CN107112476B - 改进的电池隔板、电池和相关方法 - Google Patents

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Abstract

提供或公开新的、改进或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂料、和/或相关方法，其生产，使用，和/或组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进可以导致引入有这种隔板的电池的减少的水分损失、增强的电荷接受性或其组合。另外，本发明涉及一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进关于形状、和/或物理型面、和/或用于制造这种电池隔板的化学品、添加剂、混合物、涂料和/或类似物(如油和/或化学添加剂或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的试剂(如表面活性剂))。本发明的改进的电池隔板特别有用于或适合于工业电池中，如逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池等。

Description

改进的电池隔板、电池和相关方法
相关申请
本申请要求2014年11月5日提交的共同未决的国际专利申请 PCT/US2014/064033的优先权和权益，其全部内容引入本文以作参考。
技术领域
本公开涉及新的、改进的或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面(profiles)、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂层、和/或相关方法，其生产，使用，和/或组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进可以导致引入有这种隔板的电池的减少的水分损失、增强的电荷接受性或其组合。另外，本发明涉及一种或多种改进的改进的电池隔板，所述改进关于形状和/或物理型面，和/或用于制造这种电池隔板的化学品、添加剂、混合物、涂料和/或类似物(如油和/或化学添加剂或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的试剂(例如表面活性剂))。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池，例如逆变器电池(inverterbatteries)，用于重工业或轻工业的电池等。
背景技术
在工业环境和/或需要深度放电的环境中使用各种电池。这样的电池可以包括但不限于例如铅酸电池、逆变器电池、太阳能电池、高尔夫球车电池、用于设备(如地板擦洗器等)的电池、用于叉车或其他设备的电池、潜艇电池(submarine batteries)、管状逆变器电池、平板式逆变器电池和/或富液式逆变器电池(flooded inverter batteries)。众所周知，深度放电意味着电池必须在很长一段时间内提供大量能源；因此，这种电池可以相对高的能量存储容量开始，并且在一段时间内使其部分容量在使用中释放。这种深度放电意味着将这种电池充分再充电至全容量需要相对长的时间。因此，改进这种电池的再充电性是重要的，并且获得具有改进的充电状态或较高的部分充电状态的电池在电池工业中也是重要的。
对于至少某些应用，特别是充/放电循环应用，期望提供与以前已知的电池隔板区别的用于工业电池的电池隔板。电池隔板是在电池单元内将正极与负极分开或“隔离”的部件。电池隔板具有两个主要功能。首先，电池隔板应保持正极与负极物理分离，以防止任何电子电流通过两个电极之间。其次，电池隔板应该以最小的电阻允许正负电极之间的离子电流。电池隔板可以由许多不同的材料制成，但是通过由多孔非导体制成的电池隔板，很好地满足了这两种相反的功能。
需要改进工业电池(例如逆变器电池)的再充电性。众所周知，逆变器将 DC转换成AC，并且可以有助于各种各样的环境，如电网不稳定或已经劣化的区域。诸如逆变器电池等电池主要在部分充电状态下工作。在部分充电状态下持续运行意味着腐蚀发生，和/或电池寿命受损，和/或负极板硫酸化成为这种电池的性能和寿命的限制因素。提高电池的再充电性以及减少电池遇到的水分损失量是理想的。
一些已知的电池隔板虽然具有改进的特征，但是还不能改进放置有它们的工业电池的电荷接受性，因而也不能改进再充电性。因此，需要一种提供对已知隔板的各种改进的用于工业电池的改进的电池隔板。满足这些需要的改进的电池隔板可导致电池特性的改进，如改进电池的电荷接受性，改进电池的再充电性，减少电池的水分损失，改进电池的充/放电循环效率，和/或延长电池的寿命。
发明内容
