DE202017007423U1 - Verbesserte Separatoren für Enhanced-Flooded-Batterien und Batterien - Google Patents

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Abstract

Rippen aufweisender polyolefinischer Batterie-Separator, insbesondere mit einem Rückseitengewebe, wobei der Separator und insbesondere das Rückseitengewebe mit Rippen auf mindestens einer Seite davon versehen ist und einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als etwa 160 mΩ•cm2, vorzugsweise nicht mehr als etwa 140 mΩ•cm2, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 120 mΩ•cm2, aufweist.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber und den Nutzen der Vorläufigen U.S.-Patent-Anm. Nr. 62/319 959 , eingereicht am 8, April 2016.
  • Gebiet
  • In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf neuartige oder verbesserte Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Batterien, Zellen und/oder Herstellungsverfahren und/oder die Verwendung von solchen Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Zellen, Batterien, Systemen, Verfahren und/oder Fahrzeuge, die selbige verwenden. In Übereinstimmung mit wenigstens bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf neuartige oder verbesserte Batterie-Separatoren, Flooded-Blei-Säure-Batterie-Separatoren oder Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie-Separatoren für Start-Beleuchtungs-Zündungs („SLI“)-Batterien, Flooded-Batterien für Deep-cycle-anwendungen und Enhanced-Flooded-Batterien („EFB“) und/oder verbesserte Verfahren zur Herstellung und/oder die Verwendung von solchen verbesserten Separatoren, Zellen, Batterien, Systemen, Fahrzeugen oder jedweder Kombination hiervon ab. In Übereinstimmung mit wenigstens bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf einen verbesserten Separator für Enhanced-Flooded-Batterien und/oder verbesserte Verfahren zur Fertigung und/oder Verwendung von solchen Batterien mit solchen verbesserten Separatoren. In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf Separatoren, insbesondere Separatoren für Enhanced-Flooded-Batterien mit einem verringerten elektrischen Widerstand und/oder erhöhten Kaltstartstrom. Darüber hinaus werden hierin Verfahren, Systeme und Batterie-Separatoren zur Steigerung der Batterielebensdauer, Reduzierung von Wasserverlust, Reduzierung des Innenwiderstands, Erhöhung der Benetzbarkeit, Reduzierung der Säureschichtung, Verbesserung der Säurediffusion, Verbesserung des Kaltstartstroms, Verbesserung der Gleichförmigkeit oder jedwede Kombination davon in wenigstens Enhanced-Flooded-Batterien mit erhöhter Leistung offenbart. In Übereinstimmung mit wenigstens speziellen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf einen verbesserten Separator für Enhanced-Flooded-Batterien, wobei der Separator Folgendes einschließt: leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, erhöhte Porosität, vergrößertes Hohlvolumen, amorphes Silica, Silica mit höherer Ölabsorption, Silica mit mehr Silanolgruppen, Silica mit einem OH-zu-Si-Verhältnis von 21:100 bis 35:100, verringerten elektrischen Widerstand, eine Schaschlik-Kebab-Struktur oder -Morphologie, eine mikroporöse Polyolefinmembran, die partikelartigen Füllstoff in einer Menge von 40 % oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Membran, enthält, und Polymer, wie Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, mit Schaschlik-Kebak-Formationen mit einem Kristall mit gestreckter Kette (Schaschlik-Formation) und Kristall mit gefalteter Kette (Kebab-Formation) und der durchschnittlichen Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 1 nm bis 150 nm, eine verringerte Schichtdicke, eine verringerte Gewundenheit und/oder dergleichen.
  • Hintergrund
  • Enhanced-Flooded-Batterien („EFB“) und Batterien mit absorbierender Glasmatte („AGM“) sind entwickelt worden, um die Nachfrage nach elektrischen Stromquellen in Leerlauf-und-Stopp-Anwendungen zu befriedigen. EFB-Systeme haben eine ähnliche Architektur wie herkömmliche Flooded-Blei-Säure-Batterien, in denen positive und/oder negative Elektroden von einem mikroporösen Separator umgeben sind und in einen flüssigen Elektrolyt eingetaucht sind. AGM-Systeme andererseits enthalten keinen freien Flüssigelektrolyt. Stattdessen wird der Elektrolyt in eine Glasfasermatte absorbiert, die dann auf die Oberseite der Elektroden geschichtet wird. Historisch gesehen sind AGM-Systeme mit einer höheren Entladeleistung, einer besseren Zykluslebensdauer und größeren Kaltstartströmen als Flooded-Batteriesysteme verbunden. Allerdings sind AGM-Batterien in der Fertigung teurer und sind gegenüber einem Überladen empfindlicher. Als solche bleiben EFB-Systeme eine attraktive Option für mobile und/oder stationäre Stromquellen für einige Märkte und Anwendungen. Solche Stromquellen und Energiespeicheranwendungen sind so vielfältig wie: Flachplattenbatterien; Stabbatterien; Kraftfahrzeug-SLI und Hybrid-Elektro-Kraftfahrzeug-ISS-Anwendungen; Deep-cycle-anwendungen; Golfwagen- oder - Cart- und e-Rickscha-Batterien; Batterien, die im Teilentladebetrieb betrieben werden („PSOC“); Wechselrichter-Batterien; und Akkus für erneuerbare Energiequellen.
  • EFB-Systeme können einen oder mehrere Batterie-Separatoren einschließen, die die positive Elektrode von der negativen Elektrode innerhalb einer Blei-Säure-Batteriezelle trennen. Ein Batterie-Separator kann zwei Hauptfunktionen haben. Erstens, ein Batterie-Separator sollte die positive Elektrodes physisch von der negativen Elektrode getrennt halten, um zu verhindern, dass irgendein Elektronenstrom zwischen den zwei Elektroden fließt. Zweitens, ein Batterie-Separator sollte die ionische Diffusion zwischen den positiven und negativen Elektroden bei dem geringstmöglichen Widerstand zulassen, um einen Strom zu erzeugen. Ein Batterie-Separator kann aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden, doch sind diese zwei entgegengesetzten Funktionen durch einen Batterie-Separator, der aus einem porösen Nichtleiter besteht, gut erfüllt worden. Mit dieser Struktur tragen Poren zur Ionendiffusion zwischen Elektroden bei, und ein nichtleitendes polymeres Netzwerk verhindert einen elektronischen Kurzschluss.
  • Eine EFB-Batterie mit einer erhöhten Entladungsrate und Kaltstartströmen oder - strom („CCA“) wäre in der Lage, AGM Batterien zu verdrängen. Es ist bekannt, dass Kaltstartströme mit dem Innenwiderstand der Batterie korrelieren. Es wird daher erwartet, dass ein Verringern des Innenwiderstands einer Enhanced-Flooded-Batterie das Kaltstartstrom-Rating erhöht. Als solcher besteht ein Bedarf an einer neuartigen Batterie-Separator- und/oder Batterie-Technologie, um den Herausforderungen nachzukommen und diese zu überwinden, die sich aus den aktuellen Blei-Säure-Batterie-Systemen ergeben, besonders um den Innenwiderstand zu verringern und Kaltstartströme in Enhanced-Flooded-Batterien zu erhöhen.
  • Zusammenfassung
  • In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen kann die vorliegende Offenbarung oder Erfindung die oben genannten Themen oder Bedürfnisse angehen. In Übereinstimmung mit wenigstens gewissen Zielen kann die vorliegende Offenbarung oder Erfindung eine(n) verbesserten Separator und/oder Batterie bereitstellen, der/die die zuvor erwähnten Probleme überwindet, zum Beispiel durch Bereitstellen von Enhanced-Flooded-Batterien mit einem verringerten elektrischen Innenwiderstand und erhöhten Kaltstarkströmen.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen kann die vorliegende Offenbarung oder Erfindung die oben genannten Themen oder Bedürfnisse angehen und/oder sie kann neuartige oder verbesserte Separatoren und/oder Enhanced-Flooded-Batterien bereitstellen. In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf neuartige oder verbesserte Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Batterien, Zellen und/oder Fertigungsverfahren und/oder die Verwendung von solchen Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Zellen und/oder Batterien ab. In Übereinstimmung mit wenigstens gewissen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf neuartige oder verbesserte Batterie-Separatoren, Flooded-Blei-Säure-Batterie-Separatoren oder Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren für Automobilanwendungen, für Leerlauf-und-Stopp- („ISS“)-Batterien, für Batterien mit hohen Leistungsanforderungen, wie unterbrechungsfreie Stromversorgung („UPS“) oder ventilgesteuerte Blei-Säure („VRLA“) und/oder für Batterien mit hohen CCA-Anforderungen und/oder verbesserte Verfahren zur Herstellung und/oder die Verwendung von solchen verbesserten Separatoren, Zellen, Batterien, Systemen und/oder dergleichen ab. In Übereinstimmung mit wenigstens gewissen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf einen verbesserten Separator für Enhanced-Flooded-Batterien und/oder verbesserte Verfahren zur Verwendung von solchen Batterien mit solchen verbesserten Separatoren ab. Darüber hinaus werden hierin Verfahren, Systeme und Batterie-Separatoren für die Steigerung der Batterieleistung und -lebensdauer, Reduzierung der Säureschichtung, Verringerung des elektrischen Innenwiderstands, Erhöhung der Kaltstartströme und/oder die Verbesserung der Gleichmäßigkeit in wenigstens Enhanced-Flooded-Batterien offenbart. In Übereinstimmung mit wenigstens speziellen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf einen verbesserten Separator für Enhanced-Flooded-Batterien ab, wobei der Separator einen verringerten elektrischen Widerstand, leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, verbesserte Füllstoffe, eine erhöhte Porosität, eine verringerte Gewundenheit, reduzierte Dicke, einen reduzierten Ölgehalt, eine erhöhte Benetzbarkeit, eine erhöhte Säurediffusion und/oder dergleichen einschließt.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform wird ein mikroporöser Separator mit einer verringerten Gewundenheit bereitgestellt. Gewundenheit bezieht sich auf den Grad von Krümmungen/Windungen, die eine Pore über ihre Länge hinweg aufweist. So sieht ein mikroporöser Separator mit einer verringerten Gewundenheit einen kürzeren Weg für Ionen für die Wanderung durch den Separator vor, wodurch der elektrische Widerstand verringert wird. Mikroporöse Separatoren in Übereinstimmung mit solchen Ausführungsformen können eine verringerte Dicke, eine erhöhte Porengröße, mehr untereinander verbundene Poren und/oder mehr offene Poren aufweisen.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens bestimmten ausgewählten Ausführungsformen wird ein mikroporöser Separator mit einer erhöhten Porosität oder ein Separator mit einer unterschiedlichen Porenstruktur, dessen Porosität sich nicht wesentlich von einem bekannten Separator unterscheidet, und/oder einer verringerten Dicke bereitgestellt. Ein Ion wandert schneller durch einen mikroporösen Separator mit einer erhöhten Porosität, einem erhöhten Hohlvolumen, einer verringerten Gewundenheit und/oder einer verringerten Dicke, wodurch der elektrische Widerstand verringert wird. Eine solche verringerte Dicke kann zu einem verringerten Gesamtgewicht des Batterie-Separators führen, was wiederum das Gewicht der Enhanced-Flooded-Batterie verringert, in welcher der Separator verwendet wird, was wiederum das Gewicht des Gesamtfahrzeugs verringert, in dem die Enhanced-Flooded-Batterie verwendet wird. Eine solche verringerte Dicke kann alternativ zu einem erhöhten Hohlraum für das positive aktive Material („PAM“) oder das negative aktive Material („NAM“) in der Enhanced-Flooded-Batterie führen, in welcher der Separator verwendet wird.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens bestimmten ausgewählten Ausführungsformen wird ein mikroporöser Separator mit einer erhöhten Benetzbarkeit (in Wasser oder Säure) bereitgestellt. Der Separator mit einer erhöhten Benetzbarkeit ist für die ionische Elektrolytspezies zugänglicher, was ihre Passage über den Separator erleichtert und den elektrischen Widerstand verringert.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform wird ein mikroporöser Separator mit einem verringerten Ölendgehalt bereitgestellt. Ein solcher mikroporöser Separator erleichtert auch einen herabgesetzten ER (elektrischen Widerstand) in einer Enhanced-Floode-Batterie oder -System.
  • Der Separator kann verbesserte Füllstoffe enthalten, die eine erhöhte Brüchigkeit aufweisen und die die Porosität, Porengröße, den inneren spezifischen Porenoberfläche, die Benetzbarkeit und/oder die spezifische Oberfläche des Separators erhöhen. In einigen Ausführungsformen besitzen die verbesserten Füllstoffe eine hohe strukturelle Morphologie und/oder eine reduzierte Teilchengröße und/oder eine unterschiedliche 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 können den Einschluss einer größeren Menge an Prozessöl während der Separatorbildung erlauben, ohne eine gleichzeitige Schrumpfung oder Kompression, wenn das Öl nach der Extrusion entfernt wird. Die Füllstoffe können das, was Hydrationssphäre der Elektrolytionen genannt wird, weiter reduzieren, wodurch ihr Transport über die Membran gesteigert wird, womit erneut der elektrische Gesamtwiderstand oder ER der Batterie, wie einer(m) Enhanced-Flooded-Batterie oder -System verringert wird.
  • Der Füllstoff oder die Füllstoffe können verschiedene Spezies (wie polare Spezies, wie Metalle) enthalten, die die Ionendiffusion erhöhen und den Strom von Elektrolyt und Ionen über den Separator zu erleichtern. Dies führt ebenfalls zu einem verringerten elektrischen Gesamtwiderstand, da ein solcher Separator in einer Flooded-Batterie, wie einer Enhanced-Flooded-Batterie, verwendet wird.
  • Der mikroporöse Separator umfasst ferner eine neuartige und verbesserte Porenmorphologie und/oder eine neuartige verbesserte Fibrillenmorphologie, so dass der Separator zu einer erheblichen Verringerung des elektrischen Widerstands in einer Flooded-Blei-Säure-Batterie beiträgt, 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 Schaschlik-Kebab-(oder Schaschlik-Kabob)-Typ näherkommen. Ein anderer Weg zur Beschreibung der neuartigen und verbesserten Porengestalt und -struktur ist eine texturierte Fibrillenmorphologie, in der SilicaKnoten oder Knoten von Silica bei den Formationen vom Kebabtyp auf den Polymerfibrillen (die manchmal Schaschlikes genannten Fibrillen) innerhalb des Batterie-Separators vorliegen. Des Weiteren kann in gewissen Ausführungsformen die Silicastruktur und die Porenstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Skelettstruktur oder eine Wirbelstruktur oder eine spinale Struktur beschrieben werden, wobei Silicaknoten auf den Kebabs von Polymer entlang der Fibrillen von Polymer wie Wirbel oder Scheiben (die „Kebabs“) erscheinen und manchmal im Wesentlichen senkrecht zu einem länglichen zentralen Rückgrat oder -fibrille (Polymerkristall mit gestreckter Kette) ausgerichtet sind, das einer rückgratähnlichen Gestalt (dem „Schaschlik“) nahekommt.
  • 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 mehr als einen 30 %igen Abfall im elektrischen Widerstand („ER“) aufweisen (was den Batterie-Innenwiderstand reduzieren kann), während ein solcher Separator ein Gleichgewicht von anderen erwünschten mechanischen Schlüsseleigenschaften von Blei-Säure-Batterie-Separatoren beibehält und erhält. Ferner weisen in gewissen Ausführungsformen die hierin beschriebenen Separatoren eine neuartige und/oder verbesserte Porengestalt auf, so dass mehr Elektrolyt durch die Poren und/oder Hohlräume fließt oder diese ausfüllt im Vergleich zu bekannten Separatoren.
  • Darüber hinaus stellt die vorliegende Offenbarung verbesserte Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterien bereit, die einen oder mehrere verbesserte Batterie-Separatoren für eine Enhanced-Flooded-Batterie umfassen, wobei der Separator für die Batterie die erwünschten Merkmale einer verringerten Säureschichtung, eines verminderten Spannungsabfalls (oder einer Zunahme in der Spannungsabfallbeständigkeit) und erhöhten CCA umfasst, in einigen Fällen mehr als 8% oder mehr als 9%, oder in einigen Ausführungsformen mehr als 10% oder mehr als 15% erhöhten CCA. Ein solcher verbesserter Separator kann zu einer Enhanced-Flooded-Batterie führen, deren Leistung der Leistung einer AGM-Batterie entspricht oder diese sogar übertrifft. Ein solcher Separator mit einem niedrigen elektrischen Widerstand kann auch so behandelt werden, um zu einer Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie mit einem reduzierten Wasserverlust zu führen.
