CN108140904A - 性能改善的改进的隔板、电池、电池串及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了改进的电池隔板，其用于各种铅酸电池，特别是铅酸电池串。本文公开的改进的隔板、电池、电池串、方法和车辆提供显著增加的电池寿命，显著降低的电池失效率以及电池串中的各电池之间显著更高的电压均匀性。改进的电池串可以有效地应用于诸如电动自行车、高尔夫球车(或高尔夫车)、不间断电源(UPS)备用电源电池串等高深度放电应用中。

Description

性能改善的改进的隔板、电池、电池串及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月10日提交的美国临时专利申请No.62/203,050的优先权和权益，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
领域
根据至少选定的实施方式，本公开或发明涉及改进的隔板、电池、电池串、和/或制造和/或使用的方法。根据至少某些实施方式，本公开或发明涉及改进的VRLA电池串(包括AGM电池和/或凝胶电池)和/或使用VRLA电池串的改进方法。此外，本文公开的是用于增强电池寿命和提高电池串特别是VRLA AGM铅酸电池串均匀性的方法、系统、电池、电池串和电池隔板。
背景
阀控铅酸(VRLA)电池，通常为电解质悬浮在电极之间的通气式电池，是本领域已知的。一些VRLA电池被称为VRLA AGM电池，这意味着在这种电池中使用的隔板可以包括一层或多层AGM(吸收性玻璃毡或吸收玻璃毡，其包含玻璃纤维)。然而，AGM隔毡中的玻璃纤维在循环期间随时间推移和/或在高压下可能会发生断裂。另外，传统的AGM隔板不能为电池隔板或系统提供抗穿刺性。随时间推移玻璃纤维的降解可能会改变电池系统中的压缩水平，并且可能会影响电池内和AGM隔板内的酸迁移，可能导致对电极的酸可用性差和/或可能导致酸分层。当VRLA电池中的酸产生分层而不是均匀混合时，可能导致一个或多个电极的一部分利用不充分，从而可能导致硫酸化，电池性能差和/或循环寿命缩短或减少。此外，酸填充使用传统AGM隔板的VRLA电池时，电极可能变得更活跃，更多的消耗酸和/或将其转化成水或蒸汽，这会产生硫酸铅，可能导致水合短路、枝晶生长、电池寿命减少、干点和/或热失控。AGM隔板最后被电解质润湿的区域可能最容易发生水合短路风险。
此外，电池系统内的电极和隔板的制造精度对于确保VRLA AGM电池串内的均匀性可能是重要的。随着电池串循环，极板或隔板中的缺陷可能影响电池单元的均匀性，从而影响整个电池串。
通常，对于铅酸电池，每个电池单元可以是2伏电池单元。单块VRLA电池和/或单块VRLA AGM电池可包括不只一个2伏电池单元。例如，12伏的单块VRLA电池或VRLA AGM电池包括6个2伏电池单元。通常，6伏、8伏或12伏的VRLA和/或VRLA AGM单块电池以“串”的形式使用以将电压增加到例如36伏或48伏。电池，包括VRLA电池，可以连接在一起形成一个电池串，所述电池串的总电压等于各个电池电压的总和。例如，三个12伏单块电池的串理论上总共产生36伏。单块电池的串在整个串中可具有许多电极、极板、隔板等，由于制造精度的需要以及所有这些单独制造的不同的电池单元之间的均匀性的需要，潜在地增加了失效的风险。
一个电池串中很多电池单元内的变化可能会产生不均匀的电压。举例来说，均匀的容器填充和均匀的形成可能是重要的，并且在高压缩下，由于薄的栅极和脆弱的AGM隔板，系统可能有短路的风险。此外，举例来说，随着时间的推移，随着正极老化，它们可能脱落正极活性物质(PAM)，这可能造成该电池中均匀性的缺失，并且因为来自该电池的可能较低的电压以及通过电池隔板潜在的微短路，最终造成电池串中均匀性的缺失。正电极栅极上缺乏PAM粘合以及可能发生的任何短路会增加电池串内电压均匀性的缺失。缺乏均匀性会影响电池的复合率(例如，增加复合发生的量到不希望的水平)，导致产生干点并且可能导致热失控。
此外，如果电池串中的单个电池发生故障，则整个系统的深度循环可能会受到影响，电池的性能或电池串的性能可能会降低，其寿命可能会缩短。因此，电池串可能只和串中最弱的环节一样好。改善整个电池串寿命期间的整体均匀性将获得更长的电池串寿命，并且最终可生产出由于寿命更长而价值更高的具有比现有已知电池更长保修期的电池，甚至使得这种电池的保修索赔较少，给电池制造商带来很多益处。这样会增加电池串或组的整体价值。
在一些情况下，例如在北卡罗莱纳州夏洛特的Daramic,LLC(达拉米克有限责任公司)拥有的美国专利No.6,703,161(其通过引用并入本文)中，已经公开了用于铅酸蓄电池的电池隔板，所述电池隔板是例如多层电池隔板，这样的隔板可以与VRLA电池一起使用。其中所公开的隔板包括夹在至少两个纤维层之间的微孔聚合物层。
对于所有类型的VRLA电池(包括AGM，凝胶以及那些结合AGM和凝胶两方面的电池)，需要进一步开发具有更多改进的电池隔板。需要改进的电池串，具有与先前可达到的性能相比提高的均匀性和性能。
发明内容
根据至少选定的实施方式，本公开或发明可以解决上述和其他需求。例如，根据至少某些实施方式，本公开或发明涉及改进的电池隔板、改进的电池、改进的VRLA和/或VRLAAGM电池串，改进的方法以及与其相关的用途。
本文公开了由具有特定种类隔板的个体电池制成的改进的电池串。通过适当选择隔板特性，发现可以提高电池串的性能，并延长循环寿命，从而使电池具有更高的价值，并且由于提高的循环寿命可承担更高的保证。
附图简要说明
图1包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规电池串的比较。如图1所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VRLAAGM电池串在多个充电/放电循环期间出乎意料地表现出增加的容量或更少的容量下降，更长的循环寿命以及更高的电压均匀性。
图2包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图2所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在整个循环寿命期间出乎意料地表现出更稳定的容量并且在多个充电/放电循环中具有更长的循环寿命。
图3包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图3所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在多个充电/放电循环周期出人意料地表现出更高的电压均匀性。
图4包括根据本文所述和在图1-3中描绘的实施方式的各种VRLA AGM电池串中使用的电池隔板中使用的微孔聚烯烃层的各项物理性能的图表。
图5包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图5所示，相对于传统的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在整个循环寿命期间表现出更稳定的容量并且在多个充电/放电循环周期具有更长的循环寿命。