根据至少选定的实施方案，本发明可以解决一个或多个上述需求、需要、难题和/或问题，并且提供新的、改进的或优化的电池隔板和与包括但不限于工业电池的电池相关的方法。在至少选定的实施方案中，电池隔板可以具有改进的物理形状和/或型面，并且可以包括优化量的一种或多种化学添加剂如一种或多种表面活性剂，从而提供具有改进性质的改进的电池隔板。另外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其具有关于形状和/或物理型面，和 /或用于制造这种电池隔板的化学品(如油)，和/或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的化学添加剂(如表面活性剂)的各种改进。本发明的改进的电池隔板和方法可以导致引入有这种隔板的电池的电池性质的改进。这种改进的性质包括但不限于使用隔板的电池的增加的电荷接受性，和这种电池的增加的再充电性，以及这种电池的减少的水分损失。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池，如逆变器电池，用于重工业或轻工业应用的电池等。
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以解决现有技术的限制，并且涉及新的、改进的或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂料、和/或相关方法，其生产，使用，和/或组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进可以导致引入有这种隔板的电池的减少的水分损失、增强的电荷接受性或其组合。另外，本发明涉及一种或多种改进的改进电池隔板，所述改进关于形状和/或物理型面，和/或用于制造这种电池隔板的化学品、添加剂、混合物、涂料和/或类似物(如油和/或化学添加剂或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的试剂(例如表面活性剂))。本发明的改进的电池隔板特别适用于工业电池，如逆变器电池、用于重工业或轻工业的电池等。
附图说明
为了说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的形式；然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和手段。
图1是根据本发明的一个实施方案的电池隔板的照片图像，其中隔板是具有改进的物理型面的聚乙烯隔板，照片示出了这种隔板的面向电池阴极 (cathode)的正极侧(positive side)。
图2是根据本发明的一个实施方案的电池隔板的照片图像，其中隔板是具有改进的物理型面的聚乙烯隔板，照片示出了这种隔板的面向电池阳极 (anode)的负极侧(negative side)。
图3包括根据本发明的一个实施方案的电池隔板的几个视图，包括：图 3的(a)，这种电池隔板的正极侧的顶视图(面向电池阴极的一侧)；图3的(b)，沿机器方向或隔板高度观察的电池隔板的截面图；图3的(c)，沿横向或隔板宽度观察的(具体来说，沿图3的(a)左侧的箭头观察的)电池隔板的边视图；和图3的(d)，图3的(b)的圈出部分的放大的截面图，以更好地显示隔板的改进的型面。
图4包括使用实施例中描述的隔板试验各种电池的第一个21天的平均水分损失(以克计)的图。
图5包括使用实施例中描述的隔板试验各种电池的第二个21天的平均水分损失(以克计)的图。
图6包括使用实施例中描述的隔板试验各种电池的第一个和第二个21天的平均水分损失(以克计)的图。
图7包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#1)的第一个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图8包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#1)的第二个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图9包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#2)的第一个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图10包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#2)的第二个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图11包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#3)的第一个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图12包括使用实施例中描述的各种隔板试验三种电池(称为样品#3)的第二个21天的浮充电流(以mAmps计)的图。