  • Der Separator kann ein oder mehrere leistungssteigernde Additive, wie eine grenzflächenaktive Substanz, zusammen mit anderen Additiven oder Mitteln, Restöl und Füllstoffe enthalten. Solche leistungssteigernden Additive können die Separator-Oxidation reduzieren und/oder sogar den Transport von Ionen über die Membran weiter erleichtern, was zu dem verringerten elektrischen Gesamtwiderstand für die hierin beschriebene Enhanced-Flooded-Batterie beiträgt.
  • Der hierin beschriebene Separator für eine Blei-Säure-Batterie kann eine mikroporöse Polyolefinmembran umfassen, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Folgendes umfasst: Polymer, wie Polyethylen, wie Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, partikelartigen Füllstoff und Verarbeitungsweichmacher (optional mit einem oder mehreren zusätzlichen Additiven oder Mitteln). Die mikroporöse Polyolefinmembran kann den partikelartigen Füllstoff in einer Menge von 40% oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Membran, umfassen. Und das Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht kann Polymer in einer Schaschlik-Kebab-Formation umfassen, welche eine Vielzahl von Kristallen mit gestreckter Kette (die Schaschlik-Formationen) und eine Vielzahl von Kristallen mit gefalteter Kette (die Kebab-Formationen) umfassen, wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen von 1 nm bis 150 nm, bevorzugterweise von 10 nm bis 120 nm und stärker bevorzugt von 20 nm bis 100 nm (wenigstens auf Bereichen der Rippenseite des Separators) beträgt.
  • Die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen wird gemäß der nachstehenden Definition berechnet:
    • • Die Oberfläche der mikroporösen Polyolefinmembran wird mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops („SEM“) begutachtet, nachdem sie einer Metalldampfabscheidung unterzogen wurde, und dann wird eine Aufnahme von der Oberfläche gemacht zum Beispiel in 30 000- oder 50 000-facher Vergrößerung bei einer Beschleunigungsspannung von 1,0 kV.
    • • In dem gleichen sichtbaren Bereich der SEM-Aufnahme sind wenigstens drei Regionen, in denen Schaschlik-Kebab-Formationen durchgehend in der Länge von wenigstens 0,5 µm oder länger erweitert sind, angegeben. Dann wird die Kebab-Periodizität von jeder angegebenen Region berechnet.
    • • Die Kebab-Periodizität wird spezifiziert durch Fourier-Transformation des Konzentrationsprofils (Kontrastprofil), erhalten durch Projektion in der vertikalen Richtung zu der Schaschlik-Formation der Schaschlik-Kebab-Formation in jeder angegebenen Region, zur Berechnung des Durchschnitts der Wiederholungsperioden.
    • • Die Aufnahmen werden mit Hilfe von allgemeinen Analyse-Tools analysiert, zum Beispiel MATLAB (R2013a).
    • • Unter den Spektrumsprofilen, die nach der Fourier-Transformation erhalten werden, gilt das Spektrum, das im Kurzwellenlängenbereich detektiert wird, als Rauschen. Ein solches Rauschen wird hauptsächlich durch Deformation des Kontrastprofils verursacht. Die Kontrastprofile, die für Separatoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, scheinen quadratartige Wellen zu generieren (im Unterschied zu sinusförmigen Wellen). Ferner wird, wenn das Kontrastprofil eine quadratische Welle ist, das Profil nach der Fourier-Transformation zu einer Sinusfunktion und generiert daher mehrere Peaks im Kurzwellenbereich neben dem Hauptpeak, der die tatsächliche Kebab-Periodizität angibt. Solche Peaks im Kurzwellenbereich kann als Rauschen detektiert werden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der hierin beschriebene Separator für eine Blei-Säure-Batterie einen Füllstoff, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silica, präzipitiertem Silica, Kieselpuder (fumed Silica) und präzipitiertem amorphem Silica; wobei das Molverhältnis von OH- zu Si-Gruppen innerhalb des Füllstoffes, gemessen mittels 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 gewissen bevorzugten Ausführungsformen von 27:100 oder höher liegt.
  • Silanolgruppen verändern eine Silicastruktur von einer kristallinen Struktur zu einer amorphen Struktur, da das relativ steife kovalente Bindungsnetzwerk von Si-O teilweise verschwunden ist. Die amorphartigen Silicas wie Si(-O-Si)2(-OH)2 und Si(-O-Si)3(-OH) weisen reichlich Verzerrungen auf, die als verschiedene Ölabsorptionspunkte fungieren können. Deshalb wird die Ölabsorbierbarkeit hoch, wenn die Menge an Silanolgruppen (Si-OH) für das Silica erhöht wird. Des Weiteren kann der hierin beschriebene Separator eine erhöhte Hydrophilie zeigen und/oder ein höheres Hohlvolumen aufweisen und/oder kann gewisse von grossen Hohlräumen umgebene Aggregate aufweisen, wenn er ein Silica umfasst, das eine höhere Menge an Silanolgruppen und/oder Hydroxylgruppen umfasst als ein Silica, das mit einem bekannten Blei-Säure-Batterie-Separator verwendet wird.
  • Figurenliste
    • Die 1 beinhaltet eine Darstellung der Porengrößenverteilung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einen Separator mit niedrigerem ER, im Vergleich mit einem herkömmlichen Separator.
    • Die 2 beinhaltet eine Darstellung der Oxidationsstabilität einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (manchmal als das „EFS“-Produkt, ein Enhanced-Flooded-Separator™, bezeichnet) im Vergleich mit einem herkömmlichen Separator. In dem Batterie-Überladungstest ist nach 1000 Stunden der Separator gemäß der vorliegenden Erfindung weniger spröde als der Kontroll-Separator und zeigt damit eine höhere Dehnung.
    • Die 3 beinhaltet eine Darstellung der Daten des elektrischen Widerstands von Separatoren, die mit verschiedenen Silica-Füllstoffen hergestellt wurden. Die Silica-Füllstoffe unterscheiden sich in ihrer intrinsischen Ölabsorption. In gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der verbesserte Separator unter Verwendung eines Silica mit einem intrinsischen Ölabsorptionswert von etwa 175 - 350 ml/100 g, in einigen Ausführungsformen 200 - 350 ml/100 g, in einigen Ausführungsformen 250 - 350 ml/100 g und in einigen weiteren Ausführungsformen 260 - 320 ml/100 g gebildet, gleichwohl sind andere Ölabsorptionswerte ebenso möglich.
    • Die 4 beinhaltet eine Darstellung der Daten des elektrischen Widerstands von Separatoren, die mit verschiedenen Prozessölen hergestellt wurden. Die Öle unterscheiden sich in ihrem Anilin-Punkt.
    • Die 5 beinhaltet eine Darstellung der Säureschichtung (%) versus Hg-Porosität (%) für Separatoren gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • Die 6 beinhaltet eine Darstellung des ER-Aufwallens (boil) versus die Rückengewebedicke.
    • Die 7 beinhaltet eine SEM-Aufnahme einer Ausführungsform eines Separators der vorliegenden Erfindung in 50 000 x-Vergrößerung, während die 8A und 8B SEM-Aufnahmen desselben Separators in 10 000 x-Vergrößerung sind. In der SEM von der 7 wird die Morphologie vom Schaschlik-Kebab-Typ oder die Struktur vom Typ texturierter Fibrillen begutachtet, und die Poren- und Silica-Struktur hinterlässt gewisse Hohlräume oder Poren mit einer viel geringeren Polymerverflechtung (in einigen Fällen nahezu keine Polymerverflechtung) und viel weniger dicken Fibrillen oder Stränge von hydrophobem Polymer (in einigen Fällen nahezu keine oder keine dicken Fibrillen oder Stränge von hydrophobem Polymer). Elektrolyt und/oder Säure und somit Ionen passieren viel leichter durch die Porenstruktur, die in diesem Separator zu beobachten ist, der in den 7 - 8B gezeigt ist. Die Struktur des Separators sieht freien Raum vor, in dem sich Säure frei bewegt.
    • Die 9A und 9B beinhalten Darstellungen der Porengrößenverteilung von Separator-Ausführungsformen. Die 9A ist für einen Kontroll-Separator, während die
    • 9B für einen Separator mit niedrigem ER mit erwünschten mechanischen Eigenschaften gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die 9B auch als Teil von 1 gesehen werden kann.
    • Die 10 beinhaltet einen Vergleich von verschiedenen Porengrößenmessungen für einen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem herkömmlichen Separator. In der 10 ist der Blasenströmungsratenunterschied signifikant, indem er die Durchlassporen des Separators misst und die Fähigkeit von solchen Durchlassporen, funktionell Ionen über die gesamte Strecke durch den Separator zu transportieren, misst. Während die mittlere Porengröße und die Mindestporengröße sich nicht signifikant unterscheiden, ist die maximale Porengröße für den Separator gemäß der vorliegenden Erfindung größer, und die Blasenströmungsrate ist für den Separator gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich höher.
    • Die 11A und 11B zeigen Porometriedaten und eine Darstellung des Flüssigkeitsstroms durch einen Separator in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung (11A) im Vergleich mit einem Flüssigkeitsstrom durch einen Kontroll-Separator (11B).
    • Die 12A und 12B beinhalten zwei SEMs in unterschiedlichen Vergrößerungen eines Kontroll-Separators, hergestellt von Daramic, LLC. In diesen SEMs sind relativ dicke Fibrillen oder Stränge von hydrophobem Polymer zu beobachten.
    • Die 13A und 13B beinhalten zwei SEMs in zwei unterschiedlichen Vergrößerungen eines weiteren Kontroll-Separators, hergestellt von Daramic, LLC. In diesen SEMs sind Bereiche, die eine Polymerverflechtung zu sein scheinen, zu beobachten.
    • Die 14A beinhaltet eine SEM eines Separators, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wobei die Schaschlik-Kebab-Polymer-formation(en) zu beobachten sind. Die 14B porträtiert, wie ein Fourier-Transformationskontrastprofil (Spektrum am unteren Ende von 14B) hilft, die Wiederholung oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Formationen (siehe Schaschlik-Kebab-Formation im oberen Teil von 14B) in dem Separator zu bestimmen.
    • Die 15A beinhaltet eine SEM des erfindungsgemäßen Separators von Beispiel 1. Die 15B-15D beinhalten Welch-Strom-Spektraldichte-Schätzungs-Graphen (Power Spectral Density Estimate graphs), die Ergebnisse aus den FTIR-Spektraltests zeigen, die jeweils auf den drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn 1, 2 und 3) durchgeführt wurden, die in der 15A gezeigt und markiert sind, wobei die x-Achse der Graphen in den 15B - 15D die normalisierte Frequenz ist (x π rad/Probe) und wobei die y-Achse von diesen Graphen = Strom/Frequenz ist (dB/rad/Probe).
    • Die 16A - 16D sind jeweils ähnlich zu den 15A - 15D, sind jedoch repräsentativ für den erfindungsgemäßen Separator von Beispiel 2.
    • Die 17A - 17D sind jeweils ähnlich zu den 15A - 15D, sind jedoch repräsentativ für den erfindungsgemäßen Separator von Beispiel 3.
    • Die 18A - 18D sind jeweils ähnlich zu den 15A - 15D, sind jedoch repräsentativ für den erfindungsgemäßen Separator von Beispiel 4.
    • Die 19A - 19D sind jeweils ähnlich zu den 15A - 15D, sind jedoch repräsentativ für den erfindungsgemäßen Separator von Beispiel 5.
    • Die 20A - 20D sind jeweils ähnlich zu den 15A - 15D, sind jedoch repräsentativ für den Separator von Vergleichsbeispiel 1 (CE1).
    • Die 21A und 21B sind ähnlich zu den 15A bzw. 15B, sind jedoch repräsentativ für den Separator von Vergleichsbeispiel 2.
    • Die 22 ist eine SEM des Separators von Vergleichsbeispiel 3.
    • Die 23 schließt 29Si-NMR-Spektren jeweils für das Vergleichsbeispiel 4 und Beispiel 1 ein.
    • Die 24 beinhaltet eine Dekonvolution der Komponenten-Peaks von den Spektren der 23, um die Q2:Q3:Q4-Verhältnisse für die Separatorproben von CE4 bzw. Beispiel 1 zu bestimmen.
    • Die 25 veranschaulicht eine Spitze, die zum Durchstechen von Testseparatoren verwendet wird.
    • Die 26A ist eine schematische Wiedergabe einer Dehnungstest-Probe. Die 26B veranschaulicht einen Probenhalter für einen Dehnungstest.
    • Die 27 zeigt eine Kernspintomographie („NMR“)-Röhre mit in D2O untergetauchten Separatorproben.
    • Die 28 zeigt die Diffusionskoeffizienten bei -10°C bei Δ = 20 ms für eine Lösung lediglich von H2SO4, einen Referenz-Separator, einen Separator einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und einen AGM-Separator.
    • Die 29 veranschaulicht eine Porengrößenverteilung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform im Vergleich zu derjenigen eines kommerziell verfügbaren Separators.
    • Die 30 zeigt die Porendurchmesserverteilung einer erfindungsgemäßen Separatorausführungsform.
    • Die 31 ist ein Schaubild, das die Dispersion eines neuartigen Silica-Füllstoffs innerhalb eines Separators einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und eines standardmäßigen Silicas innerhalb eines kommerziell verfügbaren Separators beschreibt.
    • Die 32 stellt die Größe eines standardmäßigen Silicas mit der eines Silicas, das in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dar.
    • Die 33 zeigt die Größe eines neuen Silicas vor und nach der Beschallung.
    • Die 34 zeigt die Silicagröße vor und nach der Beschallung, und die 34 stellt die Teilchengrößenverteilung des neuartigen Silicas und von standardmäßigem Silica vor der Beschallung und nach 30 Sekunden und nach 60 Sekunden Beschallung dar.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Zusammensetzung
  • Der erfindungsgemäße Separator ist bevorzugterweise eine poröse Membran, hergestellt aus natürlichen oder synthetischen Materialien, wie Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen, phenolisches Harz, PVC, Kautschuk, synthetischer Zellstoff (SWP), Glasfasern, synthetische Fasern, Cellulosefasern oder Kombinationen davon, stärker bevorzugt eine mikroporöse Membran, hergestellt aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren. Das thermoplastische Polymer kann im Prinzip alle säurebeständigen thermoplastischen Materialien einschließen, die für die Verwendung in Blei-Säure-Batterien geeignet sind. Die bevorzugten thermoplastischen Polymere schließen Polyvinyle und Polyolefine ein. Die Polyvinyle schließen zum Beispiel Polyvinylchlorid (PVC) ein. Die Polyolefine schließen zum Beispiel Polyethylen, inklusive Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), und Polypropylen ein. Eine bevorzugte Ausführungsform kann UHMWPE und einen Füllstoff einschließen. Im Allgemeinen kann der bevorzugte Separator durch Mischen in einem Extruder von Füllstoff, thermoplastischem Polymer und Verarbeitungsweichmacher hergestellt werden. Der Verarbeitungsweichmacher kann ein Verarbeitungsöl, wie Petroleumöl, paraffin-basiertes Mineralöl, Mineralöl und jedwede Kombination davon sein.
  • Der mikroporöse Separator ist bevorzugterweise hergestellt aus einem Polyolefin, wie Polypropylen, Ethylen-Buten-Copolymer und bevorzugterweise Polyethylen, stärker bevorzugt Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, d.h. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von wenigstens 600 000, sogar mehr bevorzugt Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, d.h. Polyethylen mit einem Molekulargewicht von wenigstens 1 000 000, insbesondere mehr als 4 000 000 und am meisten bevorzugt 5 000 000 bis 8 000 000 (gemessen durch Viskosimetrie und berechnet durch eine Margolie-Gleichung), einem Standardbelastungs-Schmelzindex von praktisch 0 (gemessen wie in ASTM D 1238 spezifiziert (Bedingung E) unter Verwendung einer Standardbelastung von 2160 g) und einer Viskositätszahl von nicht weniger als 600 ml/g, bevorzugterweise 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.).
