CN108292724A - 性能改进的铅酸电池隔板及其电池和具有该电池的车辆及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了改进的电池隔板用于富液式铅酸电池，特别是增强型富液式铅酸电池。本文公开的改进的隔板提供增强的电解质混合和显着减少的酸分层。改进的富液式铅酸电池可以有利地应用于电池保持在部分充电状态的应用中，例如在启动/停止车辆系统中。此外，提供了改进的铅酸电池如富液式铅酸电池，包括铅酸电池和电池隔板的改进的系统，改进的电池隔板，包含这种系统的改进的车辆和/或制造和/或使用方法。

Description

性能改进的铅酸电池隔板及其电池和具有该电池的车辆及其 相关方法
代理人案号：2001.108-3
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月7日提交的美国临时专利申请序列号No.62/238,373；2016年1月11日提交的PCT专利申请系列号No.PCT/US2016/012805(其要求于2015年10月7日提交的美国临时专利申请序列号62/238,373的优先权)；和2016年9月9日提交的No.62/385,347的优先权和权益。其中每一个的全部内容在此通过引用全部并入本文。
领域
根据至少选择的实施方式，本公开涉及改进的铅酸电池，如富液式铅酸电池，包括铅酸电池和/或电池隔板的改进系统，改进的电池隔板，改进的包括这种系统的车辆，制造或使用方法，或其组合。根据至少某些实施方式，本公开或本发明涉及改进的富液式铅酸电池，用于这种电池的改进的电池隔板，和/或制造、测试或使用这种改进的富液式铅酸电池的方法，或它们的组合。另外，本文公开的是用于在富液式铅酸电池中以及在部分充电状态下操作的富液式铅酸电池中减少酸分层，增加电池寿命和性能的方法、系统、电池和/或电池隔板。
背景
为了减少燃料消耗和尾管排放，汽车制造商已经实施了不同程度的电子混合动力(electrical hybridization)。一种形式的混合动力电动车辆(HEV)有时被称为“微型HEV”或“微型混合动力”。在这种微型HEV或类似车辆中，汽车可具有怠速启动/停止(ISS)功能，其中发动机可能在怠速启动/停止和/或再生制动期间的各个点处关闭。尽管这增加了车辆的燃料经济性，但它也增加了电池的负担，其在车辆不运行时必须为辅助装置(例如空调、媒体播放器等)供电。
常规车辆(例如没有启动/停止能力的汽车)可以使用传统的富液式铅酸电池，例如SLI铅酸电池。由于发动机始终不会关闭，所以只在发动机启动时从电池中提取动力。如此，电池通常处于过充电状态，而不是处于部分充电状态。例如，这样的常规富液式铅酸电池，由于它通常处于过度充电状态，可以以大于95％充电、大于96％、大于97％、大于98％、大于99％或甚至大于100％的充电状态存在。在过度充电时，在常规铅酸电池内产生气泡(例如氢气泡)，并且这些循环气泡用于混合电池内的液体电解质(酸)。
另一方面，具有启动/停止的车辆不断从电池获取电力，因此电池始终处于部分充电状态。在部分充电时，不会产生气泡，并且电解质的内部混合大大减少，导致电池内的酸分层。因此，在启动/停止富液式铅酸电池和各种强化富液式电池内，酸分层是一个问题，而酸性分层对于更常规或传统的富液式铅酸电池并不是问题，这些电池在过充电或全充电(或接近全部)下工作。
酸分层是浓硫酸浓缩在电池底部的过程的一个术语，导致电池顶部的相应较高的水浓度。在富液式铅酸电池内，例如增强的富液式铅酸电池或启动/停止富液式铅酸电池内，酸分层是不希望的。电极顶部的酸含量降低可能会抑制电池系统内的均匀性和充电接受性，并且可能会增加内部电阻沿电池高度从顶部到底部的变化。电池底部的酸性水平升高会人为地提高电池电压，这会干扰电池管理系统，可能会向电池管理系统发送意外/错误的健康信号状态。总的来说，酸分层会导致电池部件的更高电阻，这可能会导致电极问题和/或电池寿命缩短。鉴于启动/停止电池和/或其他增强型富液式铅酸电池预计将越来越多地用于混合动力车辆和全电动车辆以提高车辆燃料效率和减少二氧化碳排放，因此减少酸分层和/或用于改善酸混合的解决方案是非常需要的。
在某些情况下，使用VRLA(阀控铅酸)技术可避免酸分层，其中酸通过凝胶电解质和/或吸收玻璃垫(AGM)电池隔板系统固定。与富液式铅酸电池中的自由流体电解质相反，在VRLA电池中，电解质被吸收在纤维或纤维材料上，例如玻璃纤维垫、聚合物纤维垫、凝胶电解质等等。然而，VRLA AGM电池系统的制造成本远高于富液式电池系统。VRLA-AGM技术在某些情况下可能对过度充电更为敏感，在高温下可能会变干，容量可能会逐渐下降，并且可能具有较低的比能。类似地，在一些情况下，凝胶VRLA技术可能具有较高的内阻并可能具有降低的充电接受度。
因此，需要进一步开发增强的富液式铅酸电池，例如，增强型富液式启动/停止电池，其在使用中不经历酸分层和/或在使用时表现出降低或显著降低的酸分层水平。需要改进的增强型富液式铅酸电池，其与先前可用的相比具有改进的均匀性和性能，并且具有与某些VRLA AGM电池相同甚至更佳的性能。
发明内容
根据至少选择的实施方式，本公开或本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，本公开或本发明涉及用于增强型富液式铅酸电池的新的、改进的或优化的富液式铅酸电池、系统和隔板，以及制造、测试和/或使用它们的方法，和/或包括它们的车辆。
本文公开了具有特定种类的隔板的新型的、改进的或优化的增强型富液式铅酸电池。令人惊讶地发现，通过适当选择隔板表面特性(并且可选地在车辆中具有特定的电池板和隔板定向)，可以减少和/或防止酸分层，并且可以观察到电池性能的相应增加，性能接近、等同或甚至高于某些VRLAAGM或VRLA-AGM电池的性能。此外，令人惊讶地发现，使用本文所述的隔板以及本文所述的一个或多个电池并使用它们运行时，本发明的电池和隔板的这种运行有助于改进的酸混合或循环，和/或减少或全部防止酸分层，而不需要机械手段或工具(例如用于酸混合的泵)进行酸混合。下面进一步详细描述多种实施方式。
根据至少选择的实施方式、方面或目的，本公开或本发明涉及改进的铅酸电池，诸如富液式铅酸电池、包括铅酸电池和电池隔板的改进系统、改进的电池隔板、包括这种系统的改进的车辆、和/或制造和/或使用的方法。
根据至少选择的实施方式、方面或目的，本公开可以提供增强型富液式铅酸电池，例如增强型富液式启动/停止电池，其在使用时不经历酸分层和/或体现了减少或显著减少的酸分层，具有改进的均匀性，例如酸混合均匀性等的增强型富液式铅酸电池，与之前已有的相比，改进的工作在部分充电状态的电池，和/或性能，和/或至少可与某些VRLA-AGM电池性能能力相媲美或超过其性能能力的改进的增强型富液式铅酸电池。
附图简要说明
图1包括比较经历90次停止/开始事件或循环的电池单元的一系列照片。根据示例性实施方式，顶行示出了具有锯齿状肋式隔板的电池单元。底行描绘了具有传统实心肋式隔板的电池单元，其中这种实心肋沿着隔板垂直延伸。
图2包括比较经历60次停止/开始事件或循环，然后休息一整夜的电池单元的一系列照片。测试电池单元具有与图1中所示类似的隔板，顶行示出了根据示例性实施方式的锯齿状肋式隔板，而底行示出了具有常规实心肋式隔板的电池单元。
图3包括比较经历90次停止/开始事件或循环的电池单元的一系列照片。与图1和图2中所示的那些相比，顶行的测试电池单元设置有具有更紧密间隔的锯齿状肋的隔板。底行设有具有常规实心肋式隔板的电池单元，其中实心肋沿着隔板垂直延伸。
图4包括比较经历90次停止/开始事件或循环的电池单元的一系列照片。顶行描绘了根据示例性实施方式的具有凹坑隔板的电池单元。底行描绘了具有包括实心大肋和实心小肋的常规隔板的电池单元，其中所述大小实心肋沿着隔板垂直延伸。
图5包括比较经历90次停止/开始事件或循环的电池单元的一系列照片。顶行描绘了根据示例性实施方式具有凹坑隔板的电池单元。底行示出了具有包括沿着隔板垂直延伸并与凹坑结合的实心肋的隔板的电池单元。
图6包括比较经历90次停止/开始事件或循环的电池单元的一系列照片。顶行描绘了根据示例性实施方式的具有凹坑隔板的电池单元，并且底行描绘了具有隔板的电池单元，所述隔板包括沿着隔板沿对角线(沿相对于隔板的竖直方向的微小角度)延伸的实心肋。
图7A和7B包括传统实心肋式隔板(7A)和完全没有隔板(7B)在填充有1.28比重酸(其为混合的)的罐中比较的照片。
图8包括在测试酸分层之前使用根据本公开的锯齿状带肋隔板构建的电池单元的照片。
图9包括在用于酸分层测试的在一壳体内组装的图8的电池单元的照片。铅带放置在电极和隔板组上。
图10包括根据本文所述的多种实施方式使用的隔板上的锯齿或锯齿状肋的横截面图的照片。
图11包括根据本文所述的多种实施方式使用的锯齿状肋隔板的型材的两个视图。
图12描绘了在25℃(77°F)下硫酸溶液的电导率的曲线图。该图有助于理解酸分层会由于电池单元和/或电池的高酸性区域和低酸性区域中的电导率差异而导致不均匀的电流。该区下图表示从http：//myweb.wit.edu/sandinic/Research/conductivity％20v％20concentration.pdf收集的数据，该数据于2016年7月26日访问；其中电导率以西门子/厘米测量并且表示为硫酸溶液浓度的函数，以重量百分比表示。
图13包括与图6所示的电池单元类似构造的电池单元的照片。然而，对于图13中描绘的电池单元，隔板被插入垂直于车辆运动方向的系统中，而对于图6中所示的电池单元，将隔板平行于运动方向插入系统中。
图14包括根据本文所述的多种实施方式的含有锯齿状肋的电池隔板的照片，该隔板用于包封电极以制造用于测试的启动/停止汽车富液式铅酸电池，其结果在下文中描述。
图15A-15D包括根据本文的多种实施方式的隔板的多个锯齿状型材的图。本文公开了用于改善和增强酸混合的隔板的各种优化型材，并且图15A-15D中阐述的图仅仅是这种优化型材的示例；许多其他优化的型材落入在此描述和要求保护的改进的隔板、电池、系统和方法的范围内。
图16包括描绘增强型富液式电池或以增强模式操作的富液式电池的一个实施例的循环测试的图。
图17A示出了电池隔板经历的具有侧向或从一侧到一侧运动的水平加速度曲线，其被建模为正弦加速度，以使用计算流体动力学(CFD)分析。图17B显示了实心肋隔板和锯齿状肋隔板的视觉比较，每个隔板在大约6秒(如图所示)处，并且每个都经历图17A中限定的运动，并使用CFD进行分析。所分析的两个隔板都包封正极板(“正包封”或“正包裹”)。
图18A示出了经历图17A中限定的运动的实心肋隔板，水平加速60秒，并使用CFD进行分析以显示富液式铅酸电池的分层电解液的混合。图18B描绘了图18A的分析的酸部分的体积均匀性。
图19A显示了经历图17A中限定的运动的锯齿状肋隔板，经过60秒，并使用CFD分析以显示富液式铅酸电池的分层电解质的混合。图19B描绘了图19A的分析的体积均匀性。
图20A-20B描绘了图18A-18B和图19A-19B的CFD分析的比较。
图21定义了用于锯齿状肋隔板的CFD分析中的摇摆运动。
图22示出了经历了图21中所述的运动的锯齿状肋隔板的CFD分析的图示。
图23是包封富液式铅酸电池的负电极板(“负包封”或“负包裹”)的隔板的示意图，所述富液式铅酸电池例如增强型富液式铅酸电池和/或ISS富液式铅酸电池。
图24A是经历侧向运动的负包封的锯齿状肋隔板的CFD分析的图形表示，并且将其进一步与受到相同横向运动的正包封锯齿状肋隔板的CFD分析的图形表示进行比较。图24B是图24A的负包封锯齿状肋隔板的体积均匀性的图示。图24C是负包封和正包封锯齿状肋隔板的体积均匀性的图形比较。
图25A-25F描绘了根据本公开的示例性实施方式的断肋形式的变量。
图26A-26G示出根据本公开的示例性实施方式并且如其中示出的形式所限定的具有断肋的电池隔板。
图27A是经历横向运动的负包封锯齿状肋隔板和负包封断肋隔板的CFD分析的图形比较。图27B描绘了先前描述的经历横向运动的隔板的若干CFD分析的体积均匀性的比较。
图28A是经历横向运动的负包封实心肋隔板和负包封断肋隔板的CFD分析的图形比较。图28B描绘了实心肋隔板、锯齿状肋隔板和断肋隔板(均为负包封)的若干CFD分析的体积均匀性的比较。
图29A详细描述了具有三个不同断肋形式的区域的隔板。图29B描绘了三区断肋隔板的断肋变量。图29C描绘了单区断肋隔板的断肋变量。
图30A-30H描绘了多分区断肋形式隔板的变化。
图31描绘了四种不同的三区断肋形式负包封隔板的CFD分析的图形表示。