图13包括示出使用实施例中描述的三种不同隔板的电池(称为样品#1)的备用时间(back up time)的图。
图14包括示出使用实施例中描述的两种不同隔板的电池(称为样品#2)的备用时间的图。
图15包括示出使用实施例中描述的三种不同隔板的电池(称为样品#1)内部电解质的比重趋势的图。
图16包括示出使用实施例中描述的两种不同隔板的电池(称为样品#2)内部电解质的比重趋势的图。
图17包括示出使用实施例中描述的三种不同隔板的电池(称为样品#1)经多次循环的充电截止电流(end charge current)(以mAmps计)的图。
图18包括示出使用实施例中描述的两种不同隔板的电池(称为样品#2)经多次循环的充电截止电流(以mAmps计)的图。
图19A-19D包括四幅示出在给定循环次数之后并使用实施例中描述的两种不同隔板的电池(称为样品#1)的充电电流(以Amps计)对时间的图。
图20A-20D包括四幅示出在给定循环次数之后并使用实施例中描述的两种不同隔板的电池(称为样品#2)的充电电流(以Amps计)对时间的图。
具体实施方式
根据至少一些实施方案，本发明提供了一种改进的电池隔板，其具有改进的物理型面和/或形状和/或包含一种或多种化学添加剂，如一种或多种表面活性剂，从而为使用这种隔板的电池提供意想不到的改进。另外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板以及相关方法，这些隔板具有关于形状和/ 或物理型面和/或用于制造这种电池隔板的化学品(如油)，和/或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的化学添加剂(如表面活性剂)的各种改进。
深度放电应用(有时称为深度循环应用)通常涉及深度放电或深度循环电池的使用。这种电池可以包括各种铅酸电池，工业电池，例如管状逆变器电池或其它逆变器或工业电池。这种电池可以保持浮充，这意味着由于缺少酸混合和/或酸分层而在电池单元内产生不同的电解质比重。这种情况可能改变和/或甚至增强表观电池电压。然而，这种现象可能导致电池的电荷接受性或再充电性的抑制。此外，过去在电池隔板上使用表面活性剂时，在电池隔板上涂覆这种表面活性剂可能已经成功地减少了电池的水分损失并减少了电池系统内的板栅腐蚀(grid corrosion)，这可以抵消杂质对负极板或电极的影响，有效地提高充电时的电池电压。然而，表面活性剂涂层可以进一步减小电池的电荷吸收或电荷接受性。因此，在一些常规电池中，通过添加表面活性剂制成的隔板已经看到减少水分损失的改进，同时电池的电荷接受性/再充电性特性的折衷降低。
然而，根据本发明，已经发现，通过提供如下电池隔板可以解决与电池的再充电性(或电荷接受性)有关的一个或多个问题，所述电池隔板不仅具有特定的优化的物理型面，有时称为锯齿形型面，而且具有涂覆于其中、于其上或两者的优化量的表面活性剂。所谓的锯齿形型面可以允许电解质在电池单元内的更好的移动，并且因此可以促进系统内电解质的不同比重的平衡。这种现象反过来可以改进处于浮充下的电池的再充电性，这意味着本发明的改进的电池隔板可以为电池系统提供改进的电荷接受性和改进的再充电性，特别是与现有和/或先前商购可得的具有不同物理型面和/或不同水平的化学添加剂(如表面活性剂)的隔板相比时，并提供减少的水分损失或更好的保水特性。具有改进的再充电性的电池意味着与常规电池相比具有较高的备用时间以及低的水分损失特性的改进的电池(如逆变器电池)。总的来说，这可以转化为根据本发明实施方案的具有较长电池寿命的电池，这是非常需要的。
根据本发明的至少选定的实施方案的电池隔板的一个特征是其改进的与电池系统如工业电池、逆变器电池、管状逆变器电池等中存在的锑(Sb)相互作用的能力。在一些应用中，这种电池中的Sb的存在水平可以变化，例如从小于约1％至大于5％。
在本文考虑的各种电池系统中，Sb可以存在于电池的一个或多个极板或电极中。对于诸如逆变器电池等工业电池，电池极板或电极可能相对较大，这是因为这样的极板或电极可以容纳大量活性材料，以确保能够随时间放电的高能量存储容量。这样的电池通常不被密封，并且用户周期性地向电池补水。当这种工业和/或逆变器电池在典型的充/放电循环条件(例如，部分充电状态条件)下使用时，可能发生Sb从一个极板向另一个极板的迁移，或者可能会脱落进入电池单元或系统的其他部分，或者从极板中浸出。在电池充电或放电期间，系统中的Sb可影响电池的过电位，这可导致气体(氢气，氧气) 的产生；气体的放出可以很好地理解为由许多商业电池设计证明的控制气体。由于电解质中的水分解成这种气体，发生水分损失。当电池损失水分时，可导致需要向电池系统添加更多的水以避免电池故障。
由于水分损失是电池的一个问题，因此非常需要提供阻止和/或防止水分损失的电池和电池隔板，从而增加电池可以使用的时间，而不需要添加额外的水并避免过早的电池故障。不必停止使用电池(进而其所用于的设备，例如叉车)来额外补水意味着与在常规情况下成为必要的频繁停止来补水相比，电池经历更少的由补水方案造成的停止运行期。