  • In Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform ist der Separator aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), gemischt mit einem Verarbeitungsöl und Füllstoff, zusammengesetzt. In Übereinstimmung mit wenigstens einer weiteren Ausführungsform ist der Separator aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), gemischt mit einem Verarbeitungsöl, Additiv und Füllstoff, zusammengesetzt.
  • In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen kann der Separator hergestellt werden, indem, gewichtsbezogen, etwa 5 - 15% Polymer, in einigen Fällen, etwa 10% Polymer, etwa 10 - 60% Füllstoff, in einigen Fällen, etwa 30% Füllstoff und etwa 30 - 80% Verarbeitungsöl, in einigen Fällen, etwa 60% Verarbeitungsöl vereinigt werden. In anderen Ausführungsformen ist der Füllstoffgehalt verringert, und der Ölgehalt ist höher, zum Beispiel mehr als etwa 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69% oder 70%, bezogen auf das Gewicht. Das Füllstoff:Polymer-Verhältnis (gewichtsbezogen) kann etwa (oder kann etwa zwischen diesen spezifischen Bereichen) wie 2:1, 2,5:1, 3:1, 3,5:1, 4,0:1, 4,5:1, 5,0:1, 5,5:1 oder 6:1 betragen. Das Füllstoff:Polymer-Verhältnis (gewichtsbezogen) kann von etwa 1,5:1 bis etwa 6:1, in einigen Fällen, 2:1 bis 6:1, von etwa 2:1 bis 5:1, von etwa 2:1 bis 4:1 und in einigen Fällen, von etwa 2:1 bis etwa 3:1 betragen.
  • Einführung von Additiven und Rückengewebedicke
  • Die Mischung kann auch kleinere Mengen von anderen Additiven oder Mitteln wie im Fachbereich der Separatoren üblich einschließen, wie grenzflächenaktive Substanzen, Benetzungsmittel, Färbemittel, antistatische Additive, Antioxidantien und/oder dergleichen und jedwede Kombination davon. Die Mischung kann zu der Gestalt einer flachen Platte oder einer Platte mit Rippen oder anderen Erhebungen auf einer oder beiden Seiten der Platte extrudiert werden. Nachdem der Separator extrudiert wurde, kann er weiter komprimiert werden unter Verwendung entweder einer Pressmaschine oder eines Kalandergestells oder -walze. Die Presse oder der Kalander können eingeprägt sein, um Rippen, Rillen, Kerbverzahnungen, zackige Rippen, Prägungen und dergleichen in dem mikroporösen Separator vorzusehen.
  • Gemäß bestimmten ausgewählten Ausführungsformen hat der Separator eine Rückengewebedicke, welche geringer als etwa 150 µm, 140 µm, 130 µm, 120 µm, 110 µm, 100 µm, 90 µm, 80 µm, 70 µm, 60 µm, 50 µm oder 40 µm ist. In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen beträgt die Rückengewebedicke von etwa 100 - 500 µm, 150 - 400 µm, 150 - 350 µm, 150 - 300 µm oder 175 - 300 µm oder 200 - 300 µm. In einigen Ausführungsformen beträgt Rückengewebedicke etwa 250 µm; in anderen beträgt die Rückengewebedicke etwa 200 µm; in noch weiteren beträgt die Rückengewebedicke etwa 400 µm. In einigen gewählten Ausführungsformen hat der Separator eine Rückengewebedicke von etwa 200 ± 35 µm, 200 - 250 µm, 50 - 150 µm, 75 - 150 µm, 75 - 125 µm, 75 - 100 µm, 100 - 125 µm oder 50 - 100 µm.
  • Rippen
  • In gewissen Ausführungsformen kann der Separator Rippen auf wenigstens einer Vorderseite aufweisen. Die Rippen können das Verarbeiten während der Falt- und Schneideschnitte erleichtern, die Säureschichtung verringern und/oder das Säuremischen unterstützen und die Säurediffusion durch das Batteriesystem hindurch erhöhen. In Übereinstimmung mit wenigstens einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung wird eine poröse Membran mit Kreuzrippen bereitgestellt. Kreuzrippen beziehen sich auf Rippen, die sich in einer anderen Richtung als die vertikalen Ränder des Separators erstrecken. In einigen Fällen sind Kreuzrippen senkrecht zu oder erstrecken sich in einer anderen Richtung als die Richtung, in der die Hauptrippen des Separators sich erstrecken. In einigen Ausführungsformen sind die Kreuzrippen auf einem Separator vorhanden, selbst wenn er nicht irgendwelche Hauptrippen einschließt. In einigen Ausführungsformen sind Hauptrippen auf einer Oberfläche des mikroporösen Membranseparators angeordnet, während Kreuzrippen (manchmal als negative Kreuzrippen bezeichnet) auf einer anderen Oberfläche des mikroporösen Membranseparators angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Hauptrippen oder größeren Rippen eine Höhe im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 1,5 mm. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Kreuzrippen eine Rippenhöhe von wenigstens 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. Der Separator kann eine Kreuz-Ripppen-Höhe zwischen 0,005 - 1,0 mm, 0,01 - 0,5 mm, 0,025 - 0,5 mm, 0,05 - 0,5 mm, 0,075 - 0,5 mm, 0,1 - 0,5 mm, 0,2 - 0,4 mm, 0,3 - 0,5 mm, 0,4 - 0,5 mm aufweisen.
  • Füllstoff
  • Der Separator kann einen Füllstoff mit einer hohen strukturellen Morphologie enthalten. Beispielhafte Füllstoffe können einschließen: trockenes fein zerteiltes Silica; präzipitiertes Silica; amorphes Silica; hoch zerbröckelbares Silica; Aluminiumoxid; Talkum; Fischmehl; Fischknochenmehl; und dergleichen und jedwede Kombination davon. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen ist der Füllstoff ein oder mehrere Silicas. Hohe strukturelle Morphologie bezieht sich auf eine erhöhte spezifische Oberfläche. Der Füllstoff kann eine hohe spezifische Oberfläche, zum Beispiel von über 100 m2/g, 110 m2/g, 120 m2/g, 130 m2/g, 140 m2/g, 150 m2/g, 160 m2/g, 170 m2/g, 180 m2/g, 190 m2/g, 200 m2/g, 210 m2/g, 220 m2/g, 230 m2/g, 240 m2/g oder 250 m2/g aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Füllstoff (z.B. Silica) eine spezifische Oberfläche von 100 - 300 m2/g, 125 - 275 m2/g, 150 - 250 m2/g oder bevorzugterweise 170 - 220 m2/g besitzen. Die spezifische Oberfläche kann mit Hilfe eines TriStar 3000™ für die spezifische Mehrpunkt-BET-Stickstoff-Oberfläche eingeschätzt werden. Eine hohe strukturelle Morphologie erlaubt es dem Füllstoff, mehr Öl während des Fertigungsprozesses aufzunehmen. Zum Beispiel besitzt ein Füllstoff mit einer hohen strukturellen Morphologie einen hohen Grad der Ölabsorption, zum Beispiel mehr als etwa 150 ml/100 g, 175 ml/100 g, 200 ml/100 g, 225 ml/100 g, 250 ml/100 g, 275 ml/100 g, 300 ml/100 g, 325 ml/100 g oder 350 ml/100 g. In einigen Ausführungsformen kann der Füllstoff (z.B. Silica) eine Ölabsorption von 200 - 500 ml/100 g, 200 - 400 ml/100 g, 225 - 375 ml/100 g, 225 - 350 ml/100 g, 225 - 325 ml/100 g, bevorzugterweise 250 - 300 ml/100 g aufweisen. In einigen Fällen wird ein Silica-Füllstoff mit einer Ölabsorption von 266 ml/100 g verwendet. Ein solcher Silica-Füllstoff hat einen Feuchtigkeitsgehalt von 5,1%, eine spezifische BET-Oberfläche von 178 m2/g, eine durchschnittliche Teilchengröße von 23 µm, einen Siebrückstand-230-Meshwert von 0,1 % und eine Schüttdichte von 135 g/L.
  • Silica mit relativ hohen Ölabsorptionsgraden und relativ hohen Affinitätsgraden für Mineralöl wird erwünschterweise in der Mischung von Polyolefin (wie Polyethylen) und Mineralöl bei der Bildung eines Blei-Säure-Batterie-Separators des hierin gezeigten Typs dispergierbar. In der Vergangenheit haben einige Separatoren den Nachteil einer schlechten Dispergierbarkeit erfahren, die durch Silica-Anhäufung verursacht wird, wenn große Mengen an Silica zur Herstellung von solchen Separatoren oder Membranen verwendet werden. In wenigstens gewissen von den erfindungsgemäßen Separatoren, die hierin gezeigt und beschrieben werden, bildet das Polyolefin, wie Polyethylen, eine Shish-Kebab-Struktur, da es ein paar Silica-Anhäufungen oder -Agglomerate gibt, die die Molekularbewegung des Polyolefins zum Zeitpunkt des Kühlens des geschmolzenen Polyolefin hemmen. All dies trägt zu einer verbesserten Ionendurchlässigkeit durch die resultierende Separatormembran hindurch bei, und die Bildung der Shish-Kebab-Struktur oder - Morphologie bedeutet, dass die mechanische Festigkeit beibehalten oder sogar verbessert wird, während ein Separator mit einer niedrigeren Gesamt-ER bereitgestellt wird.
  • In einigen ausgewählten Ausführungsformen hat der Füllstoff eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 25 µm, in einigen Fällen nicht mehr als 22 µm, 20 µm, 18 µm, 15 µm oder 10 µm. In einigen Fällen ist die durchschnittliche Teilchengröße der Füllstoffteilchen (wie Silica) 15 - 25 µm. Die Teilchengröße des Silica-Füllstoffs trägt zur Ölabsorption des Silicas und/oder der spezifischen Oberfläche des Silica-Füllstoffs bei.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen weist das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Separatoren verwendete Silica eine erhöhte Menge oder Anzahl an Oberflächen-Silanolgruppen (Oberflächen-Hydroxylgruppen) im Vergleich mit Silica-Füllstoffen, die früher zur Herstellung von Blei-Säure-Batterie-Separatoren verwendet wurden, auf. Zum Beispiel können die Silica-Füllstoffe, die mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen hierin verwendet werden, jene Silica-Füllstoffe mit wenigstens 10%, wenigstens 15%, wenigstens 20%, wenigstens 25%, wenigstens 30% oder wenigstens 35% mehr Silanol- und/oder Hydroxyl-Oberflächengruppen im Vergleich mit bekannten Silica-Füllstoffen sein, die zur Herstellung von bekannten Polyolefin-Blei-Säure-Batterie-Separatoren verwendet werden.
  • Das (Si-OH)/Si-Verhältnis von Silanolgruppen (Si-OH) zu elementarem Silicium (Si) kann zum Beispiel wie folgt gemessen werden.
    • 1. Man „gefrier-bricht“ eine mikroporöse Polyolefinmembran (wobei gewisse erfindungsgemäße Membrane eine bestimmte Vielzahl an öl-absorbierendem Silica gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten) und bereitet die pulverförmige Probe für Festphasen-Magnetresonanzspektroskopie (29Si-NMR) vor.
    • 2. Man führt die 29Si-NMR bei der pulverförmigen Probe durch und begutachtet die Spektren inklusive der Si-Spektrumstärke, was das direkte Binden an eine Hydroxylgruppe ist (Spektrum: Q2 und Q3), und die Si-Spektrumstärke, was nur das direkte Binden an ein Sauerstoffatom ist (Spektrum: Q4), wobei die Molekülstruktur von jedem NMR-Peak-Spektrum wie folgt skizziert werden kann:
      • • Q2: (SiO)2 - Si* - (OH)2: mit zwei Hydroxylgruppen
      • • Q3: (SiO)3 - Si* - (OH): mit einer Hydroxylgruppe
      • • Q4: (SiO)4 - Si*: Alle Si-Bindungen sind SiO
      wobei Si* das durch NMR-Begutachtung nachgewiesene Element ist.
    • 3. Die Bedingungen für 29Si-NMR, die für die Begutachtung angewandt wird, sind wie folgt:
      • • Instrument: Bruker BioSpin Avance 500
      • • Resonanzfrequenz: 99,36 MHz
      • • Probenmenge: 250 mg
      • • NMR-Röhre: 7 mφ
      • • Begutachtungsmethode: DD/MAS
      • • Impulsbreite: 45°
      • • Wiederholungszeit: 100 s
      • • Scans: 800
      • • Magic-Angle-Spinning: 5000 Hz
      • • Referenz der chemischen Verschiebung: Silikonkautschuk als -22,43 ppm (Externe Ref.)
    • 4. Nummerisch werden die Peaks des Spektrums getrennt und es wird das Flächenverhältnis von jedem Peak, der zu Q2, Q3 und Q4 gehört, berechnet. Danach wird auf der Basis der Verhältnisse das Molverhältnis von Hydroxylgruppen (-OH), die direkt an Si binden, berechnet. Die Bedingungen für die nummerische Peaktrennung werden in der folgenden Weise vorgenommen:
      • • Justierbereich: -80 bis -130 ppm
      • • Anfangspeakspitze: jeweils -93 ppm für Q2, -101 ppm für Q3, -111 ppm für Q4.
      • • Anfängliches Voll-Breiten-Halb-Maximum: jeweils 400 Hz für Q2, 350 Hz für Q3, 450 Hz für Q4.
      • • Gauss-Funktionsverhältnis: 80% zu Beginn und 70 bis 100% während des Justierens bzw. Anpassens.
    • 5. Die Peakbereichsverhältnisse (Gesamtwert ist 100) von Q2, Q3 und Q4 werden auf der Basis von jedem durch Anpassen erhaltenem Peak berechnet. Der NMR-Peakbereich entsprach der Molekülzahl von jeder Silicat-Bindungsstruktur (so sind für den Q4-NMR-Peak vier Si-O-Si-Bindungen innerhalb dieser Silicatstruktur vorhanden; für den Q3-NMR-Peak sind drei Si-O-Si-Bindungen innerhalb dieser Silicatstruktur vorhanden, während eine Si-OH-Bindung vorhanden ist; und für den Q2-NMR-Peak sind zwei Si-O-Si-Bindungen innerhalb dieser Silicatstruktur vorhanden, während zwei Si-OH-Bindungen vorhanden sind). Daher wird jede Zahl der Hydroxylgruppe (-OH) von Q2, Q3 und Q4 mit zwei (2), eins (1) bzw. null (0) multipliziert. Diese drei Ergebnisse werden summiert. Der summierte Wert zeigt das Molverhältnis von Hydroxylgruppen (-OH), die direkt an Si binden.
  • In einigen ausgewählten Ausführungsformen erlaubt die Verwendung der oben beschriebenen Füllstoffe die Verwendung eines größeren Anteils von Verarbeitungsöl während des Extrusionsschritts. Wenn die poröse Struktur in dem Separator gebildet wird, zum Teil durch Entfernung des Öls nach der Extrusion, führen höhere anfangs absorbierte Mengen an Öl zu einer höheren Porosität oder einem höheren Hohlvolumen. Während Verarbeitungsöl ein integraler Bestandteil des Extrusionsschritts ist, ist Öl eine nichtleitende Komponente des Separators. Restöl in dem Separator schützt den Separator vor Oxidation bei Kontakt mit der positiven Elektrode. Die präzise Menge an Öl in dem Verarbeitungsschritt kann bei der Fertigung von herkömmlichen Separatoren reguliert werden. Allgemein gesagt, herkömmliche Separatoren werden unter Verwendung von 50 - 70% Verarbeitungsöl, in einigen Ausführungsformen 55 - 65%, in einigen Ausführungsformen 60 - 65% und in einigen Ausführungsformen von etwa 62%, bezogen auf das Gewicht vom Verarbeitungsöl, hergestellt. Das Reduzieren von Öl unter etwa 59% verursacht bekanntermaßen ein Brennen infolge einer erhöhten Reibung gegen die Extruderkomponenten. Jedoch kann ein Erhöhen von Öl deutlich über die vorgeschriebene Menge ein Schrumpfen während des Trocknungsschritts bewirken, was zu einer dimensionalen Instabilität führt. Obwohl frühere Versuche zur Erhöhung des Ölgehalts zu einer Porenschrumpfung oder -kondensation während der Ölentfernung führten, zeigen Separatoren, die wie hierin offenbart hergestellt wurden, eine minimale, falls überhaupt, Schrumpfung und Kondensation während der Ölentfernung. Somit kann die Porosität erhöht werden, ohne die Porengröße und dimensionale Stabilität zu beeinträchtigen, wodurch der elektrische Widerstand verringert wird.