图32A是经历横向运动的负包封三区断肋形式隔板和负包封单区断肋隔板(如图26D所示)的CFD分析的图形比较。图32B描绘了先前描述的经历横向运动的隔板的若干CFD分析的体积均匀性的比较。
图33A-33C示出根据本公开的示例性实施方式的具有防溅挡板的电池的顶部空间。
图34A-34I示出了本公开的示例性实施方式的变型。
图35描绘了用于具有基本如图26D所示的肋状形式的高单元电池的隔板。
图36描绘了图35中描绘的隔板与其他隔板设计相比的CFD分析随时间的变化的体积均匀性。
图37描绘了本发明概念1高酸混合型材与传统固体挡板高型材的速度分布时间历史比较。
图38描绘了示例性的本发明的具有断肋形式的分隔件，其可以放置在例如平坦隔板和电极之间。
图39A-39C示出了描绘例如高电池或电池壳体中的动力型隔板型材、间隔和顶部空间的尺寸值的示例性实施方式。
图40和41示出了示例性本发明酸混合型材的型材原型。
图42包括显示本发明型材相对于常规实心肋型材的混合益处的图像。
详细说明
在本文所述的多种实施方式中，使用在富液式铅酸电池中增强电解质混合和/或循环的隔板。在某些实施方式中，采用减少酸分层的隔板。在多种实施方式中，公开了一种铅酸电池，其中酸分层与已知电池相比大大降低，这是因为改进或增强的隔板或隔板系统用于酸混合，以及用于防止或至少减少酸分层和酸分层的负面影响。这种电池例如可以用于运行中的车辆的电池中。并且在多种实施方式中，用于实际混合酸或电解质的车辆(例如，包含启动/停止铅酸电池的电动车辆或部分电动车辆)的运动与本文所述的增强型电池隔板结合，在启动/停止富液式铅酸电池和/或增强型富液式铅酸电池或以增强模式操作的电池内，意外地产生本文显示的酸分层的显著降低以及本文所示的酸混合的显著改善。例如，在本文的多种实施方式中，启动/停止电动车辆的停止和启动提供能量以混合增强型富液式铅酸电池内的酸/电解质并改善酸混合并减少或完全防止酸分层。
本文所述的隔板(优选增强的酸混合隔板、叶片、套管、包裹物、袋或包封)的示例性实施方式优选由多孔膜(例如具有小于约1μm的孔的微孔膜、中孔或孔隙大于约1μm的大孔膜、多孔聚合物膜或多孔填充聚合物膜)制成，所述多孔膜由适合的天然或合成材料，例如聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、聚氯乙烯(PVC)、橡胶、合成木浆(SWP)、玻璃纤维、纤维素纤维或其组合制成，更优选由热塑性聚合物制成的微孔膜制成。优选的微孔膜可具有约0.1μm(100nm)的孔直径和约60％的孔隙率。原则上，热塑性聚合物可包括所有适用于铅酸电池的耐酸热塑性材料。优选的热塑性聚合物包括聚乙烯和聚烯烃。聚乙烯基材料包括例如PVC。聚烯烃包括例如聚乙烯、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚丙烯。一个优选实施方式可包括填料(例如二氧化硅)和UHMWPE的混合物。通常，优选的隔板可以通过在挤出机中将约30重量％的二氧化硅与约10重量％的UHMWPE和约60％的加工油混合来制备。该混合物还可以包括微量的隔板领域中常见的其他添加剂或试剂(例如润湿剂、着色剂、抗静电添加剂、类似材料或其组合)并且被挤出成平片形状。可能优选的聚烯烃隔板可以是二氧化硅填充的聚烯烃的微孔片材(有或没有残留油和一种或多种添加剂或表面活性剂)，其在一个或多个表面上具有锯齿状肋、凸起、垛、凹坑、压纹和它们的组合(并且其可能优选提供与由车辆运动引起的电解质晃动相关的酸混合效应)。
所述隔板优选由聚烯烃制成，例如聚丙烯、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，例如聚乙烯分子量至少为500,000。在一些实施方式中，使用一种或多种超高分子量聚乙烯，即聚乙烯分子量为至少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且通过Margolie方程计算)，标准负荷熔体指数(根据ASTM D1238(条件E)使用标准负荷2,160g测定)基本上为0，以及粘度值不小于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℃下在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，所述隔板由与加工油和二氧化硅(例如沉积二氧化硅和/或气相法二氧化硅)混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成。根据至少一个其他实施方式，隔板由与加工油、添加剂和二氧化硅(例如沉积二氧化硅)混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)构成。隔板优选包含8至100体积％的聚烯烃、0至40体积％的增塑剂和0至92体积％的惰性填充材料的均匀混合物。在某些情况下，优选的填料是干的细分散的二氧化硅。然而，填料可以选自硅石、云母、蒙脱土、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、硅酸铝钠、铝聚硅酸盐、氧化铝硅胶、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。
优选的增塑剂是石油和/或蜡。由于增塑剂是最容易从聚合物-填料-增塑剂组合物中除去的组分，所以它可用于赋予电池隔板多孔性。
所述隔板的平均孔径直径小于1μm。优选地，多于50％的孔的直径为0.5μm或更小。可能优选的是，至少90％的孔具有小于0.9μm的直径。所述微孔隔板的平均孔径优选在0.05至0.9μm的范围内，在一些情况下为0.1至0.3μm。
在一些情况下，可以使用Ritter，H.L.和Drake，L.C.在Ind.Eng.Chem.Anal.Ed.，17，787(1945)中描述的压汞法测量孔径。根据这种方法，通过孔隙率计(孔隙率计model2000，Carlo Erba)，通过改变施加在汞上的压力，将汞压入不同尺寸的孔中。孔分布可以通过用MILESTONE 200软件评估原始数据来确定。
所述隔板的厚度优选大于0.1mm并且小于或等于5.0mm。所述隔板的厚度可在0.15-2.5mm、0.25-2.25mm、0.5-2.0mm、0.5-1.5mm或0.75-1.5mm的范围内(其中这种厚度考虑到整个隔板的厚度，包括任何肋、突起、凹坑等)。在一些情况下，所述隔板可为约0.8mm或1.1mm厚。隔板可以或可以不具有粘附到其一个或多个表面上的层压件或一些其他层(例如，非织造层和/或AGM层)。而且，一个或两个电极可以用一个或多个玻璃纤维垫或玻璃纤维层和/或用多孔板包裹物包裹。
在各种可能优选的实施方式中，微孔聚烯烃隔板层包含肋，例如锯齿状、垛、成角度的肋或断肋、或其组合。优选的肋可以是8μm至1mm高，并且可以间隔1μm至20mm，而微孔聚烯烃隔板层(不包括肋或压纹)的优选背网厚度可以是约0.05mm至约0.50mm(例如，在某些实施方式中，约为0.25mm)。例如，所述肋可以间隔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、8mm、9mm或10mm。在一些实施方式中，所述肋可以是这样一种形式，例如它们可以在隔板层的一侧上或在聚烯烃隔板的两侧上，相对于彼此成0°-90°。在一些实施方式中，酸混合肋可以是前侧，正或正肋。包括隔板或隔板层两侧上的肋的各种形式可以包括在隔板的第二侧或背侧上的正肋和负纵向肋或交叉肋，例如更小、更紧密间隔的负纵向肋或交叉肋或迷你肋，肋。在一些情况下，这种负纵向肋或交叉肋在高度上可以为大约0.025mm至大约0.1mm，并且优选地大约为0.075mm，但是可以大至0.25mm。其他形式可以包括隔板层两侧的肋，在隔板的第二侧或背面上具有负迷你肋(与隔板一侧的主肋相比，相对于横向方向，以相同方向延伸的迷你肋)。在一些情况下，这种负迷你肋的高度可以是大约0.025mm至大约0.25mm，并且优选地是大约0.050mm至大约0.125的高度。
在某些优选实施方式中，所述肋可为锯齿状。所述锯齿可具有从约0.05mm至约1mm的平均尖端长度。例如，所述平均尖端长度可以大于或等于0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。
所述锯齿可具有约0.05mm至约1mm的平均底部长度。例如，所述均底部长度可以大于或等于约0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。
如果存在锯齿，其平均高度可为约0.05mm至约4mm。例如，所述平均高度可以大于或等于约0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。对于锯齿高度与肋高度相同的实施方式，锯齿状肋也可以被称为突起。这样的范围可适用于工业牵引式启动/停止电池的隔板，所述隔板的总厚度通常可为约1mm至约4mm，以及汽车启动/停止电池，所述隔板的总厚度可能稍小(例如，通常约0.3mm至约1mm)。
所述锯齿可以具有从约0.1mm到约50mm的平均中心距。例如，所述平均中心距可以大于或等于大约0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.25mm或1.5mm；和/或小于或等于约1.5mm、1.25mm、1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm或0.2mm。
所述锯齿可具有约0.1∶1至约500∶1的平均高度与底部宽度比。例如，所述平均高度与底部宽度的比率可以大于或等于约0.1∶1、25∶1、50∶1、100∶1、150∶1、200∶1、250∶1、300∶1、350∶1或450∶1；和/或小于或等于约500∶1、450∶1、400∶1、350∶1、300∶1、250∶1、200∶1、150∶1、100∶1、50∶1或25∶1。
所述锯齿可以具有从大约1000∶1到大约0.1：1的平均底宽与顶宽比。例如，所述平均底宽与顶宽比可以大于或等于约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；和/或小于或等于约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或1∶1。
在一些实施方式中，所述隔板可以是凹坑的。凹坑通常是隔板的一个或多个表面上的凸起型特征或凸块。凹坑的厚度可以是隔板厚度的1-99％。例如，凹坑的平均厚度可以小于隔板的约95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％。凹坑可以沿着隔板排成行。所述行或排可以间隔约1μm至约10mm。例如、排可以是大约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、8mm、9mm或10mm。相反，所述凹坑可以以随机阵列或随机方式排列。
所述凹坑可具有约0.05mm至约1mm的平均凹坑长度。例如，所述平均凹坑长度可以大于或等于约0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。
所述凹坑可具有约0.01mm至约1.0mm的平均凹坑宽度。例如，所述平均凹坑宽度可以大于或等于约0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。
所述凹坑可具有从大约0.10mm到大约50mm的平均中心距。例如，所述平均中心距可以大于或等于约0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.25mm或1.5mm；和/或小于或等于约1.5mm、1.25mm、1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm或0.2mm。
所述凹坑的形状可以是四边形，例如正方形和长方形。所述凹坑可具有约0.1∶1至约100∶1的平均凹坑长度与凹坑宽度比。例如，所述平均长度与底部宽度比可以大于或等于约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，和/或小于或等于约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或1∶1。
在一些实施方式中，所述凹坑可以是大致圆形的。圆形凹坑可以具有约0.05至约1.0mm的直径。例如，平均凹坑直径可以大于或等于大约0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm；和/或小于或等于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。