因此，在至少一些实施方案中，除了其它事项以外本发明提供了改进的电池隔板，电池，以及将优化量的化学添加剂(如表面活性剂)涂覆(或添加) 至具有优化物理型面(如锯齿形型面)的电池隔板的相关方法，所述方法使得本发明的电池隔板在各种电池和方法中的使用对于通常以部分充电状态操作的给定的电池而言，优选地导致电池随时间减少水分损失以及增加充电容量或电荷接受性或再充电性。这种部分充电状态应用可以包括但不限于各种工业电池，如逆变器电池和/或在电极中具有高Sb含量的电池。
本文所述的改进的电池隔板可以由聚合物例如一种或多种聚烯烃、例如聚乙烯，以及一种或多种填料如二氧化硅，以及一种或多种增塑剂或油如矿物油(以及其它添加剂或试剂，如一种或多种表面活性剂)制成。在本发明的一些实施方案中，电池隔板可以由聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯和其组合等制成。在本发明的各种实施方案中，电池隔板可以是片状、包套(envelopes)状或叶片状，并且可以与另一层一起使用或层压至另一层，所述另一层包括例如玻璃层、聚合物层(如聚酯)、非织造层，或包含玻璃纤维和一些聚合物纤维二者的层等。在这种实施方案中，包括例如聚烯烃电池隔板和诸如非织造层等另一层的层压体或复合物将与电池的电极耦合以将电极彼此分离。在诸如管状逆变器电池等的各种实施方案中，电池隔板可以设置为套管，该套管可以使用上面提到的各种材料设置在管状或棒状电极之上。在其他实施方案中，逆变器电池可以是平板式逆变器电池，并且根据本发明的电池隔板通常是平坦的而不是成形为套管或包套。
关于电池隔板的物理型面，在本发明的各种实施方案中，隔板包括背板、从背板的正极侧延伸的突起或结节，以及可选地优选从背板的负极侧延伸的更小的突起或微型筋带。参考图1，其示出了根据本发明的一个实施方案的示例性电池隔板的正极侧的照片，其中隔板是具有改进的“锯齿形”筋带型面的聚乙烯隔板。图1示出了这种隔板的正极侧，该侧通常面向电池的阴极。类似地，图2示出了图1所示的聚乙烯隔板的负极侧，负极侧通常面向电池的阳极。虽然优选的是前后筋带和微型筋带是纵向的，但是在一个实施方案中，前筋带是纵向的，后筋带是横向微型筋带(负横向筋带(negative cross ribs)或 NCR)。虽然不是优选的，但是背面也可以是平滑的或无筋带的。
在图3的(a)至3的(d)中可以更清楚地看出根据本发明的各种隔板实施方案的改进的型面。图3的(d)(图3的(b)的圈出部分的放大图)示出了背板10以及从隔板的背板的正极侧延伸的突起或结节12，以及从隔板的背板的负极侧延伸的更小的突起或微型筋带14。此外，图3的(c)(其是沿着图3的(a)左侧所示的箭头观察的图3的(a)的隔板的横截面图)示出了沿机器方向或隔板高度成一排纵向延伸的突起或结节12A(较高筋带部分)，以及沿机器方向或隔板高度成另一排纵向延伸的突起或结节12B。突起或结节12A和2B的峰优选地相对于彼此偏移。在一些情况下，这可以被称为锯齿型面。在一些实施方案中，突起12A和12B可以被称为结节，并且在一些实施方案中，可以称为堆垛式结节。在各种可以优选的实施方案中，突起或微型筋带14沿着背板的负极侧横向、纵向、或纵向并连续地延伸而不中断，因此不会以筋带、突起或结节12A和12B那样的方式形成锯齿。
横向微型筋带(负横向筋带或NCR)可以是连续的或不连续的，并且可以增强自动包封设备中的薄隔板(或具有薄背板的隔板)的刚性和/或运行性能。
在各种实施方案中，隔板的背板(不包括任一侧的结节或筋带的隔板部分)(例如背板10)的厚度可以为约200微米至约500微米，在一些实施方案中，约250至约450微米，在一些实施方案中，约300至约450微米，在其他实施方案中，约300至约400微米。包括前筋带和后筋带的整个电池隔板的厚度可以有所不同。在一些实施方案中，这种隔板的整体厚度(厚度包括背板和各侧的结节和筋带)为约0.5mm至约2.5mm以上，在一些实施方案中，约1mm至约 2mm，在一些实施方案中，约1.1mm至约1.9mm，在一些实施方案中，约1.2mm 至约1.75mm，而在其他实施方案中，约1.25mm至约1.6mm。在一个具体实施例中，整体厚度为约1.75mm，背板为约0.35mm厚，正筋带约1.28mm高，负筋带为约0.12mm高。在另一具体实施例中，整体厚度为约2.00mm，背板为约0.50mm厚，正筋带为约1.25mm高，负筋带为约0.25mm高。
根据本发明，电池隔板的其它改进的形状和型面可以是有用的。例如，在美国专利7,094,498中公开了电池隔板的各种型面和形状，其全部内容引入本文以作参考。