图6包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图6所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在多个充电/放电循环周期出人意料地表现出更高的电压均匀性。
图7包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图7所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在整个循环寿命期间表现出更稳定的容量并且在多个充电/放电循环周期具有更长的循环寿命。
图8包括根据本文所述的实施方式制造的改进的VRLA AGM电池串与常规VRLA AGM电池串的比较。如图8所示，相对于常规的VRLA AGM电池串，根据本文所述的实施方式制造的VLRA AGM电池串在多个充电/放电循环周期出人意料地表现出更高的电压均匀性。
详细说明
在本文所述的各实施方式中，使用隔板，其优选包含微孔聚烯烃隔板层和一个或多个AGM层。当使用一个AGM层时，AGM层在单块VRLA电池中被设置为紧靠正电极(以便为系统提供更多的酸)。当使用两个AGM层时，微孔聚烯烃隔板层可以夹在两个AGM层之间。当使用两个以上的AGM层时，可使用AGM层和微孔聚烯烃隔离层的各种构造。在多个实施方式中，这种由(一个或多个)AGM层和(一个或多个)微孔聚烯烃隔板层组成的夹层设置了侧封。在其他实施方式中，这种夹层没有设置侧封。在一些实施方式中，将两层AGM和一层微孔聚烯烃隔板松开并堆叠或夹在一起以形成用于改善VRLA AGM电池串的性能和寿命的隔板。
在某些实施方式中，微孔聚烯烃隔板层可以是平的聚烯烃片材。在其他实施方式中，微孔聚烯烃隔板层可以是与性能增强添加剂结合的平聚烯烃片材。在某些实施方式中，微孔聚烯烃隔板层可以是带肋或压纹的聚烯烃片材。在其他实施方式中，微孔聚烯烃隔板层可以是与某些添加剂结合的带肋或压纹聚烯烃片材。
根据某些优选的实施方式，本发明的隔板包括一个微孔聚合物层(通常为微孔聚烯烃隔板层)，一个第一AGM层，以及，在某些实施方式中，一个第二AGM层。隔板可以设置为使微孔聚烯烃隔板层夹在两个AGM层之间，并且这两个AGM层具有大约相同的厚度，例如在约0.1mm和约3.3mm之间的厚度。在其他实施方式中，两个AGM层可以具有不同的厚度，其中接触或紧靠或包裹正极板或电极的AGM层的厚度比接触或紧靠或包裹负极板的AGM层的厚度更厚。所述AGM层用作酸储存器，与正极板伴随的较厚的AGM层为该正极板提供更多的酸。在这样的实施方式中，在电池内隔板设置为使具有特定最小厚度的第一AGM层面对负电极。该最小厚度可以是0.6mm、0.8mm或1.0mm(根据BCI测试方法在10Kpa下测定；在位于美国伊利诺斯州芝加哥的国际电池理事会的“BCI/RBSM Standard Test Methods(BCI/RBSM标准测试方法)”中描述了这种方法；如果没有另外说明，纤维层的厚度都是指干燥层的厚度)。最大厚度可以是2.7mm、2.0mm或1.5mm。
在这样的实施方式中，第二AGM层朝向正极板，较厚，并且优选地具有0.1至3.3mm的厚度，优选在0.5至3.3mm的范围内，更优选在0.75至3.1或3.3mm的范围内，最优选在1.0至2.8或3.3mm的范围内。
通常，本领域已知的用于制造吸收性玻璃毡(AGM)隔板的所有玻璃纤维材料都可用于形成本发明的AGM层。一些优选的纤维材料包括无有机组分如粘合剂或聚合物纤维的吸收性微纤维玻璃绒(然而，在某些实施例中，也可以使用具有这种有机组分、粘合剂和/或聚合物纤维的AGM层)。根据本公开的一些可用的AGM层包括玻璃纤维和由一种或多种聚合物制成的纤维的组合。举例来说，这些AGM层包括聚酯纤维和/或亲水性纤维。在某些实施方式中，在AGM层中使用这种聚合物纤维带来提高的强度和/或提高的制造隔板或AGM层过程自动化能力。然而，在本文的多个优选实施方式中，对于仅包括玻璃纤维的AGM层，整个隔板构造可足够坚固(具有用于强度的粗玻璃纤维和用于毛细作用的细玻璃纤维的平衡)。在一些情况下，纤维的直径优选为0.1至10μm，更优选0.1至5μm。所述纤维优选为各种直径的耐酸玻璃纤维，通常是平均纤维直径小于1μm的超细纤维(称为微纤维)和平均直径大于1μm(例如，大约3μm)的“粗”纤维的混合物。微纤维可能增加内部表面积并可能减小孔径，但可能显著增加产品成本。一般而言，如本文所讨论的，将微孔聚烯烃隔板层添加到一个或多个AGM层中为整个电池隔板结构带来卓越的强度和改善的物理性能。
微孔聚合物隔板层优选由聚烯烃制成，如聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物，优选聚乙烯，更优选高分子量聚乙烯，即分子量至少为600,000的聚乙烯，或高密度聚乙烯，例如，分子量至少为500,000的聚乙烯。在一些实施方式中，使用一种或多种超高分子量聚乙烯，即分子量为至少1,000,000，特别是超过4,000,000，在一些情况下为5,000,000至8,000,000(通过粘度测量法测量并由Margolie方程计算)的聚乙烯，基本上为0的标准负荷熔体指数(根据ASTM D 1238(条件E)使用标准负荷2,160g测定)和/或粘度值不小于600ml/g，优选不小于1000ml/g，更优选不小于2,000ml/g，最优选不小于3,000ml/g(在130℃下0.02g聚烯烃在100g萘烷中的溶液中测定)。
根据至少一个实施方式，隔板由与加工油和二氧化硅(例如沉淀二氧化硅和/或气相二氧化硅)混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)构成。根据至少一个其他实施方式，隔板由与处理油、添加剂和二氧化硅(例如沉淀二氧化硅和/或气相二氧化硅)混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)构成。微孔聚合物隔板层优选包含体积比8至100％的聚烯烃的均匀混合物、体积比0-40％增塑剂(或加工油)和体积比0至92％惰性填料(如二氧化硅)。在一些情况下，优选的填料是干燥的硅粉。然而，填料可以选自二氧化硅、云母、蒙脱石、高岭石、石棉、滑石、硅藻土、蛭石、天然和合成沸石、水泥、硅酸钙、粘土、硅酸铝、钠铝硅酸盐、聚硅酸铝、硅铝凝胶(alumina silica gels)、玻璃颗粒、炭黑、活性炭、碳纤维、木炭、石墨、氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化锌、氧化铅、钨、氧化锑、氧化锆、氧化镁、氧化铝、二硫化钼、硫化锌、硫酸钡、硫酸锶、碳酸钙、碳酸镁等，以及它们的各种组合。
优选的增塑剂或加工油是石油和/或蜡。由于增塑剂是最容易从聚合物-填充剂-增塑剂组合物中除去的组分，所以它可用于赋予微孔聚烯烃电池隔板层多孔性。微孔聚合物隔板层的孔隙率可以在约35％至约90％的范围内，更优选在约55％至约80％的范围内，这样的范围确保隔板层具有低的ER(电阻抗)同时防止短路。
所述微孔聚合物隔板层的平均孔径直径小于1μm。优选50％以上的孔直径为0.5μm以下。特别优选的是至少90％的孔具有小于0.9μm的直径。微孔聚合物隔板层的平均孔径优选在0.05至0.9μm的范围内，在一些情况下为0.1至0.3μm。
