „umfasst“, „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt“ und vertritt nicht die Absicht, andere Zusätze, Komponenten, ganze Zahlen oder Schritte auszuschließen. Die Begriffe „im Wesentlichen bestehend aus“ und „bestehend aus“ können anstelle von „umfassend“ und „einschließlich“ verwendet werden, um spezifischere Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben und sie auch offenbart zu haben. „Beispielhaft“ bedeutet „ein Beispiel für“ und soll keinen Hinweis auf eine bevorzugte oder ideale Ausführungsform vermitteln. „Wie“ wird nicht in einem einschränkenden Sinne verwendet, sondern zu erklärenden oder beispielhaften Zwecken.In the description and claims of this specification, the word "comprise" and variations of the word, such as "comprise" and "comprises", means "including, but not limited to" and does not imply any other additions, components, integers or to exclude steps. The terms “consisting essentially of” and “consisting of” may be used instead of “comprising” and “including” to describe more specific embodiments of the invention and also to disclose them. “Exemplary” means “an example of” and is not intended to suggest a preferred or ideal embodiment. “How” is not used in a limiting sense, but rather for explanatory or exemplary purposes.
Wenn nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, die Geometrien, Abmessungen usw. ausdrücken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, als Minimum zu verstehen und nicht als ein Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu beschränken, und im Lichte der Anzahl signifikanter Ziffern und gewöhnlicher Rundungsansätze auszulegen.Unless otherwise specified, all numbers expressing geometries, dimensions, etc. used in the description and claims are to be understood as a minimum and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalence to the scope of the claims, and should be interpreted in light of the number of significant figures and common rounding approaches.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleichen Bedeutungen, wie sie von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik, zu dem die offenbarte Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Die hier zitierten Veröffentlichungen und die Materialien, für die sie zitiert werden, werden ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meanings as generally understood by those skilled in the art to which the disclosed invention pertains. The publications cited herein and the materials for which they are cited are expressly incorporated by reference.
Die folgenden Ausführungsformen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung:
- 1. Batterie-Separator zur Verbesserung des Säuremischens in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie, umfassend:
- eine poröse Rückenbahn und eine Vielzahl von unterbrochenen Rippen, die sich von mindestens einer Seite der Rückenbahn aus erstrecken; und wobei
- mindestens ein Abschnitt der Vielzahl von unterbrochenen Rippen durch eine Winkelausrichtung definiert ist, um das Säuremischen insbesondere während der Batteriebewegung zu verbessern, wobei der Separator parallel zur Start/Stopp-Bewegung der Batterie positioniert ist.
- 2. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei die Winkelausrichtung relativ zu einer Maschinenrichtung des Separators ist und die Winkelausrichtung ein Winkel ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus zwischen größer als null Grad (0°) und kleiner als 180 Grad (180°) und größer als 180 Grad (180°) und kleiner als 360 Grad (360°) besteht. - 3. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, ferner umfassend:- einen oder mehrere Sätze von Rippen innerhalb der Vielzahl von unterbrochenen Rippen; und
- einen ersten Satz von Rippen innerhalb des einen oder der mehreren Sätze von Rippen mit einer ersten Winkelausrichtung;
- mindestens einen zweiten Satz von Rippen innerhalb des einen oder der mehreren Sätze von Rippen mit einer zweiten Winkelausrichtung.
- 4. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl der unterbrochenen Rippen in einer Anordnung von Säulen und Reihen angeordnet sind. - 5. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 4, wobei die Säulen durch variablen Säulenabstand getrennt sind. - 6. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 4, wobei die Reihen durch variablen Reihenabstand getrennt sind. - 7. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl von unterbrochenen Rippen in einer Anordnung von Säulen angeordnet ist; die Anordnung von Säulen in einer Vielzahl von Säulenabschnitten angeordnet ist; und mindestens einer der Vielzahl von Säulenabschnitten eine andere Anordnung der Vielzahl der unterbrochenen Rippen im Vergleich zu mindestens einer anderen der Vielzahl von Säulenabschnitten aufweist. - 8. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl der unterbrochenen Rippen in einer Anordnung von Reihen angeordnet ist; die Anordnung von Reihen in einer Vielzahl von Reihenabschnitten angeordnet ist; und mindestens einer der Vielzahl von Reihenabschnitten eine andere Anordnung der Vielzahl der unterbrochenen Rippen im Vergleich zu mindestens einer anderen der Vielzahl von Reihenabschnitten aufweist. - 9. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei der Separator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolefin, Kautschuk, Polyvinylchlorid, Phenolharzen, Cellulose oder Kombinationen davon besteht. - 10. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei der Separator einen umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Füllstoff, einem Tensid oder Kombinationen davon besteht. - 11. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, ferner umfassend: eine absorbierende Glasmatte. - 12. Separator, umfassend:
- eine oder mehrere Rippen, die auf dem Separator angeordnet sind;
- wobei der Separator in einer Batterie angeordnet ist und in einem sauren Elektrolyt eingetaucht ist, das in der Batterie angeordnet ist;
- wobei die eine oder die mehreren Rippen das Mischen des sauren Elektrolyten während einer Geschwindigkeitsänderung der Batterie fördern.