  • In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen erlaubt die Verwendung des oben beschriebenen Füllstoffs eine reduzierte Ölendkonzentration in dem fertiggestellten Separator. Da Öl ein Nichtleiter ist, kann das Reduzieren des Ölgehalts die Ionenleitfähigkeit des Separators erhöhen und die Absenkung des ER des Separators unterstützen. Als solche können Separatoren mit reduzierten Ölendgehalten eine erhöhte Effizienz haben. In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen werden Separatoren mit einem finalen Verarbeitungsölgehalt (gewichtsbezogen) von weniger als 20%, zum Beispiel zwischen etwa 14% und 20%, und in einigen speziellen Ausführungsformen von weniger als 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6% oder 5% bereitgestellt.
  • Brüchigkeit
  • In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen kann der Füllstoff ein Aluminiumoxid, Talk, Silica oder eine Kombination davon sein. In einigen Ausführungsformen kann der Füllstoff ein präzipitiertes Silica sein, und in einigen Ausführungsformen ist das präzipitierte Silica amorphes Silica. In einigen Ausführungsformen ist es bevorzugt, Aggregate und/oder Agglomerate von Silica zu verwenden, die eine feine Dispersion von Füllstoff über den ganzen Separator hinweg ermöglichen, wodurch die Gewundenheit und der elektrische Widerstand verringert werden. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen ist der Füllstoff (z.B. Silica) durch einen hohen Grad der Brüchigkeit gekennzeichnet. Eine gute Brüchigkeit erhöht die Dispergierung des Füllstoffs innerhalb des Polymeren während der Extrusion der mikroporösen Membran, wodurch die Porosität und damit die Ionengesamtleitfähigkeit durch den Separator hindurch verbessert wird.
  • Brüchigkeit kann als die Fähigkeit, Tendenz oder Neigung der Silicateilchen oder des Materials (Aggregate oder Agglomerate) gemessen werden, um in Teilchen von kleinerer Größe und besser dispergierbare Teilchen, Stücke oder Bestandteile aufgebrochen zu werden. Wie auf der linken Seite von 34 gezeigt, ist das NEUARTIGE Silica brüchiger (wird in kleinere Stücke nach 30 Sekunden und nach 60 Sekunden Beschallung aufgebrochen) als das STANDARDMÄSSIGE Silica. Zum Beispiel hatte das NEUARTIGE Silica einen 50-Vol.-%-Teilchendurchmesser von 24,90 µm bei 0 Sekunden Beschallung, 5,17 µm bei 30 Sekunden und 0,49 um bei 60 Sekunden. Daher kam es bei 30 Sekunden Beschallung zu einer mehr als 50 %igen Reduzierung in der Größe (Durchmesser), und bei 60 Sekunden kam es zu einer mehr als 75 %igen Reduzierung in der Größe (Durchmesser) der 50-Vol.-%-Silicateilchen. Von daher kann eine möglicherweise bevorzugte Definition einer „hohen Brüchigkeit“ wenigstens eine 50 %ige Reduzierung in der durchschnittlichen Größe (Durchmesser) bei 30 Sekunden Beschallung und wenigstens eine 75 %ige Reduzierung in der durchschnittlichen Größe (Durchmesser) bei 60 Sekunden Beschallung der Silicateilchen sein (oder bei der Verarbeitung des Harz-Silica-Mixes zur Bildung der Membran). In wenigstens gewissen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, ein brüchigeres Silica zu verwenden, und es kann sogar noch stärker bevorzugt sein, ein Silica zu verwenden, das brüchig und multi-modal, wie bimodal oder trimodal, in seiner Brüchigkeit ist. Mit Bezug auf die 34 erscheint das STANDARDMÄSSIGE Silica einzel-modal in seiner Brüchigkeit oder Teilchengrößenverteilung, während das NEUARTIGE Silica brüchiger und bimodal (zwei Peaks) bei 30 Sekunden Beschallung und trimodal (drei Peaks) bei 60 Sekunden Beschallung erscheint. Solches Silica oder Silicas mit einer brüchigen und multimodalen Teilchengröße kann/können verbesserte Membran- und Separatoreigenschaften bereitstellen.
  • Die Verwendung eines Füllstoffs mit einer oder mehreren der oben genannten Charakteristiken ermöglicht die Herstellung eines Separators mit einer höheren Endporosität. Die hierin offenbarten Separatoren können eine Endporosität von mehr als 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69% oder 70% haben. Porosität kann mit Hilfe von Gasadsorptionsmethoden gemessen werden. Porosität kann durch BS-TE-2060 gemessen werden.
  • In einigen ausgewählten Ausführungsformen kann der mikroporöse Separator einen größeren Anteil an größeren Poren haben, während die durchschnittliche Porengröße von nicht mehr als etwa 1 µm, 0,9 µm, 0,8 µm, 0,7 µm, 0,6 µm, 0,5 µm oder 0,1 µm beibehalten wird.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform ist der Separator aus Polyethylen, wie einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht („UHMWPE“), gemischt mit einem Verarbeitungsöl und Füllstoff sowie einem beliebigen gewünschten Additiv, zusammengesetzt. In Übereinstimmung mit wenigstens einer anderen Ausführungsform ist der Separator aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), gemischt mit einem Verarbeitungsöl und Talk, zusammengesetzt. In Übereinstimmung mit wenigstens einer anderen Ausführungsform ist der Separator aus UHMWPE, gemischt mit einem Verarbeitungsöl und Silica, zum Beispiel präzipitiertem Silica, zum Beispiel amorphem präzipitiertem Silica, zusammengesetzt. Das Additiv kann dann auf den Separator mittels einer oder mehrerer von den oben beschriebenen Techniken angewandt werden.
  • Neben der Reduzierung des elektrischen Widerstands und der Erhöhung der Kaltstartströme sind bevorzugte Separatoren auch so ausgelegt, um andere Vorteile zu erbringen. In Bezug auf die Montage werden die Separatoren einfacher durch Verarbeitungsgerätschaft geleitet und daher effizienter gefertigt. Um während der Hochgeschwindigkeitsmontage und später während der Betriebsdauer Kurzzschlüsse zu verhindern, haben die Separatoren eine überlegene Durchstoßfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu Standard-PE-Separatoren. Kombiniert mit einem verringerten elektrischen Widerstand und erhöhten Kaltstartströmen werden Batteriehersteller vermutlich eine verbesserte und anhaltende elektrische Leistung in ihren Batterien mit diesen neuen Separatoren vorfinden.
  • Elektrischer Widerstand
  • In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen zeigen die offenbarten Separatoren einen verringerten elektrischen Widerstand, zum Beispiel 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 hierin beschriebenen Separatoren etwa eine 20%ige oder höhere Reduzierung im ER, verglichen mit einem bekannten Separator der gleichen Dicke. Zum Beispiel kan ein bekannter Separator einen ER-Wert von 60 mΩ·cm2 haben; so hätte ein Separator gemäß der vorliegenden Erfindung bei der gleichen Dicke einen ER-Wert von weniger als etwa 48 mΩ·cm2.
  • Um einen Proben-Separator für die ER-Test-Evaluierung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu testen, muss dies zuerst vorbereitet werden. Dazu wird ein Proben-Separator bevorzugterweise in einem Bad von entmineralisiertem Wasser untergetaucht, das Wasser wird dann zum Sieden gebracht, und der Separator wird dann nach 10 Minuten aus dem siedenden entmineralisierten Wasserbad entnommen. Nach der Entnahme wird überschüssiges Wasser von dem Separator abgeschüttelt und dann in ein Bad von Schwefelsäure mit einer spezifischen Dichte von 1280 bei 27°C ± 1°C gegeben. Der Separator wird in dem Schwefelsäurebad 20 Minuten lang durchtränkt. Der Separator ist dann bereit zum Testen des elektrischen Widerstands.
  • Durchstoßfestigkeit
  • In bestimmten ausgewählten Ausführungsformen können beispielhafte Separatoren mit einer erhöhten Durchstoßfestigkeit charakterisiert sein. Zum Beispiel eine Durchstoßfestigkeit von ungefähr 9 N oder höher, 9,5 N oder höher, 10 N oder höher, 10,5 N oder höher, 11 N oder höher, 11,5 N oder höher 12 N oder höher, 12,5 N oder höher, 13 N oder höher, 13,5 N oder höher, 14 N oder höher, 14,5 N oder höher, 15 N oder höher, 15,5 N oder höher, 16 N oder höher, 16,5 N oder höher, 17 N oder höher, 17,5 N oder höher, 18 N oder höher, 18,5 N oder höher, 19 N oder höher, 19,5 N oder höher oder 20 N oder höher. In gewissen Ausführungsformen können beispielhafte Separatoren bevorzugterweise mit einer Durchstoßfestigkeit von ungefähr 9 N - 20 N oder höher oder stärker bevorzugt ungefähr 12 N - 20 N oder höher definiert sein.
  • Die Durchstoßfestigkeit kann als die Kraft gemessen werden, die zum Durchstossen der porösen Membran unter Verwendung der Spitze 100 verwendet wird, wie allgemein in der 25 dargestellt. Die Durchstoßunterlage, von der die poröse Membran getragen wird, während die Spitze 100 die Membran durchstößt, kann allgemein als eine Unterlage mit einem geraden Loch von 6,5 mm Durchmesser mit 10 mm Tiefe beschrieben werden. Die Weggrenze der Spitze kann ungefähr 4 mm - 8 mm unter der Durchstoßunterlagenoberfläche liegen. Die Durchstoßspitze 100 wird linear in die Membran mit einer Rate von ungefähr 5 mm/s bewegt.
  • Additive
  • Der Separator kann ein oder mehrere leistungssteigernde Additive enthalten, wie grenzflächenaktive Substanzen, Benetzungsmittel, Färbemittel, Antistatikadditive, Antioxidantien und/oder dergleichen und jedwede Kombination davon. Das leistungssteigernde Additiv kann bevorzugterweise eine grenzflächenaktive Substanz sein. Gewisse geeignete grenzflächenaktive Substanzanten sind nichtionisch, während andere geeignete grenzflächenaktive Substanzen anionisch sind. Die Verwendung von diesen bestimmten geeigneten grenzflächenaktiven Substanzen in Verbindung mit den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Separatoren kann zu sogar noch weiter verbesserten Separatoren führen, die bei Verwendung in einer Blei-Säure-Batterie zu einem reduzierten Wasserverlust für die Blei-Säure-Batterie führen. Geeignete grenzflächenaktive Substanzen schließen grenzflächenaktive Substanzen, wie Salze von Alkylsulfaten; Alkylarylsulfonatsalze; Alkylphenol-Alkylenoxid-Additionsprodukte; Seifen; Alkyl-Naphthalen-Sulfonat-Salze; ein oder mehr Sulfosuccinate, wie ein anionisches Sulfosuccinat; Dialkylester von Sulfosuccinatsalzen; quaternäre Amine; Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; und Salze von Mono- und Dialkylphosphatestern ein. Das Additiv kann eine nicht-ionische grenzflächenaktive Substanz, wie Polyolfettsäureester, polyethoxylierte Ester, polyethoxylierte Alkohole, Alkylpolysaccharide wie Alkylpolyglycoside und Mischungen davon, Aminethoxylate, Sorbitanfettsäureesterethoxylate, Organosilikon-basierte grenzflächenaktive Substanzen, Ethylen-Vinylacetat-Terpolymere, ethoxylierte Alkylarylphosphatester und Sucroseester von Fettsäuren sein.
  • Die Batterie-Separatoren können auf verschiedenen Wegen mit dem/den Additiv(en), Mittel(n) und/oder Füllstoff(en) bereitgestellt werden. Das Additiv oder die Additive können zum Beispiel auf den Separator angewandt werden, wenn er fertiggestellt ist (z.B. nach der Extraktion des Weichmachers (z.B. Verarbeitungsöl)) und/oder der Mischung, die zum Extrudieren und letztendlich zum Herstellen des Separators verwendet wird, zugesetzt werden. Gemäß gewissen bevorzugten Ausführungsformen wird das Additiv oder eine Lösung des Additivs auf die Oberfläche des Separators aufgebracht. Diese Variante ist insbesondere für die Anwendung von nicht-thermostabilen Additiven und Additiven, die in dem für die anschließende Extraktion verwendeten Lösungsmittel löslich sind, geeignet. Besonders geeignet als Lösungsmittel für die Additive gemäß der Erfindung sind niedermolekulargewichtige Alkohole, wie Methanol und Ethanol, sowie Mischungen von diesen Alkoholen mit Wasser. Die Anwendung kann auf der der negativen Elektrode zugewandten Seite, der positiven Elektrode zugewandten Seite oder auf beiden Seiten des Separators stattfinden. Die Anwendung kann auch während der Extraktion des porenbildenden Mittels stattfinden, während es sich in einem Lösungsmittelbad befindet.
  • Gewisse Ausführungsformen von Separatoren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhalten kein Additiv, wie eine nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzen oder anionische grenzflächenaktive Substanz. In anderen Ausführungsformen kann ein Additiv (wie eine nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzoder eine anionische grenzflächenaktive Substanz) 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.
  • Die Anwendung kann auch durch Eintauchen des Batterie-Separators in dem Additiv oder einer Lösung des Additivs (Lösungsmittelbad-Addition) und anschließendes optionales Entfernen des Lösungsmittels, z.B. durch Trocknen, stattfinden. Auf diese Weise kann die Anwendung des Additivs zum Beispiel mit der Extraktion, die oft während der Separatorherstellung angewandt wird, kombiniert werden. Andere bevorzugte Verfahren sind das Besprühen der Oberfläche mit Additiv oder der Walzauftrag oder das Vorhangbeschichten von Additiven auf die Oberfläche eines Separators.
  • Eine weitere bevorzugte Option ist das Mischen des Additivs oder der Additive in die Mischung von thermoplastischem Polymer und optionalen Füllstoffen und anderen Mitteln oder Additiven, die zur Herstellung der Batterie-Separatoren verwendet werden. Die Additiv enthaltende homogene Mischung wird dann zu einem gewebeartigen Material gebildet.
  • In gewissen Ausführungsformen können beispielhafte Separatoren ein oder mehrere leistungssteigernde Additive enthalten. Das leistungssteigernde Additiv kann grenzflächenaktive Substanzen, Benetzungsmittel, Färbemittel, Antistatikadditive, UV-Schutz-Additive, Antioxidantien und/oder dergleichen und jedwede Kombination davon sein.
  • Gewisse geeignete grenzflächenaktive Substanzen sind nicht-ionisch, während andere geeignete grenzflächenaktive Substanzen anionisch sind. Das Additiv kann eine einzelne grenzflächenaktive Substanzoder eine Mischung von zwei oder mehr grenzflächenaktiven Substanzen sein, zum Beispiel von zwei oder mehr anionischen grenzflächenaktiven Substanzen, zwei oder mehr nicht-ionischen grenzflächenaktiven Substanzen oder von wenigstens einer ionischen grenzflächenaktiven Substanzund wenigstens einer nicht-ionischen grenzflächenaktiven Substanz sein. Ausgewählte geeignete grenzflächenaktive Substanzen können HLB-Werte von weniger als 6, bevorzugterweise weniger als 3, haben. Die Verwendung von diesen gewissen geeigneten grenzflächenaktiven Substanzenin Verbindung mit den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Separatoren kann zu noch weiter verbesserten Separatoren führen, die bei Verwendung in einer Blei-Säure-Batterie zu einem reduzierten Wasserverlust, einer reduzierten Antimon-Vergiftung, einer verbesserten Zyklisierung, einem verringerten Float-Strom, einem reduzierten Floatpotential und/oder dergleichen oder jedweder Kombination davon für diese Blei-Säure-Batterien führen. Geeignete grenzflächenaktive Substanzenschließen grenzflächenaktive Substanzenwie Salze von Alkylsulfaten; Alkylarylsulfonatsalze; Alkylphenol-Alkylenoxid-Additionsprodukte; Seifen; Alkylnaphthalensulfonatsalze; ein oder mehrere Sulfosuccinate, wie ein anionisches Sulfosuccinat; Dialkylester von Sulfosuccinatsalzen; Aminoverbindungen (primäre, sekundäre oder tertiäre Amine; quaternäre Amine; Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; verschiedene Polyethylenoxide; und Salze von Mono- und Dialkylphosphatestern ein. Das Additiv kann eine nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzwie Polyolfettsäureester, polyethoxylierte Ester, polyethoxylierte Alkohole, Alkylpolysaccharide wie Alkylpolyglycoside und Mischungen davon, Aminethoxylate, Sorbitanfettsäureesterethoxylate, Organosilikon-basierte grenzflächenaktive Substanzen, Ethylen-Vinylacetat-Terpolymere, ethoxylierte Alkylarylphosphatester und Sucroseester von Fettsäuren einschließen.