除非另有说明，否则使用Ritter，H.L.和Drake，L.C.在Ind.Eng.Chem.Anal.Ed.,17,787(1945)中所述的压汞法测量AGM层和微孔聚合物隔板层的孔径。根据这种方法，通过改变施加在汞上的压力用孔隙率计(Porosimeter model 2000，Carlo Erba)将汞压入不同尺寸的孔中。通过用MILESTONE 200软件评估原始数据来确定孔分布。
所述微孔聚合物隔板层的厚度优选大于0.025mm且小于或等于0.6mm。优选地，微孔聚合物隔板层的厚度在0.050至0.25mm的范围内，在一些情况下，在0.1mm至0.2mm的范围内。
在本文的各实施方式中，使用根据本公开的隔板的改进的电池串在至少150次循环中提供了改善的电压均匀性，在一些实施方式中，至少200次循环，在一些实施方式中，至少300次循环，在其他实施方式中，至少350次循环，并且在多个实施方式中，超过400次循环，在某些实施方式中，超过450次循环，或者多于500次循环，或者多于550次循环，或者甚至多于600次循环。在一些情况下，本文所述的电池串的循环寿命大于500次循环，在一些情况下大于550次循环，在一些情况下大于600次循环，在另一些的情况下大于650次循环，在一些情况下大于650次循环，在另一些的情况下大于700次循环，以及在一些情况下大于750次循环。
本文实施的电池串的整体性能得到改进，使得所述电池串与已知的电池串(例如已知的仅使用一个或多个常规AGM层作为电池隔板的VRLA AGM电池的电池串)相比，持续时间更长，并且组成电池串的单体电池之间的电压差更低。本文所述的各种电池串是深循环电池或深放电电池的串，例如用于电动自行车(通常称为e-bike)中的深循环或深放电电池串。其他电池包括用于各种电动车辆、高尔夫球车(或高尔夫车)、地板洗涤器、RV应用、运输应用以及各种实用和移动工具(例如轮椅)、电动车、叉车、托盘式起重器，剪式升降机、用于太阳能应用的电池、用于不间断电源(UPS)电池串的电池等。一些这样的深循环电池串包括放电深度大于电池能量50％的电池，在一些实施方式中，大于60％，在另外一些实施方式中，大于70％，以及在另外一些实施方式中大于80％。本文设想了其他串电池，包括在电池寿命和电压均匀性也重要的高能量或非常高能量的应用中同样有用的某些浅放电电池。
另外，本文所述的改进的电池串对于防止由于一个电池单元或一个单块电池故障而导致的整个电池串的过早失效是有用的。本文所述的改进的电池串可以向系统(例如深循环整体电池系统)提供提高的电压均匀性，所述电池系统可对电压变化具有固有敏感性(当与例如恒定浮动的电池和/或只浅循环的电池比较时)。另外，本文公开的改进的电池串可能对发生深循环滥用和/或在非常热的环境中和/或在缺乏维护的环境中的电池系统中有用(因为可能难以确保电池得到妥善维护，用户甚至从富液式铅酸电池转移到有时更昂贵的VRLA AGM电池，以减少所需的维护量，例如加水维护)。
本文所述的隔板可产生多种益处，显著改善本文所述的电池串的性能。举例来说，所述隔板使电池串中的单块电池减少短路或微短路数量，酸排出可以被最小化，电网腐蚀可以被最小化，并且可以实现电池中的均匀压缩。本文中改进的电池串表现出在串的寿命期间增强的串均匀性、降低的故障率、最小的容量损失(对运行时间的最小损害)和更长的循环寿命。
在本文的各实施方式中，在高次数的循环(例如，滥用次数的循环)之后电池串被拆除，出人意料的是，即使在高次数的循环后电池串中的电池隔板仍然处于良好状态。仅作为示例，在755次循环后拆除用于电动自行车(e-bike)中使用根据本文所述的各实施方式的隔板的48伏电池串，显示电池隔板仍处于良好状态，而相同类型的使用常规AGM隔板的电池串在535次循环之后，其电池隔板未处于良好状态。另外，在494次循环后拆除用于电动自行车(e-bike)中使用根据本文所述的各实施方式的隔板的48伏电池串，显示栅极受到腐蚀/或再经过181次循环后被用尽，而使用常规AGM隔板的对照电池串，其栅极在313次循环后即用尽。该深循环测试显示出本文所述的电池串循环寿命的改善，在一些实施方式中，循环寿命(或电池组寿命或电池串寿命)提高大于30％，在另一些实施方式中提高大于35％，在其他一些实施方式中提高大于40％，在一些实施方式中提高大于45％，以及在另一些其他实施方式中提高大于50％等。
简而言之，本文所述的改进的电池串显示出随着串中的整体改进而改善的均匀性，因为串中的单块电池串联在一起工作得更好。每个单块电池的电池性能和使用寿命都会提高，最终会提高电池的使用寿命。
本文各实施方式中使用的微孔聚烯烃隔板层可具有一种或多种添加剂。一种可存在于聚烯烃中的添加剂是表面活性剂。适合的表面活性剂包括烷基硫酸盐；烷基芳基磺酸盐；烷基酚-烯化氧加成产物；肥皂；烷基-萘磺酸盐；磺基琥珀酸盐的二烷基酯；季胺；环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物；以及磷酸单和二烷基酯的盐。所述添加剂可以是非离子表面活性剂，例如多元醇脂肪酸酯、聚乙氧基化酯、聚乙氧基化脂肪醇、烷基多糖如烷基多糖苷及其混合物、胺乙氧基化物、山梨糖醇酐脂肪酸酯乙氧基化物、有机硅氧烷基表面活性剂、乙烯乙酸乙烯酯三元共聚物、乙氧基化烷基芳基磷酸酯和脂肪酸的蔗糖酯。
在某些实施方式中，添加剂可以由式(I)的化合物表示，
R(OR1)n(COOMx+ 1/x)m (I)
其中，
●R是非芳族烃基，其具有10至4200个碳原子，优选13至4200个碳原子，其可被氧原子间隔，●R1是H、-(CH2)kCOOMx+ 1/x或-(CH2)k-SO3MX+ 1/X，优选H，其中k是1或2，
●M是碱金属或碱土金属离子、H+或NH4 +，其中并非所有变量M同时具有H+基，
●n是0或1，
●m是0或10到1400的整数
●x是1或2，
式(I)化合物中氧原子与碳原子的比例在1:1.5至1:30的范围内，m和n不能同时为0。不过，优选变量n和m中只有一个不等于0。
非芳香烃基是指不含芳基的基团或其本身代表一个基团。烃基可以被氧原子间隔，即含有一个或多个醚基。
R优选为可被氧原子间隔的直链或支链脂肪族烃基。饱和的、未交联的烃基是非常特别优选的。
式(I)化合物用于制备本文所述的各种电池隔板的添加剂也可以为这种隔板提供有效的防氧化破坏保护。在一些实施例中，包含根据式(I)的化合物的添加剂的电池隔板是优选的，其中
·R是具有10-180，优选12-75且非常特别优选14-40个碳原子的烃基，其可以被1-60个，优选1-20个和非常特别优选1-8个氧原子间隔，特别优选式R2-[(OC2H4)p(OC3H6)q]-的烃基，其中，
o R2是具有10至30个碳原子，优选12至25个，特别优选14至20个碳原子的烷基，
o p是0至30的整数，优选0至10，特别优选0至4，以及
o q是0至30的整数，优选0至10，特别优选0至4，
o特别优选的化合物中p和q的总和为0至10，特别是0至4，
●n是1，以及
·m是0。
式R2-[(OC2H4)p(OC3H6)q]-应理解为也包括方括号内的基团序列不同于所示的那些化合物。例如根据本发明，其中括号中的基团通过交换(OC2H4)和(OC3H6)基团形成的化合物是适合的。
其中，R2为具有10至20，优选14至18个碳原子的直链或支链烷基的添加剂已被证明是特别有利的。OC2H4优选代表OCH2CH2，OC3H6代表OCH(CH3)CH2和/或OCH2CH(CH3)。