如上所述，在本发明的各种实施方案中，上述锯齿形型面的优点与优化量的水分损失防止剂例如添加到(和/或涂覆到)电池隔板的一种或多种表面活性剂的优点相结合，以提供当用于电池时为电池提供改进的水分损失以及改进的电荷接受性和/或再充电性的出乎意料的组合的电池隔板。在本发明的各种实施方案中使用的表面活性剂可以是HLB值相对较低的表面活性剂。例如，在本文的一些实施方案中，使用的表面活性剂的HLB值低于约6，在一些实施方案中，低于约5，在一些实施方案中，低于约4，并且在其他实施方案中，低于约3，甚至在其他实施方案中，低于约2，而在其他实施方案中，低于或等于约1。如本领域已知的，“HLB”值是指给定材料的亲水亲油平衡 (hydrophile lipophile balance)。在一些实施方案中，添加剂化合物如表面活性剂在水和硫酸的每一者中是不溶的或仅为难溶的。在本发明的其他实施方案中，该表面活性剂是其特性为更疏水而不是更亲水的表面活性剂。在其他实施方案中，本文使用的表面活性剂可以是油溶性或有机可溶性表面活性剂。在其他各种具体实施方案中，表面活性剂是不溶于水、水溶液或硫酸，且HLB 值为约1至约3的表面活性剂。在其他实施方案中，本文使用的表面活性剂为不溶于或仅难溶于水、水溶液或硫酸，并且HLB值小于约6、优选小于约5的表面活性剂。在本发明的其它各种实施方案中，添加到(或涂覆到)电池隔板的表面活性剂是美国专利公开US 2012/0094183中所述的表面活性剂，其全部内容引入本文以作参考。
这种表面活性剂可以辊涂在根据本发明制成的隔板的一侧或两侧。此外，表面活性剂可以通过包括下述的多种方法施涂和/或涂覆：凹版辊，反向凹版，槽模法，气流式喷涂法，浸涂法，漆刷，海绵施涂等。在各种实施方案中，表面活性剂被辊涂在隔板的负极侧(隔板的面向阳极的一侧)。此外，通过将表面活性剂添加到生产过程的开始，例如通过将其加入待挤出的材料 (例如在混合机或挤出机中添加到聚烯烃中)，可以将表面活性剂引入电池隔板中。
在可能需要干燥的实施方案中，涂覆隔板的干燥方法可以涉及许多形式的能量以驱除多余的水。例如，微波炉，强制通风炉，对流炉，红外能，溶剂蒸发干燥，共沸干燥等。干燥隔板所需的接触时间将随着方法、涂层厚度和结构、隔板表面图案和热性能而变化。
此外，在本发明的各种实施方案中，这种表面活性剂的施加量高于先前已知的。例如，在一些实施方案中，施加量可以为约10gsm(克/平方米)以下，在一些实施方案中，约9gsm以下，在一些实施方案中，约8gsm以下，在一些实施方案中，施加量约7.4-7.5gsm。这种高施加量的表面活性剂与改进的或优化的或优选的或选定的物理型面(例如，锯齿形型面)结合可以产生使得使用这种隔板的电池的水分损失降低和电荷接受性或再充电性增加的电池隔板。减少电池遇到的水分损失的量，特别是在电池水分损失普遍的诸如印度等的市场中，是非常需要的。
使用较高施加量的表面活性剂尚未由这种隔板的以前已知的工作预测或期望，这是因为表面活性剂昂贵，有时难以应用于隔板，有时会出现“堵塞”电池隔板，并且会减少电荷接受性和/或减少或减缓再充电性。然而，如本文发明的一个实施方案所述的在特定形状的电池隔板(正极侧上具有交错突起或结节和在负极侧上具有微型筋带的锯齿形型面的电池隔板)的一侧使用特定涂布量(相对高的涂布量)的特定表面活性剂的组合，可导致电池隔板具有非常令人惊奇和期望的特性，因为当这种隔板用于电池时，电池经历水分损失的减少以及电荷接受性和/或再充电性的增加。
本文所述的电池隔板可以根据已知的方法制造，如湿法工艺，其包括将聚烯烃树脂和油添加到挤出机中，将材料挤出成前体，提取油，将提取的前体压延以赋予隔板特定的型面或物理形状(如锯齿形型面)，然后将隔板滚动和/或切割和/或成形为包套、套管或袋状形状。
在使用湿法工艺制造电池隔板的实施方案中，可以通过优化添加到电池隔板中的表面活性剂的量同时优化添加到用于制造电池隔板的聚烯烃树脂中的油的量来提供另一种改进的电池隔板。在这种实施方案中，可以提供下述电池隔板：其出乎意料地提供引入有该电池隔板的电池以改进的水分损失 (意味着在使用期间减少水分损失)。
虽然不希望受到理论的约束，但是相信在本文各种实施方案中描述的隔板的物理型面和/或形状以及化学添加剂(例如表面活性剂)的组合共同提供具有出乎意料地提高的电荷接受性能、从而出乎意料地增加的使用这种隔板的电池的再充电性的电池隔板。当使用根据这样的实施方案的隔板时，始终减少电池的水分损失。结合减少水分损失和改进电荷接受性和/或再充电性的特征对于诸如工业电池等电池是非常需要的。
就以下非限制性实施例，进一步说明上述电池隔板、电池和相关方法。
实施例
根据本发明的实施方案制造各种电池隔板。
实施例1
在实施例1中，制成具有根据图3所示的物理型面的隔板。拍摄了隔板的照片，示于图1和图2。
实施例2
在实施例2中，构造并试验了几种电池，以确定根据本发明的改进的隔板的功能如何。所使用的电池是管状富液式逆变器电池，可从位于印度班加罗尔的Aegan Batteries商购。试验的电池在20小时时为12V100Ah。每单元的极板数为9个(4个正极，5个负极)。板栅中的锑含量为2.5％。正极板的平均干板重量为474.5克，负极板的平均干板重量为336克。正极板组重量为1898+/- 2克/单元；负极板组重量为1680+/-1克/单元。