也可以包括用于凹坑的各种其他形状。仅作为示例，这种凹坑可以是三角形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、椭圆体以及它们的组合。
在一些实施方式中，隔板可具有肋、锯齿、凹坑或其组合的特征。例如，隔板可以具有沿着隔板从顶部到底部延伸的一系列锯齿形肋，以及沿隔板水平延伸的第二系列锯齿形肋。在其他实施方式中，隔板可以具有交替的锯齿状肋、凹坑、连续的、间隔的或断的实心肋或其组合。
表1包括隔板的几个特定实施方式，其仅作为示例呈现而非意在限制，具有锯齿形和/或凹坑以及可用于形成这种隔板的各种参数，以在富液式铅酸电池(有时称为增强型富液式电池)中防止酸分层并增强酸混合。
表1
与常规隔板相比，本文公开的隔板优选提供增强的电解质混合和/或酸循环。在某些实施方式中，通过电池单元顶部和底部的电解质密度的测量，所述隔板提供较少的酸分层。在电池单元经历30、60或90次启动/停止事件或循环后，密度差可以小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2.5％或1％。在某些选择的实施方式中，在电池单元保持静止24、48或72小时后，密度差可以小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2.5％或1％。
在一些实施方式中，改进的隔板可以在一侧或两侧上包括涂层。这种涂层可以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号2012/0094183中描述的一种或多种材料，其通过引用结合于此。这样的涂层可以，例如降低电池系统的过充电电压，从而减少栅极腐蚀并防止干燥和/或水分损失，延长电池寿命。
本文多种实施方式中使用的隔板可以加入一种或多种添加剂。这是因为添加剂可能会增强某些车辆的停止/启动富液式铅酸电池的隔板。可以存在于聚烯烃中的一种这样的添加剂是表面活性剂，而另一种这样的添加剂可以包括一种或多种胶乳添加剂。合适的表面活性剂包括表面活性剂，例如烷基硫酸盐；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；以及磷酸单烷基酯和磷酸二烷基酯的盐。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、烷基多糖如烷基聚糖苷及其混合物、胺乙氧基化物、脱水山梨糖醇脂肪酸酯乙氧基化物、基于有机硅氧烷的表面活性剂、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，所述添加剂可以由如下化合物表示：
式(I)＝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＝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＝0或1，
·m＝0或10到1400的整数，以及
·x＝1或2，其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。然而，优选n和m中只有一个变量不等于0。
非芳族烃基是指不含芳族基团或其本身代表一个的基团。烃基可被氧原子中断，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)化合物用于生产本文所述的各种多孔膜的添加剂也可以为这种隔板提供有效的防氧化破坏保护。在一些实施方式中，多孔膜是优选的，其包含含有根据式(I)的化合物的添加剂，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
○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，
○p是0至30的整数，优选0至10，特别优选0至4，以及
○q是0至30的整数，优选0至10，特别优选0至4，
○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＝1，以及
·m＝0。
式R2-[(OC2H4)o(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。
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有利的。
含有如式(I)所示化合物的添加剂也是优选的，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＝0，
·m是从10到1400的整数，以及
·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的1％水溶液的粘度来确定(Fikentscher常数)。
(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。
所述多孔膜可以以各种方式与一种或多种添加剂一起提供。例如，所述添加剂可以在完成时(即萃取后)施加到聚烯烃上，或者添加到用于生产多孔膜的涂料混合物中。根据一个可能的优选实施方式，所述添加剂或添加剂的溶液可以施加到多孔膜的表面或涂层的表面。该变体尤其适用于应用非热稳定添加剂和可溶于用于随后萃取的溶剂中的添加剂。特别适合作为本发明添加剂的溶剂是低分子量醇，如甲醇和乙醇，以及这些醇与水的混合物。应用可以发生在多孔膜的面向负电极的一侧，面向正电极的一侧或两侧。对于其中涂层仅存在于多孔膜的一侧上的实施方式，可以将添加剂施加到涂层上，施加到涂覆层未涂覆的一侧或施加到隔板的两侧上。
所述添加剂可存在至少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。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。
所述可通过在添加剂或添加剂溶液中辊涂或浸渍聚烯烃来进行，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。
接下来图1-7B的相片实施例将酸性电解质和包括红色染料的酸结合，以视觉呈现具有较高酸密度和较低pH水平的电解质，并将其与较低的酸密度和较高的pH水平区分开。
现在参照图1。在图1中，示出了将根据示例性实施方式(顶行)的具有锯齿状或垛式肋隔板的电池单元与具有常规实心肋(这些实心肋沿着隔板垂直延伸)隔板(下行)的电池单元进行比较的一系列照片。顶行所示隔板的垛式肋之间的间距(肋尖到肋尖)约为11mm。图1示出了电池隔板的通常面对富液式铅酸电池，例如处于部分充电状态的富液式铅酸电池中的正电极的一侧。然而，这些肋可替代地面向负电极或可以包括在隔板的两侧(例如，也可以包括在隔板的设计成面对富液式铅酸电池中的负电极的一侧)。图1中所示的电池单元经历了90次启动/停止事件或循环，隔板和被包封的电极平行于运动方向。如图1所示，在30、60和90次启动/停止循环或事件之后，具有锯齿状肋隔板的电池单元显示出比具有常规隔板的电池单元明显更少的酸分层。
现在参照图2。在图2中，示出了比较与图1所示相同类型的电池单元的一系列照片。在每小时行驶25英里的车辆中，电池单元经历60次启动/停止事件或循环，然后休息一夜。顶行示出了根据示例性实施方式的具有锯齿状肋隔板的电池单元，而底行示出了具有常规实心肋常规隔板的电池。如图2所示，具有锯齿状肋隔板的电池单元比具有常规隔板的电池单元表现出显著更少的酸分层。这样的测试验证了图1照片中显示的实验室发现。
现在转到图3。在图3中，根据示例性实施方式(顶行)的具有较窄间隔的锯齿状肋隔板的电池单元与具有传统的实心带肋隔板(底行)的电池单元相比较，其中实心肋沿隔板垂直。顶行显示的隔板的垛式肋之间的间距大约为7mm。电池单元经历90次启动/停止事件或循环。如图3所示，在30、60和90个启动/停止循环或事件之后，具有锯齿状肋隔板的电池单元显示出比具有常规隔板的电池单元明显更少的酸分层。
现在参照图4。在图4中，一系列照片描绘了根据示例性实施方式(顶行)的具有凹坑隔板的电池单元与具有包括实心大肋和实心小肋(底行)的常规隔板的电池单元的比较，其中这种大的和小的实心肋沿着隔板垂直延伸。电池单元经历90次启动/停止事件或循环。如图4所示，在30、60和90个启动/停止循环或事件之后，具有凹坑隔板的电池单元显示出比具有常规隔板的电池单元少得多的酸分层。因此，例如在图4中的底行中的照片示出的实心肋实际上抑制了怠速启动/停止铅酸电池内的隔板的酸混合。
参照图5。在图5中，一系列照片描绘了具有根据示例性实施方式(顶行)的具有凹坑隔板的电池单元与具有包括与凹坑组合的沿着隔板垂直延伸的实心肋的隔板的电池单元(底行)进行比较。电池经历90次启动/停止事件或循环。如图5所示，具有凹坑隔板(顶行)的电池单元显示出比底行中的具有包括实心肋与凹坑组合的隔板的起始/停止铅酸电池单元少的酸分层。然而，底行中显示出一些酸混合(例如，与图1-4中的底行相比较)。例如，在底行的一些图片中，可以看到低密度酸的明显区域或袋；然而也可以看到酸混合。底部的一排照片证明，根据本公开，在各种电池、系统和方法中，可以证明锯齿和实心肋的组合或者凹坑和实心肋的组合是有效的。
现在参考图6。在图6中，它包括一组照片，该组照片将具有根据示例性实施方式的凹坑隔板(顶行)的电池单元与具有包括沿着隔板对角地延伸(相对于隔板的垂直方向成小角度)的实心肋的隔板的电池单元进行比较。电池经受90次启动/停止事件或循环。如图6所示，具有凹坑隔板(顶行)的电池单元显示出比如图1-4的底行所示的那些照片中的起始/停止铅酸电池单元更少的酸分层。关于图6的底行照片，在60次循环或60次启动/停止事件中，可以看到仍然存在一些酸分层；然而，在90次循环后酸分层改善。
图7A和7B包括传统实心带肋隔板(7A)和完全没有隔板(7B)在填充有1.28比重酸(其为混合的)的罐中比较的照片。图7A包括传统的带肋隔板的照片；通过罐底部的红酸浓度和罐顶部的澄清液体来表示酸分层。图7B包括仅在其中具有铅栅极电极而没有任何隔板的照片；正如整个罐中的红色所示，发生的酸分层少得多。图7A和图7B有助于说明实心肋的传统隔板可能阻止酸混合并且可以促进起动/停止富液式铅酸电池内的酸分层。同样地，图7B提供了不包含隔板的基准，各个隔板可以与其进行比较和对比。
图8包括在测试酸分层之前使用根据本发明的锯齿状带肋隔板构造的电池单元的照片。
图9包括在用于酸分层测试的在一壳体内组装的图8的电池单元的照片。铅带放置在电极和隔板组上。一旦将酸添加到壳体中，酸液面可以在这些导线带上方几毫米(在某些情况下，仅作为示例，导线带上方约3mm)。由于包含电极和隔板的壳体在电池单元内被用于测试酸分层，因此在某些实施方式中，可能优选的是，测试的运动方向模拟起动/停止电动车辆的运动。因此该运行基本上与照片的板和隔板平行，使得当车辆启动、加速、减速和/或停止时，酸在电极的表面上移动。图9也可以看作是，照片的顶部朝向具有启动/停止能力的电动车辆的前保险杠，而图9的照片的底部朝向同一电动车辆的后保险杠，而旁观者正在低头看着一组电极、隔板、和铅带，很快就要充满酸进行酸分层测试。换句话说，电极和隔板与测试中产生的运动平行。
图10包括根据本文所述的多种实施方式使用的隔板上的锯齿或锯齿状肋的横截面图的照片。
图11包括根据本文所述的多种实施方式使用的锯齿状隔板的型材的两个视图。
图12描绘了25℃下硫酸溶液的电导率图。该图有助于理解，由于电池单元和/或电池的高酸性区域和低酸性区域中的电导率差异，酸分层可能导致不均匀的电流。
图13包括与图6中描绘的电池单元类似构造的电池单元的照片。然而，对于图13中描绘的电池单元，其中将隔板插入垂直于车辆运行方向的系统中(而对于图中所示的电池单元在图6中，隔板平行于运行方向插入系统中，类似于上面图9的方向描述)。在各种实施方式中，可能优选的是，隔板被定位成平行于车辆和电池系统的运行方向。这是因为图13所示的照片显示，在60次启动/停止循环或事件之后，酸分层仍在发生，没有良好酸混合。以图13的顶行为例，即使根据本发明的各种实施方式在其中使用了凹坑式隔板，仍发生酸分层，酸混合不是最佳的。
图14包括根据本文所述的各种实施方式的含有锯齿肋的电池隔板的照片，该隔板用于包封电极以制造用于测试的启动/停止汽车富液式铅酸电池，其结果在下文中描述。
图15A-15D包括根据本文的各种实施方式的隔板的多个锯齿状型材的图。本文公开了用于改善和增强酸混合的隔板的各种优化型材，并且图15A-15D中阐述的图仅仅是这种优化型材的示例。许多其他优化的型材落入在此描述的隔板、电池、系统和方法的范围内。