作为优选添加剂提出的是特别优选的醇(p＝q＝0；m＝0)伯醇，优选为脂肪醇乙氧基化物(p＝1至4；q＝0)，脂肪醇丙氧基化物(p＝0；q＝1至4)和脂肪醇烷氧基化物(p＝1至2；q＝1至4)的伯醇。脂肪醇烷氧基化物可通过例如相应醇与环氧乙烷或环氧丙烷的反应获得。
已经证明m＝0类型的不溶或难溶于水和硫酸的添加剂是特别优越的。还优选含有根据式(I)的化合物的添加剂，其中：
●R是具有20至4200，优选50至750且非常特别优选80至225个碳原子的烷烃基团，
●M是碱金属或碱土金属离子、H+或NH4 +，特别是碱金属离子如Li+、Na+和K+或H+，其中并非所有变量M同时具有H+基，
·n是0，
·m是从10到1400的整数
·x是1或2。
这里作为适合的添加剂特别提出的是酸基团至少部分(优选40％，特别优选80％)被中和的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物。所述百分比是指酸基团的数量。非常特别优选的是完全以盐形式存在的聚(甲基)丙烯酸。聚(甲基)丙烯酸是指聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸和丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物。聚(甲基)丙烯酸是优选的，特别是平均摩尔质量Mw为1,000至100,000g/mol，特别优选1,000至15,000g/mol并且非常特别优选1,000至4,000g/mol的聚丙烯酸。聚(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物的分子量通过测量用氢氧化钠溶液中和的聚合物(Fikentscher常数)的1％水溶液的粘度来确定。
(甲基)丙烯酸的共聚物也是适合的，特别适合的共聚物除了(甲基)丙烯酸外，还包括乙烯、马来酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸乙基己酯作为共聚单体的共聚物。含有至少重量比40％，优选至少重量比80％(甲基)丙烯酸单体的共聚物是优选的，其百分数基于单体或聚合物的酸形式。
为了中和聚丙烯酸聚合物和共聚物，碱金属和碱土金属氢氧化物如氢氧化钾，尤其是氢氧化钠是特别适合的。
所述添加剂可以以各种方式加入微孔聚烯烃隔板层。添加剂可以例如在聚烯烃层制成时(即萃取后)施加到聚烯烃层上，或者添加到用于制造聚烯烃层的混合物中。根据优选的实施方式，将添加剂或添加剂的溶液施加到微孔聚烯烃隔板层的表面上。这种变形特别适用于非热稳定添加剂和在微孔聚烯烃隔板层制备多孔或微孔的萃取步骤中可溶于溶剂中的添加剂的应用。特别适合作为溶剂用于本发明添加剂的是低分子量醇如甲醇和乙醇，以及这些醇与水的混合物。所述施加可在面向负电极的一侧、面向正电极的一侧或在隔板的两侧上进行。
所述添加剂可以至少0.5g/m2、1.0g/m2、1.5g/m2、2.0g/m2、2.5g/m2、3.0g/m2、3.5g/m2、4.0g/m2、4.5g/m2、5.0g/m2、5.5g/m2、6.0g/m2、6.5g/m2、7.0g/m2、7.5g/m2、8.0g/m2、8.5g/m2、9.0g/m2、9.5g/m2或10.0g/m2的密度存在。所述添加剂可以0.5-10g/m2、1.0-10.0g/m2、1.5-10.0g/m2、2.0-10.0g/m2、2.5-10.0g/m2、3.0-10.0g/m2、3.5-10.0g/m2、4.0-10.0g/m2、4.5-10.0g/m2、5.0-10.0g/m2、5.5-10.0g/m2、6.0-10.0g/m2、6.5-10.0g/m2、7.0-10.0g/m2、7.5-10.0g/m2、5.0-10.5g/m2、5.0-11.0g/m2、5.0-12.0g/m2或5.0-15.0g/m2的密度范围存在于隔板上。
还可以通过将聚烯烃层浸入添加剂或添加剂溶液中并随后选择性地除去溶剂(例如通过干燥)来进行施加。以这种方式，添加剂的施加可以与例如在微孔聚烯烃隔板层的生产过程中常用的提取相结合。
在本发明的某些实施方式中，微孔聚烯烃隔板层(具有或不具有性能增强添加剂)包含多个酸填充通道或酸填充通道网络。通过向微孔聚烯烃层添加肋和/或压纹该层，将这些酸填充通道施加到该微孔聚烯烃层。当向微孔聚烯烃隔板层添加肋时，可将这种肋添加到聚烯烃层的一侧或两侧。在肋被添加到两侧的一些实施方式中，一侧可包括负极横肋(negative cross-ribs)。在一些实施例中，所述负极横肋可以相对于层的机器方向或横向方向成角度。在多个实施方式中，肋的样式可被添加到层，所述样式可包括城垛(embattlements)、锯齿、间断的肋等。肋和/或压纹区域(有时可能被称为压延区域)的各种图案包括允许电池酸迅速进入隔板的图案，同时允许空气逸出隔板。在一些优选的实施方式中，酸填充通道(或空气流动通道)允许空气流动，同时形成酸填充通道的肋或压纹不会太大以至于干扰隔板与电极的整体接触。
在本文所述的多种实施方式中可用的某些微孔聚烯烃隔板层上产生酸填充通道之后，将这种微孔聚烯烃隔板层与一个或多个AGM层接合以形成本文公开的优选的复合或多层隔板。本文考虑的各种方法涉及提供一种VRLA电池系统，其包括阳极和阴极，并且在压缩下将如本文所述的复合隔板设置在阳极和阴极之间，并且用酸填充电池系统，其酸填充时间缩短，且与使用传统电池隔板的VRLA电池的酸填充时间相比，优选显著降低。例如，与先前已知的VRLA电池或先前已知的VRLA AGM电池的酸填充时间相比，酸填充时间可减少3倍，或者在一些实施方式中减少6倍，或者在一些实施方式中减少10倍或更多。本文所述的改进的隔板、电池、方法和系统还可影响电池系统中的气体复合。
在本文的某些实施方式中，形成用于VRLA电池的改进的多层电池隔板，其包含一个或多个AGM层和包含垂直酸填充通道的多孔聚乙烯层，所述通道为隔板提供相对于电池中的电极而言较低的压缩区域和较高的压缩区域，并且与使用常规隔板获得的酸输送相比，所述酸填充通道有助于更快速的酸输送。在用酸填充电池期间，本文所述的隔板促进了酸向电极内部区域的扩散。作用于本文所述的电池隔板的一侧或两侧的不均匀压缩导致酸填充速度的增加，同时保持AGM层作为酸存储器紧靠正极板、负极板或两者。
本文所述的隔板、电池、电池串、方法、电池系统和车辆可以为隔板和系统提供改进的弹性使其随着时间的推移损坏的可能性降低，该弹性对于与电池电极的紧密接触可能是重要的，其对微玻璃纤维降解或损坏的抗力对于电池性能和寿命可能是重要的。这对于电池串尤其重要，电池串中单个电池的故障可能导致整个电池串的性能降低和早期故障。
在许多实施方式中，微孔聚烯烃隔板层包含聚乙烯。在一些实施方式中，所述聚乙烯是高分子量聚乙烯。在多个实施方式中，高分子量聚乙烯是超高分子量聚乙烯(并且可以含有各种填料、增塑剂、试剂、添加剂等)。在多个实施方式中，微孔聚烯烃隔板层是带肋的和/或压纹的。优选的肋可以是0.008mm至1mm高，并且可以间隔0.001mm至10mm，而不具有肋或压纹的微孔聚烯烃隔板层的优选背幅(backweb)厚度可以是约0.05mm至约0.25mm。在一些实施方式中，肋可以是，例如在隔板层的一侧上或在聚烯烃隔板的两侧上，相对于彼此呈0度到90度的样式。包括肋在隔板层两侧的多种样式可在隔板的第二侧面或背面上包括负极横肋。在其他实施方式中，所述肋可以具有这样的样式，即垂直放置的肋与相对的光滑或平坦的背面间隔0.5毫米。