对于实验电池，使用的隔板是具有约400微米的背板厚度、约1.6mm的整体厚度和根据图3的锯齿形型面的涂覆的聚乙烯隔板。这种实验隔板以两个施加量涂覆表面活性剂涂层：(a)4.1gsm；和(b)7.4gsm。对于对照电池，使用的隔板是未涂覆的(未涂覆有本文所述的表面活性剂)聚乙烯隔板，所述隔板的背板厚度为约450微米，整体厚度为约1.6mm，以及型面与图3所示的锯齿形型面不同(具体地，对照或“比较用”隔板的型面包括从垂直方向起大约 10度的角度在隔板的正极侧上对角连续延伸的筋带，以及沿隔板的负极侧纵向连续延伸的微型筋带，其微型筋带高度比实验电池隔板的微型筋带高约两倍，并且微型筋带间隔比实验电池隔板的微型筋带14间隔距离大约2-3倍)。
使用比较用隔板以及根据本发明的具有锯齿形型面的涂覆隔板形成电池。在42天的时间内试验电池的水分损失。图4显示，在试验的第一个21天之后，根据本发明的涂覆隔板的水分损失量(779.3克)远远少于比较用隔板观察的水分损失量(1014.7克)。图5显示试验的第二个21天的相同类型的结果。具体地，根据本发明的涂覆隔板的水分损失量(791.3克)远远少于比较用隔板观察到的水分损失量(1050.0克)。图6聚集了图4和5中给出的数据，以显示根据本发明的具有一定型面(例如，锯齿形型面)和其上的表面活性剂涂层的隔板的大幅改进的水分损失性能。
还获得了电池的浮充电流数据并示于图7-12。如图7所示，固定电压或维持电压记录为14.4伏特。图7示出了包含比较用隔板以及根据本发明的涂覆隔板的电池(称为“样品#1”)的水分损失试验的第一个21天的浮充电流数据。在图7中，装载有7.4gsm表面活性剂涂层并具有锯齿形型面的涂覆隔板的浮充电流(以mAmps计)低于另外两个，表明了该电池相对于其他两个显示较低的自放电和/或显示较低的水分损失(较低的耗水量或电解)。图8显示了第二个21天水分损失试验中标有“样品#1”的电池的相同类型的浮充电流数据。在图8中可以看到相同的现象：涂覆有7.4gsm表面活性剂涂层并具有锯齿形型面的隔板的浮充电流较低。
类似于图7和图8，图9和10示出了标记为“样品#2”的电池的相同类型的数据。类似于图9和图10，图11和12显示了标记为“样品#3”的电池的相同类型的数据。
进行电池的附加试验以根据循环次数确定电池的放电持续时间(例如参见图13)。在此试验期间，100％DoD符号表示“100％放电深度(100％depth of discharge)”，并对电池进行试验以确定每个电池的备用时间。备用时间可以指用户能够从电池中取得能量期间的时间量。图13和图14示出了通过使用根据本发明的隔板，电池可以在其最大容量附近操作的时间长度延长。并且通过使用本发明的隔板，获得了每个循环的额外的电池使用时间，这是非常需要的。
这些实施例中的电池也从电解质的比重的角度考察。当电池循环时，电池系统的电解质中的硫酸可以分层成不同浓度的层。使这种酸分层最小化并保持电解液的比重一致是重要的，这可导致延长的电池寿命。
图15和16显示了电池试验的结果，以显示出随着电池循环次数发生的这种电池中的电解质的比重趋势。对于图15和16二者，形成具有锯齿形型面的涂覆电池隔板显示关于比重趋势的期望数据。
还针对这些实施例形成的电池试验充电截止电流(以mAmps计)。用于这种试验的数据显示在图17和18中。例如，对于在其中具有7.4gsm表面活性剂涂层以及锯齿形型面的图18中的涂覆隔板，较低的充电截止电流(以mAmps计)代表了使用根据本发明的涂覆有表面活性剂并具有锯齿形型面的隔板的电池的水分损失少的信号。
最后，还对这些实施例形成的电池进行了试验，以确定充电电流(以Amps 计)与各个循环的持续时间的关系。本质上，该试验有助于确定各种电池可以多快地再充电。图19A至19D和图20A至20D所示的结果表明，引入有根据本发明的涂覆隔板(具有锯齿形型面的涂覆隔板)的电池能够接受较长时间内的最大充电量。因此，使用根据本文所述的各种实施方案的电池隔板，导致在电池的整个循环寿命期间保持性能能力。改进循环寿命、在整个循环寿命的保持性能能力、改进再充电性、改进电荷接受性、改进(减少)电池所遇到的水分损失量都是可与根据本文提出的各种实施方案的电池隔板相关联的所有非常需要的特性。
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以解决现有技术的限制，并且涉及新的、改进的或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂料、和/或相关方法，其生产，使用，和/ 或组合。更具体地，本发明涉及一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进可以导致引入有这种隔板的电池的减少的水分损失、增强的电荷接受性或其组合。