- 13. Blei-Säure-Batterie, umfassend den Separator nach einer der Ausführungsformen 1-12.
- 14. Blei-Säure-
Batterie nach Ausführungsform 13, umfassend einen oder mehrere Separatoren oder Abstandshalter, wobei der eine oder die mehreren Separatoren oder Abstandshalter jeweils eine Vielzahl von diskreten Rippen umfassen, die sich von einer Bahn oder einem Gerüst aus Material aus erstrecken; wobei die Vielzahl der diskreten Rippen jeweils durch eine Winkelausrichtung relativ zu einer Maschinenrichtung des einen oder der mehreren Separatoren oder Abstandshalter definiert ist; den einen oder die mehreren Sätze von Rippen innerhalb der Vielzahl von diskreten Rippen; und einen ersten Satz des einen oder der mehreren Sätze von Rippen mit einer identischen Winkelausrichtung der Rippen. - 15. Blei-Säure-Batterie nach einer der Ausführungsformen 13 bis 14, wobei die Blei-Säure-Batterie eine Flooded-Blei-Säure-Batterie ist, eine Batterie, die im Teilladungszustand arbeitet oder in einer Anwendung verwendet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Leerlauf-Stopp/Start-Anwendung, einer Fahrkraftanwendung und eine Deep-Cycle-Anwendung oder Kombinationen davon besteht.
- 16. Blei-Säure-
Batterie nach Ausführungsform 13, wobei die Blei-Säure-Batterie in einer Batterie in einem Teilladungszustand verwendet wird. - 17. Blei-Säure-
Batterie nach Ausführungsform 13, wobei die Blei-Säure-Batterie einer Bewegungs- und Stoppbewegung ausgesetzt ist. - 18. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 17, wobei jeder der einen oder mehreren Separatoren allgemein parallel zu einer Richtung der Bewegungs- und der Stoppbewegung angeordnet ist.
- 19. Blei-Säure-
Batterie nach Ausführungsform 13, ferner umfassend:- eine Batterie mit einer abwechselnden Folge von positiven und negativen Elektroden; wobei
- der Separator um die negativen Elektroden angeordnet ist.
- 20. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 19, wobei die Vielzahl der unterbrochenen Rippen benachbart zu den positiven Elektroden liegen.
- 21. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie, umfassend:
- Bereitstellen einer Batterie, wobei die Batterie eine oder mehrere positive Elektroden und eine oder mehrere negative Elektroden aufweist;
- Bereitstellen eines oder mehrerer Separatoren, wobei ein Separator zwischen jeder der einen oder mehreren positiven Elektroden und der einen oder mehreren negativen Elektroden angeordnet ist und wobei jeder der einen oder mehreren Separatoren mit einer Vielzahl von Rippen, die durch eine Winkelausrichtung definiert sind, vorgesehen ist;
- Bereitstellen eines Elektrolyten; und
- Bereitstellen von Bewegung für die Batterie.
- 22. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie nach Ausführungsform 21, ferner umfassend:
- Anordnen der mehreren alternierenden positiven und negativen Elektroden parallel zu einer Bewegungsrichtung.
- 23. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie nach Ausführungsform 21, ferner umfassend:
- umhüllendes Anordnen jedes des/der einen oder mehreren Separatoren um die negativen Elektroden.
- 24. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie nach Ausführungsform 23, wobei die Vielzahl der Rippen benachbart zu den positiven Elektroden liegen.