  • In gewissen hierin beschriebenen Ausführungsformen wird eine reduzierte Menge von oder sogar sehr wenig bis keine anionische oder nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzdem erfindungsgemäßen Separator hinzugegeben. In solchen Fällen kann der ER des erfindungsgemäßen Separators etwas höher sein als bei einem erfindungsgemäßen Separator, welcher mehrere von der anionischen oder nicht-ionischen grenzflächenaktiven Substanzenumfasst; allerdings kann die Kombination des niedrigeren ER versus bekannte Separatoren, kombiniert mit dem gewünschten Merkmal von verringerten gesamten organischen Kohlenstoffen (wegen der niedrigeren Menge an grenzflächenaktiver Substanz) einen gewünschten erfindungsgemäßen Separator gemäß einer solchen Ausführungsform bereitstellen.
  • In gewissen Ausführungsformen kann das Additiv durch eine Verbindung der Formel (1) R ( O R 1 ) n ( C O O M 1 / x x + ) m ( I )
    Figure DE202017007423U1_0001
    angegeben werden, in der:
    • • R ein nicht-aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 4200 Kohlenstoffatomen, bevorzugterweise 13 bis 4200, ist, welche durch Sauerstoffatome unterbrochen sein können;
    • • R1 = H, —(CH2)kCOOMx+ 1/x oder —(CH2)k—SO3Mx+ 1/x, bevorzugterweise H ist, worin k = 1 oder 2;
    • • M ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallion, H+ oder NH4 + ist, wobei nicht alle der 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.
  • Das Verhältnis von Sauerstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in der Verbindung gemäß der Formel (1) liegt dabei im Bereich von 1:1,5 bis 1:30, und m und n können nicht gleichzeitig 0 sein. Jedoch ist bevorzugterweise nur eine von den Variablen n und m von 0 verschieden.
  • Mit nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffresten sind Reste gemeint, die keine aromatischen Gruppen enthalten oder die selbst eine repräsentieren. Die Kohlenwasserstoffreste können durch Sauerstoffatome unterbrochen sein, d.h. sie enthalten eine oder mehr Ethergruppen.
  • R ist bevorzugterweise ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, der durch Sauerstoffatome unterbrochen sein kann. Gesättigte, ungekreuztverknüpfte Kohlenwasserstoffreste sind ziemlich speziell bevorzugt.
  • Durch die Verwendung der Verbindungen der Formel (1) für die Herstellung von Batterie-Separatoren können sie wirksam gegen oxidative Zerstörung geschützt werden.
  • Batterie-Separatoren sind bevorzugt, welche eine Verbindung gemäß der Formel (1) enthalten, in der:
    • • R ein Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 180, bevorzugterweise 12 bis 75 und ziemlich besonders bevorzugt14 bis 40 Kohlenstoffatomen ist, welche durch 1 bis 60, bevorzugterweise 1 bis 20 und ziemlich besonders bevorzugt 1 bis 8 Sauerstoffatome unterbrochen sein können, besonders bevorzugterweise ein Kohlenwasserstoffrest der Formel R2—[(OC2H4)p(OC3H6)q]—, in der:
      • ◯ R2 eine Alkylrest mit 10 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugterweise 12 bis 25, besonders bevorzugt 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist;
      • ◯ P eine ganze Zahl von 0 bis 30, bevorzugterweise 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 4 ist; und
      • ◯ q eine ganze Zahl von 0 bis 30, bevorzugterweise 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 4 ist;
      • ◯ Verbindungen sind besonders bevorzugt, in denen die Summe von p und q 0 bis 10, insbesondere 0 bis 4, ist;
    • • n = 1; und
    • • m = 0.
  • Die Formel R2—[(OC2H4)p(OC3H6)q]— ist so zu verstehen, dass sie auch jene Verbindungen einschließt, in denen die Abfolge der Gruppen in eckigen Klammern von der gezeigten abweicht. Zum Beispiel sind gemäß der Erfindung Verbindungen geeignet, in denen der Rest in Klammern durch alternierende (OC2H4)- und (OC3H6)-Gruppen gebildet wird.
  • Additive, in denen R2 ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 10 bis 20, bevorzugterweise 14 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. OC2H4 steht bevorzugterweise für OCH2CH2, OC3H6 for OCH(CH3)2 und/oder OCH2CH2CH3.
  • Als bevorzugte Additive können insbesondere Alkohole (p = q = 0; m = 0), 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) genannt werden, wobei Ethoxylate von primären Alkoholen bevorzugt sind. Die Fettalkoholalkoxylate sind zum Beispiel durch die Reaktion der entsprechenden Alkohole mit Ethylenoxid oder Propyleneoxid zugänglich.
  • Additive des Typs m = 0, die nicht, oder nur schwer, in Wasser löslich sind, und Schwefelsäure haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ebenfalls bevorzugt sind Additive, die eine Verbindung gemäß der Formel (1) enthalten, in der:
    • • R ein Alkanrest mit 20 bis 4200, bevorzugterweise 50 bis 750 und ganz besonders bevorzugt mit 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.
  • In gewissen Ausführungsformen können geeignete Additive insbesondere Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäuren und Acrylsäure-Methacrylsäure-Copolymere einschließen, deren Säuregruppen wenigstens teilweise neutralisiert sind, wie um bevorzugterweise 40% und besonders bevorzugt um 80%. Der Prozentsatz bezieht sich auf die Zahl der Säuregruppen. Ziemlich stark bevorzugt sind Poly(meth)acrylsäuren, die völlig in Salzform vorliegen. Geeignete Salze schließen Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Zn und Ammonium ein (NR4, wobei R entweder Wasserstoff oder eine funktionelle Kohlenstoffgruppe ist). Poly(meth)acrylsäuren können Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäuren und Acrylsäure-Methacrylsäure-Copolymere sein. Poly(meth)acrylsäuren sind bevorzugt, und insbesondere Polyacrylsäuren mit einer durchschnittlichen Molmasse Mw von 1000 bis 100 000 g/mol, besonders bevorzugt 1000 bis 15 000 g/mol und ganz speziell bevorzugt 1000 bis 4000 g/mol. Das Molekulargewicht der Poly(meth)acrylsäurecopolymere und Copolymere wird durch Messen der Viskosität einer 1% igen wässrigen Lösung, neutralisiert mit Natriumhydroxidlösung, des Polymers ermittelt (Fikentsche-Konstante).
  • Ebenfalls geeignet sind Copolymere von (Meth)acrylsäure, insbesondere Copolymere, die neben (Meth)acrylsäure Ethylen, Maleinsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat und/oder Ethylhexylacrylat als Comonomer enthalten. Copolymere sind bevorzugt, die wenigstens 40 Gew.-%und bevorzugterweise wenigstens 80 Gew.-% (Meth)acrylsäuremonomer enthalten; die Prozentsätze basieren auf der Säureform der Monomere oder Polymere.
  • Um die Polyacrylsäurepolymere und -copolymere zu neutralisieren, sind Alkalimetall und Erdalkalimetallhydroxide, wie Kaliumhydroxid und insbesondere Natriumhydroxid besonders geeignet. Darüber hinaus kann eine Beschichtung und/oder ein Additiv zur Verbesserung des Separators zum Beispiel ein Metallalkoxid einschließen, wobei das Metall lediglich als Beispiel dienend (soll keine Einschränkung bedeuten), Zn, Na oder Al, lediglich beispielhalber Natriumethoxid, einschließen kann.
  • Das mikroporöse Polyolefin kann auf verschiedenen Wegen mit dem Additiv oder Additiven bereitgestellt werden. Die Additive können zum Beispiel auf das Polyolefin angewandt werden, wenn es fertiggestellt ist (d.h. nach der Extraktion), oder der Mischung, die zur Herstellung des Polyolefins verwendet wird, hinzugegeben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Additiv oder eine Lösung des Additivs auf die Oberfläche des Polyolefins aufgebracht. Diese Variante ist insbesondere für die Anwendung von nicht-thermostabilen Additiven und Additiven, die in dem für die anschließende Extraktion verwendeten Lösungsmittel löslich sind, geeignet. Besonders geeignet als Lösungsmittel für die Additive gemäß der Erfindung sind niedermolekulargewichtige Alkohole, wie Methanol und Ethanol, sowie Mischungen von diesen Alkoholen mit Wasser. Die Anwendung kann auf der der negativen Elektrode zugewandten Seite, der positiven Elektrode zugewandten Seite oder auf beiden Seiten des Separators stattfinden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die poröse Membran aus mikroporösem Polyolefin eine Beschichtung auf einer oder beiden Seiten einer solchen Schicht einschließen. Eine solche Beschichtung kann eine grenzflächenaktive Substanz oder anderes Material einschließen. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung ein oder mehr Materialien einschließen, die zum Beispiel in der U.S.-Patentpublikations-Nr. 2012/- 0094183, die hierin durch Bezugnahme inbegriffen ist, beschrieben werden. Eine solche Beschichtung kann zum Beispiel die Überladespannung des Batteriesystems verringern, wodurch die Batterielebensdauer bei geringerer Korrosion des Gitters gesteigert wird und ein Austrocknen und/oder Wasserverlust verhindert wird.
  • Diffusion
  • In gewissen ausgewählten Ausführungsformen können beispielhafte Separatoren als solche mit einer höheren Diffusionsrate definiert werden. Die Diffusionsrate kann als eine Rate gemessen werden, bei der ein Ion durch einen Separator hindurchgehen kann, womit die Ionenflussrate durch einen Separator beschrieben wird. Es wird angenommen, dass je höher die Porösität eines Separators ist, desto höher ist der Diffusionskoeffizient. D2O-Diffusion kann mit Hilfe eines Pulsed-Field-Gradient-Spin Echo („PFGSE“) untersucht werden. Um den Diffusionskoeffizienten zu bestimmen, werden Separator-Proben zuvor in D2O getränkt, wobei das Öl nicht aus den Separator-Proben extrahiert wurde. Die Separator-Proben werden in einer Kernspintomographie („NMR“)-Röhre, die in D2O untergetaucht ist, aufeinandergestapelt, wie allgemein in der 27 zu sehen ist. Die NMR-Röhre wird unter ein Vakuum gestellt, um jegliche Luftblasen zu entfernen, und der Diffusionskoeffizient in der vertikalen Richtung (durch die Separator-Proben) wird überwacht.
  • Die Diffusion kann mit Hilfe der nachstehenden Stejskal-Gleichung berechnet werden: E ( δ , g , Δ ) = ln E E 0 = − γ 2 g 2 δ 2 D ( Δ − δ 3 )
    Figure DE202017007423U1_0002
    wobei
    • E: NMR-Signalpeak-Intensität
    • y: magnetisches Spinverhältnis (abhängig von Nukliden)
    • g: Magnetfeld-Gradient
    • δ: Anwendungszeit des Feldgradienten
    und, D e = ε τ × D 0
    Figure DE202017007423U1_0003
    wobei
    • De: Diffusionkoeffizient eines Moleküls innerhalb des Separators
    • D0: Diffusionskoeffizient eines Moleküls in Lösung
    • ε: Porösität
    • τ: Index der Porengewundenheit.
  • Die Tabelle 1 weiter unten zeigt verschiedene Diffusionskoeffizientwerte bei -10°C und 30°C für einen Kontrollseparator, eine erfindungsgemäße Ausführungsform und 4 kommerziell verfügbare Separatoren bei Δ = 20 ms. Tabelle 1
    Probe -10°C 30°C
    Kontrollseparator 1,7 × 10-10 9,1 × 10-10
    Erfindungsgemäße Ausführungsform 1,6 × 10-10 8,8 × 10-10
    Kommerzieller Separator #1 1,7 × 10-10 9,0 × 10-10
    Kommerzieller Separator #2 1,8 × 10-10 9,0 × 10-10
    Kommerzieller Separator #3 2,1 × 10-10 1,1 × 10-10
    Kommerzieller Separator #4 1,6 × 10-10 8,6 × 10-10
  • Die 28 zeigt die Diffusionskoeffizienten bei -10°C bei Δ = 20 ms für eine Lösung nur von H2SO4, einen Referenz-Separator, einen Separator einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und einen AGM-Separator.
  • Die 29 veranschaulicht eine Porengrößenverteilung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform im Vergleich zu dem kommerziell verfügbaren Separator #1. Dies zeigt, dass die erfindungsgemäße Ausführungsform eine mittlere Porengröße von 120 nm hat, während der kommerziell verfügbare Separator eine mittlere Porengröße von lediglich 109 nm hat.
  • Die 30 stellt die Porendurchmesserverteilung eines Separators einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Die 31 veranschaulicht ein Schaubild, das die Dispersion eines neuartigen Silica-Füllstoffs innerhalb eines Separators einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und eines standardmäßigen Silicas innerhalb eines kommerziellen Separators #1 beschreibt. Wobei das Box-Diagramm die Verteilung zwischen dem 25. Perzentil (Q1) und dem 75. Perzentil (Q3) repräsentiert. In diesem Schaubild gilt, je niedriger der Werte, umso besser ist die Silica-Verteilung.
  • Bröckeligkeit
  • In gewissen ausgewählten Ausführungsformen können beispielhafte Separatoren ein Silica mit einer höheren Bröckeligkeit im Vergleich zu derjenigen, die in kommerziell verfügbaren Separatoren verwendet wird, verwenden. Silica mit einer hohen Bröckeligkeit soll die Dispergierbarkeit des Silica innerhalb des Separators erhöhen, was wiederum das Eindringen von mehr Öl in den Separator während der Bildung erlaubt und bei der Ölextraktion zu einer besseren Verteilung von Poren innerhalb des Separators führt. Eine geringere Silica-Primärteilchengröße soll zu einer größeren Teilchenaggregation führen, was zu einer erhöhten Ölabsorption führt. Dies führt zu einer geringeren durchschnittlichen Porengröße und einem hohen Porenvolumen mit einer niedrigen und schmalen Teilchengrößenverteilung. Ein möglicherweise bevorzugte Ausführungsform hat einen hohen Silica-Modul (SiO2/Na2O) und eine größere Konzentration von Natriumsilicat während der Silica-Verarbeitung.
  • Die 32 stellt die Größe eines standardmäßigen Silica gegenüber derjenigen eines Silica, das in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dar. Wie zu sehen ist, besitzt das neue Silica eine geringere Teilchengröße. Ein Weg zur Bestimmung der Bröckeligkeit des Silica ist, das Silica einer Ultraschallfrequenz (über 20 kHz) zu unterwerfen. Die 33 zeigt die Silica-Größe vor und nach der Beschallung, und die 34 stellt die Teilchengrößenverteilung des neuen Silica und von standardmäßigem Silica vor der Beschallung und nach 30 Sekunden und 60 Sekunden Beschallung dar.