另外，本发明涉及一种或多种改进的电池隔板，其具有关于形状，和/ 或物理型面，和/或用于制成这种电池隔板的化学品、添加剂、混合物、和/ 或涂层等(如油和/或化学添加剂或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的试剂(如表面活性剂))的各种改进。本发明的改进的电池隔板特别有用于或适用于工业电池，如逆变器电池，和用于重工业或轻工业的电池等。
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以提供或涉及：本文所述和/或示出的用于工业电池的新的、改进的或优化的电池隔板；新的、改进或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂料、和/或相关方法，其生产，使用，和/或组合；一种或多种具有各种改进的改进的电池隔板，所述改进可以导致引入有这种隔板的电池的减少的水分损失、增强的电荷接受性或其组合；具有各种改进的一种或多种改进的电池隔板，所述改进关于形状，和/或物理型面，和/或用于制成这种电池隔板的化学品、添加剂、混合物、涂料和/或类似物(如油和/或化学添加剂或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的试剂(如表面活性剂)；特别有用于或适用于工业电池的改进的电池隔板，如逆变器电池，和用于重工业或轻工业的电池等；新的、改进的或优化的电池隔板以及与电池相关的方法，包括但不限于工业电池，其中电池隔板可以具有改进的物理形状和/或型面，并且可以包括优化量的一种或多种化学添加剂或试剂，如一种或多种表面活性剂，以提供具有改进性质的改进的电池隔板；具有各种改进的一种或多种改进的电池隔板，所述改进关于形状，和/或物理型面，和/或用于制成这种电池隔板的化学品(如油)，和/或用于涂覆、精整或改进这种电池隔板的化学添加剂(如表面活性剂)；改进的电池隔板和/或为引入这种隔板的电池提供改进的电池性质的方法，所述改进性质包括但不限于增加使用该隔板的电池的电荷接受性，并增加这种电池的再充电性，以及减少这种电池的水分损失；一种改进的电池隔板，其导致电池特性的改进，例如电池的电荷接受性改进，电池的再充电性改进，电池的水分损失减少，电池的充放电循环效率改进，和/或电池寿命延长；具有图3的锯齿形筋带型面的上述任一种的改进的电池隔板；和/或上述改进的电池隔板，其上具有表面活性剂涂层，并且特别适用于或用于铅酸电池，富液式铅酸电池，工业电池如逆变器电池，和/或用于重工业或轻工业的电池等。
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以提供或涉及：包括上述隔板的新的、改进的或优化的电池；电池或电池组包括
i)隔板，其中所述隔板具有锯齿形型面，其中所述隔板还具有于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，其中所述表面活性剂的HLB值低于约6；和
ii)一个或多个极板或电极，其中至少一个极板或电极包括锑(Sb)；上述电池中如下至少之一：所述至少一个极板或电极中包含从小于约1％至大于 5％的量的锑(Sb)；所述电池不被密封；所述隔板包括聚合物、一种或多种填料、和一种或多种增塑剂或油；所述聚合物是聚烯烃；所述聚烯烃是聚乙烯、聚丙烯或其共混物或组合；所述隔板与另一层一起使用或层压至另一层；所述另一层为玻璃层、聚合物层、非织造层、或包括玻璃纤维和一些聚合物纤维二者的层；所述隔板包括背板、从背板的正极侧延伸的突起或结节、以及任选地从背板的负极侧延伸的更小的突起或微型筋带或NCR；隔板的背板具有约200微米至约500微米的厚度；所述表面活性剂是不溶于水、水溶液或硫酸的表面活性剂，并且HLB值为约1至约3；和/或表面活性剂的施加量相对于所述隔板为10克每平方米以下等；i)电池隔板的使用方法，其中所述隔板具有锯齿形型面，其中所述隔板还具有于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，其中所述表面活性剂的HLB值低于约6；在电池中，所述电池进一步包括ii)一个或多个极板或电极，其中至少一个极板或电极包括锑(Sb)；其中所述电池是逆变器电池，用于减少所述电池的水分损失；其中所述逆变器电池的水分损失的减少是在所述电池的深度放电期间；i)电池隔板的使用，其中所述隔板具有锯齿形型面，其中所述隔板还具有于其中、其上、或两者的一定量的表面活性剂，其中所述表面活性剂的HLB值低于约6；在电池中，所述电池还包括ii)一个或多个极板或电极，其中至少一个极板或电极包括锑 (Sb)；其中所述电池是用于改进逆变器电池的再充电性的逆变器电池；和/ 或其中所述逆变器电池是管状逆变器电池；等。
根据至少选定的实施方案、方面或目的，本发明可以解决现有技术的限制和/或提供或涉及新的、改进的或优化的保持水分、防止水分损失、改进电荷接受性的电池隔板、部件、电池、工业电池、逆变器电池、用于重工业或轻工业应用的电池、叉车电池、浮充电池、逆变器、蓄电池、系统、方法、型面、添加剂、组合物、复合物、混合物、涂料、和/或相关方法，其生产，使用，和/或组合。