肋的另一种样式可包含较宽的间距，例如6mm的间隔，这种肋较高并且隔板层具有相对的平滑或平坦的背面。这种样式包括比已经提到的各种样式具有更宽间隔的肋，因此给改进的隔板提供较少的酸填充通道。
类似地，压纹可具有各种构型，例如纹理压纹样式，当在显微镜如3D显微镜下观察时，其中的暗点表示具有较小孔隙或压缩孔隙结构的区域，横截面视图、图像或显微照片显示了由纹理化压纹产生的酸填充通道。
在压缩>10kpa(VRLA电池中常见的压力)时，隔板的纹理化部分(通过添加肋和/或压纹区域)可形成隔板系统的双模孔径(AGM+纹理微孔聚烯烃隔板层，例如PE层)。较小的孔可以为改进的隔板或系统提供枝晶和/或短路保护(例如可能由于高弯曲度等)，可以促进酸吸收和/或可以允许高毛细作用来容纳或保存酸，延缓酸分层，而较大的孔可为改进的隔板或系统提供透过膜或隔板的气体转移(例如有效的氧气转移)和/或可产生较大的酸置换途径，因为这些孔所受的压力小于较小孔。在多个实施方式中，通过毛细作用从较大孔到较小孔获得的酸滞留可延缓隔板中的干点和/或可阻止使用这种隔板的电池系统的热失控。使用本文所述的改进的隔板、方法和系统改善VRLA电池的循环，原因可能在于改善了改进的隔板内电极之间的氧转移从而避免干燥。
在多种实施方式中，纹理化的微孔聚烯烃隔板层的双模孔径分布可包括较大孔的区域和较小孔的区域。可以产生孔尺寸的多种组合，可能优选的孔径在约0.01微米和6微米之间，由此可产生各种双峰孔尺寸分布。仅举例来说，较大孔的区域可包括尺寸为1-6微米的孔，而较小孔区域中的孔可能是亚微米的尺寸。在将各种肋和/或压纹加入其中之前，孔径将取决于隔板层中的初始孔径分布。
在本文的多个实施方式中形成的隔板是可压缩的，尤其是当与一个或多个AGM层组合并压缩放置在VRLA-AGM电池的电极之间时。本文所述的改进的隔板的这种弹性可能是重要的，例如，在电池系统的深度循环中。在多个实施方式中，隔板可压缩25％。在其他实施例中，隔板在大于10kpa的压力下可压缩约10％至约40％。
本文所述的隔板可以是有弹性以及可压缩的。改进的隔板的可压缩性和弹性水平的提高可能意味着，从压纹和/或肋添加到本文所述的某些改进的隔板层产生的厚度变化获得所期望的回弹(例如，随着AGM纤维的分解，改进的隔板在电池的寿命期间的回弹)以及正极上的正极活性物质(PAM)长时间的持续高压缩。铅酸蓄电池中的正极不是静态的，其尺寸在深循环过程中扩大和缩小。栅极运动随时间的推移使PAM变松，同时破坏AGM纤维。改进的或发明的隔板的增强的弹性或回弹可能意味着随时间的推移压缩和紧密的板接触得到保持，由此获得改善的电池性能，减少由PAM脱落和通过隔板迁移引起的短路(例如，在电池的深循环应用中)，从而改善电池的整体循环寿命。因此，本文所述的使用本文所述某些改进的电池隔板的电池系统展现出改善的压缩。
在本文所述的各种VRLA电池系统中，与使用其他已知或常规隔板的电池系统相比，酸填充时间显著减少。这可能是重要的，例如，因为有时较高的酸填充时间会导致电池系统的整体质量较差，因为在填充时酸可能转化成水并溶解系统中的一些铅，产生硫酸铅，导致水合短缺。因此，对于现有的隔板、方法和系统，酸填充时间越少，电极、电池系统、电池串的整体质量越高，并且生产成本越低，废品越少。
在上述很多改进的隔板、电池、电池串、方法、系统和车辆实施方式中，由某些聚乙烯隔板层中的肋和/或压纹区域产生的酸填充通道由稳定的材料制成，使得它们在整个电池寿命期间保持为隔板的一部分。在一些实施方式中，压纹和/或肋部可能随着时间的推移瓦解而不是弹回，这可能是所希望的，因为可保持电极之间的紧密接触。在这种情况下，压纹和/或肋形成酸填充通道或空气流动通道，其大大地提高了包含某些实施例的改进的隔板的电池(例如起动电池)的酸填充速度；并且这一目的在肋和/或压纹瓦解之前已经实现了(例如，增加酸的填充速度)。另外，在多种实施方式中，所述肋和/或压纹在形成之后和在电池循环期间嵌入到负极活性材料(NAM)中。
在本文的其他实施方式中，微孔聚烯烃隔板层上的酸填充通道实际上在电池系统中的酸填充完成之后溶解，使电极和隔板之间的接触改善并且改善了压缩，同时与使用常规隔板的系统相比促进了显著改善的用于电池系统的酸填充过程(例如，降低酸填充的时间)。在这样的实施方式中，填充通道可以由一些聚合物、淀粉或淀粉衍生物制成，并且可以在酸填充期间与酸接触后溶解到CO2或一些其他惰性气体中。在这样的实施方式中，在酸填充过程完成之后，电池系统具有最大的酸可用性。在一些类似的实施方式中，肋、压纹区域和/或填充通道可包括气相二氧化硅和/或在电池填充酸后可溶解到AGM隔板中的粘合剂。在其他类似的实施方式中，气相二氧化硅被添加到电解质体系中，该气相二氧化硅溶胀，从而在酸填充后关闭或减小填充通道的尺寸。
在一些实施方式中，微孔聚烯烃隔板层可包括在该层一侧或两侧上的涂层。这种涂层可包括表面活性剂或其他材料。在一些实施方式中，涂层可以包括例如在美国专利公开No.2012/0094183中描述的一种或多种材料，其通过引用并入本文。这样的涂层可以，例如，降低电池系统的过充电电压，从而延长电池寿命，同时减少栅极腐蚀并防止干燥和/或水分损失。而且，如果隔板层装配有肋，并且肋紧靠极板或电极放置，则肋可以涂覆有导体材料以进一步提高电池性能、极板寿命等。另外的功能化涂层可被添加到微孔聚烯烃隔板层和/或AGM材料层。
通过本文所述的改进的隔板、电池、方法、电池串以及系统，电池生产者的生产效率大大提高，因为酸的填充时间已经显著减少，带来制造时间和与之相关的成本降低。
很多电池串和应用可以受益于本文所述的改进的隔板、方法、电池、电池串、系统和车辆。仅作为示例，其可以用于电动自行车、动力电池、电动车电池、高尔夫车电池等中的VRLA AGM电池。其电池串可极大地受益于本文所公开的隔板、电池和改进的电池串的各种电动车辆包括但不限于：电动自行车电池串、叉车电池串、托盘插孔电池串、高尔夫球车电池串、剪式升降电池串；这种车辆在均匀性方面改善的VRLA电池串(诸如深循环电池串)下表现更好。另外，不间断电源(UPS)应用和太阳能应用中使用的电池串也可以受益于本文公开的发明。
实施例
实施例1：
对于本实施例，使用根据本文所述的多种实施方式的隔板来测试串联连接的四个12伏单块VRLA电池的48伏总电压电池串。所述电池串是12安培-小时的电动自行车(e-bike)电池。出人意料的是，发现使用本文所述的隔板的电池串的寿命延长了30％以上。此外，出人意料地发现，根据本公开内容形成的串中电池间的均匀性显著提高。本发明的电池串在每个单块VRLA电池中包括一种电池隔板，该电池隔板包括(a)平的聚乙烯隔板材料层，所述层为约170-175微米厚(并且具有约8.9N的穿刺强度和约60％的孔隙率和约110gsm的基重)，并且所述层包含添加剂，其为表面活性剂；夹在(b)和(c)两层AGM材料之间，所述(b)和(c)两层AGM材料每层厚约0.9-1.0mm并且包含玻璃纤维。在图4的图表中可以看到聚乙烯隔板材料层的附加性能。相反地，常规电池串在每个单块VRLA电池中包括一个电池隔板，该电池隔板包括大约1.0-1.3mm厚包含玻璃纤维的商品级AGM层。