图16包括描绘增强型富液式电池(或以增强模式操作的富液式电池)的一个示例的循环测试的图表。在目前较新的电池应用中，增强型富液式电池在比先前已知的富液式铅酸电池(其通常在过充电状态或超过100％充电状态下运行)处于较低的充电状态下运转。因此，这种增强型富液式电池可以在小于95％的充电状态(SoC)下运转，在一些情况下，小于90％，在一些情况下，小于85％，在一些情况下，小于80％，在一些情况下，小于70％，在一些情况下，小于60％，在一些情况下，小于50％，在一些情况下，小于25％，在一些情况下，甚至小于10％。在这个特定的图中，对具有17.5％放电深度(DoD)的电池进行了循环测试，并且所使用的隔板是传统的带肋隔板，例如图1底行照片中所示的隔板。该电池在高放电状态下在高循环条件下表现出输送能量的能力，并且能够在硫酸铅丰富的环境中良好地工作。与标准SLI电池(例如EN50342等标准中列出的电池)相比，如图16所测试并用于启动/停止应用的电池具有显著提高的能量通量。因为用于启动/停止应用的这种增强型富液式电池和/或富液式电池在部分充电状态下运转，所以它们需要具有更高的充电效率和/或需要更容易接受充电。在某些情况下，增强型富液式电池使用各种添加剂与一个或多个电极结合以提高充电效率和/或形成更容易接受充电的电池。然而，这里描述的增强隔板可以实现相同的目标。
本文所述的隔板、方法、电池和电池系统可以提供改善的电解质循环和混合，随着时间推移具有较少的酸分层。这对于深循环和/或增强的富液式铅酸电池尤为重要，其中酸分层可显著降低电池性能。各种富液式铅酸电池、增强型富液式铅酸电池及其应用可受益于本文所述的改进的隔板、方法、电池和系统。包括但不限于各种电动车辆、汽车、混合动力车辆、叉车、高尔夫球车、社区电动车辆等的各种启动/停止车辆可以受益于本文所述的改进的隔板、电池、电池系统和方法，特别是未充分充电并且处于部分充电状态的车辆和/或电池。
本文所述的增强型富液式隔板的示例性实施方式(其可以被称为酸混合隔板)可以用于增强型富液式电池，特别是运动中的电池，并且令人惊讶地并且出乎意料地提供这样的增强型富液式电池，其具有显著改善的酸混合和/或酸循环，从而显著减少或完全防止增强型富液式电池内的酸分层。这可能非常重要，因为沿着整个隔板的酸的流动和循环意味着整个电池正在被使用，而不是正在使用的电池的一些较小部分正在被使用。也就是说，使用本公开的增强型隔板、电池、系统和方法，电解质(例如硫酸)自由流动到并且沿着隔板的全部或几乎全部部分自由地流动，并且因此自由地流动到并且沿着全部或几乎全部电极上的正极活性材料和负极活性材料的所有部分自由流动。相反，对于酸分层(仅举例来说，参见图1-4的底行照片中存在的酸分层，其中已将红色指示剂添加到酸中，使得酸清晰可见且存在于这些测试电池单元的下半部分，可对比清澈的液体，即水，其清楚可见并存在于那些测试电池的上半部分附近)，隔板的整个部分，以及因此在这种隔板的任一侧上的整个部分的正极活性材料和负极活性材料，完全没有酸，因此没有被充分利用来为使用电池的潜在装置/车辆提供电力的最大潜力。因此，本文所述的改进的隔板、电池、系统和方法大大减少了富液式铅酸电池(例如增强型富液式电池)中的酸分层。
担心酸分层的原因是正极板和负极板或电极表面上产生的电流密度的不均匀性。图12中示出的图说明了H2SO4电导率与硫酸重量百分比浓度的关系。
在本发明的一些优选实施方式中，存在于隔板的一个或多个表面上的锯齿、凹坑和/或断肋是不均匀分布的。另外，在一些优选实施方式中，存在于隔板的一个或多个表面上的锯齿、凹坑和/或断肋在隔板的至少一侧上的某些区或区域中是不同的。例如，锯齿和凹坑本身的尺寸可能不均匀(例如，可以随机地确定尺寸)，并且锯齿和/或凹坑之间的间隔可能是随机的和/或不均匀的。举例来说，本文使用的各种锯齿和/或凹坑可以以有序或无序阵列的形式存在于隔板的一个或两个表面上。另外，在此使用的各种肋例如锯齿状肋可以是非线性的。例如，一些锯齿状肋可以是波浪状形式或非线性形式。
在各种实施方式中，当隔板被定位在增强型富液式电池内时，对隔板的增强与电池行进的运行方向平行，体现了用于本文所述增强型富液式电池的增强型富液式隔板的效果。通过比较图6的理想结果和图13的不理想结果，可以看出这种效果。在图13的照片中，即使使用具有增强的酸混合型材的隔板，也仍然观察到酸分层。这是因为图13中的电池单元被放置成使得隔板和电极上的增强与电池在车辆中行进的运行方向垂直。将电池放置在车辆中，电极和隔板平行于启动和停止惯性将可能在一些情况下，允许比垂直放置更好地混合酸。
本文所述的各种增强隔板，例如具有用于改善酸混合和酸循环的锯齿的隔板，可具有不同的间距和/或不同的形式。仅作为示例，图15A-15D示出了在本发明中可能有效的锯齿状肋的示例。这样的形式和其他形式(均匀和不均匀，以及有序和无序)可以允许改进的富液式铅酸电池内的CCA(冷启动安培数)以及电池电性能的其他关键改进。在如图15A-15D中所示的锯齿形式(仅作为示例)中，与具有实心肋(对照)的隔板相比，表面面积减少约53％，允许肋较少接触PAM(正极活性物质)从而导致CCA性能的改善。在类似于图15A-15D中所示的那些形式中，与实心肋型材(对照)相比，肋质量可以减少33％，从而允许更多的酸可用性和改进的性能。此外，平衡肋质量和开孔以维持PAM(正极活性物质)压缩对酸混合和可用性可能很重要。
此外，突起(诸如凹坑，锯齿等)的设置和设计优选地针对压缩进行优化，以不便于PAM脱落并且优选地被支撑在栅极框架上，以便不将颗粒与正栅极框架或集电器密切接触推开。
本发明的电池可以节省成本，并且由于PAM利用率的提高而需要较少的铅以获得优异的性能。从而，这样可以降低电池的成本，这是汽车制造商的需要，并且可以降低电池的重量，这也是汽车制造商的需要。
在一些情况下，本发明中使用的增强型隔板可以具有优化的型材，该型材具有的肋表面区域与常规肋型材例如实心竖直肋型材的肋表面区域相比，为常规肋表面积表面区域的10-90％，优选为常规肋表面积的30-70％，更优选地，在一些情况下，为常规肋表面面积的40-60％。所有这些都取决于肋的几何形状、肋间距以及改善酸混合和防止酸分层的最终目标，所有这些都已经过优化。
实施例
图8和9显示了在电池单元容器中进行的电池实验。这些照片中所示的电池测试电池单元具有白色外壳和一组铅电极，具有以下一般属性：
表2
在下面所示的其他实施例中，商购的组3119板/组Ca/Ca扩展了电池测试数据。在该表中，标记为“新”的隔板具有图14的包封中所示的锯齿状型材，而标记为“对照”的结果具有沿着隔板垂直的实心肋。这些结果证明了关于根据本发明的使用增强型隔板的启动/停止增强型富液式铅酸电池的电池性能改进的意想不到的和/或令人惊讶的发现。值得注意的是，即使当车辆中的电池没有大幅移动时，而是仅处于一般运行中，从工厂内一个地方移动到另一个地方进行测试时，下表中表明其结果仍然有所改善。因此，结合来自车辆的运行和/或来自各种启动/停止事件的能量，电池性能结果可以更加显着地提高。
表3
关于图18A-32B讨论的CFD示例，描绘了诸如ISS、SLI或高尔夫汽车电池中使用的短电池中的电池单元。图35-37和图39中讨论的CFD例子描绘了高电池中的电池单元，例如用于动力行业的电池，例如叉车电池。
短电池单元示例描绘了具有约142mm的宽度，约129mm的高度，约250μm的背网厚度以及约600μm的肋高度的隔板。短电池单元示例还描绘了隔板的任一横向边缘与电池壳体的侧壁边界之间的大约3mm，隔板上方大约44mm的顶部空间。
高电池单元实例描绘了具有大约158mm宽度，大约406mm高度，背网厚度大约500μm和肋高度大约1.8mm的隔板。高电池单元示例还描绘了隔板的任一横向边缘与电池壳体的侧壁边界之间大约3mm以及隔板上方大约51mm的顶部空间。
这款Midtronic的CCA测试的重要性在于，它不是全球标准测试，而是一种使用算法快速且轻松计算电池性能的手持设备。使用酸混合隔板，暴露于酸的正栅极的表面积的增加允许改进的电导和改进的电极性能。虽然不是行业标准，但它的简单性和易用性被当今世界各地的采购决策考虑。提高该算法测试仪的性能是客户满意度的关键，酸混合隔板的改进有助于这一结果，如表3所示。
下述例子使用计算流体动力学(CFD)详细描述了示例性隔板和电池的分析，以量化本文公开的示例性实施方式的反转、减少或完全消除铅酸电池或富液式铅酸电池，或增强型充电电池，或怠速启动/停止充电电池内的酸分层的功效。模型通常在完全分层的状态下开始，最高浓度的酸位于电池的下部，水位于电池的较高部分，其间具有界面。
图17A中描绘了横向运动的正弦图形表示。这种运动可以被描述为将隔板和/或电池从一个方向上的起始位置移动到正的1英尺位移，反转方向以使模型化的隔板和/或电池回到并经过起始位置到达负1英尺位移，反转方向将模型带回起始位置。上述动作发生在1秒钟内。这种运动模式被用于所有模拟水平横向或水平侧向运动的CFD模型中，并根据需要重复多次以进行所需时间量的分析。本文所述的CFD分析利用了在与示例性隔板的横机平行方向上的横向或侧向运动。换言之，运动是水平的并且在与示例性隔板的主平面平行的方向上。
此外，CFD模型的分析得出了整个液体电解质中酸体积分数的体积均匀性指数其中完美混合的电解质将具有1.0的均匀性指数。该值使用下面的公式1计算得出：
其中，
是的容积平均值；
是电池单元中选定标量的值；以及
VC是电池单元容量。
图17B显示了一个实心肋隔板和一个锯齿状肋隔板的对比，每一个都经历了图17A中限定的运动，并使用CFD进行分析。两个被分析的隔板均为正包封隔板，这意味着隔板包围正电极板，其实心或锯齿(并且如下所述也是断的)肋面向正电极板。
图18A示出了正包封实心肋隔板经过60秒的横向运动，并且使用CFD分析以显示富液式铅酸电池的分层电解液的混合。可以看出，在隔板的外周边有少量的混合，但是在实心肋之间混合非常少少，近于没有。图18B描绘了分析的体积均匀性并且揭示了横向运动混合可使体积均匀性增加了7％。
图19A示出了正包封锯齿状肋隔板经过60秒的横向运动，并且使用CFD分析以显示富液式铅酸电池的分层电解液的混合。可以看出，在隔板的外周边处存在一定量的混合，内部锯齿状肋之间的混合增加。图19B描述了分析的体积均匀性，并揭示了横向运动混合使体积均匀性增加了12％。
图20A是图18A和图19A所示隔板的CFD混合结果的并排比较。图20B显示与正包封实心肋隔板相比，正包封锯齿状肋隔板使得混合均匀性增加5％。
图21定义了用于正包封锯齿状肋隔板的CFD分析中的摇摆运动。图22示出了经历图21所述的摇摆运动的锯齿状肋隔板的CFD分析的图示。
图23是含有或包封富液式铅酸电池的负电极板(负包封)的隔板的示意图，其中实心或锯齿状(并且如下所述，断的)肋面向正极板。
图24A是进行横向运动的负包封的锯齿状肋隔板的CFD分析的图形表示，并且将其进一步与进行相同横向运动的正包封状齿状肋隔板的CFD分析的图形表示进行比较。图24B是图24A的负包封锯齿状肋隔板的体积均匀性的图示，显示从开始分层到60秒混合的体积均匀性有22％的变化。图24C是负包封和正包封锯齿状肋隔板的体积均匀性的图形比较，其表明负包封隔板较正包封隔板的混合增加10％。
现在参考图25A-25F，几个示例性实施方式描述了采用CFD分析中使用的定义各种断肋形式的变量的断肋设置。图26A-26G示出了根据本公开的示例性实施方式并且如图26A-26G的图中所定义的具有断肋的电池隔板。示例性电池隔板示于图26A-26G；此外，本文公开的示例性电池隔板可以具有任意数量的列26061-2006n。
图27A是进行基本横向或水平运动的负包封锯齿状肋隔板和负包封断肋隔板(如图26D所示)的CFD分析的图形比较。图27B描绘了先前描述的经历横向运动的隔板的若干CFD分析的体积均匀性的比较。与负包封的锯齿状肋片隔板相比，在60秒时，负包封断肋片隔板产生26％的混合增加。
现在参考图28A，它描绘了如图所示经历基本横向或水平运动的负包封实心肋隔板和负包封断肋隔板(如图26D所示)的CFD分析的图形比较。图28B描绘了经历基本上横向或水平运动的先前描述的隔板的几个CFD分析的体积均匀性的比较。在60秒的时间内，负包封断肋隔板产生28％的混合增加。
图29A详细示出了具有三个不同断肋形式的区域的隔板，其中区域沿着隔板的横机方向在横向方向上变化。应该注意的是，这些区域也可以在隔板的加工方向上或者在隔板的加工方向和机器横向方向上分布。进一步认识到，在任一方向或两个方向上可以有任何数量的区域。此外，隔板本身的边缘可以是它们自己的区域，从而为了更好的结果，边缘被优化为具有明显的设计和/或肋状形式和/或断肋状形式等。在本文的某些优选实施方式中，隔板的区域(用于多区域隔板)形成为使得每个区域中的形式的质量相对一致和/或使得形式化的隔板在电池形成设备上运行良好和/或者因为填充酸的效率而使电池形成更快。