- 25. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie nach Ausführungsform 21, ferner umfassend:
- Bereitstellen eines Fahrzeugs, das in der Lage ist, sich zu bewegen und anzuhalten; und
- Anordnen der Batterie in dem Fahrzeug, so dass die Vielzahl der Separatoren parallel zu der Bewegungs- und Stoppbewegung ist.
- 26. Verfahren zur Verringerung der Säureschichtung in einer Batterie nach Ausführungsform 21, wobei das Gehäuse und der Deckel einen Innenraum in einem oberen Abschnitt der Batterie definieren; und Bereitstellen eines oder mehrerer Ablenkelemente in dem Innenraum, um mindestens einen Teil des Elektrolyten, der während der Bewegung in Bewegung versetzt werden kann, zu der Batterie umzuleiten.
- 27. Blei-Säure-Batterie, umfassend:
- ein Gehäuse und einen Deckel;
- eine Vielzahl von positiven und negativen Elektroden, wobei Bänder an den positiven bzw. negativen Elektroden angebracht sind;
- ein Elektrolyt auf Säurebasis; wobei
- das Gehäuse und der Deckel miteinander verbunden sind, um ein darin angeordnetes Innenvolumen zu bilden;
- wobei die Vielzahl von positiven und negativen Elektroden und der Elektrolyt auf Säurebasis in mindestens einem unteren Teil des Innenvolumens untergebracht sind; und
- ein oder mehrere Ablenkelemente, die in einem oberen Teil des Innenvolumens angeordnet sind.
- 28. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente auf mindestens einem Abschnitt des Deckels angeordnet sind.
- 29. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente auf mindestens einem Abschnitt des Gehäuses angeordnet sind.
- 30. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei sich die Ablenkelemente von den Bändern aus erstrecken.
- 31. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente aus einem Gegenstand gebildet sind, der von dem Gehäuse und dem Deckel verschieden und getrennt ist.
- 32. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 31, wobei die Ablenkelemente an den Bändern angebracht sind.
- 33. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
- 34. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente eine allgemein ebene Oberfläche aufweisen.
- 35. Blei-Säure-Batterie nach Ausführungsform 27, wobei die Ablenkelemente eine Oberfläche aufweisen, die allgemein senkrecht zu einer längslaufenden Länge der Elektroden ist.
- 36. Batterie-
Separator nach Ausführungsform 1, wobei der Separator das Säuremischen fördert oder das Säuremischen gegenüber herkömmlichen Separatoren mit festem Rippenprofil verbessert. - 37. In einer Flooded-Blei-Säure-Batterie umfasst die Verbesserung den Separator nach Ausführungsform 36.
- 38. In einem Start/Stopp-Fahrzeug umfasst die Verbesserung die Batterie nach Ausführungsform 37.
- 39. Fahrzeug nach Ausführungsform 38, wobei die Batterie Platten aufweist und die Platten im Wesentlichen parallel zur Richtung der Fahrzeugbewegung positioniert sind.
- 40. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Flächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass es in 60 Sekunden des Mischens mindestens eine Erhöhung der Säuredurchmischung um mindestens 15% und eine
Volumengleichmäßigkeit von mindestens 0,37 liefert. - 41. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass es in 60 Sekunden des Mischens mindestens eine Erhöhung der Säuredurchmischung um mindestens 20% und eine
Volumengleichmäßigkeit von mindestens 0,38 liefert. - 42. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass es in 60 Sekunden des Mischens mindestens eine Erhöhung der Säuredurchmischung um mindestens 25% und eine
0,40 liefert.Volumengleichmäßigkeit von mindestens - 43. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass es in 60 Sekunden des Mischens mindestens eine Erhöhung der Säuredurchmischung um mindestens 30% und eine
Volumengleichmäßigkeit von mindestens 0,42 liefert. - 44. Säuremischender-Rippen-Separator nach einer der Ausführungsformen 40 - 43, wobei der Separator ein negativer Plattenumschlag ist.
- 45. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der Säuredurchmischung um mindestens 5% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,01 gegenüber einem Standard-Separator mit festen Rippen auftritt.
- 46. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der
Säuredurchmischung von 10% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,02 auftritt. - 47. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der
Säuredurchmischung von 15% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,03 auftritt. - 48. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der
Säuredurchmischung von 20% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,035 auftritt. - 49. Säuremischender-Rippen-Separator mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der Säuredurchmischung von 25% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,04 auftritt.