  • Exemplarische Separatoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung zeigen auch überlegene Schrumpfungswerte in H2SO4. Die Tabelle 2 weiter unten zeigt diese Werte. Tabelle 2
    Probe Durchschnitt Minimum Maximum Standardabweichung
    Probe #1 -1,4 % -2,1 % -0,6 % 0,3
    Probe #2 -1,2 % -1,6 % -0,7 % 0,2
  • Beispiele
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen weiter wenigstens ausgewählte Separator-Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • In gewissen Ausführungsformen können die folgenden präzipitierten Silicas zum Erhalt von Separatoren gemäß der Erfindung verwendet werden:
  • Mediane Teilchengröße 20,48 µm, mittlere Teilchengröße 24,87 µm (wie mit Hilfe eines Coulter LS230 gemessen)
  • Die weiter unten in Tabelle 3 gezeigten Silica-Proben mit den folgenden Charakteristika wurden bei der Herstellung von Separatoren verwendet: Tabelle 3
    Ölabsorption Spezif. Oberfläche Klopfdichte
    ml/100g m2/g g/l
    Silica A 225 180 170
    Silica B 275 180 140
  • Polyethylen-Separatoren, die unter Verwendung des obigen Silicas hergestellt worden waren, hatten die folgenden unten in den Tabellen 4 und 5 gezeigten Eigenschaften: Tabelle 4
    Produkteigenschaften Einheit Separator 1 Separator 2
    Rückengewebedicke mm 0,250 0,250
    Silicatyp Silica A Silica B
    Si/PE-Verhältnis 2,6:1 2,6:1
    Ölausgangsgehalt % 64,0 67,0
    Ölendgehalt % 15,5 16,5
    Basisgewicht g/m2 161 157
    Durchstoßfestigkeit N 14,1 13,1
    Porösität % 61,5 65,1
    Benetzbarkeit s 49 29
    ER 10 min Aufwallung mΩ·cm2 49 40
    ER 20 min Durchtränkung mΩ·cm2 65 50
    Dehnung - MD % 23 25
    Dehnung - CMD % 430 484
    Perox 20 h % 388 350
    Perox 40 h % 333 283
    Säureschrumpfung % -0,9 -0,8
    Hg-Porengröße µm 0,099 0,126
    Tabelle 5
    Produkteigenschaften Einheit Separator 3 (Entspricht Beispiel 3 in Tabelle 9 unten) Separator 4 Separator 5 Separator 6
    Profil Rippen aufweisendes PE, mehr als 12 Hauptrippen, niedrigere Rippenhöhe Rippen aufweisen des PE, mehr als 12 Hauptrippen, niedrigere Rippenhöhe Rippen aufweisendes PE, weniger als 12 Hauptrippen, größere Rippenhöhe Rippen aufweisen des PE, weniger als 12 Hauptrippen, größere Rippenhöhe
    Rückengewebedicke µm 250 250 250 250
    Silicatyp B A B A
    Si/PE-Verhältnis 2,6:1 2,6:1 2,6:1 2,6:1
    Ölausgangsgeh alt % 67 64 67 64
    Ölendgehalt % 16,0 16,3 15,0 16,7
    Beschichtung NI (nicht-ionische) grenzflächenakt ive Substanz Keine NI (nicht-ionische) grenzflächenakt ive Substanz Keine
    Porosität % 63,8 61,7 64,4 60,6
    Elektrischer Widerstand mΩ·c m2 42 50 45 62
    20 Minuten-Durchtränkung ER mΩ·c m2 43 55 46 65
    Benetzbarkeit s 6 39 10 73
    Durchstoßfestigkeit N 12,9 14,7 12,2 13,9
    Dehnung - CMD % 528 419 587 383
    Säureschrumpf ung % -0,7 -0,8 -0,3 -0,1
  • Darüberhinaus wurden in weiteren Ausführungsformen die folgenden Silica-Füllstoffe, unten beschrieben in Tabelle 6, in den unten in der Tabelle 7 beschriebenen Separatoren angewendet: Tabelle 6
    Silica C Silica D Silica E Silica F
    Ölabsorption ml/100 g 245 215 270 210
    Spezif. Oberfläche m2/g 180 130 195 180
    Schüttdichte g/l 100 125 Keine Daten Keine Daten
    Tabelle 7
    Separator 7 Separator 8 Separator 9 Separator 10
    Rückengewebedicke mm 0,200 0,206 0,200 0,201
    Silicatyp C D E F
    Si/PE-Verhältnis 2,6:1 2,6:1 2,6:1 2,6:1
    Ölausgangsgehalt % 68,0 65,1 67,0 65,2
    Basisgewicht g/m2 109,6 122,4 122,0 125,3
    Ölendgehalt % 15,1 16,4 15,8 14,9
    Porösität % 65,9 63,6 65,7 63,4
    ER 10' Aufwallung mΩ·cm2 36 46 33 48
    Benetzbarkeit s 2 2 4 3
    Dehnung - CMD % 275 329 294 311
    Durchstoßfestigkeit N 12,4 13,0 10,8 13,9
  • Weitere Beispiele:
  • In der nachstehenden Beispielreihe wurden erfindungsgemäße Enhanced-Flooded-Separatoren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt und getestet im Vergleich mit einem Kontrollseparator. Die Ergebnisse sind gleich nachstehend in der Tabelle 8 gezeigt. Tabelle 8
    Eigenschaft Beispiel A Enhanced-Flooded-Separator A Kontroll-Separator A Beispiel B Enhanced- Flooded-Separator B SPEC (BS-DA-961-4)
    Profil Rippen aufweisendes PE, weniger als 12 Hauptrippen Rippen aufweisendes PE, weniger als 12 Hauptrippen Rippen aufweisendes PE, mehr als 12 Hauptrippen, niedrigere Rippenhöhe - -
    Rückengewebedicke (mm) 0,256 0,257 0,253 0,250 ± 0,040
    Durchstoßfestigkeit (N) 12,5 12,2 - - Min. 10,0
    Ölgesamtgehalt(%) 15,3 16,1 14,9 17,0 ± 3,0
    Rückengewebe Ölgehalt (%) 14,4 14,4 - - Min. 8,0
    CMD Dehnung (%) 530 (100%) 482 (100%) - - Min. 150
    Dehnung nach Perox 20 h (%) 379 (72%) 355 (74%) - - Min. 100
    Dehnung nach Perox 40 h (%) 165 (31%) - - - - - -
    ER 10' Aufwallung (mΩ·cm2) 71 86 65 Max. 140
    Benetzbarkeit (s) 45 141 39 - -
    Porosität (%) 64,3 57,6 65,5 60,0 ± 7,5
  • Die obigen Resultate in Tabelle 8 zeigen, dass der Separator von Beispiel A einen um nahezu 20% niedrigeren ER im Vergleich mit dem Kontrollseparator A zeigte. In ähnlicher Weise zeigte der Separator von Beispiel B einen um mehr als 20% niedrigeren ER im Vergleich mit dem Kontrollseparator A. Diese erwünschten niedrigeren ER-Resultate traten trotz der Tatsache auf, dass die Porösitätsprozentwerte für die erfindungsgemäßen Separatoren A und B innerhalb der Toleranzen (60% +/- 7,5%) für die Porosität eines solchen Separators lagen. Somit trug die neuartige und unerwartete Porenstruktur des Separators zu dem verringerten ER in Kombination mit einem Porösitätsprozentsatz für den Separator bei, der mit der Porösität eines bekannten Separators übereinstimmt (mit nicht viel mehr als dieser).
  • Weitere Beispiele:
  • Mehrere Separatoren wurden gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet. Diese Separatoren wurden mit Vergleichsseparatoren verglichen. SEMs der erfindungsgemäßen Separatoren wurden gemacht, um die Schaschlik-Kebab-Formationen der erfindungsgemäßen Separatoren darzustellen.
  • Beispiel 1:
  • In Beispiel 1 wurde ein Enhanced-Flooded-Separator mit einer Rückengewebedicke von 250 µm gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von UHMWPE, Silica und Öl hergestellt, und das verwendete Silica war ein Silica mit einer hohen Ölabsorption. Eine SEM des erfindungsgemäßen Separators mit niedrigem ER wurde aufgenommen; siehe die 15A.
  • Drei Schaschlik-Kebab-Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von der 15A, der SEM des Separators von Beispiel 1, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen erstellt. Siehe die 15B - 15D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 15A des Separators von Beispiel 1 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formationen oder -Morphologie, die in der nachstehenden Tabelle 9 gezeigt sind. Tabelle 9
    Schaschlik-Kebab- Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,1172 0,1484 0,1094
    Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formation 0,057 (57 nm) 0,047 (47 nm) 0,085 (85 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Repetition oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Morphologie oder -Struktur von 63 nm erhalten.
  • Beispiel 2:
  • Ferner wurde für das Beispiel 2 ein Enhanced-Flooded-Separator mit einer Rückengewebedicke von 200 µm gemäß der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 weiter oben unter Verwendung von UHMWPE, Silica und Öl hergestellt, und das verwendete Silica war ein Silica mit einer hohen Ölabsorption. Es wurde eine SEM des erfindungsgemäßen Separators mit niedrigem ER gemacht, siehe die 16A.
  • Drei Schaschlik-Kebab-Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von 16A, der SEM des Separators von Beispiel 2, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen gemacht, siehe die 16B - 16D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 16A des Separators von Beispiel 2 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formationen oder -Morphologie, die in der nachstehenden Tabelle 10 gezeigt sind. Tabelle 10
    Schaschlik- Kebab-Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,1172 0,1406 0,07813
    Periodizität oder 0,057 0,047 0,085
    Wiederholung der Schaschlik- Kebab-Formation (57 nm) (47 nm) (85 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Repetition oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Morphologie oder -Struktur von 63 nm erhalten.
  • Beispiel 3:
  • Für das Beispiel 3 wurde ein Enhanced-Flooded-Separator mit einer Rückengewebedicke von 250 µm gemäß der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise wie im oben stehenden Beispiel 1 unter Verwendung von UHMWPE, Silica und Öl hergestellt, und das verwendete Silica war ein Silica mit einer hohen Ölabsorption. Es wurde eine SEM des erfindungsgemäßen Separators mit niedrigem ER gemacht; siehe 17A.
  • Drei Schaschlik-Kebab-Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von der 17A, der SEM des Separators von Beispiel 3, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen erstellt. Siehe die 17B - 17D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 17A des Separators von Beispiel 3 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formationen oder -Morphologie, die in der nachstehenden Tabelle 11 gezeigt sind. Tabelle 11
    Schaschlik-Kebab- Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,0625 0,05469 0,04688
    Periodizität oder Wiederholung der 0,063 0,073 0,085
    Schaschlik- Kebab- Formation (63 nm) (73 nm) (85 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Repetition oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Morphologie oder -Struktur von 74 nm erhalten.
  • Beispiel 4:
  • Für Beispiel 4 wurde ein Enhanced-Flooded-Separator mit einer Rückengewebedicke von 250 µm gemäß der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise wie im oben stehenden Beispiel 1 unter Verwendung von UHMWPE, Silica und Öl hergestellt, und das verwendete Silica war ein Silica mit einer hohen Ölabsorption (ein Silica mit einer unterschiedlichen hohen Ölabsorption gegenüber dem Silica, das in den oben stehenden Beispielen 1 - 3 verwendet wurde; jedes von den Silicas mit einer hohen Ölabsorption, die zur Herstellung der Separatoren der Beispiele 1 - 5 verwendet wurden, liegt im Bereich von etwa 230 bis etwa 280 ml/100 g). Es wurde eine SEM des erfindungsgemäßen Separators mit niedrigem ER gemacht; siehe 18A.
  • Drei Schaschlik-Kebab-Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von der 18A, der SEM des Separators von Beispiel 4, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen erstellt. Siehe die 18B - 18D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 18A des Separators von Beispiel 4 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formationen oder -Morphologie, die in der nachstehenden Tabelle 12 gezeigt sind. Tabelle 12
    Schaschlik-Kebab- Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,07031 0,07031 0,07813
    Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik- 0,056 0,056 0,051
    Kebab-Formation (56 nm) (56 nm) (51 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Repetition oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Morphologie oder -Struktur von 55 nm erhalten.
  • Beispiel 5:
  • Für dieses Beispiel, Beispiel 5, wurde ein Enhanced-Flooded-Separator mit einer Rückengewebedicke von 250 µm gemäß der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise wie im oben stehenden Beispiel 1 unter Verwendung von UHMWPE, Silica und Öl hergestellt, und das verwendete Silica war ein Silica mit einer hohen Ölabsorption (ein Silica mit einer unterschiedlichen hohen Ölabsorption gegenüber dem Silica, das in den oben stehenden Beispielen 1 - 3 verwendet wurde, und gegenüber dem Silica, das in dem oben stehenden Beispiel 4 verwendet wurde). Es wurde eine SEM des erfindungsgemäßen Separators mit niedrigem ER gemacht; siehe 19A.
  • Drei Schaschlik-Kebab-Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von der 19A, der SEM des Separators von Beispiel 5, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen erstellt. Siehe 19B - 19D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 19A des Separators von Beispiel 5 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Formationen oder -Morphologie, die in der nachstehenden Tabelle 13 gezeigt sind. Tabelle 13
    Schaschlik-Kebab- Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,07031 0,0625 0,0625
    Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik- 0,056 0,063 0,063
    Kebab- Formation (56 nm) (63 nm) (63 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Repetition oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Morphologie oder -Struktur von 61 nm erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Ein Vergleichs-Polyethylen-Blei-Säure-Batterie-Separator wurde erhalten, wobei der Separator eine Rückengewebedicke von 250 µm besitzt. Es wurde eine SEM von dem Separator von Vergleichsbeispiel 1 gemacht; siehe 20A.
  • Drei Regionen, die als Nrn. 1, 2 bzw. 3 nummeriert sind, wurden auf der SEM von 20A, der SEM des Separators von Vergleichsbeispiel 1, identifiziert. Dann wurden FTIR-Spektrenprofile von jeder von diesen drei Schaschlik-Kebab-Regionen erstellt. Siehe 20B - 20D. Die FTIR-Spektren, die von jeder der drei Schaschlik-Kebab-Regionen (Nrn. 1, 2 und 3) der SEM von 20A des Separators von Vergleichsbeispiel 1 erstellt wurden, ergaben die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholungsinformationen hinsichtlich der kristallinen Struktur und/oder Morphologie von diesen drei Regionen, die in der nachstehenden Tabelle 14 gezeigt sind. Tabelle 14
    Regionnummer Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3
    Peakposition 0,03906 0,03906 0,03906
    Periodizität oder Wiederholung der kristallinen 0,170 0,170 0,170
    Struktur der Morphologie der Region (170 nm) (170 nm) (170 nm)
  • Letztendlich wurde eine durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der kristallinen Struktur oder Morphologie der identifizierten Regionen von 170 nm erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 2:
  • Ein weiterer Vergleichs-Polyethylen-Blei-Säure-Batterie-Separator wurde erhalten, wobei der Separator eine Rückengewebedicke von 250 µm aufweist. Es wurde eine SEM des Separators von Vergleichsbeispiel 2 gemacht; siehe 21A.
  • Eine Region der Separator-SEM-Aufnahme, nummeriert als Nr. 1, wurde auf der SEM von 21A, der SEM des Separators von Vergleichsbeispiel 2, identifiziert. Dann wurde ein FTIR-Spektrenprofil dieser Region erstellt; siehe 21B. Das FTIR-Spektrum, das von der Region (Nr. 1) der SEM von 21A des Separators von Vergleichsbeispiel 2 erstellt wurde, ergab die folgende(n) Peakpositionsinformationen und Periodizität oder Wiederholungsinformationen hinsichtlich der kristallinen Struktur und/oder Morphologie dieser Region, die in der nachstehenden Tabelle 15 gezeigt sind. Tabelle 15
    Regionnummer Nr. 1
    Peakposition 0,03125
    Periodizität oder Wiederholung der kristallinen 0,212
    Struktur der Morphologie der Region (212 nm)
  • So war die Wiederholung oder Periodizität der kristallinen Struktur oder Morphologie der identifizierten Region 212 nm.
  • Vergleichsbeispiel 3:
  • Es wurde doch noch ein weiterer Vergleichs-Polyethylen-Blei-Säure-Batterie-Separator erhalten, dieser war kommerziell verfügbar von Daramic, LLC. Der Separator hatte eine Rückengewebedicke von 250 µm. Dieser Separator wurde in ähnlicher Weise wie die in den oben stehenden Beispielen 1 - 5 beschriebenen Separatoren hergestellt, doch das zur Herstellung dieses Separators verwendete Silica war keines mit einem hohen Ölabsorptionswert.