图29B描绘了分区隔板的断肋形式变量。下标数字“1”和“2”涉及两种不同的断肋形式。在某些实施方式中，区域1和区域3(下标“1”)包含相同的图案，诸如断肋形式，区域2(下标“2”)具有例如断肋形式，其与区域1和3的不同。图29C描绘了单区断肋隔板的断肋变量。
图30A-30H描绘了三分区断肋形式隔板的变化。
图31描绘了四种不同的三区断肋形式负包封隔板的CFD分析的图形表示。
图32A是经历横向运动的负包封三区断肋形式隔板和负包封单区断肋隔板(如图26D所示)的CFD分析的图形比较。图32B描绘了经历横向运动的先前描述的隔板的若干CFD分析的酸分数的体积均匀性的比较；在该图中，三分区隔板与单分区隔板相比，显示出混合增加1％。
图33A-33C示出根据本公开的示例性实施方式的具有防溅挡板的电池的顶部空间。这些防溅挡板可以与本文所述的任何示例性隔板一起使用。在这些实施方式中，优化每个电池的顶部空间以便更好地利用移动或晃动电解液和/或酸波或波动的功或能量(水平和垂直能量)以进一步在铅酸电池整体和电池内沿着电极板所有部分增加酸混合和酸性组分的体积均匀性，以接近或甚至达到1.0的体积均匀性(完全混合)。防溅挡板可以形成或安装到电池壳体的盖或内壁，或者可以采用夹在电极带上的设备的形式。防溅挡板可以进一步具有平坦表面，弯曲的凸或凹形状、凹凸形状、尖锐或圆角边缘或任何其他形状。另外，电极带可被设计或移动以更好地与防溅挡板或在电池移动期间电解质可能经历的任何其他飞溅和/或运动相配合。防溅挡板也可以漂浮在电极上或包含一个或多个枢轴，以优化电解液在电池运动期间可能经历的任何飞溅和/或运动的影响。
此外，电池设计可能会改变，以帮助促进酸分离。一个这样的示例可以包括将电池安装在诸如弹簧或者橡胶或其他粘弹性材料之类的弹性支架上，以允许电池在速度改变之后继续移动或摇动。电池外壳可以制造得更高，并添加更多的电解液，以增加电池内整个电解液供应的压头压力。电池也可以设计成水平的圆柱体或椭圆体，或者甚至是球体。另外，壳盖可以被设计成圆顶。
图34A-34I示出了本公开的示例性实施方式的各种细节。
图35描绘了用于具有基本如图26D所示的肋形式的高电池单元电池的隔板。图36描绘了由图35中描绘的隔板的CFD分析得出的随时间变化的体积均匀性与其他隔板设计进行相比。如图17A所示，将试验电池单元仿真为受到横向运动，隔板平行于运动方向60秒。细底线表示具有实心肋形式的短隔板，粗底线表示具有实心肋设计的高隔板。顶部细线代表具有优选断肋形式的短隔板，顶部粗线表示具有优选断肋形式的高隔板。可以看出，与体积均匀性仅增加7％的具有实心肋形式的高隔板相比，具有实心肋形式的短隔板显示其体积均匀性增加13％。具有优选断肋形式的短隔板显示其体积均匀性增加28％。具有优选的断肋形式的高隔板在60秒的横向运动中显示其体积均匀性增加62％。这是测试批次的最大增幅。
图37描绘了本发明概念1高酸混合型材与传统固体挡板高型材的速度分布时间历史比较。
图38描绘了示例性的本发明的具有断肋形式的分隔件，其可以放置在例如平坦隔板和电极之间。可以看出，断肋由一根细长桁条网络固定。桁条示出以垂直和水平设置，然而可以理解，可以结合其他角度。
图39A-39C示出了描绘例如高电池或电池壳体中的动力型隔板型材、间隔和顶部空间的尺寸值的示例性实施方式。
图40和41示出了示例性本发明酸混合型材的型材原型。
图42包括显示本发明型材相对于常规实心肋型材的混合益处的图像。
此外，可以改变电池设计以帮助促进酸分离。一个这样的示例可以包括将电池安装在诸如弹簧或者橡胶或其他粘弹性材料之类的弹性支架上，以允许电池在速度改变之后继续移动或摇动。电池外壳可以制造得更高，并添加更多的电解液，以增加电池内整个电解液供应的压头压力。电池也可以设计成水平的圆柱体或椭圆体，或者甚至是球体。另外，壳盖可以被设计成圆顶。
本文所述的隔板可进一步与用于酸分层预防/反转的其他装置(例如堰装置、浸入管、酸泵或起泡器、置换装置或其任何组合)组合使用。以下公开了许多这样的设备：授予Franklin等人的美国专利申请公开第2012/0214032号，授予Jones的第2004/0067410号，授予Jones的第2003/0148170号，以及授予Jones的美国专利第6,274,263号，授予Yonezu等人的第4,629,622号和授予Dahl的第4,565,748号；所有这些通过引用并入本文。隔板可以以分页形式，包封或全套管/套筒的形式提供。隔板可进一步设有全侧卷曲/密封或间隔卷曲/密封，并且甚至可在折叠隔板的底部折痕处设置开口。
可以理解的是，在此描述的任何肋形式可以在列之间具有间距以允许在过度充电事件期间气体上升。此外，如果隔板被折叠以形成包封，那么断肋形式在断肋的排之间在纵向(machine direction)上可以不具有间隔以提供强度。另外，断肋隔板可以进一步被压纹。进一步认识到，任何肋形式或其他突起可以设置在电池壳体的任何内表面上或正电极和负电极中的任一个或两个上的任何表面上。对于放置在车辆中的电池，优选实施方式可以将隔板放置在大致平行于车辆运动的方向上，以便利用该车辆的起动和停止运动。
可以相信，本文所述的改进的隔板，诸如本文所述的断肋隔板，可以进一步有助于防止形成硫酸化晶体，并且还可以有助于提供更均匀的热分布和/或热混合和/或热耗散或热消散(与已知的隔板相比，在较少的时间内散发热量，例如用于液式铅酸电池的实心肋式隔板)。也可相信，本文所述的示例性断肋隔板还可以提供铅酸电池、胶体电池和/或增强型富液式电池改进或更快或更有效的填充。
在本公开的多种实施方式中，所公开的隔板提供减少的酸分层，或者甚至完全消除酸分层，使得富液式铅酸电池内的酸或电解质的混合水平或体积均匀性为1.0或接近1.0。在多种实施方式中，本文公开的隔板也是低电阻(ER)隔板。在这样的实施方式中，隔板可以包含改进，例如增加隔板的孔隙率、孔尺寸、内孔表面积、润湿性和/或表面积的改进的填料。在一些实施方式中，与先前已知的填料相比，改进的填料具有高结构形态和/或减小的粒度和/或不同量的硅烷醇基团和/或比先前已知的填料更加羟基化。改进的填料可吸收更多的油和/或可允许在隔板形成期间并入更大量的加工油，而在挤出后除去油时不会同时发生收缩或压缩。例如，尽管其它油吸收值也是可能的，使用具有约175-350ml/100g的固有油吸收值的二氧化硅形成改进的隔板，在一些实施方式中，200-350ml/100g，在一些实施方式中，250-350ml/100g，在另一些实施方式中为260-320ml/100g。
所述填料可以进一步减少所谓的电解质离子的水合球，增强它们穿过膜的传送，由此再次降低电池(例如增强型富液式电池或系统)的整体电阻或ER。
一种或多种填料可以包含促进电解质和离子流过隔板的各种物质(例如极性物质，如金属)。这样的隔板用于充电电池，例如增强型富液式电池，也会导致整体电阻降低。
本发明的低ER微孔隔板还可以包括新型的和改进的孔形态和/或新型的和改进的原纤维形态，使得当这种隔板用于富液式铅酸电池时，所述隔板有助于显著降低富液式铅酸电池中的电阻。这种改进的孔形态和/或原纤维形态可以产生其孔和/或原纤维近似于烤肉串(shish-kebab或shish kabob)型形态的隔板。描述新型和改善的孔形状和结构的另一种方式是纹理原纤维形态，其中二氧化硅节点或二氧化硅的节点存在于电池隔板内的聚合物原纤维(原纤维，有时称为shish)上的烤肉串型结构上。另外，在某些实施方式中，根据本发明的隔板的二氧化硅结构和孔结构可以被描述为骨架结构或脊椎结构或脊柱结构，其中沿着聚合物原纤维的聚合物的串上的二氧化硅结点，看起来像椎骨或圆盘(“kebabs”)，并且有时基本上垂直于伸长的中心脊柱或原纤维(伸展链聚合物晶体)，其近似于脊柱状(“shish”)。
在一些情况下，包含具有改善的孔形态和/或原纤维形态的改进的隔板的改进的电池在一些情况下可以表现出20％，在一些情况下25％，在一些情况下30％，并且在一些情况下，甚至超过30％的电阻抗(“ER”)下降(其可以降低电池内阻)，同时这样的隔板保持并维持铅酸电池隔板的其他关键的理想机械性能的平衡。此外，在某些实施方式中，本文所述的隔板具有新的和/或改善的孔形状，从而与已知的隔膜相比，更多的电解质流过或填充孔和/或空隙。隔板中的超高分子量聚乙烯可以包括含有多个延伸的链状晶体(shish构造)和多个折叠的链状晶体(烤肉串构造)的烤肉串(shish-kebab)构造的聚合物，其中所述烤肉串构成平均重复或周期为1nm至150nm，优选10nm至120nm，并且更优选20nm至100nm(至少在隔板具有肋的一侧的一部分上)。在本隔板的这些低ER实施方式中的某些实施方式中，本文所述的用于铅酸电池的隔板包括选自二氧化硅、沉积二氧化硅、气相二氧化硅和沉积无定形二氧化硅的填料；其中通过29Si-NMR测量，所述填料内的OH与Si基团的分子比率在21∶100至35∶100的范围内，在一些实施方式中，在23∶100至31∶100的范围内，在一些实施方式中，25∶100至29∶100，并且在某些优选的实施方式中，为27∶100或更高。
在某些选择实施方式中，所公开的隔板表现出降低的电阻，例如，电阻不大于约200mΩ.cm2、180mΩ.cm2、160mΩ.cm2、140mΩ.cm2、120mΩ.cm2、100mΩ.cm2、80mΩ.cm2、60mΩ.cm2、50mΩ.cm2、40mΩ.cm2、30mΩ.cm2或20mΩ.cm2。在多种实施方式中，与相同厚度的已知隔板相比，本文所述的隔板表现出约20％或更多的ER减少。例如，已知的隔板可具有60mΩ.cm2的ER值；因此，相同厚度的根据本发明的隔板将具有小于约48mΩ.cm2的ER值。本文所述的具有低ER的隔板可具有由Daramic，LLC拥有且于2016年4月8日提交的美国临时专利申请No.62/319,959中提出的任何或所有特征，该临时申请通过引用整体并入本文中。
根据至少选择的实施方式，本公开涉及改进的铅酸电池，诸如富液式铅酸电池、包括铅酸电池的改进系统、和/或电池隔板、改进的电池隔板、改进的包括这种系统的车辆、制造或使用方法或其组合。根据至少某些实施方式，本公开涉及改进的富液式铅酸电池、用于这种电池的改进的电池隔板、和/或制造、测试或使用这种改进的富液式铅酸电池的方法、或其组合。另外，本文公开的是用于富液式铅酸电池中的减少酸分层、提升电池寿命和性能的方法、系统、电池和/或电池隔板。
如本文所公开的示例性隔板可优选地通过具有或提供随时间改善的电导来表征。电导可以被确定为冷启动amps(CCA)，例如在Midtronics测试仪中测量。例如，配备有本发明隔板的铅酸电池，在30天的时间内通过Midtronics测试仪测量，可表现出小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、小于1％或小于0.5％的CCA减少。
优选地，本发明的隔板包括由天然或合成材料制成的多孔膜(例如孔径小于约1微米的微孔膜、中孔或孔径大于约1微米的大孔膜)，所述天然或合成材料例如聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、PVC、橡胶、合成木浆(SWP)、玻璃纤维、纤维素纤维或其组合，更优选由热塑性聚合物制成的微孔膜。优选的微孔膜可具有约0.1微米(100纳米)的孔直径和约60％的孔隙率。原则上，热塑性聚合物可以包括适用于铅酸电池的所有耐酸热塑性材料。优选的热塑性聚合物包括聚乙烯和聚烯烃。聚乙烯基材料包括例如聚氯乙烯(PVC)。聚烯烃包括例如聚乙烯、如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚丙烯。一个优选的实施方式可包括填料(例如二氧化硅)和UHMWPE的混合物。
多孔膜层可以包括聚烯烃，例如聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物，优选聚乙烯，更优选高分子量聚乙烯(例如分子量至少为600,000的聚乙烯)，甚至更优选超高分子量聚乙烯(例如，具有至少1,000,000，特别是超过4,000,000，并且最优选5,000,000至8,000,000的分子量的聚乙烯(通过粘度测量法测量并且通过Margolie方程计算)，标准负载熔体指数基本为0(测量如ASTMD1238(条件E)中所述，使用标准负荷2,160g)和粘度值不小于600ml/g，优选不小于1,000ml/g，更优选不小于2,000ml/g，并且最优选不小于3,000ml/g(在130℃下在0.02g聚烯烃在100g十氢化萘中的溶液中测定)。