- 50. Säuremischender-Rippen-Separator nach einer der Ausführungsformen 45 - 49, wobei der Separator ein negativer Plattenumschlag ist.
- 51. Säuremischender-Rippen-Separator für einen negativen Plattenumschlag mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der Säuredurchmischung von 25% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,40 auftritt.
- 52. Säuremischender-Rippen-Separator für einen negativen Plattenumschlag für eine Flooded-Blei-Säure-Batterie mit einem positiven Oberflächenrippenprofil, welches das Säuremischen derart verbessert, dass in 60 Sekunden des Mischens mindestens eines von einer Zunahme der
Säuredurchmischung von 28% und einer Zunahme der Volumengleichmäßigkeit um mindestens 0,41 auftritt. - 53. In einer Batterie umfasst die Verbesserung den Separator nach mindestens einer der Ausführungsformen 40 - 52.
- 54. In einem Fahrzeug umfasst die Verbesserung die Batterie nach Ausführungsform 53.
- 55. Fahrzeug nach Ausführungsform 54, wobei die Batterie mit den Platten parallel zur Länge des Fahrzeugs positioniert ist.
- 56. Verbesserte Blei-Säure-Batterien, wie Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Systeme, die eine Blei-Säure-Batterie und/oder einen Batterie-Separator aufweisen, verbesserte Batterie-Separatoren, verbesserte Fahrzeuge, die solche Systeme umfassen, Herstellungs- oder Verwendungsverfahren oder Kombinationen davon; verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterien, verbesserte Batterie-Separatoren für solche Batterien und/oder Verfahren zur Herstellung, Prüfung oder Verwendung solcher verbesserten Flooded-Blei-Säure-Batterien oder Kombinationen davon; ein Verfahren, ein System, eine Batterie und/oder einen Batterie-Separator zur Verringerung der Säureschichtung, zur Verbesserung der Batterielebensdauer und -leistung in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie; und Kombinationen davon, wie hierin gezeigt oder beschrieben.
- 57. Separatoren, die im Vergleich zu herkömmlichen Separatoren eine verbesserte Elektrolytmischung und/oder Säurezirkulation bieten; Separatoren, die für eine geringere Säureschichtung sorgen, gemessen anhand der Elektrolytdichte oben und unten in der Zelle; wobei der Dichteunterschied weniger
als 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2,5% oder 1% betragen kann, nachdem die 30, 60, 90 oder mehr Start/Stopp-Ereignisse oder -Zyklen durchlaufen hat; wobei der Dichteunterschied wenigerZelle als 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2,5% oder 1% betragen kann, nachdem die Zelle 24, 48, 72 oder mehr Stunden in Ruhe verbracht hat; und Kombinationen davon, wie hierin gezeigt oder beschrieben.
- 1. Battery separator for improving acid mixing in a flooded lead-acid battery, comprising:
- a porous back panel and a plurality of interrupted ribs extending from at least one side of the back panel; and where
- at least a portion of the plurality of interrupted ribs is defined by an angular orientation to improve acid mixing, particularly during battery movement, with the separator positioned parallel to the start/stop movement of the battery.
- 2. The battery separator according to
embodiment 1, wherein the angular orientation is relative to a machine direction of the separator and the angular orientation is an angle selected from the group consisting of greater than zero degrees (0°) and less than 180 degrees ( 180°) and greater than 180 degrees (180°) and less than 360 degrees (360°). - 3. Battery separator according to
embodiment 1, further comprising:- one or more sets of ribs within the plurality of interrupted ribs; and
- a first set of ribs within the one or more sets of ribs having a first angular orientation;
- at least a second set of ribs within the one or more sets of ribs with a second angular orientation.