本实施例中测试的电动自行车电池串经过了寿命测试，达到100％放电深度(DOD)。包含对照AGM隔板的电池串具有约540次循环结束的循环寿命，而包含上述根据本公开的电池隔板的电池串具有持续高达约770次循环的循环寿命(参见图1)。图1中的结果还表明，根据本公开的电池串的电压均匀性要高得多。例如，图1显示了根据本文提供的多种实施方式形成的电池串具有低得多的电压差值，在达到约375-400次循环时约0.5Vdiff，相对而言根据常规方法形成的电池串的电压差值要高得多，在达到约375-400次循环时约2.5Vdiff。根据本发明的电池串的电压差比常规电池串的电压差少5倍。因此，在这个特定的电池串中一起工作的四个单块电池比仅使用AGM电池隔板的常规电池串中的电池工作均匀性高出5倍。
实施例2：
对于本实施例，测试另一组包括串联连接的四个12伏单块VRLA电池的48伏总电压电池串。所述电池串是12安培-小时的电动自行车(e-bike)电池。出人意料的是，发现根据本公开制造的电池串的循环寿命显著延长。
本发明的电池串在每个单块VRLA电池中包括一个电池隔板，该电池隔板包括(a)平的聚乙烯隔板材料层，所述层为约170-175微米厚并且包含作为表面活性剂的添加剂；夹在(b)和(c)两层AGM材料之间，所述(b)和(c)两层AGM材料每层厚约0.9-1.0mm并且包含玻璃纤维。相反地，常规电池串在每个单块VRLA电池中包括电池隔板，该电池隔板包括约1.0-1.3mm厚包含玻璃纤维的商品级AGM层。
本实施例中测试的电动自行车电池串经过了寿命测试，达到100％的放电深度(DOD)。包含对照AGM隔板的电池串具有约350次循环后结束的循环寿命，而包含上述根据本文公开的多种实施方式的电池隔板的本发明电池串具有持续高达至少约600次循环的循环寿命(参见图2)。
实施例3：
对于本实施例，测试了又一组48伏总电压的电池串，每串包含4个串联连接的12伏单块VRLA电池。所述电池串是12安培-小时的电动自行车(或e-bike)电池。出人意料的是，发现根据本发明形成的串中的电池之间的均匀性显著提高。本发明的电池串在每个单块VRLA电池中包括一个电池隔板，该电池隔板包括(a)平的聚乙烯隔板材料层，所述层为约170-175微米厚(并且具有约8.9N的穿刺强度并具有约60％的孔隙率，基重为约110gsm)，并且所述层包含一种添加剂，其表面活性剂；夹在(b)和(c)两层AGM材料之间，所述(b)和(c)两层AGM材料每层厚约0.9-1.0mm并且包含玻璃纤维。相反地，常规电池串在每个单块VRLA电池中包括一个电池隔板，该电池隔板包括大约1.0-1.3mm厚包含玻璃纤维的商品级AGM层。
在本实施例中测试e-bike电池串的电压均匀性。图3中的结果显示根据本公开的电池串的电压均匀性高得多。例如，图3显示了根据本文所呈现的各种实施例形成的电池串，在整个约169次循环中接近约0.5Vdiff的低得多的电压差值(Vdiff)，相对而言根据常规方法形成的电池串，在整个约169次循环中约为2.5Vdiff的高得多的电压差值。根据本发明的电池串的电压差约比常规电池串的电压差少5倍。因此，在这个特定的电池串中一起工作的四个单块电池比仅使用AGM电池隔板的常规电池串中的电池工作均匀性高出约5倍。
实施例4：
在本实施例中，用于电动自行车的电池串由12安培-小时电池形成(48伏电池串，其为由四个电池串联在一起制成的电池串)。根据本发明制造的电池串包括七个正极板和八个负极板，并且进一步包括隔板夹层组件，该隔板夹层组件包括一0.55mm厚的AGM层，其包括邻近每个正极板的玻璃纤维，一厚度为0.175毫米的微孔聚乙烯隔板层，一0.43毫米厚的AGM层，其包括邻近每个负极板的玻璃纤维，所有这些都处于约75-85千帕的压缩下。对照电池包括相同的电池板，但是作为电池隔板仅包含两个AGM层，每个层都是0.55mm厚，并且包含玻璃纤维。用于对12安培-小时电池进行100％放电寿命周期测试的充电制度是相对快速的充电制度，以更快地完成循环寿命测试，放电为以6安培的电流放电至10.5伏特/电池，而充电是以14.8V/电池，限流10A，持续三小时。重复该充电/放电制度。
图5所示的结果表明，与仅使用AGM层作为电池隔板的常规电池串相比，根据本发明的电池串的寿命期间具有提高的容量，循环寿命增加约25％(超过700次循环)。不希望受到理论的限制，延长的循环寿命可能是因为防止了短路和/或微短路和/或防止了栅极腐蚀。并且，与仅使用AGM层作为电池隔板的常规电池串相比，图6中报告的结果显示出根据本发明的电池串在高循环次数下相对良好的电压均匀性。
实施例5：
在本实施例中，电池串由12安培-小时的电池形成，用在电动自行车中。根据本发明制造的电池串包括七个正极板和八个负极板，并且进一步包括隔板夹层组件，其包括靠近每个正极板的一个0.5-0.55mm厚的AGM层，一个微孔聚乙烯隔板层，其为约0.175毫米厚，以及靠近每个负极板的一个0.5-0.55毫米厚的AGM层，所有这些都处在约70-85千帕的压缩下。对照电池包括相同的电池板，但是电池隔板仅包含两个AGM层，每个AGM层都是0.58mm厚。用于执行12安培-小时电池的100％放电寿命周期测试的充电制度模拟电动自行车充电器，其可被认为相对较慢。放电为以6安培的电流放电至10.5V/电池，然后以1.8A和14.7V/电池充电至0.35A，然后停止10分钟，然后以1A和13.8V/电池充电四小时，然后停止一小时。重复该充电/放电制度。
与仅使用AGM层作为电池隔板的常规电池串相比，图7中报告的结果显示，根据本发明的电池串的循环寿命增加约30％(超过600次循环)。图8中报告的结果显示，与仅使用AGM层作为电池隔板的常规电池串相比，根据本发明的电池串(特别是标记为数字3和4的电池串)在高循环次数下具有相对良好的电压均匀性。
实施例6：
在本实施例中，生产电池串以制造20安培-小时的电池组和/或串(通常60伏电池，其中一些可用于电动汽车或电动车辆)，与传统的电池串相比，根据本发明的电池串展现出理想的电压均匀性和理想的循环寿命延长。
根据至少选定的实施方式、方面或目的，本公开或本发明涉及改进的电池或电池串，和/或制造和/或使用的方法。根据至少某些实施方式，本公开或本发明涉及改进的VRLA电池串(包括AGM电池和/或凝胶电池)或电池单元和/或使用一串VRLA电池或电池单元的改进方法。另外，本文公开的是一种方法、系统和电池隔板，用在电池串，尤其是VRLA AGM铅酸电池串中，提高电池寿命和改善均匀性。
本文公开了改进的电池隔板，用于各种铅酸电池，特别是铅酸电池串。本文公开的改进的隔板提供显著提高的电池寿命，显著提高电池串中多个电池的均匀性，并显著降低电池失效率。改进的电池串可以有效地应用于诸如电动自行车、高尔夫球车(或高尔夫车)、不间断电源(UPS)备用电源电池串等的高深度放电应用中。
在本文一些实施方式中，公开了具有提高的电压均匀性和循环寿命的电池串，包括：
串联连接的两个或更多个单块VRLA电池，所述电池串的总电压为至少12伏；
所述每个单块电池包括正极和负极的交替序列，在每个电极之间设置隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层，当与包括常规AGM电池隔板的电池串相比时，所述串表现出提高的电压均匀性和循环寿命。
在一些这样的实施方式中，微孔聚烯烃层包括一种或多种聚烯烃并且包含填料。
在一些这样的实施方式中，微孔聚烯烃层包括聚乙烯。
在一些这样的实施方式中，纤维材料包括玻璃纤维。
在一些这样的实施方式中，纤维材料包括聚合物纤维。
在一些这样的实施方式中，微孔聚烯烃层是平的。