根据至少一个实施方式，所述多孔膜可以包括与加工油和沉淀二氧化硅混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。根据至少一个实施方式，微孔膜可以包括与加工油、添加剂和沉淀二氧化硅混合的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。该混合物还可以包括微量的其他隔板领域中常见的添加剂或试剂(例如润湿剂、着色剂、抗静电添加剂等)。在某些情况下，微孔聚合物层可以是8至100体积％的聚烯烃，0至40体积％的增塑剂和0至92体积％的惰性填充材料的均匀混合物。填料可以是干的、细分的二氧化硅。优选的增塑剂是石油油。由于增塑剂是最容易从聚合物-填料-增塑剂组合物中除去的组分，所以其可用于赋予电池隔板多孔性。
在一些实施方式中，可通过在挤出机中将约30重量％的二氧化硅与约10重量％的UHMWPE和约60％的加工油混合来制备多孔膜。微孔膜可以通过使成分通过加热的挤出机，使由挤出机产生的挤出物通过模具并且进入由两个加热的压光辊形成的辊隙中以形成连续的网(web)，采用溶剂从网中提取大量的加工油，干燥提取过的网，将网切成预定宽度的通道，并将这些通道卷成卷。压光辊可以雕刻有各种凹槽形式，以将肋、锯齿、压纹等赋予薄膜。可替代地或另外地，可以通过使挤出的膜通过附加的适当凹槽压延辊或压机将肋等赋予多孔膜。
所述添加剂、表面活性剂、试剂、填料或多种添加剂可以以各种方式加入所述多孔膜。例如，一种或多种添加剂可以添加到微孔膜(当它完成时，例如，萃取之后)，和/或添加到用于生产膜的混合物中。根据优选的实施方式，将添加剂或添加剂的溶液施加到多孔膜的表面。该变体特别适用于非热稳定添加剂和可溶于用于随后萃取的溶剂中的添加剂的应用。特别适合作为本发明添加剂的溶剂是低分子量醇，如甲醇和乙醇，以及这些醇与水的混合物。应用可以在微孔膜的面向负极的一侧，面向正极的一侧或两侧上进行。
也可以通过将微孔膜浸入添加剂或添加剂溶液中，随后任选地除去溶剂，例如通过干燥。以这种方式，添加剂的应用可以与例如在隔板生产期间经常应用的萃取相结合。
另一个优选的选择是将一种或多种添加剂混入热塑性聚合物和任选填料和其他添加剂的用于制造多孔膜的混合物中。然后将含添加剂的均匀混合物形成网状材料。
本发明的隔板可以是低ER隔板，低水分损失隔板，和/或可以具有至少一部分包括突起、断肋、锯齿状肋、不连续肋等(非实心肋)，以改善隔板的酸混合或传导。突起包括诸如短肋段、凸块(nub)、压纹等的特征。所述突起可以位于隔板的任一面或两面上。通常，所述突起将至少位于面向正极板(正极活性材料或PAM)的一侧。所述突起可以排列成行，每行中的突起彼此间隔开并且与相邻行中的突起间隔开。在一些情况下，所述突起可位于隔板的面向正极活性材料的一侧上，隔板的面向负极活性材料(或NAM)的一侧或隔板的两侧上。
在本发明的一些实施方式中，所述突起是高度至少约0.005mm、0.01mm、0.025mm、0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm的肋。
在本发明的一些实施方式中，所述突起是短长度肋，其具有至少大约0.005mm、0.01mm、0.025mm、0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm的肋宽度。肋可具有约0.005-1.5mm，0.01-1.0mm，0.025-1.0mm，0.05-1.0mm，0.075-1.0mm，0.1-1.0mm，0.2-1.0mm，0.3-1.0mm，0.4-1.5mm的宽度，1.0mm，0.5-1.0mm，0.4-0.8mm或0.4-0.6mm之间的宽度。
所述隔板可以包括负纵向或交叉肋或迷你肋，例如高度约25至250微米，可能优选约50至125微米，更优选约75微米的负肋。
在某些实施方式中，所述突起可以包括肋，其中每个肋具有相对于隔板的顶部边缘以0°至小于180°的角度设置的纵向轴线。在一些情况下，隔板中的所有肋可以以相同角度设置，而在其他实施方式中，可以以不同角度设置肋。例如，在一些实施方式中，所述隔板可以包括成行的肋，其中至少一些行具有相对于隔板的顶部边缘成角度α的肋。单行中的所有肋可以具有相同的近似角度，但是在其他情况下，单行中可以包含不同角度的肋。
在某些情况下，隔板的一整个面将包含多行突起，而在其他实施方式中，隔板表面的某些片段将不包括突起。这些片段可以沿着隔板的任何边缘出现，包括顶部、底部或侧面，或者可以趋向隔板的中间出现，其中片段在一侧或多侧被具有突起的部分围绕。
在具有断肋(参见图1)的某些可能的优选实施方式中，该部分将包含至少两组行，其中第一行中的肋以0°至小于180°的角度设置，并且第二行中的肋是以从0°到小于180°的角度设置，其可以与第一组行中的肋的角度相同或不同。图40包括顶部边缘(101)具有多组第一(102)和第二(103)行的隔板(100)的图示。
在某些其他可能优选的实施方式中(参见图41)，第二部分将包含至少两组行，其中第一行中的肋以0°至小于180°的角度设置，并且第二行中的肋以0°到小于180°的角度设置，其可以与第一组排中的肋的角度相同或不同。图41包括顶部边缘(401)具有中央第一部分(402)和外侧第二(403)部分的的隔板(400)的图示。
在一些情况下，第二部分将包括具有肋的第五组行，在本文中指定为R5(404)，相对于背网的顶部边缘具有角度θ5(405)，其中θ5从0°到90°、从30°到85°、从45°到85°、从60°到85°、从60°到80°或从60°到75°。θ5的优选值是90°。该部分可以包括第六组行，在这里表示为R6(406)，具有角度θ6(407)，其具有相对于背网的顶部边缘具有角度θ6的肋，其中θ6从90°到小于180°、从95°到150°、从95°到120°、从100°到120°或从105°到120°。θ6的首优选值是90°。不同排中的肋可以具有相同的(如400所示)或不同的尺寸。相邻行之间的距离可以从-5到5mm，其中负数表示行重叠的程度。距离可以测量中心肋到中心肋。
当存在不同的行时，行可能以重复模式出现。(400)中可以看到最简单的重复模式-R5-R6-。其他模式包括-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-：等等。
在一些选定的实施方式中，多孔隔板可以在膜的相对面上具有负纵向或横向肋作为凸起。负肋或后肋可以平行于隔板的顶部边缘，或者可以与其成一定角度放置。例如，交叉肋可以相对于顶边大约90°、80°、75°、60°、50°、45°、35°、25°、15°或5°。交叉肋可以相对于顶边大约90-60°、60-30°、60-45°、45-30°或30-0°定向。典型地，交叉肋位于面对负电极的膜的面上。在本发明的一些实施方式中，带肋膜可具有至少约0.005mm、0.01mm、0.025mm、0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm高度的横向交叉肋。在本发明的一些实施方式中，带肋膜可以具有不大于约1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.20mm、0.15mm、0.10mm或0.05mm高度的横向交叉肋。
在本发明的一些实施方式中，带肋膜可以具有至少约0.005mm、0.01mm、0.025mm、0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm宽度的横向交叉肋。在本发明的一些实施方式中，带肋膜可具有不大于约1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.20mm、0.15mm、0.10mm或0.05mm宽度的横向交叉肋。
在某些选择的实施方式中，多孔膜可具有约0.10-0.15mm的横向交叉肋高度和约0.1-0.15mm的纵向肋高度。在一些实施方式中，多孔膜可具有约0.10-0.125mm的横向交叉肋高度和约0.1-0.125mm的纵向肋高度。
所述微孔膜可以具有至少0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm的背网厚度。肋式隔板可具有不大于约1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm的背网厚度。在一些实施方式中，微孔膜可具有介于约0.1-1.0mm、0.1-0.8mm、0.1-0.5mm、0.1-0.5mm、0.1-0.4mm、0.1-0.3mm之间的背网厚度。在一些实施方式中，微孔膜可以具有约0.2mm的背网厚度。
本发明的隔板可以以片材形式或以包装、套筒、口袋或包封的形式提供。在一些实施方式中，在至少一侧覆盖有至少一个纤维层的微孔膜被设置为口袋或包封。当存在纤维层时，优选微孔膜比纤维层具有更大的表面积。因此，当组合微孔膜和纤维层时，纤维层不会完全覆盖微孔层。优选的是，膜层的至少两个相对的边缘区域保持未被覆盖以提供用于热密封的边缘，这有助于形成口袋或包封。隔板可以被处理以形成混合包封。可以通过在将隔板片材对折并将隔板片材的边缘粘合在一起以形成包封之前、期间或之后形成一个或多个狭缝或开口来形成混合包封。使用焊接或机械密封将侧面粘合在一起，以形成使隔板片材的一侧与隔板片材的另一侧接触的接缝。例如，可以使用热处理或超声波处理来完成焊接。该过程产生具有底部折叠边缘和两个侧向边缘的包封形状。
本文以包封形式公开的隔板可具有沿包封的折叠或密封折痕的一个或多个狭缝或开口。所述开口的长度可以是整个边缘长度的至少1/50th、1/25th、1/20th、1/15th、1/10th、1/8th、1/5th、1/4th或1/3rd。开口的长度可以是整个边缘长度的1/50th至1/3rd、1/25th至1/3rd、1/20th至1/3rd、1/20th至1/4th、1/15th至1/4th、1/15th至1/5th或1/10th至1/5th。混合包封可以具有1-5、1-4、2-4、2-3或2个开口，这些开口可以或可以不沿着底部边缘的长度均等地设置。最好在包封的角部没有开口。在隔板已经被折叠并且密封以形成包封之后，可以切割狭缝，或者可以在将多孔膜成形为包封之前形成狭缝。
如本文所公开的示例性隔板可优选地通过具有或提供随时间改善的电导来表征。电导可以被确定为冷启动amps(CCA)，例如在Midtronics测试仪中测量。例如，配备有本发明隔板的铅酸电池，在30天的时间内通过Midtronics测试仪测量，可以表现出小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、小于1％或小于0.5％的CCA减少。相反，在类似条件下观察到的常规电池的CCA降低通常要大得多。
与用传统隔板制造的电池相比，本文提供的隔板允许生产的电池中具有减少的水损失和浮动电流。在一些实施方式中，水损失可以降低超过10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。在一些实施方式中，浮动电流可以减少多于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。使用所公开的隔板制备的电池表现出随时间降低的内电阻增加，并且在一些情况下显示内电阻不增加。
除了降低水分损失并延长电池寿命之外，可能优选的隔板也可以带来其他好处。对于装配，所述隔板具有负交叉肋设计以最大化弯曲刚度并确保最高的制造生产率。为了防止高速装配和后期使用中的短路，所述隔板与标准PE隔板相比，具有出色的抗刺穿性和抗氧化性。
根据至少选择的实施方式，本公开或本发明涉及改进的电池隔板、低ER或高电导率隔板、改进的铅酸电池(例如富液式铅酸电池)、高电导率电池、和/或改进的包括这种电池的车辆、和/或制造或使用这种隔板或电池的方法、和/或其组合。根据至少某些实施方式，本公开或本发明涉及包含改进的隔板并表现出增加的电导的改进的铅酸电池。
可以相信，本文所述的改进的隔板，如本文所述的断肋隔板，可以进一步有助于防止形成硫酸化晶体，并且还可以有助于提供更均匀的热分布和/或热混合和/热耗散或热消散(与已知的隔板相比，在较少的时间内散发热量，例如用于富液式铅酸电池的实心肋式隔板)。也可相信，本文所述的示例性断肋隔板还可以提供铅酸电池、胶体电池和/或增强型富液式电池的改进或更快或更有效的填充。