- 4. The battery separator according to
Embodiment 1, wherein the plurality of interrupted ribs are arranged in an array of columns and rows. - 5. Battery separator according to
embodiment 4, wherein the columns are separated by variable column spacing. - 6. Battery separator according to
embodiment 4, wherein the rows are separated by variable row spacing. - 7. The battery separator according to
Embodiment 1, wherein the plurality of interrupted ribs are arranged in an array of columns; the array of columns is arranged in a plurality of column sections; and at least one of the plurality of column sections has a different arrangement of the plurality of interrupted ribs compared to at least another one of the plurality of column sections. - 8. The battery separator according to
Embodiment 1, wherein the plurality of interrupted ribs are arranged in an array of rows; the arrangement of rows is arranged in a plurality of row sections; and at least one of the plurality of row sections has a different arrangement of the plurality of interrupted ribs compared to at least another one of the plurality of row sections. - 9. The battery separator according to
embodiment 1, wherein the separator is selected from the group consisting of polyolefin, rubber, polyvinyl chloride, phenolic resins, cellulose or combinations thereof. - 10. The battery separator according to
embodiment 1, wherein the separator comprises one selected from the group consisting of a filler, a surfactant, or combinations thereof. - 11. The battery separator according to
embodiment 1, further comprising: an absorbent glass mat. - 12. Separator comprising:
- one or more ribs arranged on the separator;
- wherein the separator is disposed in a battery and is immersed in an acidic electrolyte disposed in the battery;
- wherein the one or more ribs promote mixing of the acidic electrolyte during a change in speed of the battery.
- 13. Lead-acid battery comprising the separator according to one of embodiments 1-12.
- 14. The lead-acid battery of
embodiment 13, comprising one or more separators or spacers, the one or more separators or spacers each comprising a plurality of discrete ribs extending from a sheet or framework of material; wherein the plurality of discrete ribs are each defined by an angular orientation relative to a machine direction of the one or more separators or spacers; the one or more sets of ribs within the plurality of discrete ribs; and a first set of the one or more sets of ribs with an identical angular orientation of the ribs. - 15. The lead-acid battery according to any one of
embodiments 13 to 14, wherein the lead-acid battery is a flooded lead-acid battery, a battery that operates in a partial charge state or is used in an application selected from the group is selected, which consists of an idle stop/start application, a traction application and a deep cycle application or combinations thereof. - 16. The lead-acid battery according to
Embodiment 13, wherein the lead-acid battery is used in a battery in a partial charge state. - 17. Lead-acid battery according to
embodiment 13, wherein the lead-acid battery is subjected to moving and stopping movement. - 18. The lead-acid battery according to embodiment 17, wherein each of the one or more separators is arranged generally parallel to a direction of moving and stopping movement.
- 19. Lead-acid battery according to
embodiment 13, further comprising:- a battery with an alternating series of positive and negative electrodes; where
- the separator is arranged around the negative electrodes.
- 20. The lead-acid battery according to embodiment 19, wherein the plurality of interrupted ribs are adjacent to the positive electrodes.
- 21. A method for reducing acid stratification in a battery, comprising:
- Providing a battery, the battery having one or more positive electrodes and one or more negative electrodes;
- providing one or more separators, a separator disposed between each of the one or more positive electrodes and the one or more negative electrodes, and wherein each of the one or more separators is provided with a plurality of ribs defined by an angular orientation;
- providing an electrolyte; and
- Providing exercise for the battery.
- 22. A method for reducing acid stratification in a battery according to Embodiment 21, further comprising:
- Arranging the plurality of alternating positive and negative electrodes parallel to a direction of movement.
- 23. A method for reducing acid stratification in a battery according to Embodiment 21, further comprising:
- enveloping each of the one or more separators around the negative electrodes.
- 24. A method of reducing acid stratification in a battery according to embodiment 23, wherein the plurality of fins are adjacent to the positive electrodes.
- 25. A method for reducing acid stratification in a battery according to Embodiment 21, further comprising:
- Providing a vehicle capable of moving and stopping; and
- Arranging the battery in the vehicle so that the plurality of separators are parallel to the moving and stopping movement.
- 26. A method of reducing acid stratification in a battery according to embodiment 21, wherein the case and the lid define an interior space in an upper portion of the battery; and providing one or more baffles in the interior to redirect at least a portion of the electrolyte capable of being agitated during movement to the battery.
- 27. Lead-acid battery comprising:
- a housing and a lid;
- a plurality of positive and negative electrodes, with bands attached to the positive and negative electrodes, respectively;
- an acid-based electrolyte; where
- the housing and the lid are connected together to form an internal volume disposed therein;
- wherein the plurality of positive and negative electrodes and the acid-based electrolyte are housed in at least a lower portion of the internal volume; and
- one or more baffles disposed in an upper portion of the interior volume.