在一些这样的实施方式中，微孔聚烯烃层是带肋的，压纹的和/或纹理化的。
在一些这样的实施方式中，微孔聚烯烃层还包含表面活性剂或添加剂。
在一些这样的实施方式中，表面活性剂包括非离子表面活性剂。
在一些包含表面活性剂或添加剂的实施方式中，所述表面活性剂或添加剂抑制电池串中的一个或多个单块电池的过充电可能性或减少电池中的一个或多个单块电池发生的栅极腐蚀量，或者同时抑制一个或多个单块电池的过充电可能性并减少一个或多个单块电池发生的栅极腐蚀量。
在一些这样的实施方式中，与包括常规AGM电池隔板的电池串相比，改进的循环寿命包括电池串的循环寿命提高至少30％。
在一些这样的实施方式中，提高的电压均匀性包括电压均匀性提高到是包括常规AGM电池隔板的电池串的电压均匀性的至少两倍。
在一些这样的实施方式中，每个单块电池串是6伏特、8伏特或12伏特的单块电池。
本文公开的各种发明的一些实施方式包括循环寿命提升的电动自行车电池串，其包括前述段中任一段所述的电池串。
在一些这样的实施方式中，本发明包括一种电动自行车，其包括前段中描述的循环寿命提高的电动自行车蓄电池串。
在一些实施方式中，公开了一种电动车辆电池串，其包括前述段中的任一段所述的电池串，其中电动车辆选自电动自行车、动力车辆、电动车辆、高尔夫车、叉车、液压车和剪式升降机。
在一些实施方式中，公开了一种深度循环不间断电源(UPS)备用电源电池串，其包括前述段落中的任一段中所述的电池串。
本文一些实施方式公开了一种改进电池串的方法，包括以下步骤：
提供串联连接的包括两个或更多个单块VRLA电池的电池串，所述电池串的总电压为至少12伏；
为每个单块VRLA电池提供正极和负极的交替序列；
在每个电极之间提供隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
通过充电和放电循环使电池串循环，当与包含常规AGM电池隔板的已知电池串相比时，所述串表现出在循环过程中提高的电压均匀性和改善的循环寿命。
本文所述的各种实施方式包括新型或改进的电池或电池单元串，和/或制造和/或使用，新型或改进的VRLA电池(包括AGM电池和/或凝胶电池)或电池单元串，和/或新型的或改进的使用VRLA电池串、电池单元的方法，和/或方法、系统、电池隔板、电池单元、电池、串，和/或类似物用以提高电池寿命和/或改善电池或电池单元串的均匀性，特别是VRLA AGM铅酸电池串、高放电深度应用、和/或深循环电池或电池单元串。
根据至少选定的实施方式、方面或目的，本公开或发明涉及或提供新型或改进的隔板、复合隔板、电池、电池单元、电池串、深放电电池、和/或制造和/或使用方法，诸如隔板、复合隔板、电池、电池单元、电池串、深放电电池，和/或制造和/或使用方法，用于具有至少一个改善电压均匀性和循环寿命的电池串的车辆或电源中，包括：
串联连接的两个或更多个单块VRLA电池，所述电池串的总电压为至少12伏；
其中，每个单块电池包括正极和负极的交替序列，在每个电极之间设置隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层，所述串表现出与包含常规AGM电池隔板的电池串相比提高的电压均匀性和循环寿命，和/或微孔聚烯烃层包含一种或多种聚烯烃并包含填料，所述微孔聚烯烃层包含聚乙烯，所述纤维材料包含玻璃纤维，所述纤维材料包含聚合物纤维，所述微孔聚烯烃层为平面或平坦或不带肋的，所述微孔聚烯烃层为带肋的、压纹的和/或纹理化的，所述微孔聚烯烃层还包含表面活性剂或添加剂，表面活性剂包括非离子表面活性剂，所述表面活性剂或添加剂抑制电池串中的一个或多个单块电池的过充电可能性或减少电池串中的一个或多个单块电池发生的栅极腐蚀量，所述提高的循环寿命包括当与包括常规AGM电池隔板的电池串相比时所述电池串的循环寿命提高至少30％，所述提高的电压均匀性包括电压均匀性提高到其至少是包含常规AGM电池隔板的电池串的电压均匀性的两倍，和/或每个单块电池是6伏、8伏或12伏的单块电池，和/或提高循环寿命的电动自行车电池串，包含提高循环寿命的电动自行车电池串的电动自行车，包含电池串的电动车辆电池串，和/或所述电动自行车电池串、车辆选自：电动自行车、动力车、电动车、高尔夫车、叉车、液压车和剪式升降机，和/或包括电池串的深循环不间断电源(UPS)备用电源电池串，和/或改进电池串的方法，所述方法包括以下步骤：
提供包括串联连接的两个或更多个单块VRLA电池的电池串，所述电池串的总电压为至少12伏；
为每个单块VRLA电池提供正极和负极的交替序列；
在每个电极之间提供隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
通过充电和放电循环使电池串循环，与包括常规AGM电池隔板的已知电池串相比，所述电池串表现出在循环过程中改善的电压均匀性和改善的循环寿命，和/或新型的或改进的电池或电池串，和/或制造和/或使用方法，新型的或改进的VRLA电池(包括AGM电池和/或凝胶电池)或电池单元串，和/或改进的使用一串VRLA电池、电池单元串，和/或方法、系统、电池隔板、电池单元、电池、串、和/或类似物用于提高电池寿命和/或改善电池或电池单元串的均匀性，特别是VRLA AGM铅酸电池串，高放电深度应用，和/或深循环电池或电池单元串，和/或用于各种铅酸电池，特别是铅酸电池串的改进的电池隔板，本文示出或公开的改进的隔板提供显著增加的电池寿命和显著降低的电池故障率，和/或有利地用于高放电深度应用，例如电动自行车，高尔夫球车(或高尔夫车)，不间断电源(UPS)备用电源电池串和/或类似物中的改进的电池串。
所附权利要求书中的组合物和方法在范围上不受本文所述的具体组合物和方法的限制，其旨在作为权利要求书的一些方面的说明。任何功能上等同的组合物和方法都应落入权利要求的范围内。除本文所示和所述的组合物和方法以外的各种修改应落入所附权利要求的范围内。此外，尽管仅具体描述了本文公开的某些代表性组合物和方法步骤，但是即使没有具体列举，组合物和方法步骤的其他组合也应落入所附权利要求的范围内。因此，步骤、元素、组分或组分的组合可能在本文中明确提及，然而，步骤、元素、组分和组分的其他组合，即使没有明确说明也应包含在本文范围内。
本文使用的术语“包括”及其变体与术语“包含”及其变体同义使用，并且是开放的，非限制性的术语。尽管术语“包括”和“包含”在本文中已经用于描述各种实施方式，但是也可以使用术语“基本上由......组成”和“由......组成”来代替“包括”和“包含”来提供更本发明具体的实施方式。除了指出的地方之外，在说明书和权利要求书中使用的表示几何形状、尺寸等的所有数字至少应理解其限度，而不是试图限制在权利要求书的范围内等同原则的应用，应根据有效数字的位数和普通舍入方法来解释。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与所公开的发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。本文引用的出版物及其引用的材料通过引用并入本文。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电池串，包括：
串联连接的两个或更多个单块VRLA电池，所述电池串的总电压为至少12伏特；