在不脱离本发明的精神和基本属性的情况下，本发明可以以其他形式实施，因此，作为指示本发明的范围，应参考所附权利要求而不是前述说明书。另外，本文说明性公开的本发明可以在不存在任何未在本文中具体公开的元素的情况下实施。鉴于本文的教导，本发明的许多其它修改和变化对本领域的技术人员是可行的。因此，应当理解的是，在权利要求的范围内，可以除了如本文具体描述的那样以外地实施本发明。

Claims (25)

1.一种电池，其包括：
具有设有在正极侧上具有交错突起或结节和在负极侧上具有微型筋带的锯齿形型面的多孔聚合物背板的隔板，所述隔板具有于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，施加于隔板的表面活性剂的HLB值低于6，施加于隔板的所述表面活性剂的量为7.4-10.0gsm，gsm表示克每平方米；和
一个或多个极板或电极，至少一个极板或电极包括锑(Sb)。
2.根据权利要求1所述的电池，其中基于电池中所有电极的总质量，所述锑(Sb)的量为大于1wt％且小于5wt％。
3.根据权利要求1所述的电池，其中所述电池不被密封。
4.根据权利要求1所述的电池，其中所述隔板包括聚合物、一种或多种填料、和一种或多种增塑剂或油。
5.根据权利要求4所述的电池，其中所述聚合物是聚烯烃。
6.根据权利要求5所述的电池，其中所述聚烯烃是聚乙烯、聚丙烯或其共混物。
7.根据权利要求1所述的电池，其中所述隔板与另一层一起使用或层压至另一层。
8.根据权利要求7所述的电池，其中所述另一层是玻璃层、聚合物层或包括玻璃纤维和一些聚合物纤维二者的层。
9.根据权利要求1所述的电池，其中所述微型筋带沿纵向延伸。
10.根据权利要求1所述的电池，其中所述微型筋带沿横向延伸。
11.根据权利要求1所述的电池，其中所述隔板的所述背板具有200微米至500微米的厚度。
12.根据权利要求1所述的电池，其中所述表面活性剂是不溶于水、水溶液或硫酸的表面活性剂。
13.根据权利要求1所述的电池，其中所述HLB值为1至3。
14.根据权利要求1所述的电池，其中所述电池是铅酸电池。
15.根据权利要求1所述的电池，其中所述电池是工业电池。
16.根据权利要求1所述的电池，其中所述电池是逆变器电池。
17.根据权利要求1所述的电池，其中所述电池是管状逆变器电池。
18.一种用于减少具有一个或多个包含锑(Sb)的极板或电极的逆变器电池的水分损失的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述电池中放置或设置具有设有在正极侧上具有交错突起或结节和在负极侧上具有微型筋带的锯齿形型面的多孔聚合物背板的电池隔板，所述隔板包括于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB值低于6，施加于隔板的所述表面活性剂的量为7.4-10gsm，gsm表示克每平方米。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述逆变器电池的水分损失的减少是在电池的深度放电期间。
20.一种用于改进具有一个或多个包含锑(Sb)的极板或电极的电池的再充电性的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述电池中放置或设置具有设有在正极侧上具有交错突起或结节和在负极侧上具有微型筋带的锯齿形型面的多孔聚合物背板的电池隔板，所述隔板包括于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB值低于6，施加于隔板的所述表面活性剂的量为7.4-10gsm，gsm表示克每平方米。
21.根据权利要求18或20所述的方法，其中所述电池是铅酸电池。
22.根据权利要求18或20所述的方法，其中所述电池是工业电池。
23.根据权利要求18或20所述的方法，其中所述电池是逆变器电池。
24.根据权利要求18或20所述的方法，其中所述电池是管状逆变器电池。
25.一种用于铅酸电池的改进的电池隔板，其包括设有在正极侧上具有交错突起或结节和在负极侧上具有负横向筋带的锯齿形型面的多孔聚合物背板，于其中、其上或两者的一定量的表面活性剂，并且所述表面活性剂的HLB值低于6，施加于隔板的所述表面活性剂的量为7.4-10.0gsm，gsm表示克每平方米，为使用所述隔板的电池与不包含表面活性剂的电池相比提供降低的水分损失和/或增加的电荷接受性和/或增加的再充电性的电池隔板，和其中所述隔板为引入有所述隔板的所述电池提供减少的水分损失、增强的电荷接受性、增加的再充电性、改进的充/放电循环效率、延长的寿命和/或其组合。
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