- 28. Lead-acid battery according to embodiment 27, wherein the deflection elements are arranged on at least a portion of the lid.
- 29. Lead-acid battery according to embodiment 27, wherein the deflection elements are arranged on at least a portion of the housing.
- 30. Lead-acid battery according to embodiment 27, wherein the deflection elements extend from the bands.
- 31. The lead-acid battery according to Embodiment 27, wherein the baffles are formed of an object different and separate from the case and the lid.
- 32. Lead-acid battery according to embodiment 31, wherein the deflection elements are attached to the bands.
- 33. Lead-acid battery according to embodiment 27, wherein the deflection elements have a curved surface.
- 34. Lead-acid battery according to embodiment 27, wherein the deflection elements have a generally flat surface.
- 35. The lead-acid battery of embodiment 27, wherein the deflection elements have a surface that is generally perpendicular to a longitudinal length of the electrodes.
- 36. The battery separator of
embodiment 1, wherein the separator promotes acid mixing or improves acid mixing over conventional fixed rib profile separators. - 37. In a flooded lead-acid battery, the improvement includes the separator according to embodiment 36.
- 38. In a start/stop vehicle, the improvement includes the battery according to embodiment 37.
- 39. The vehicle of embodiment 38, wherein the battery has plates and the plates are positioned substantially parallel to the direction of vehicle movement.
- 40. Acid mixing rib separator having a positive surface rib profile that improves acid mixing such that it provides at least a 15% increase in acid mixing and a volume uniformity of at least 0.37 in 60 seconds of mixing.
- 41. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile that improves acid mixing such that it provides at least a 20% increase in acid mixing and a volume uniformity of at least 0.38 in 60 seconds of mixing.
- 42. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile that improves acid mixing such that it provides at least a 25% increase in acid mixing and a volume uniformity of at least 0.40 in 60 seconds of mixing.
- 43. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile that improves acid mixing such that it provides at least a 30% increase in acid mixing and a volume uniformity of at least 0.42 in 60 seconds of mixing.
- 44. The acid mixing fin separator of any of embodiments 40-43, wherein the separator is a negative plate envelope.
- 45. Acid mixing rib separator having a positive surface rib profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of at least a 5% increase in acid mixing and at least a 0.01 increase in volume uniformity over a standard separator occurs with solid ribs.
- 46. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 10% increase in acid mixing and at least a 0.02 increase in volume uniformity occurs.
- 47. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 15% increase in acid mixing and at least a 0.03 increase in volume uniformity occurs.
- 48. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 20% increase in acid mixing and at least a 0.035 increase in volume uniformity occurs.
- 49. Acid mixing fin separator having a positive surface fin profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 25% increase in acid mixing and at least a 0.04 increase in volume uniformity occurs.
- 50. The acid mixing fin separator of any one of embodiments 45-49, wherein the separator is a negative plate envelope.
- 51. Acid mixing rib separator for a negative plate envelope having a positive surface rib profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 25% increase in acid mixing and at least a 0.40 increase in volume uniformity occurs.
- 52. Acid mixing fin separator for a negative plate envelope for a flooded lead-acid battery having a positive surface fin profile which improves acid mixing such that in 60 seconds of mixing at least one of a 28% increase in acid mixing and an increase the volume uniformity by at least 0.41 occurs.
- 53. In a battery, the improvement includes the separator according to at least one of embodiments 40-52.
- 54. In a vehicle, the improvement includes the battery according to embodiment 53.
- 55. Vehicle according to embodiment 54, wherein the battery is positioned with the plates parallel to the length of the vehicle.
- 56. Improved lead-acid batteries, such as flooded lead-acid batteries, improved systems comprising a lead-acid battery and/or a battery separator, improved battery separators, improved vehicles incorporating such systems, Methods of manufacture or use or combinations thereof; improved flooded lead-acid batteries, improved battery separators for such batteries and/or methods for making, testing or using such improved flooded lead-acid batteries or combinations thereof; a method, a system, a battery and/or a battery separator for reducing acid stratification, improving battery life and performance in a flooded lead-acid battery; and combinations thereof as shown or described herein.