每个单块电池包括正电极和负电极的交替序列，在每个正电极和负电极之间设置隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
与包含常规AGM电池隔板的电池串相比，所述电池串展现提高的电压均匀性和循环寿命。
2.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层包括一种或多种聚烯烃和填料。
3.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层包括聚乙烯。
4.如权利要求1所述的电池串，其中，所述纤维材料包括玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的电池串，其中，所述纤维材料包括聚合物纤维。
6.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层是平的。
7.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层是带肋的，压纹的和/或纹理化的。
8.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层进一步包括表面活性剂或添加剂。
9.如权利要求8所述的电池串，其中，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。
10.如权利要求8所述的电池串，其中，所述表面活性剂或添加剂抑制一个或多个单块电池的过充电电势和/或减少一个或多个单块电池栅极腐蚀的发生。
11.如权利要求1所述的电池串，其中，所述提高的循环寿命包括当与包括常规AGM电池隔板的电池串相比时，所述电池串的循环寿命提高至少30％。
12.如权利要求1所述的电池串，其中，所述提高的电压均匀性包括电压均匀性提高到其至少是包含常规AGM电池隔板的电池串的电压均匀性的两倍。
13.如权利要求1所述的电池串，其中，每个单块电池是6伏特、8伏特或12伏特的单块电池。
14.一种电动自行车电池，包括如权利要求1所述的电池串。
15.一种电动自行车，包括如权利要求14所述的电动自行车电池。
16.一种电动车辆电池，包括如权利要求1所述的电池串，其中，所述电动车辆选自电动自行车、动力车辆、电动车辆、高尔夫球车、叉车、液压车和剪式升降机。
17.一种深循环不间断电源(UPS)备用电源电池，包括如权利要求1所述的电池串。
18.一种改进电池串的方法，包括以下步骤：
提供包括串联连接的两个或更多个单块VRLA电池的电池串，所述电池串的总电压为至少12伏特；
为每个单块VRLA电池提供正电极和负电极的交替序列；
在每个正电极和负电极之间提供隔板，隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
通过充电和放电循环使电池串循环，与包括常规AGM电池隔板的已知电池串相比，所述电池串表现出在循环期间提高的电压均匀性和提高的循环寿命。
19.一种用于电池串的复合隔板，包括夹在两层玻璃毡之间的微孔聚烯烃层。
20.如权利要求19所述的隔板，其中，所述微孔聚合物膜为如图4中所示或所述。
21.一种用于电池串的电池，改进包括如权利要求19所述的隔板。
22.如权利要求21所述的电池，其中，所述电池用于高放电深度应用，例如电动自行车、高尔夫球车(或高尔夫车)、不间断电源(UPS)备用电源等中的电池串。
23.一种车辆或电源，改进包括如权利要求21所述的电池。

Claims (23)

1.一种电池串，包括：
串联连接的两个或更多个单块VRLA电池，所述电池串的总电压为至少12伏特；
每个单块电池包括正电极和负电极的交替序列，在每个正电极和负电极之间设置隔板，所述隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
与包含常规AGM电池隔板的电池串相比，所述电池串展现提高的电压均匀性和循环寿命。
2.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层包括一种或多种聚烯烃和填料。
3.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层包括聚乙烯。
4.如权利要求1所述的电池串，其中，所述纤维材料包括玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的电池串，其中，所述纤维材料包括聚合物纤维。
6.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层是平的。
7.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层是带肋的，压纹的和/或纹理化的。
8.如权利要求1所述的电池串，其中，所述微孔聚烯烃层进一步包括表面活性剂或添加剂。
9.如权利要求8所述的电池串，其中，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。
10.如权利要求8所述的电池串，其中，所述表面活性剂或添加剂抑制一个或多个单块电池的过充电电势和/或减少一个或多个单块电池栅极腐蚀的发生。
11.如权利要求1所述的电池串，其中，所述提高的循环寿命包括当与包括常规AGM电池隔板的电池串相比时，所述电池串的循环寿命提高至少30％。
12.如权利要求1所述的电池串，其中，所述提高的电压均匀性包括电压均匀性提高到其至少是包含常规AGM电池隔板的电池串的电压均匀性的两倍。
13.如权利要求1所述的电池串，其中，每个单块电池是6伏特、8伏特或12伏特的单块电池。
14.一种电动自行车电池，包括如权利要求1所述的电池串。
15.一种电动自行车，包括如权利要求14所述的电动自行车电池。
16.一种电动车辆电池，包括如权利要求1所述的电池串，其中，所述电动车辆选自电动自行车、动力车辆、电动车辆、高尔夫球车、叉车、液压车和剪式升降机。
17.一种深循环不间断电源(UPS)备用电源电池，包括如权利要求1所述的电池串。
18.一种改进电池串的方法，包括以下步骤：
提供包括串联连接的两个或更多个单块VRLA电池的电池串，所述电池串的总电压为至少12伏特；
为每个单块VRLA电池提供正电极和负电极的交替序列；
在每个正电极和负电极之间提供隔板，隔板包括微孔聚烯烃层和至少一个包含一种或多种纤维材料的层；以及
通过充电和放电循环使电池串循环，与包括常规AGM电池隔板的已知电池串相比，所述电池串表现出在循环期间提高的电压均匀性和提高的循环寿命。
19.一种用于电池串的复合隔板，包括至少一个玻璃毡和至少一个多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜包括如本文所示或所述的微孔聚烯烃层。
20.如权利要求19所述的隔板，其中，所述至少一个多孔聚合物膜包括如图4中所示或所述的微孔聚烯烃层。
21.一种用于电池串的电池，改进包括如权利要求19所述的隔板。
22.如权利要求21所述的电池，其中，所述电池用于高放电深度应用，例如电动自行车、高尔夫球车(或高尔夫车)、不间断电源(UPS)备用电源等中的电池串。
23.一种车辆或电中，改进包括如权利要求21所述的电池。
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