  • Es wurde eine SEM des Separators von Vergleichsbeispiel 3 gemacht; siehe 22. Begutachtet man die 22, so gab es keine Schaschlik-Kebab-Formationen, die sich durchgehend in einer Länge von wenigstens 0,5 µm oder länger in dieser SEM-Aufnahme der mikroporösen Polyolefinmembran erstreckten. Deshalb wurden keine Regionen auf der SEM markiert oder weiter analysiert.
  • Die Tabelle 16 weiter unten vergleicht die Resultate, die für die Periodizität oder Wiederholung der Schaschlik-Kebab-Regionen der Beispiele 1 - 5 erhalten wurden, versus die Resultate, die für die Vergleichsbeispiele 1 - 3 erhalten wurden. Tabelle 16
    Beispiel/ Regionnummer Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 CE 1 CE 2 CE 3
    Nr. 1 57 nm 57 nm 63 nm 56 nm 56 nm 170 nm 212 nm -
    Nr. 2 47 nm 47 nm 73 nm 56 nm 63 nm 170 nm - -
    Nr. 3 85 nm 85 nm 85 nm 51 nm 64 nm 170 nm - -
    Durchschnitt 63 nm 63 nm 74 nm 55 nm 61 nm 170 nm 212 nm -
  • Für die Beispiele 1 - 5 betrug die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Schaschlik-Kebab-Formationen und/oder kristallinen Strukturen und/oder Morphologien 1 nm bis 150 nm, bevorzugterweise 10 nm bis 120 nm, und sogar noch mehr bevorzugt 20 nm bis 100 nm. Dieser Strukturtyp wurde nicht für die Separatoren der Vergleichsbeispiele 1 - 3 festgestellt.
  • Weitere Eigenschaften und Merkmale der Separatoren der Beispiele 1 - 2 und 4 - 5 sind unten in der Tabelle 17 gezeigt (dagegen schließt die Tabelle 3 weiter oben Eigenschaften des Separators von Beispiel 3 ein). Tabelle 17
    Produkteigenschaften Einheit Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 4 Beispiel 5
    Profil Rippen aufweisendes PE, mehr als 12 Hauptrippen, niedrigere Rippenhöhe Rippen aufweisendes PE, mehr als 12 Hauptrippen, niedrigere Rippenhöhe Rippen aufweisendes PE, weniger als 12 Hauptrippen Rippen aufweisendes PE, weniger als 12 Hauptrippen
    Rückengewebedicke µm 250 200 250 250
    Ölendgehalt % 17,1 14,3 17,0 11,3
    Porösität % 62,5 65,8 58,7 65,2
    Elektrischer Widerstand mΩ·cm2 53 38 52 45
    20 Minuten Druchtränkung ER mΩ·cm2 57 36 - -
    Durchstoßfestigkeit N 13,6 12,7 11,6 12,0
    Benetzbarkeit Sekunden 25 8 6 6
    Dehnung - CMD % 587 470 713 616
    Säureschrumpfung % -1,4 -1,5 -0,1 -0,4
  • Festphasen-NMR-Beispiele:
  • Für zwei Separatorproben wurde das (Si-OH)/Si-Verhältnis von Silanolgruppen (Si-OH) zu elementarem Silicium (Si) mit Hilfe der 29Si-Festphasen-NMR-Technik gemessen, die ausführlich weiter oben beschrieben wird. Eine Probe des Separators von Beispiel 1 wurde für diese NMR-Testung vorbereitet, sowie eine Probe eines Vergleichs-Separators, Vergleichsbeispiel 4, was ein kommerziell verfügbarer Polyethylen-Separator von Daramic, LLC, mit einer Rückengewebedicke von 250 µm war, hergestellt mit dem gleichen Typ von Polyethylenpolymer und Silica wie der weiter oben als Vergleichsbeispiel 3 beschriebene Separator.
  • Es wurde ein 29Si-NMR-Spektrum von jeder Probe erhalten, und diese Spektren sind als 23 eingeschlossen. Das Q2-Signal wurde bei ca. -93 ppm festgestellt, während das Q3-Signal bei ca. -103 ppm beobachtet wurde und das Q4-Signal bei ca. -111 ppm beobachtet wurde. Jeder Komponenten-Peak wurde dekonvolutiert, wie in der 24 gezeigt, und es wurden die molekularen Q2:Q3:Q4-Verhältnisse unter Verwendung der Information von 24 berechnet, mit den weiter unten in der Tabelle 18 gezeigten Resultaten: Tabelle 18
    Beobachtetes 29Si-NMR Signal-Flächenverhältnis Molekulares Verhältnis
    Q1 Q2 Q3 Q4 OH Si OH/Si
    CE4 0 2 16 82 20 100 0,20
    Beispiel 1 0 5 17 78 27 100 0,27
    Anzahl an OH-Bindungen 3 2 1 0
  • Bei den oben gezeigten Resultaten ist das OH/Si-Verhältnis des Separators von Beispiel 1 um 35% höher als das OH/Si-Verhältnis für den Separator von Vergleichsbeispiel 4, was bedeutet, dass die zusätzlichen Hydroxyl- und/oder Silanolgruppen, die für das Silica für den erfindungsgemäßen Separator vorhanden sind, zu den verbesserten Merkmalen des erfindungsgemäßen Separators beitragen können, wie dessen gewünschte Porenstruktur und/oder Morphologie und dessen niedriger ER.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen kann der Separator Folgendes einschließen oder aufweisen: leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, eine erhöhte Porösität, ein erhöhtes Hohlvolumen, amorphes Silica, Silica mit einer höheren Ölabsorption, Füllstoffe oder Silica mit einer erhöhten Bröckeligkeit, erhöhte Ionendiffusion, Silica mit mehr Silanolgruppen, Silica mit einem OH-zu-Si-Verhältnis von 21:100 bis 35:100, einen verringerten elektrischen Widerstand, eine Schaschlik-Kebab-Struktur oder -Morphologie, eine mikroporöse Polyolefinmembran, enthaltend partikelartigen Füllstoff in einer Menge von 40 % oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Membran, und Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht mit Schaschlik-Kebab-Formationen mit Kristall mit gestreckten Ketten (Schaschlik-Formation) und Kristall mit gefalteten Ketten (Kebab-Formation) und eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 1 nm bis 150 nm, eine verringerte Schichtdicke, verringerte Gewundenheit und/oder dergleichen oder jedwede Kombination davon. Solche erfindungsgemäßen Separatoren können besonders gut geeignet sein für Enhanced-Flooded-Batterien (EFB), die für eine höhere Leistung und Zuverlässigkeit gebaut sind als herkömmliche Flooded-Batterien, die wenigstens eine gewisse Start-Stopp-Funktionalität unterstützen, mit einer erhöhten Startleistung, die die ständig steigenden Anforderungen von vielen Fahrzeugen erfüllen, die eine längere Lebensdauer zur Erholung von Tiefentladungen vorsehen, die elektrische Ladungen während Motorstillstandsperioden antreiben und die eine hohe Zahl von Starts pro Fahrt unterstützen, mit einer überlegenen Zyklisierbarkeit, Ladungsannahme und/oder der Fähigkeit zum Betrieb bei einem niedrigen Ladungsstand und/oder einem Teilentladungsstand, mit dicht gepackten Komponenten, mit Batterievibrationsbeständigkeit, mit zuverlässiger Startleistung, exzellenter Zyklisierbarkeit, verbesserter Zyklisierung von Batterien, die in einem niedrigen Ladezustand und/oder Teilentladungszustand arbeiten und/oder längere Lebensdauer als herkömmliche Blei-Säure-Batterien und/oder dergleichen.
  • In Übereinstimmung mit wenigstens ausgewählten Ausführungsformen, Aspekten oder Zielen werden hierin neuartige oder verbesserte Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Batterien, Zellen und/oder Verfahren der Herstellung und/oder Verwendung von solchen Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Zellen und/oder Batterien offenbart oder bereitgestellt. In Übereinstimmung mit wenigstens gewissen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf neuartige oder verbesserte Batterie-Separatoren für Enhanced-Flooded-Batterien ab. Darüber hinaus werden hierin Verfahren, Systeme und Batterie-Separatoren zur Steigerung der Batterielebensdauer, Reduzierung des elektrischen Innenwiderstands, Erhöhung der Kaltstartströme und/oder Verbesserung der Gleichförmigkeit in wenigstens Enhanced-Flooded-Batterien offenbart. In Übereinstimmung mit wenigstens speziellen Ausführungsformen zielt die vorliegende Offenbarung oder Erfindung auf einen verbesserten Separator für Enhanced-Flooded-Batterien ab, wobei der Separator leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, verbesserte Füllstoffe, eine verringerte Gewundenheit, erhöhte Benetzbarkeit, einen reduzierten Ölgehalt, eine reduzierte Dicke, einen verringerten elektrischen Widerstand und/oder eine erhöhte Porösität aufweist und wobei die Verwendung eines solchen Separators in einer Batterie den Wasserverlust der Batterie reduziert, die Säureschichtung der Batterie senkt, den Spannungsabfall der Batterie senkt und/oder den CCA der Batterie erhöht. In Übereinstimmung mit wenigstens gewissen Ausführungsformen werden Separatoren bereitgestellt, die Folgendes einschließen oder aufweisen: leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, erhöhte Porösität, erhöhtes Hohlvolumen, amorphes Silica, Silica mit einer höheren Ölabsorption, Füllstoffe oder Silica mit einer erhöhten Bröckeligkeit, erhöhten Ionendiffusion, Silica mit mehr Silanolgruppen, Silica mit einem OH-zu-Si-Verhältnis von 21:100 bis 35:100, Silica mit einem OH-zu- Si-Verhältnis von wenigstens 27:100, einen verringerten elektrischen Widerstand, eine Schaschlik-Kebab-Struktur oder -Morphologie, eine mikroporöse Polyolefinmembran, enthaltend partikelartigen Füllstoff in einer Menge von 40 % oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Membran, und Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht mit Schaschlik-Kebab-Formationen mit einem Kristall mit gestreckten Ketten (Schaschlik-Formation) und Kristall mit gefalteten Ketten (Kebab-Formation) und eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 1 nm bis 150 nm, eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 150 nm oder weniger, eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 120 nm oder weniger, eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 100 nm oder weniger, mit Schaschlik-Kebab-Formationen mit Kristall mit gestreckten Ketten (Schaschlik-Formation) und Kristall mit gefalteten Ketten (Kebab-Formation) auf wenigstens der Rippen aufweisenden Seite und eine durchschnittliche Wiederholungsperiodizität der Kebab-Formation von 1 nm bis 150 nm, verringerte Schichtdicke, verringerte Gewundenheit und/oder dergleichen, Separatoren, die besonders geeignet sind für Enhanced-Flooded-Batterien und/oder dergleichen.
  • Die vorliegende Erfindung kann in anderen Formen ausgeführt werden, ohne von deren Wesen und den wesentlichen Attributen davon abzuweichen, und demzufolge sollte auf die anhängigen Ansprüche Bezug genommen werden, anstatt auf die vorausgehende Patentbeschreibung, wie sie den Umfang der Erfindung angibt.
  • Die vorausgehende schriftliche Beschreibung von Strukturen und Verfahren ist lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung gegeben worden. Beispiele werden zum Offenbaren von beispielhaften Ausführungsformen, darin eingeschlossen der beste Modus, angeführt, und auch um jede Fachperson zu befähigen, die Erfindung in der Praxis durchzuführen, darin eingeschlossen die Herstellung und Verwendung von jeglichen Vorrichtungen oder Systemen und die Durchführung jeglicher darin integrierter Verfahren. Diese Beispiele sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzisen Schritte und/oder Formen, die offenbart werden, beschränken, und es sind zahlreiche Modifikationen und Variationen vor dem Hintergrund der oben stehenden Lehren möglich. Die hierin beschriebenen Merkmale können in beliebiger Kombination kombiniert werden. Die Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens können in beliebiger Abfolge durchgeführt werden, die physisch möglich ist. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die anhängigen Ansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, die Fachleuten in den Sinn kommen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Umfangbereichs der Ansprüche liegen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unerheblichen Abweichungen von der wörtlichen Sprache der Ansprüche einschließen.
  • Die Zusammensetzungen und Verfahren der anhängigen Ansprüche sollen im Umfang nicht durch die spezifischen Zusammensetzungen und Verfahren, die hierin beschrieben werden, beschränkt werden, die Veranschaulichungen einiger Aspekte der Ansprüche darstellen sollen. Es sollen jegliche Zusammensetzungen und Verfahren, die funktional äquivalent sind, in den Umfangbereich der Ansprüche fallen. Verschiedene Modifikationen der Zusammensetzungen und Verfahren zusätzlich zu den Gezeigten und hierin beschriebenen sollen in den Umfangbereich der anhängigen Ansprüche fallen. Ferner, während nur gewisse hierin offenbarte repräsentative Zusammensetzungen und Verfahrensschritte spezifisch beschrieben werden, sollen andere Kombinationen der Zusammensetzungen und Verfahrensschritte ebenfalls in den Umfangbereich der anhängigen Ansprüche fallen, selbst wenn sie nicht spezifisch angeführt werden. So kann eine Kombination von Schritten, Elementen, Komponenten oder Bestandteilen hierin ausdrücklich erwähnt werden, oder weniger, doch es können andere Kombinationen von Schritten, Elementen, Komponenten und Bestandteilen eingeschlossen sein, obwohl sie nicht ausdrücklich angegeben sind.
  • Wie in der Patentbeschreibung und in den anhängigen Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ Bezugwörter im Plural ein, es sei denn, der Kontext besagt eindeutig etwas Anderes. Bereiche können hierin ausgedrückt werden als von „etwa“ oder „ungefähr“ einem bestimmten Wert und/oder bis „etwa“ oder „ungefähr“ einem anderen bestimmten Wert. Wenn ein solcher Bereich ausgedrückt wird, schließt eine andere Ausführungsform ‚von dem einen bestimmten Wert und/oder bis zu dem anderen bestimmten Wert‘ ein. In ähnlicher Weise, wenn Werte als Annäherungen ausgedrückt werden, versteht es sich durch die Verwendung des Bezugsworts „etwa“, dass der spezielle Wert eine weitere Ausführungsform bildet. Es versteht sich ferner, dass die Endpunkte von jedem der Bereiche signifikant sind, sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig von dem anderen Endpunkt. „Optional“ oder „gegebenenfalls“ bedeutet, dass das anschließend beschriebene Ereignis oder der Umstand auftreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Fälle einschließt, in denen das Ereignis oder der Umstand auftritt, und Fälle, in denen dies nicht der Fall ist.
  • In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Patentschrift bedeutet das Wort „umfassen“ und Abwandlungen des Worts, wie „umfassend“ und „umfasst“, „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“ und soll nicht zum Beispiel andere Additive, Komponenten, Ganzzahlen oder Schritte ausschließen. Die Begriffe „bestehend im Wesentlichen aus“ und „bestehend aus“ können an Stelle von „umfassend“ und „einschließlich“ verwendet werden, um spezifischere Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen, und werden ebenfalls offenbart. „Beispielhaft“ bedeutet „ein Beispiel von“ und soll nicht eine Angabe einer bevorzugten oder idealen Ausführungsform vermitteln. In ähnlicher Weise wird „wie“ nicht in einem einschränkenden Sinne verwendet, sondern für Zwecke der Erläuterung oder Beispielzwecke.
  • Außer dort, wo es angegeben ist, sollen sich alle Zahlen, die Geometrien, Dimensionen und so weiter ausdrücken, die in der Patentbeschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, als allermindestens verstehen und nicht als ein Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu beschränken, um vor dem Hintergrund der Anzahl von signifikanten Stellen und der gewöhnlichen Rundungsmethoden ausgelegt zu werden.
  • Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleichen Bedeutungen wie üblicherweise von einer Person mit Kenntnissen in dem Fachbereich verstanden, zu dem die offenbarte Erfindung gehört. Hierin zitierte Publikationen und die Materialien, für welche sie zitiert werden, sind durch die Bezugnahme spezifisch eingebunden.