在本公开的多种实施方式中，所公开的隔板提供减少的酸分层，或者甚至完全消除酸分层，使得富液式铅酸电池内的酸或电解质的混合水平或体积均匀性为1.0或接近1.0。在多种实施方式中，本文公开的隔板也是低电阻(ER)隔板。在这样的实施方式中，隔板可以包含改进，例如增加隔板的孔隙率、孔尺寸、内孔表面积、润湿性和/或表面积的改进的填料。在一些实施方式中，与先前已知的填料相比，改进的填料具有高结构形态和/或减小的粒度和/或不同量的硅烷醇基团和/或比先前已知的填料更加羟基化。改进的填料可吸收更多的油和/或可允许在隔板形成期间并入更大量的加工油，而在挤出后除去油时不会同时发生收缩或压缩。举例来说，使用固有油吸收值为约175-350ml/100g的二氧化硅形成改进的隔板，在一些实施方式中为200-350ml/100g，在一些实施方式中为250-350ml/100g，在另一些实施方式中为260-320ml/100g，尽管其它油吸收值也是可以的。
所述填料可以进一步减少所谓的电解质离子的水合球，增强它们穿过膜的传送，由此再次降低电池(例如增强型富液式电池或系统)的整体电阻或ER。
所述一种或多种填料可以包含促进电解质和离子流过隔板的各种物质(例如极性物质，如金属)。这样的隔板用于充电电池，例如增强型富液式电池，也会导致整体电阻降低。
本发明的低ER微孔隔板还可以包括新型的和改进的孔形态和/或新型的和改进的原纤维形态，使得当这种隔板用于富液式铅酸电池时，隔板有助于显著降低富液式铅酸电池中的电阻抗。这种改进的孔形态和/或原纤维形态可以产生其孔和/或原纤维近似于烤肉串(shish-kebab或shish kabob)型形态的隔板。描述新型和改善的孔形状和结构的另一种方式是纹理原纤维形态，其中二氧化硅节点或二氧化硅的节点存在于电池隔板内的聚合物原纤维(原纤维，有时称为shish)上的烤肉串型结构上。另外，在某些实施方式中，根据本发明的隔板的二氧化硅结构和孔结构可以被描述为骨架结构或脊椎结构或脊柱结构，其中沿着聚合物原纤维的聚合物的串上的二氧化硅结点，看起来像椎骨或圆盘(“kebabs”)，并且有时基本上垂直于伸长的中心脊柱或原纤维(伸展链聚合物晶体)，其近似于脊柱状(“shish”)。
在一些情况下，包含具有改善的孔形态和/或原纤维形态的改进的隔板的改进的电池在一些情况下可以表现出20％，在一些情况下25％，在一些情况下30％，并且在一些情况下，甚至超过30％的电阻抗(“ER”)下降(其可以降低电池内阻)，同时这样的隔板保持并维持铅酸电池隔板的其他关键的理想机械性能的平衡。此外，在某些实施方式中，本文所述的隔板具有新的和/或改善的孔形状，从而与已知的隔膜相比，更多的电解质流过或填充孔和/或空隙。所述隔板中的超高分子量聚乙烯可以包括含有多个延伸的链状晶体(shish构造)和多个折叠的链状晶体(烤肉串构造)的烤肉串(shish-kebab)构造的聚合物，其中所述烤肉串构成平均重复或周期为1nm至150nm，优选10nm至120nm，并且更优选20nm至100nm(至少在隔板具有肋的一侧的一部分上)。在本隔板的这些低ER实施方式中的某些实施方式中，本文所述的用于铅酸电池的隔板包括选自二氧化硅、沉积二氧化硅、气相二氧化硅和沉积无定形二氧化硅的填料；其中通过29Si-NMR测量，所述填料内的OH与Si基团的分子比率在21∶100至35∶100的范围内，在一些实施方式中，在23∶100至31∶100的范围内，在一些实施方式中，25∶100至29∶100，并且在某些优选的实施方式中，为27∶100或更高。
在某些选择实施方式中，所公开的隔板表现出降低的电阻，例如，电阻不大于约200mΩ.cm2、180mΩ.cm2、160mΩ.cm2、140mΩ.cm2、120mΩ.cm2、100mΩ.cm2、80mΩ.cm2、60mΩ.cm2、50mΩ.cm2、40mΩ.cm2、30mΩ.cm2或20mΩ.cm2。在多种实施方式中，与相同厚度的已知隔板相比，本文所述的隔板表现出约20％或更多的ER减少。例如，已知的隔板可具有60mΩ.cm2的ER值；因此，相同厚度的根据本发明的隔板将具有小于约48mΩ.cm2的ER值。本文所述的具有低ER的隔板可具有由Daramic，LLC拥有且于2016年4月8日提交的美国临时专利申请No.62/319,959中提出的任何或所有特征，该临时申请通过引用整体并入本文中。
根据至少选择的实施方式，本公开涉及改进的铅酸电池，诸如富液式铅酸电池、包括铅酸电池的改进系统、和/或电池隔板、改进的电池隔板、改进的包括这种系统的车辆、制造或使用方法或其组合。根据至少某些实施方式，本公开涉及改进的富液式铅酸电池、用于这种电池的改进的电池隔板、和/或制造、测试或使用这种改进的富液式铅酸电池的方法、或其组合。另外，本文公开的是用于富液式铅酸电池中的减少酸分层、提升电池寿命和性能的方法、系统、电池和/或电池隔板。
在本公开的多种实施方式中，所公开的隔板提供减少的酸分层，或者甚至完全消除酸分层，使得富液式铅酸电池内的酸或电解质的混合水平或体积均匀性为1.0或接近1.0。在多种实施方式中，本文公开的隔板也是低电阻(ER)隔板。在这样的实施方式中，隔板可以包含改进，例如增加隔板的孔隙率、孔尺寸、内孔表面积、润湿性和/或表面积的改进的填料。在一些实施方式中，与先前已知的填料相比，改进的填料具有高结构形态和/或减小的粒度和/或不同量的硅烷醇基团和/或比先前已知的填料更加羟基化。改进的填料可吸收更多的油和/或可允许在隔板形成期间并入更大量的加工油，而在挤出后除去油时不会同时发生收缩或压缩。例如，尽管其它油吸收值也是可能的，使用具有约175-350ml/100g的固有油吸收值的二氧化硅形成改进的隔板，在一些实施方式中，200-350ml/100g，在一些实施方式中，250-350ml/100g，在另一些实施方式中为260-320ml/100g。
所述填料可以进一步减少所谓的电解质离子的水合球，增强它们穿过膜的传送，由此再次降低电池(例如增强型富液式电池或系统)的整体电阻或ER。
所述一种或多种填料可以包含促进电解质和离子流过隔板的各种物质(例如极性物质，如金属)。这样的隔板用于充电电池，例如增强型富液式电池，也会导致整体电阻降低。
本发明的低ER微孔隔板还可以包括新型的和改进的孔形态和/或新型的和改进的原纤维形态，使得当这种隔板用于富液式铅酸电池时，隔板有助于显著降低富液式铅酸电池中的电阻。这种改进的孔形态和/或原纤维形态可以产生其孔和/或原纤维近似于烤肉串(shish-kebab或shish kabob)型形态的隔板。描述新型和改善的孔形状和结构的另一种方式是纹理原纤维形态，其中二氧化硅节点或二氧化硅的节点存在于电池隔板内的聚合物原纤维(原纤维，有时称为shish)上的烤肉串型结构上。另外，在某些实施方式中，根据本发明的隔板的二氧化硅结构和孔结构可以被描述为骨架结构或脊椎结构或脊柱结构，其中沿着聚合物原纤维的聚合物的串上的二氧化硅结点，看起来像椎骨或圆盘(“kebabs”)，并且有时基本上垂直于伸长的中心脊柱或原纤维(伸展链聚合物晶体)，其近似于脊柱状(“shish”)。
在一些情况下，包含具有改善的孔形态和/或原纤维形态的改进的隔板的改进的电池在一些情况下可以表现出20％，在一些情况下25％，在一些情况下30％，并且在一些情况下，甚至超过30％的电阻(“ER”)下降(其可以降低电池内阻)，同时这样的隔板保持并维持铅酸电池隔板的其他关键的理想机械性能的平衡。此外，在某些实施方式中，本文所述的隔板具有新的和/或改善的孔形状，从而与已知的隔膜相比，更多的电解质流过或填充孔和/或空隙。所述隔板中的超高分子量聚乙烯可以包括含有多个延伸的链状晶体(shish构造)和多个折叠的链状晶体(烤肉串构造)的烤肉串(shish-kebab)构造的聚合物，其中所述烤肉串构成平均重复或周期为1nm至150nm，优选10nm至120nm，并且更优选20nm至100nm(至少在隔板具有肋的一侧的一部分上)。在本隔板的这些低ER实施方式中的某些实施方式中，本文所述的用于铅酸电池的隔板包括选自二氧化硅、沉积二氧化硅、气相二氧化硅和沉积无定形二氧化硅的填料；其中通过29Si-NMR测量，所述填料内的OH与Si基团的分子比率在21∶100至35∶100的范围内，在一些实施方式中，在23∶100至31∶100的范围内，在一些实施方式中，为25∶100至29∶100，并且在某些优选的实施方式中，为27∶100或更高。
在某些选择实施方式中，所公开的隔板表现出降低的电阻，例如，电阻不大于约200mΩ.cm2、180mΩ.cm2、160mΩ.cm2、140mΩ.cm2、120mΩ.cm2、100mΩ.cm2、80mΩ.cm2、60mΩ.cm2、50mΩ.cm2、40mΩ.cm2、30mΩ.cm2、或20mΩ.cm2。在多种实施方式中，与相同厚度的已知隔板相比，本文所述的隔板表现出约20％或更多的ER减少。例如，已知的隔板可具有60mΩ.cm2的ER值；因此，相同厚度的根据本发明的隔板将具有小于约48mΩ.cm2的ER值。本文所述的具有低ER的隔板可具有由Daramic，LLC拥有且于2016年4月8日提交的美国临时专利申请No.62/319,959中提出的任何或所有特征，该临时申请通过引用整体并入本文中。
根据至少选择的实施方式，本公开涉及改进的铅酸电池，诸如富液式铅酸电池、包括铅酸电池的改进系统、和/或电池隔板、改进的电池隔板、改进的包括这种系统的车辆、制造或使用方法或其组合。根据至少某些实施方式，本公开涉及改进的富液式铅酸电池、用于这种电池的改进的电池隔板、和/或制造、测试或使用这种改进的富液式铅酸电池的方法、或其组合。另外，本文公开的是用于富液式铅酸电池中的减少酸分层、提升-电池寿命和性能的方法、系统、电池和/或电池隔板。
在一些实施方式中，改进的高电导率隔板可以是低ER隔板、低水分散失隔板、断肋或锯齿状肋隔板，和/或可以任选地在一侧或两侧包括涂层。这种涂层可以包括表面活性剂或其他材料。在一些实施方式中，所述涂层可以包括例如在美国专利公开号2012/0094183中描述的一种或多种材料，其通过引用结合于此。这样的涂层可以，例如降低电池系统的过充电电压，从而减少栅极腐蚀并防止干燥和/或水分损失，延长电池寿命。
本文多种实施方式中使用的隔板可以加入一种或多种添加剂。这是因为添加剂可能会增强某些车辆的停止/启动富液式铅酸电池的隔板。可以存在于聚烯烃中的一种这样的添加剂是表面活性剂，而另一种这样的添加剂可以包括一种或多种胶乳添加剂。合适的表面活性剂包括表面活性剂，例如烷基硫酸盐；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；以及磷酸单烷基酯和磷酸二烷基酯的盐。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、烷基多糖如烷基聚糖苷及其混合物、胺乙氧基化物、脱水山梨糖醇脂肪酸酯乙氧基化物、基于有机硅氧烷的表面活性剂、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。
出于说明的目的呈现了前述对结构和方法的书面描述。实施例用于公开示例性实施方式，包括最佳模式，也使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。这些实施方式并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确步骤和/或形式，并且鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。这里描述的特征可以以任何组合结合。这里描述的方法的步骤可以以物理上可能的任何顺序执行。本发明的可专利范围由所附权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果其他示例具有不具有与权利要求的字面语言不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元素，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
所附权利要求书的组合和方法在范围上不受在此描述的具体组分和方法的限制，其旨在作为权利要求的一些方面的说明。功能上等同的任何组分和方法应落入权利要求的范围内。除了本文所示和所述的组分和方法之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分和方法步骤，但是即使没有具体列举，组分和方法步骤的其他组合也意图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以在本文中明确提及或更少，但是，包括步骤、元素、组分和组分的其他组合，即使没有明确说明也应包括。