- 57. Separators that provide improved electrolyte mixing and/or acid circulation compared to conventional separators; Separators that provide less acid stratification, as measured by electrolyte density at the top and bottom of the cell; where the density difference can be less than 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2.5% or 1% after the
cell 30, has experienced 60, 90 or more start/stop events or cycles; where the density difference can be less than 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2.5% or 1% after the cell 24, spent 48, 72 or more hours at rest; and combinations thereof as shown or described herein.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
US 62/238373 [0001]
US 62/238373 [0001] - US 2016012805 A [0001]US 2016012805 A [0001]
-
US 62/385347 [0001]
US 62/385347 [0001] - US 2012/0094183 [0039, 0187]US 2012/0094183 [0039, 0187]
- US 20120214032 A [0134]US 20120214032 A [0134]
- US 20040067410 A [0134]US 20040067410 A [0134]
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Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250130701A (en) * | 2017-06-20 | 2025-09-02 | 다라믹 엘엘씨 | Improved Lead Acid Battery Separators, Batteries, and Related Methods |
| EP3679612B1 (en) * | 2017-09-08 | 2023-10-25 | Daramic, LLC | Improved lead acid battery separators incorporating carbon |
| WO2019152583A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Daramic, Llc | Improved lead acid battery separators, resilient separators, batteries, systems, and related methods |
| EP3762990A4 (en) * | 2018-03-09 | 2021-12-01 | Daramic, LLC | LEAD-ACID BATTERY SEPARATORS WITH ENHANCED RIBBED PROFILES, ASSOCIATED BATTERIES, SYSTEMS AND PROCESSES |
| JP7010772B2 (en) * | 2018-06-20 | 2022-01-26 | 古河電池株式会社 | Ribbed separator for lead-acid battery and lead-acid battery using the separator |
| CN121076413A (en) * | 2018-08-17 | 2025-12-05 | 达拉米克有限责任公司 | Assembly formed by electrode and separator, anti-warp lead-acid battery separator and application |
| WO2020051100A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | Daramic, Llc | Battery separators, electrode assemblies, systems and related methods |
| GB2617628A (en) * | 2019-12-30 | 2023-10-18 | Microporous Products Llc | Battery separator configured for reducing acid stratification for enhanced flooded batteries |
| KR20230141791A (en) | 2021-01-06 | 2023-10-10 | 엔텍 아시아 가부시키가이샤 | Separator for lead acid battery |
| CN113394517B (en) * | 2021-05-28 | 2022-10-04 | 浙江天能电池(江苏)有限公司 | Preparation method of battery simulation mesh |
| KR102820928B1 (en) * | 2022-05-25 | 2025-06-13 | 한국앤컴퍼니 주식회사 | Lead-acid battery precursor with broken-line rib structure plate for improved electrolyte stratification |
| NL2035013B1 (en) * | 2023-06-06 | 2024-12-12 | Real Scientists Ltd | A ceramic separator for energy storage device and method of manufacture the same |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4565748A (en) | 1985-01-31 | 1986-01-21 | Dahl Ernest A | Magnetically operated electrolyte circulation system |
| US4629622A (en) | 1984-07-27 | 1986-12-16 | Japan Storage Battery Company Limited | Sealed lead-acid battery |
| US6274263B1 (en) | 1995-10-27 | 2001-08-14 | William E. M. Jones | Semi-flooded lead acid battery cell |
| US20030148170A1 (en) | 2002-02-06 | 2003-08-07 | Jones William E. M. | Electrolyte mixing in wet cell batteries |
| US20040067410A1 (en) | 2002-04-16 | 2004-04-08 | Jones William E. M. | Electrolyte mixing in wet cell batteries |
| US20120094183A1 (en) | 2002-04-12 | 2012-04-19 | Daramic, Inc. | Battery Separator With Improved Oxidation Stability |
| US20120214032A1 (en) | 2009-09-04 | 2012-08-23 | Jonson Controls Technology Company | Secondary battery with improved destratification |
| US20160012805A1 (en) | 2011-05-03 | 2016-01-14 | Paul R. Kairis | Cover For Striking Device for Percussion Instrument |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3917772A (en) * | 1972-02-10 | 1975-11-04 | Grace W R & Co | Method for producing battery separator sheet |
| US4000352A (en) * | 1972-06-01 | 1976-12-28 | W. R. Grace & Co. | Battery separator |