  • Des Weiteren kann die Erfindung, die in veranschaulichender Weise hierin offenbart wird, in geeigneter Weise in Abwesenheit von irgendeinem Element, das nicht spezifisch hierin offenbart wird, praktisch ausgeführt werden.
  • Die Folgenden Ausführungsformen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung:
    1. 1. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Folgendes umfasst:
      • Polyethylen, bevorzugterweise, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher; wobei der partikelartige Füllstoff in einer Menge von 40 Gew.-% oder mehr vorliegt; das Polyethylen Polymer in einer Schaschlik-Kebab- Formation umfasst, umfassend eine Vielzahl von Kristallen mit gestreckter Kette (den Schaschlik-Formationen) und einer Vielzahl von Kristallen mit gefalteter Kette (den Kebab-Formationen), und wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen von 1 nm bis 150 nm, bevorzugterweise weniger als 120 nm, beträgt.
    2. 2. Separator für eine Blei-Säure-Batterie gemäß Ausführungsform 1, wobei die durchschnittliche Wiederholung oder Periodizität der Kebab-Formationen definiert wird durch: Aufnehmen eines Bildes der Oberfläche der mikroporösen Polyolefinmembran mit einem SEM, wobei wenigstens drei rechteckige Regionen angegeben werden, in denen die Schaschlik-Kebab-Formation kontinuierlich in der Länge um wenigstens 0,5 µm oder länger in demselben SEM-Bild gestreckt ist, und Spezifizieren der Wiederholung oder Periodizität durch Fourier-Transformation vom Kontrastprofil, projiziert in der vertikalen Richtung, zu der Längenrichtung von jeder angegebenen rechteckigen Region, um den Durchschnitt der Wiederholungsperioden zu berechnen.
    3. 3. Separator für eine Blei-Säure-Batterie gemäß Ausführungsform 1, wobei der Füllstoff aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Silica, präzipitiertem Silica, Kieselpuder und präzipitiertem amorphem Silica; und wobei das Molverhältnis von OH- zu Si-Gruppen innerhalb des Füllstoffs, gemessen mittels 29Si-NMR, innerhalb eines Bereiches von 21:100 bis 35:100, bevorzugterweise 27:100 oder mehr, liegt.
    4. 4. Separator für eine Blei-Säure-Batterie gemäß Ausführungsform 1, wobei der Verarbeitungsweichmacher aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus: Verarbeitungsöl, Öl auf Paraffinbasis und Mineralöl.
    5. 5. Separator gemäß Ausführungsform 1, wobei Silica an den Kebab-Formationen vom Polymer vorliegt.
    6. 6. Neuer oder verbesserter Enhanced-Flooded-Batterie-Separator, umfassend wenigstens eine mikroporöse thermoplastische Platte mit wenigstens einem aus einem elektrischen Widerstand von weniger als 200 mΩ·cm2, wobei der Separator die Batterielebensdauer steigert, den Innenwiderstand reduziert, den Kaltstartstrom erhöht und/oder die Einheitlichkeit bei wenigstens Enhanced-Flooded-Batterien erhöht; leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen, verbesserte Füllstoffe, verminderte Gewundenheit, erhöhte Benetzbarkeit, reduzierten Ölendgehalt, reduzierte Dicke, verringerten elektrischen Widerstand und/oder erhöhte Porosität und/oder Hohlraumvolumen aufweist.
    7. 7. Separator gemäß Ausführungsform 6, wobei die mikroporöse thermoplastische Platte durch mindestens eines der Folgenden gekennzeichnet ist:
      1. a) eine durchschnittliche Porengröße von nicht mehr als 1 µm;
      2. b) einen elektrischen Widerstand von weniger als 75 mΩ·cm2 oder weniger als 70 mΩ·cm2 oder weniger als 65 mΩ·cm2 oder weniger als 60 mΩ·cm2 oder weniger als 55 mΩ·cm2 oder weniger als 50 mΩ·cm2 oder weniger als 45 mΩ·cm2 oder weniger als 40 mΩ·cm2 oder weniger als 35 mΩ·cm2 oder sogar weniger;
      3. c) einen elektrischen Widerstand von mehr als 20% weniger als den elektrischen Widerstand eines bekannten Separators für eine Flooded-Blei-Säure-Batterie;
      4. d) eine Porosität von mehr als 50%;
      5. e) ein Ölendgehalt von zwischen etwa 10 - 20 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 14 - 20 Gew.-%; und
      6. f) Riffelung, gezackte Riffelung, geprägte Riffelung und/oder negative Kreuzrippen.
    8. 8. Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen, ferner umfassend einen Füllstoff mit hoher struktureller Morphologie.
    9. 9. Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen, wobei der Füllstoff durch wenigstens eines der Folgenden gekennzeichnet ist:
      1. a) eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 µm oder weniger;
      2. b) eine spezifische Oberfläche von wenigstens 100 m2/g; und
      3. c) eine Ölabsorptionsrate von wenigstens 150 ml/100 mg.
    10. 10. Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen, wobei der Füllstoff und das thermoplastische Polymer in einem Gewichtsverhältnis von 1,5:1 bis 6:1 vorliegen.
    11. 11. Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen, wobei der Füllstoff ein präzipitiertes Silica umfasst.
    12. 12. Separator gemäß Ausführungsform 1, wobei der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 30 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 5 µm oder weniger ist.
    13. 13. Separator gemäß Ausführungsform 1, wobei der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 60 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 0,5 µm oder weniger ist.
    14. 14. Separator gemäß Ausführungsform 1, umfassend:
      • eine mittlere Porengröße von wenigstens ungefähr 120 nm.
    15. 15. Separator gemäß Ausführungsform 1, umfassend:
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 1,6·10-10 bei -5°C, und
      • einen elektrischen Widerstand von ungefähr 40 mΩ·cm2 oder weniger.
    16. 16. Separator gemäß Ausführungsform 1, umfassend:
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 8,8·10-10 bei 30°C, und
      • einen elektrischen Widerstand von ungefähr 40 mΩ·cm2 oder weniger.
    17. 17. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst; wobei
      • der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 30 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 5,2 µm oder weniger ist.
    18. 18. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst; wobei
      • der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 60 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 0,5 µm oder weniger ist.
    19. 19. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst; wobei
      • der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 60 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 0,5 µm oder weniger ist.
    20. 20. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 1,6•10-10 bei -5°C, und
      • einen elektrischen Widerstand von ungefähr 40 mΩ•cm2 oder weniger.
    21. 21. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 8,8•10-10 bei 30°C, und
      • einen elektrischen Widerstand von ungefähr 40 mΩ•cm2 oder weniger.
    22. 22. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 1,6•10-10 bei -5°C, und
      • der partikelartige Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 30 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 5 µm oder weniger ist.
    23. 23. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 8,8•10-10 bei 30°C, und
      • der partikelartigen Füllstoff zu einem Ausmaß zerbröckelbar ist, dass nach 60 Sekunden der Ultrabeschallung die mediane Silica-Teilchengröße ungefähr 0,5 µm oder weniger ist.
    24. 24. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 1,6•10-10 bei -5°C, und
      • eine mittlere Porengröße von wenigstens ungefähr 120 nm.
    25. 25. Separator für eine Blei-Säure-Batterie, umfassend:
      • eine mikroporöse Polyolefinmembran, wobei die mikroporöse Polyolefinmembran Polyethylen, einen partikelartigen Füllstoff und einen Verarbeitungsweichmacher umfasst;
      • einen Diffusionskoeffizienten von wenigstens ungefähr 8,8•1-10 bei 30°C, und
      • eine mittlere Porengröße von wenigstens ungefähr 120 nm.
    26. 26. Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen, wobei der Separator eines oder mehrere aus einem(r) grenzflächenaktive Substanz, Beschichtung, Benetzungsmittel, Färbemittel, Antistatikadditiv, Antioxidans, Mittel zur Verringerung der Oxidation und Kombinationen davon umfasst.
    27. 27. Batterie-Separator gemäß der obigen Ausführungsform, wobei der Separator wenigstens eine grenzflächenaktive Substanzumfasst, wobei eine solche grenzflächenaktive Substanzeine nicht-ionische grenzflächenaktive Substanz, eine anionische grenzflächenaktive Substanzoder eine Kombination davon ist.
    28. 28. Verfahren zur Verringerung des Innenwiderstandes in einer Blei-Säure-Batterie, bevorzugterweise einer Enhanced-Flooded-Batterie, umfassend das Bereitstellen des Separators gemäß einem beliebigen der obigen Ausführungsformen.
    29. 29. Neuartige oder verbesserte Blei-Säure-Batterie, bevorzugterweise eine Enhanced-Flooded-Batterie, umfassend den Separator gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen.
    30. 30. Neuartiges oder verbessertes Fahrzeug, welches die Batterie oder Enhanced-Flooded-Batterie der obigen Ausführungsformen umfasst.
    31. 31. Verbesserter Separator, wie hierin gezeigt und beschrieben, für eine Flooded-Blei-Säure-Batterie, bevorzugterweise eine Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie, wobei der Separator einen geringeren elektrischen Widerstand (ER) in der Batterie zeigt, verglichen mit einem bekannten Separator für Flooded-Blei-Säure-Batterien, wobei der Separator eine Schaschlik-Kebab-Struktur aufweist, wie hierin definiert, und der Separator wenigstens eines der Folgenden in der Flooded-Blei-Säure-Batterie, bevorzugterweise Enhanced-Flooded-Blei-Säure-Batterie, zeigt: verringerte Säureschichtung in der Batterie, verglichen mit dem bekannten Separator; verringerter Spannungsabfall in der Batterie, verglichen mit dem bekannten Separator; erhöhte Kaltstartströme (CCA) in der Batterie, verglichen mit dem bekannten Separator; verringerten Wasserverlust in der Batterie, verglichen mit dem bekannten Separator; erhöhte Ladungsaufnahme in der Batterie, verglichen mit dem bekannten Separator; und/oder insgesamt verbesserte Batterieleistung, Batterielebensdauer und/oder Batterie-Zyklisierung im Vergleich mit einer Batterie, die den bekannten Separator verwendet.
    32. 32. Verbesserter Batterie-Separator für eine Flooded-Blei-Säure-Batterie oder eine verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterie oder ein verbessertes Fahrzeug, umfassend eine verbesserte Flooded-Blei-Säure-Batterie, gemäß einem oder mehreren beliebigen der oben genannten Ausführungsformen, wobei der Batterie-Separator oder die Batterie oder das Fahrzeug der Leistung eines AGM Batterie-Separators und/oder einer AGM-Batterie und/oder eines Fahrzeugs, das eine AGM-Batterie und einen AGM-Batterie-Separator umfasst, nahekommt, diese erfüllt oder übertrifft.
    33. 33. Neue oder verbesserte Separatoren, Batterie-Separatoren, Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren, Batterien, Zellen und/oder Verfahren der Herstellung und/oder Verwendung von solchen Separatoren, Batterie-Separatoren, Fluss-Redox-Separatoren, -Zellen und/oder -Batterien, neuartige oder verbesserte Enhanced-Flooded-Batterie-Separatoren für Enhanced-Flooded-Batterien, ein verbesserter Separator für Enhanced-Flooded-Batterien und/oder verbesserte Verfahren zur Verwendung solcher Batterien mit solchen verbesserten Separatoren, Verfahren, Systeme und Batterie-Separatoren für die Reduzierung des Innenwiderstands, Steigerung der Batterielebensdauer, Reduzierung von Wasserverlust, Reduzierung des Innenwiderstands, Erhöhung der Benetzbarkeit, Reduzierung der Säureschichtung, Verbesserung der Säurediffusion, Verbesserung der Kaltstartströme und/oder Verbesserung der Gleichförmigkeit, Separatoren, die leistungssteigernde Additive oder Beschichtungen einschließen oder aufweisen, erhöhte Porosität, erhöhtes Hohlvolumen, amorphes Silica, Silica mit höherer Ölabsorption, Silica mit einer höheren Silanolgruppe, Silica mit einem OH-zu-Si-Verhältnis von 21:100 bis 35:100, reduzierter elektrischer Widerstand, eine Schaschlik-Kebab-Struktur oder Morphologie, eine mikroporöse Polyolefinmembran, enthaltend partikelartigen Füllstoff in einer Menge von 40% oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Membran, und Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht mit Schaschlik-Kebab-Formationen mit einem Kristall mit gestreckten Ketten (Schaschlik-Formation) und Kristall mit gefalteten Ketten (Kebab-Formation) und der durchschnittlichen Wiederholungs-Periodizität der Kebab-Formation von 1 nm bis 150 nm, verringerter Lagendicke, verringerter Gewundenheit und/oder dergleichen, Separatoren, die besonders gut für Enhanced-Flooded-Batterien und/oder dergleichen geeignet sind, wie sie hierin gezeigt oder beschrieben sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/319959 [0001]

Claims (20)

  1. Rippen aufweisender polyolefinischer Batterie-Separator, insbesondere mit einem Rückseitengewebe, wobei der Separator und insbesondere das Rückseitengewebe mit Rippen auf mindestens einer Seite davon versehen ist und einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als etwa 160 mΩ•cm2, vorzugsweise nicht mehr als etwa 140 mΩ•cm2, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 120 mΩ•cm2, aufweist.
  2. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 1, wobei der elektrische Widerstand nicht mehr als etwa 100 mΩ•cm2, bevorzugt nicht mehr als etwa 80 mΩ•cm2, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 60 mΩ•cm2, beträgt.
  3. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 1, wobei der elektrische Widerstand nicht mehr als etwa 50 mΩ · cm2, bevorzugt nicht mehr als etwa 40 mΩ·cm2, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 30 mΩ·cm2, noch weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 20 mΩ·cm2, beträgt.
  4. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Separator eine Rückseitengewebedicke von 40 Mikrometer bis 500 Mikrometer, vorzugsweise von 100 Mikrometer bis 500 Mikrometer, aufweist.
  5. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, umfassend Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), ein Verarbeitungsöl und einen Füllstoff, wobei das Verarbeitungsöl vorzugsweise einen Anilin-Punkt in einem Bereich von 80°C bis 130°C aufweist.
  6. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 5, wobei der Füllstoff Silica umfasst.
  7. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 5, wobei der Verarbeitungsöl-Endgehalt bei weniger als etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 20 Gew.-%, liegt und das Verarbeitungsöl vorzugsweise einen Anilin-Punkt in einem Bereich von 80°C bis 130°C aufweist.
  8. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 7, wobei der Verarbeitungsöl-Endgehalt zwischen etwa 10 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 14 Gew.% und etwa 20 Gew.-%, liegt, und wobei das Verarbeitungsöl vorzugsweise einen Anilin-Punkt in einem Bereich von 80°C bis 130°C aufweist.
  9. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, mit einer durchschnittlichen Porengröße nicht größer als 1 Mikrometer, vorzugsweise von 0,1 Mikrometer bis 1 Mikrometer.
  10. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 9, wobei die durchschnittliche Porengröße zwischen 0,5 Mikrometer bis 1 Mikrometer beträgt.
  11. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Porosität von mehr als 50%.
  12. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 11 mit einer Porosität von mehr als 60%.
  13. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, umfassend Rippen auf beiden Seiten davon.
  14. Polyolefinischer Batterie-Separator einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Rippen mindestens eine ist, die aus der Gruppe gewählt ist bestehend aus gezackten Rippen, geprägten Rippen, Kreuzrippen und Kombinationen davon.
  15. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Rippen eine Höhe im Bereich von 5 Mikrometer bis 1,5 mm aufweisen.
  16. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, umfassend eine grenzflächenaktive Substanz.
  17. Polyolefinischer Batterie-Separator nach Anspruch 16, wobei die grenzflächenaktive Substanz mindestens eine ist, die aus der Gruppe gewählt ist bestehend aus einer nichtionischen grenzflächenaktiven Substanz, einer anionischen grenzflächenaktiven Substanz und Kombinationen davon.
  18. Polyolefinischer Batterie-Separator von Anspruch 16, wobei die grenzflächenaktive Substanz auf dem Separator in einer Dichte zwischen 0,5 - 10 g / m2 vorliegt.
  19. Polyolefinischer Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 mit gezackten Rippen auf einer Seite und Kreuzrippen auf der anderen Seite.
  20. Blei-Säure-Batterie, umfassend den polyolefinischen Batterie-Separator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19.
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