如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指示物。范围可以在本文中表达为“约”一个特定值，和/或“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施方式包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当数值被表示为近似值时，通过使用先行词“约”，将理解特定值形成另一个实施方式。应该进一步理解，每个范围的端点对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。
“可选”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且描述包括所述事件或情况发生的情况和不发生的情况。
在本说明书的整个说明书和权利要求书中，单词“包括”以及单词的变化例如“包括着”和“包括了”意味着“包括但不限于”，并且不意图排除，例如其他添加剂、组分、整数或步骤。术语“基本上由...组成”和“由......组成”可以代替“包括”和“包括”用于提供本发明的更具体的实施方式，并且也被公开。“示例性”意指“一个例子”，并不意在传达优选或理想实施方式的指示。“诸如”不用于限制性意义，而是用于解释性或示例性目的。
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该被理解，而不是试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围内，根据有效位数和普通舍入方法来解释。
除非另有定义，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具体并入。

Claims (57)

1.一种用于增强富液式铅酸电池中酸混合的电池隔板，包括：
多孔背网和从该背网的至少一侧延伸的多个断肋；以及
所述多个断肋中的至少一部分由角度取向限定，以增强酸混合，特别是在电池运动期间，所述隔板定位成平行于所述电池的启动和停止运动。
2.如权利要求1所述的电池隔板，所述角取向为相对于所述隔板的加工方向，并且所述角取向由大于零度(0°)且小于180度(180°)以及大于180度(180°)且小于360度(360°)中选取。
3.如权利要求1所述的电池隔板，还包括：
所述多个断肋内的一组或多组肋；以及
所述一组或多组肋中的具有第一角取向的第一组肋；
所述一组或多组肋中的具有第二角取向的至少第二组肋。
4.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述多个断肋以列和行的阵列设置。
5.如权利要求4所述的电池隔板，其中，所述列被可变的列间隔分开。
6.如权利要求4所述的电池隔板，其中，所述行被可变的行间隔分开。
7.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述多个断肋以列阵列设置；
所述列的阵列设置在多个列区间中；
所述多个列区间中的至少一个与所述多个列区间中的至少另一个相比具有不同的多个断肋的设置。
8.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述多个断肋以行阵列设置；
所述行阵列被设置在多个行区间中；以及
所述多个行区间中的至少一个与所述多个行区间中的至少另一个相比具有不同的多个断肋的设置。
9.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板选自聚烯烃、橡胶、聚氯乙烯、酚醛树脂、纤维素或其组合。
10.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板包括选自填料、表面活性剂或其组合的一种。
11.如权利要求1所述的电池隔板，还包括：吸收性玻璃垫。
12.一种隔板，包括：
设置在所述隔板上的一个或多个肋；
其中，所述隔板设置在电池内，并浸没在设置在所述电池内的酸性电解质内；
所述一个或多个肋在所述电池的速度变化期间促进所述酸性电解质的混合。
13.一种铅酸电池，其包括权利要求1-12中任一项所述的隔板。
14.如权利要求13所述的铅酸电池，其包括一个或多个隔板或分隔件，其中，所述一个或多个隔板或分隔件各自包括从材料的网或框架延伸的多个离散的肋；
所述多个离散的肋各自由相对于所述一个或多个隔板或分隔件的加工方向的角取向限定；
所述多个离散的肋内的一组或多组肋；以及
所述一组或多组肋的第一组具有相同的肋的角取向。
15.如权利要求13-14中任一项所述的铅酸电池，其中，所述铅酸电池是富液式铅酸电池，部分充电状态操作电池，或者用于选自以下的应用中：怠速停止/启动应用、动力应用和深循环应用或其组合。
16.如权利要求13所述的铅酸电池，其中，所述铅酸电池用于部分充电状态下的电池中。
17.如权利要求13所述的铅酸电池，其中，所述铅酸电池经历运动和停止运动。
18.如权利要求17所述的铅酸电池，其中，所述一个或多个隔板中的每一个大致平行于所述运动和停止的方向设置。
19.如权利要求13所述的铅酸电池，还包括：
具有交替顺序的正电极和负电极的电池；其中，
所述隔板围绕所述负电极设置。
20.如权利要求19所述的铅酸电池，其中，所述多个断肋与所述正电极相邻。
21.一种减少电池中酸分层的方法，其包括：
提供电池，其中，所述电池容纳一个或多个正电极和一个或多个负电极；
提供一个或多个隔板，其中，所述隔板设置在所述一个或多个正电极中的每一个与所述一个或多个负电极的每一个之间，并且所述一个或多个隔板中的每一个设置有多个由角取向限定的肋；
提供电解质；以及
向所述电池提供运动。
22.如权利要求21所述的减少电池中酸分层的方法，所述方法还包括：
将所述多个交替的正极和负极平行于所述运动的方向布置。
23.如权利要求21所述的减少电池中酸分层的方法，所述方法还包括：
所述一个或多隔板中的每一个围绕所述负电极。
24.如权利要求23所述的减少电池中酸分层的方法，其中，所述多个肋与所述正极相邻。
25.如权利要求21所述的减少电池中酸分层的方法，所述方法还包括：
提供能够进行运动和停止运动的车辆；和
将所述电池放置在所述车辆中，使得所述多个隔板平行于所述运动和停止运动。
26.如权利要求21所述的减少电池中酸分层的方法，其中，所述壳体和盖在所述电池的顶部限定一个内部空间；以及
在所述内部空间中提供一个或多个挡板，以将所述电解质的至少一部分重新导向，在所述运动过程中可以被诱导成运动到所述电池。
27.一种铅酸电池，包括：
壳体和盖；
多个正电极和负电极，将带分别安装到所述正电极和负电极；
酸性电解质；其中，
所述壳体和所述盖联接在一起，以形成设置在其中的内部容积；
所述多个正电极和负电极以及所述酸性电解质容纳在所述内部容积的至少下部内；以及
设置在所述内部容积上部内的一个或多个挡板。
28.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板设置在所述盖的至少一部分上。
29.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板设置在所述壳体的至少一部分上。
30.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板从所述带延伸。
31.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板由与所述壳体和所述盖不同、且独立于所述壳体的物品形成。
32.如权利要求31所述的铅酸电池，其中，所述挡板安装到所述带上。
33.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板包括弯曲表面。
34.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板包括大致平坦的表面。
35.如权利要求27所述的铅酸电池，其中，所述挡板包括大致垂直于所述电极的纵向长度的表面。
36.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板与常规实心肋型材隔板相比，促进酸混合或改善酸混合。
37.一种富液式铅酸电池，改进包括如权利要求36所述的隔板。
38.一种启动/停止车辆，改进包括如权利要求37所述的电池。
39.如权利要求38所述的车辆，其中，所述电池具有极板，并且所述极板基本平行于车辆运动的方向定位。
40.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋(positive face rib)型材，使得在60秒内其提供增加酸混合至少15％和至少0.37的体积均匀性中的至少一者。
41.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其提供增加酸混合20％和至少0.38的体积均匀性中的至少一者。
42.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其提供增加酸混合25％和至少0.40的体积均匀性中的至少一者。
43.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其提供增加酸混合30％和至少0.42的体积均匀性中的至少一者。
44.如权利要求40-43中任一项所述的酸混合带肋隔板，其中，所述隔板是负极板包封。
45.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得与标准实心肋隔板相比，在60秒内其具有酸混合增加至少5％和体积均匀性增加至少0.01中的至少一者。
46.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其具有酸混合增加10％和体积均匀性增加至少0.02中的至少一者。
47.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其具有酸混合增加15％和体积均匀性增加至少0.03中的至少一者。
48.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其具有酸混合增加20％和体积均匀性增加至少0.035中的至少一者。
49.一种酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在60秒内其具有酸混合增加25％和体积均匀性增加至少0.04的中的至少一者。
50.如权利要求45-49中任一项所述的酸混合带肋隔板，其中，所述隔板是负极板包封。
51.一种用于负极板包封的酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在混合的60秒中其具有酸混合增加至少25％和至少0.40的体积均匀性中的至少一者。
52.一种用于富液式铅酸电池的负极板包封的酸混合带肋隔板，其具有增强酸混合的正面肋型材，使得在混合的60秒中其具有酸混合增加至少28％的和至少为0.41的体积均匀性中的至少一者。
53.一种电池，改进包括权利要求40-52中至少一项所述的隔板。
54.一种车辆，改进包括权利要求53所述的电池。
55.如权利要求54所述的车辆，其中，所述电池定位成所述板与所述车辆的长度平行。
56.改进的铅酸电池，例如富液式铅酸电池，包括铅酸电池的改进系统，和/或电池隔板，改进的电池隔板，包括这种系统的改进车辆，制造或使用方法，或其组合；改进的富液式铅酸电池，用于这种电池的改进的电池隔板，和/或制造、测试或使用这种改进的富液式铅酸电池，或其组合；方法、系统、电池和/或电池隔板，用于减少酸分层，增加富液式铅酸电池的电池寿命和性能；及其组合，如本文所示或所述。
57.与常规分离器相比，提供增强的电解质混合和/或酸循环的隔板；通过在电池顶部和底部的电解质密度测量，提供较少酸分层的隔板；在电池经历30、60、90或更多的开始/停止事件或循环之后，密度差可以小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2.5％或1％；在电池保持静止24、48、72或更多小时之后，密度差可以小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2.5％或1％；或其组合，如本文所示或所述。
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