| JPS559001U (en) * | 1978-07-01 | 1980-01-21 | ||
| JPS57135072U (en) * | 1981-02-18 | 1982-08-23 | ||
| US4403024A (en) * | 1982-01-11 | 1983-09-06 | W. R. Grace & Co. | Battery separator |
| US4619875A (en) * | 1985-11-27 | 1986-10-28 | General Motors Corporation | Anti-stratification battery separator |
| JPH0294253A (en) * | 1988-09-29 | 1990-04-05 | Aisin Seiki Co Ltd | Secondary battery for vehicle |
| JPH02226670A (en) * | 1989-02-27 | 1990-09-10 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Lead-acid battery |
| US5460900A (en) * | 1994-08-08 | 1995-10-24 | Gnb Battery Technologies Inc. | Lead-acid battery having a fluid compartment for reducing convection-induced heat transfer |
| US5558952A (en) * | 1995-12-15 | 1996-09-24 | East Penn Mfg. Co. | Pocket separator for electric storage battery plates |
| US5679479A (en) * | 1996-05-08 | 1997-10-21 | Amtek Research International Llc | Battery separator |
| US6132899A (en) * | 1997-10-20 | 2000-10-17 | Amtek Research International Llc | Battery Separator having different size ribs and method of making the same |
| AU1199399A (en) * | 1998-10-21 | 2000-05-08 | Amtek Research International Llc | Battery separator |
| ITMI20012379A1 (en) * | 2001-11-12 | 2003-05-12 | Uhdenora Technologies Srl | ELECTROLYSIS CELL WITH GAS DIFFUSION ELECTRODES |
| US6641954B2 (en) * | 2002-03-29 | 2003-11-04 | Entek International Llc | Battery separator with mud rest protectors |
| US7094498B2 (en) * | 2002-05-31 | 2006-08-22 | Daramic, Inc. | Battery separator with battlemented rib |
| JP2005108722A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Separator for liquid type lead acid storage battery and its manufacturing method |
| JP2005197145A (en) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Furukawa Battery Co Ltd:The | Separator with rib for lead acid storage battery, and lead acid storage battery using that separator |
| JP2007095419A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Separator for liquid lead acid battery and liquid lead acid battery |
| DE102006021584A1 (en) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | Iq Power Licensing Ag | Liquid electrolyte battery with dynamic and thermal mixing |
| US9935302B2 (en) * | 2009-10-20 | 2018-04-03 | Daramic, Llc | Battery separators with cross ribs and related methods |
| KR101799816B1 (en) * | 2010-09-22 | 2017-11-21 | 다라믹 엘엘씨 | Improved lead acid battery separators, batteries and related methods |
| PL3517578T3 (en) * | 2010-09-22 | 2022-06-13 | Daramic, Llc | Improved separator for lead acid batteries and use of the separator |
| KR102151647B1 (en) * | 2012-08-22 | 2020-09-03 | 다라믹 엘엘씨 | Battery separator with gel impregnated nonwoven for lead acid battery |
| JP6273902B2 (en) * | 2014-02-28 | 2018-02-07 | 日立化成株式会社 | Secondary battery |
| CN204885260U (en) * | 2015-07-03 | 2015-12-16 | 陶器 | A battery separator with "eight"-shaped discontinuous ribs |
-
2016
- 2016-10-07 DE DE202016009027.6U patent/DE202016009027U1/en active Active
- 2016-10-07 WO PCT/US2016/056009 patent/WO2017062781A1/en not_active Ceased
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-
2021
- 2021-10-20 JP JP2021171878A patent/JP2022009317A/en active Pending
-
2023
- 2023-03-31 JP JP2023057954A patent/JP2023086751A/en active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4629622A (en) | 1984-07-27 | 1986-12-16 | Japan Storage Battery Company Limited | Sealed lead-acid battery |
| US4565748A (en) | 1985-01-31 | 1986-01-21 | Dahl Ernest A | Magnetically operated electrolyte circulation system |
| US6274263B1 (en) | 1995-10-27 | 2001-08-14 | William E. M. Jones | Semi-flooded lead acid battery cell |
| US20030148170A1 (en) | 2002-02-06 | 2003-08-07 | Jones William E. M. | Electrolyte mixing in wet cell batteries |
| US20120094183A1 (en) | 2002-04-12 | 2012-04-19 | Daramic, Inc. | Battery Separator With Improved Oxidation Stability |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
| R207 | Utility model specification | ||
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |