DE112020006419T5

DE112020006419T5 - Batterieseparator der zur verringerung der ablagerung, der säure in akkus mit flüssigem elektrolyt verdelt, gestaltet ist

Info

Publication number: DE112020006419T5
Application number: DE112020006419.0T
Authority: DE
Inventors: George Brilmyer; David Mihara
Original assignee: Microporous LLC
Current assignee: Microporous LLC
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2023-05-25
Also published as: US20210203035A1; EP4085490A4; CN114730967A; US11557815B2; WO2021138292A1; GB202209421D0; EP4085490A1; JP2023508950A; GB2617628A

Abstract

Ein Batterieseparator, der so konfiguriert ist, dass er die Säureschichtung für eine verbesserte geflutete Batterie reduziert. Der Batterieseparator für die verbesserte überflutete Batterie ist so konfiguriert, dass er die Säureschichtung minimiert. Der Batterieseparator besteht aus einer mikroporösen Membran und einer Absorptionsmatte. Die absorbierende Matte weist eine 3-Stunden-Dochtwasserhöhe von mehr als 15 cm auf. Wobei die absorbierende Matte des Batterieseparators so konfiguriert ist, dass sie die Säureschichtung in der verbesserten gefluteten Batterie minimiert.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Batterieseparator oder ein Trennsystem, das die Ablagerung der Säure in Akkus, die mit flüssigem Elektrolyt veredelt sind, verringert oder beseitigt.
HINTERGRUND
Die Bleiakkumulatoren sind seit mehr als einem Jahrhundert beliebte, kostengünstige wiederaufladbare Energiespeicher. Trotz des geringen Leistung-Volumen-Verhältnisses kann eine Bleibatterie hohe Stoßströme liefern, was sie für Anlasser, Kraftfahrzeuge, Gabelstapler, unterbrechungsfreie Stromversorgungen usw. attraktiv macht. Die beiden Haupttypen von Bleiakkumulatoren sind Flüssigelektrolytbatterien („unversiegelt“) und ventilgeregelte Bleiakkumulatoren (VRLA) („versiegelt“). Eine „verbesserte“ Flüssigelektrolytbatterie ist eine verbesserte und robustere Bleibatterie, die z. B. in Kraftfahrzeugen mit „Idle-Start-Stop“-Technologie eingesetzt wird. Bei dieser Technologie muss die Batterie Strom liefern, um das elektrische System des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten, wenn die Lichtmaschine keinen Strom mehr erzeugt. Weitere Märkte für diese Technologie sind die Nutzbremsung von Kraftfahrzeugen und das Aufladen von Industriefahrzeugen (z. B. Gabelstapler). Aufgrund dieser Anforderungen benötigt die Technologie eine Batterie mit schneller Ladezeit und verbesserter Fähigkeit zum Zyklisieren. Derzeit werden für Start-Stopp-Fahrzeuge AGM-(saugfähige Glasmatte) und EFB-Batterien (verbesserte Flüssigelektrolytbatterie) eingesetzt, die eine längere Lebensdauer und eine schnelle Ladefähigkeit bieten.
Die vorliegende Erfindung kann so gestaltet werden, dass sie einen zusätzlichen Bestandteil zu dem bestehenden veredelten Separator für die Flüssigelektrolytbatterie bereitstellt. Der Batterieseparator trennt die positive Elektrode von der negativen Elektrode in einer Bleibatteriezelle. Der Separator ermöglicht den Austausch von Ionen mit dem geringstmöglichen Widerstand und verhindert gleichzeitig einen Kurzschluss, der durch die Berührung der positiven und negativen Elektrode entstehen würde. Die Separatoren für Flüssigelektrolytbatterien können aus einer porösen Matrix hergestellt werden und poröse anorganische Füllstoffe wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, mineralische Tone oder andere enthalten, die dem Sachkundigen bekannt sind. Der Separator für Flüssigelektrolytbatterien kann auch spezifische Zusatzstoffe wie wasserverlustmindernde Lösungen, Antioxidantien und Kautschuklatizes sowie andere Stoffe mit spezifisch erwünschter Aktivität enthalten. Der Großteil des Separators kann aus vernetztem Natur- und/oder Synthesekautschuk, organischen Polymeren mit unterschiedlichem Molekulargewicht wie Polyester, Polysulfone und Polyolefine (typischerweise mit einem Molekulargewicht zwischen 300K und 12MM) bestehen. Andere Stoffe, die zur Herstellung von Separatoren für Flüssigelektrolytbatterien eingesetzt werden, sind nass- und trockengelegte Vliese, die in der Regel aus Polyester und/oder Glasfasern hergestellt werden. In bestimmten Fällen wird der Separator von Vliesstoff mit Phenolverbindungen beschichtet, um die Oxidationsbeständigkeit zu erhöhen. Viele solcher Separator besitzen ein Laminat aus Glas oder Polyester in Form eines Baumwollstoffes mit einer offenen Porenstruktur, das auf der die der Plusplatte zugewandte Seite des Separators angebracht ist. Das Laminat oder der Baumwollstoff verhindert die Oxidation des Gummis oder Polymers durch das oxidative
Potenzial der positiven Elektrode und erhöht so die Lebensdauer des Separators.
Die veredelten Flüssigelektrolytbatterien, auch als EFB-Batterien bekannt, sind eine verbesserte Version der standardmäßigen Technologie mit Flüssigelektrolyt. Diese Batterietypen sollten nicht mit standardmäßigen Flüssigelektrolytbatterien oder AGM-VRLA-Batterien verwechselt werden. Die Hauptvorteile der EFB-Technologie sind eine verbesserte Ladungsaufnahme und eine längere zyklische Lebensdauer bei verringertem Ladezustand (typisch für Stopp-Start-Anwendungen). EFB-Batterien können ungefähr bis zu 85.000 Motorstarts durchführen, verglichen mit 30.000 Starts bei Standard-Flüssigelektrolytbatterien.
EFB-Batterien wurden als nachrangige Option zu AGM-Batterien in Bezug auf Leistung, Haltbarkeit und Kosten eingeführt. Die EFB-Technologie beruht auf die Verbesserungen der bestehenden Technologie mit Flüssigelektrolyt durch die Zugabe von porösen Kohlenstoffzusätzen im Plattenherstellungsverfahren. AGM-Batterien verfügen über einzigartige Konstruktionsmerkmale, die bei Flüssigelektrolytbatterien nicht vorhanden sind. Dazu gehören Separatoren aus Glasmatten, eine rekombinante Deckeltechnologie und ein höherer Druck der Packung, um die zyklische Lebensdauer zu verbessern. AGM-Batterien sind besser geeignet, um die Anforderungen von Fahrzeugen mit höherer Spezifikation zu erfüllen, die eine oder mehrere der folgenden Technologien beinhalten: Start-Stopp, Nutzbremsung und passiver Ladedruck.
Batterien, die in einem teilweisen Ladezustand eingesetzt werden, wie z.B. verbesserte Flüssigelektrolytbatterien, die für Start/Stopp-Anwendungen eingesetzt werden, neigen dazu, eine verringert Lebensdauer zu haben, weil diese Batterien aufgrund von Unterladung eine Säureablagerung aufweisen. Das beschriebene Problem der Säureablagerung kann auch bei tiefentladbaren Flüssigelektrolytbatterien und/oder tiefentladbaren Traktionsbatterien mit Flüssigelektrolyt auftreten, wobei dies natürlich nicht auf diese beschränkt ist. Die tiefentladbaren Flüssigelektrolytbatterien können in Solarenergieanwendungen eingesetzt werden (diese Batterien werden aufgrund der Unzuverlässigkeit der Sonne selten genug überladen, um eine Gasbildung zu verursachen, und neigen daher zur Bildung von Ablagerungen und haben eine geringere Lebensdauer). Die tiefentladbaren Traktionsbatterien mit Flüssigelektrolyt (z. B. für Gabelstapler) unterliegen in der Regel einer „Gelegenheitsladung“. Auch diese Batterien erhalten nicht immer genügend Ladung, so dass die Gasbildung minimal ist und die Säure sich ablagert.
Im Allgemeinen treten durch die Säureablagerung bedingte Ausfälle auf, wenn der Elektrolyt einer geschichteten Batterie, der sich am Boden der Zelle konzentriert hat, Schäden sowohl an der positiven als auch an der negativen Platte verursacht. Die hohe „schwere“ Säurekonzentration am Boden der Zelle verstärkt die Korrosion der positiven Platte und erzeugt einen dichten, inaktiven Bereich aus Bleisulfat auf der negativen Platte. Bei einem solchen Batterieversagen ist der dichte Bereich des stark sulfatierten, negativen, aktiven Stoffes (NAM) am Boden der negativen Platte vom gesunden NAM in der Nähe des Oberteils durch das getrennt, was die Industrie als „Flutlinie“ bezeichnet. Eine nicht geschichtete Zelle hat keine sichtbare Flutlinie. Die ungleiche Ladung auf den Platten einer Zelle mit starker Säureablagerung verringert den CCA (Kaltstartstrom), und der Motor lässt sich nur langsam starten. Eine Säureablagerung tritt typischerweise auf, wenn die Batterie bei niedriger Ladung (unter 80 Prozent) verweilt, nie eine volle Ladung erhält und/oder oberflächliche Entladungen hat. Kurzstreckenfahrten mit stromfressendem Zubehör tragen zur Säureablagerung bei, da die Lichtmaschine nicht immer eine gesättigte Ladung abgeben kann. Große Luxusautos sind besonders für Säureablagerung anfällig. Wenn man die Batterie einige Tage ruhen lässt oder sie schüttelt, um die Säure zu verwirbeln, kann man das Problem beheben. Allerdings lässt sich die Säureablagerung nicht immer vermeiden.
Bei der Bleibatterie-Technologie und insbesondere bei der Technologie der veredelten Bleiakkumulatoren mit Flüssigelektrolyt gibt es jedoch immer einen Bedarf bzw. den Wunsch nach Verbesserungen. Mit wachsendem Energiebedarf von Energiespeicherbatterien und verbesserte Flüssigelektrolytbatterien von Start-Stopp-Fahrzeugen, gibt es einen Bedarf für eine ununterbrochene Verbesserung der Bleibatterie-Technologie. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Notwendigkeit erkannt, Bleiakkumulatoren und insbesondere verbesserte Bleiakkumulatoren mit Flüssigelektrolyt mit geringeren Problemen der Säureablagerung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung kann dazu dienen, zumindest bestimmte Aspekte der oben erörterten Probleme oder Bedürfnisse anzugehen, indem neue und/oder verbesserte Separator für Flüssigelektrolytbatterien und verbesserte Flüssigelektrolytbatterien bereitgestellt werden, die so gestaltet sind, dass sie die Säureablagerung verringern.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend umfasst die vorliegende Erfindung in einem Aspekt einen Batterieseparator, der so gestaltet ist, dass er die Säureablagerung in einer veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert. Der Batterieseparator für die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie ist so gestaltet, dass er die Säureablagerung verringert. Der Batterieseparator kann aus einer mikroporösen Membran und einer saugfähigen Matte bestehen.
Ein Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte so gestaltet sein kann, dass die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert wird.
Ein weiteres Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann sein, dass die saugfähige Matte eine 3-Stunden- Dochtwirkungshöhe von mehr als 15 cm aufweist. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 25 cm aufweisen. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die Saugfähige Matte eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 35 cm aufweisen. In ausgewählten Ausführungsformen kann die Saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe von mindestens 50 mm in 2 Minuten aufweisen. In ausgewählten Ausführungsformen des offengelegten Batterieseparators kann die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 1 Minute betragen. Wenn die saugfähige Matte des offengelegten Batterieseparators beispielsweise einen Brunauer-Emmett-Teller („BET“) von 0,9 m²/Gramm aufweist, kann die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 64 mm bei 1 Minute, 89 mm bei 2 Minuten, 125 mm bei 5 Minuten und 257 mm bei 30 Minuten. Ein weiteres Beispiel, das natürlich nicht darauf beschränkt ist: Wenn die saugfähige Matte des offengelegten Batterieseparators einen BET von 1,3 m²/Gramm hat, kann die saugfähige Matte eine Höhe der Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 55 mm bei 1 Minute, 74 mm bei 2 Minuten, 112 mm bei 5 Minuten und 236 mm bei 30 Minuten haben. Als weiteres Beispiel, und natürlich nicht darauf beschränkt, wenn die saugfähige Matte des offengelegten Batterieseparators einen BET von 0,9 m2/Gramm haben kann, kann die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 10 cm in 7 Minuten; 32 cm in 2 Stunden; und 39 cm in 3 Stunden. Als weiteres Beispiel, und natürlich nicht darauf beschränkt, wenn die saugfähige Matte des offengelegten Batterieseparators ein BET von 1,3 m2/Gramm haben kann, kann die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 10 cm in 9 Minuten; 30 cm in 2 Stunden; und 37 cm in 3 Stunden.
Ein weiteres Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte eine Dicke aufweisen kann, die so gestaltet ist, dass sie bei Befeuchtung anschwillt. In bestimmten Ausführungsformen kann die Dicke der saugfähigen Matte weniger als 1,0 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Dicke der saugfähigen Matte weniger als 0,5 mm betragen.
Ein weiteres Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte aus Mikrofasern hergestellt werden kann. Bei den Mikrofasern kann es sich um Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer handeln. In bestimmten Ausführungsformen können mindestens 10 % der saugfähigen Matte aus Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer bestehen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen können die Mikrofasern der saugfähigen Matte Glasmikrofasern enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus Glasmikrofasern. In anderen bestimmten Ausführungsformen können die Mikrofasern der saugfähigen Matte polymere Mikrofasern enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus polymeren Mikrofasern. In einer möglicherweise bevorzugten Ausführungsform können die Mikrofasern der saugfähigen Matte eine Kombination aus Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern enthalten. In bestimmten, möglicherweise besonders bevorzugten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus der Kombination von Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern.
Ein weiteres Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann sein, dass die mikroporöse Membran hauptsächlich flach sein kann. Die hauptsächlich flache mikroporöse Membran kann keine Hauptrippen aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran Mini-Rippen aufweisen. Die Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran können eine Höhe haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 0,1 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 0,3 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran eine Kombination aus 0,1 mm und 0,3 mm umfassen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran eine geprägte Struktur aufweisen. Die geprägte Struktur der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran kann sich auf einer Seite oder auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befinden. In bestimmten Ausführungsformen kann die geprägte Struktur der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran einem Schleifpapier der Körnung 100 ähneln.
In bestimmten Ausführungsformen des offengelegten Batterieseparators kann sich die saugfähige Matte auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befinden.
In anderen ausgewählten Ausführungsformen des offengelegten Batterieseparators kann eine nicht saugfähige Glasmatte enthalten sein. Die nicht saugfähige Glasmatte kann durch die nicht saugfähige Glasmatte (z. B. Johns Manville B-10) getrennt und auf diese laminiert sein.
In bestimmten Ausführungsformen des offengelegten Batterieseparators kann die Flüssigelektrolytbatterie oder EFB-Batterie eine Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt sein, die freie Säure hat, die bei Start-Stopp-Betrieb zur Säureablagerung neigt. Die Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt ist nicht verschlossen, wobei die Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt so gestaltet ist, dass Wasser nach der Produktion hinzugefügt werden kann.
Ein Merkmal des offengelegten Batterieseparators kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte die Fähigkeit hat, bei Benetzung anzuschwellen und somit ihre Dicke zu erhöhen.
In einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung einen Batterieseparator für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie in einer der verschiedenen Ausführungsformen und/oder Kombinationen von Ausführungsformen, die hier gezeigt und/oder beschrieben werden.
In einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie, die den offengelegten Batterieseparator in einer der verschiedenen Ausführungsformen und/oder Kombinationen von Ausführungsformen enthält, die hier gezeigt und/oder beschrieben werden. Dementsprechend kann die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie den offenbarten Batterieseparator enthalten, der für die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie gestaltet ist. Der Batterieseparator, der in der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie eingesetzt wird, kann so gestaltet sein, dass er die Säureablagerung verringert. Der Batterieseparator, der in der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie eingesetzt wird, kann aus einer mikroporösen Membran und einer saugfähigen Matte bestehen. Die saugfähige Matte kann die Fähigkeit haben, bei Benetzung anzuschwellen und somit ihre Dicke zu erhöhen. Die saugfähige Matte des Batterieseparators kann so gestaltet sein, dass sie die Säureablagerung in der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert.
Ein Merkmal der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie mit dem offengelegten Batterieseparator kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte eine Dicke haben kann, die so gestaltet ist, dass sie anschwillt, wenn sie benetzt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Dicke der saugfähigen Matte weniger als 1,0 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Dicke der saugfähigen Matte weniger als 0,5 mm betragen.
Ein weiteres Merkmal der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie mit dem offengelegten Batterieseparator kann darin bestehen, dass die saugfähige Matte aus Mikrofasern hergestellt sein kann. Bei den Mikrofasern kann es sich um Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer handeln. In bestimmten Ausführungsformen können mindestens 10 % der saugfähigen Matte aus Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer bestehen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen können die Mikrofasern der saugfähigen Matte Glasmikrofasern enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus Glasmikrofasern. In anderen ausgewählten Ausführungsformen können die Mikrofasern der saugfähigen Matte polymere Mikrofasern enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus polymeren Mikrofasern. In einer möglicherweise bevorzugten Ausführungsform können die Mikrofasern der saugfähigen Matte eine Kombination aus Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern enthalten. In ausgewählten, möglicherweise besonders bevorzugten Ausführungsformen der saugfähigen Matte bestehen die Mikrofasern der saugfähigen Matte nur aus der Kombination von Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern.
Ein weiteres Merkmal der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie mit dem offengelegten Batterieseparator kann darin bestehen, dass die mikroporöse Membran hauptsächlich flach sein kann. Die hauptsächlich flache mikroporöse Membran kann keine hauptsächlichen Rippen aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran Mini-Rippen aufweisen. Die Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran können eine Höhe haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 0,1 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 0,3 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe der Mini-Rippen der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran eine Kombination aus 0,1 mm und 0,3 mm umfassen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran eine geprägte Struktur aufweisen. Die geprägte Struktur der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran kann sich auf einer Seite oder auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befinden. In bestimmten Ausführungsformen kann die geprägte Struktur der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran einem Schleifpapier der Körnung 100 ähneln.
In bestimmten Ausführungsformen der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie mit dem offengelegten Batterieseparator kann sich die saugfähige Matte auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befinden.
Die vorstehende darstellende Zusammenfassung sowie andere beispielhafte Ziele und/oder Vorteile der Erfindung und die Art und Weise, in der diese erreicht werden, werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden, wenn man die ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen liest, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind und in denen gleiche Bezugsziffern ähnliche Strukturen bezeichnen und sich durchweg auf gleiche Elemente beziehen, und in denen:

zeigt eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie mit einem weggeschnittenen Teil, der die inneren Bestandteile der veredelten Flüssigelektrolytbatterie zur Verwendung des offengelegten Batterieseparators zeigt, der zur Verringerung der Säureablagerung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gestaltet ist;
zeigt eine geschichtete Rolle des Batterieseparators für die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie mit Mini-Rippen oder einer geprägten Struktur auf der Oberseite (positive Plattenseite des Separators), der saugfähigen Matte und einer dazwischen liegenden nicht saugfähigen Matte, gemäß ausgewählten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die an beiden Seiten des Batterieseparators befestigt ist;
zeigt einen Querschnitt eines Batterieseparators gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Mini-Rippen;
zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Querschnitts des Batterieseparators aus ;
zeigt eine Seitenansicht der geschichteten Rolle des Batterieseparators für die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie von ;
zeigt ein Diagramm eines Querschnitts der veredelten Flüssigelektrolytbatterie gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das die Säureablagerung während des Zyklus der veredelten Flüssigelektrolytbatterie zeigt;
zeigt ein weiteres Diagramm der veredelten Flüssigelektrolytbatterie gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das die Säureablagerung während des Zyklus der veredelten Flüssigelektrolytbatterie zeigt und wie sie die Lebensdauer der Batterie verringert;
zeigt eine Tabelle eines Säureablagerungstests gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
zeigt ein Diagramm der handgebrannten Zellen des in beschriebenen Säureablagerungstests;
zeigt ein Diagramm der Schaukeltische des in beschriebenen Säureablagerungstests;
zeigt eine Tabelle eines Säureablagerungstests gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
zeigt eine Tabelle mit Daten aus einem Säureablagerungstest gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen der Separator herkömmliche senkrechte Rippen aufweist;
zeigt eine Tabelle mit Daten aus einem Säureablagerungstest gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen der Separator nichtherkömmliche senkrechte Rippen aufweist;
zeigt eine Datentabelle eines Säureablagerungstests gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei der Separator Glasmatten und Baumwollstoff enthält; und
zeigt eine Tabelle mit Daten aus einem Säureablagerungstest gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen der Separator ein AGM- Baumwollstoff oder Klebepapier enthält.

Es ist zu beachten, dass die dargestellten Zeichnungen ausschließlich der Veranschaulichung dienen und dass es daher weder erwünscht noch beabsichtigt ist, die Erfindung auf einige oder alle der gezeigten genauen Konstruktionsdetails zu beschränken, es sei denn, sie werden als wesentlich für die beanspruchte Erfindung angesehen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird aus Gründen der Klarheit eine spezifische Fachsprache verwendet. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die so gewählte spezifische Fachsprache zu beschränken, und es ist zu verstehen, dass jedes spezifische Element alle technischen Äquivalente einschließt, die in ähnlicher Weise arbeiten, um ähnliche Funktionen zu erfüllen. Die Ausführungsformen der Ansprüche können jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt sind. Die hier dargelegten Beispiele sind nicht einschränkende Beispiele und stellen lediglich Beispiele unter anderen möglichen Beispielen dar.
Unter Bezugnahme auf überwindet die vorliegende Erfindung in einer möglicherweise bevorzugten Ausführungsform die oben genannten Nachteile und erfüllt den anerkannten Bedarf an einer solchen Vorrichtung oder einem solchen Verfahren durch Bereitstellung einer Bleibatterie 10. Die Bleibatterie 10 kann eine beliebige Größe oder ein beliebiger Typ einer Bleibatterie sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Flüssigelektrolytbatterie oder eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie („EFB“) 60, wie in gezeigt. Die in gezeigte Flüssigelektrolytbatterie oder EFB-Batterie 60 kann, wie allgemein bekannt und hier offengelegt, eine Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt mit freier Säure sein, die bei Start-Stopp-Betrieb zur Säureablagerung neigt. Die Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt ist nicht verschlossen, oder es handelt sich um eine Bleibatterie, die eine nachträgliche Wasserzugabe zulässt (andererseits sind verschlossene Batterien, wie z. B. ventilgeregelte Bleiakkumulatoren, „VRLA“, verschlossen und lassen keine nachträgliche Wasserzugabe zu). Wie dargestellt, umfasst die Batterie 10 eine negative Platte (Elektrode) 12 und eine positive Platte (Elektrode) 16 mit einem dazwischen liegenden Separator 14. Diese Bestandteile sind in einem Behälter oder Gehäuse 18 untergebracht, das auch die Anschlussklemmen 20, den Ventiladapter und das Ventil 22 sowie den Elektrolyt 24 enthält. Ein positiver Plattenblock ist mit einem positiven Zellenanschluss 28 und einem Minuspol 32 dargestellt. Ein negativer Plattenblock 36 ist mit einem negativen Zellenanschluss 34 abgebildet. Ein elektrolytdichter Dichtungsring 30 ist zur Abdichtung des Elektrolyten 24 abgebildet. Außerdem ist eine Gitterplatte 38 abgebildet. Obwohl eine bestimmte Batterie dargestellt ist, kann der erfindungsgemäße Zusatzstoff in vielen verschiedenen Arten von Batterien oder Geräten eingesetzt werden, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, in tiefentladbaren Flüssigelektrolytbatterien, tiefentladbaren Traktionsbatterien mit Flüssigelektrolyt, AGM-Batterien, verschlossenen Bleiakkumulatoren, Bleiakkumulatoren mit Flüssigelektrolyt, ISS-Bleiakkumulatoren, kombinierten Batterie- und Kondensatoreinheiten, anderen Batterietypen, Kondensatoren, Akkumulatoren und/oder dergleichen.
Unter Bezugnahme auf die und löst die vorliegende Erfindung die oben genannten Einschränkungen der derzeit verfügbaren Technologien für Batterieseparator, indem sie einen Batterieseparator 14 für eine Bleibatterie 10, wie eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie oder EFB-Batterie 60, bereitstellt. Der bereitgestellte Batterieseparator 14 kann so gestaltet sein, dass er die Säureablagerung des Elektrolyten 24 innerhalb der Batterie 10, wie der EFB-Batterie 60, verringert oder vermindert. Der Batterieseparator 14 kann im Vergleich zu 100%igen AGM-Batterien und deren Separatoren eine kostengünstigere Option darstellen. Darüber hinaus kann der Batterieseparator 14, der so gestaltet ist, dass er die Säureablagerung des Elektrolyten 24 in der Batterie 10 verringert oder vermindert, wie die EFB-Batterie 60, im Vergleich zu AGM-Batterien und ihren Separatoren einfacher einzubauen sein.
Im Allgemeinen kann der Batterieseparator 14 aus einer mikroporösen Membran 40 und einer saugfähigen Matte 42 bestehen. Die saugfähige Matte 42 kann die Fähigkeit haben, bei Benetzung anzuschwellen und somit ihre Dicke 44 zu erhöhen. Die saugfähige Matte 42 des Batterieseparators 14 kann so gestaltet sein, dass sie die Säureablagerung einer veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60 verringert. Die saugfähige Matte kann eine Dicke 44 aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie bei Benetzung anschwillt. In bestimmten Ausführungsformen kann die Dicke 44 der saugfähigen Matte 42 weniger als 1,0 mm betragen. In anderen ausgewählten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die Dicke 44 der saugfähigen Matte 42 weniger als 0,5 mm betragen.
Bei der hierin definierten saugfähigen Matte 42 kann es sich um eine Matte oder ein Stoff handeln, das so gestaltet ist, dass es den Elektrolyt 24 im Inneren der Batterie 10 einsaugt. Die saugfähige Matte 42 kann aus beliebigen Stoffen oder Verfahren hergestellt werden, die für die Aufsaugung von Elektrolyt 24 innerhalb der Batterie 10 gestaltet sind. Ein Merkmal des Batterieseparators 14 kann sein, dass die saugfähige Matte 42 eine 3-Stunden-Dochtwirkung von mehr als 10 cm hat. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 15 cm aufweisen. In ausgewählten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 25 cm aufweisen. In ausgewählten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 35 cm aufweisen. In bestimmte Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 eine Dochtwirkungshöhe von mindestens 50 mm in 2 Minuten aufweisen. In ausgewählten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen des Batterieseparators 14 kann die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte 42 mindestens 50 mm in 1 Minute betragen. Wenn die saugfähige Matte 42 des Batterieseparators 14 beispielsweise einen Brunauer-Emmett-Teller-Wert („BET“) von 0,9 m²/Gramm hat, kann die saugfähige Matte 42 eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 64 mm bei 1 Minute, 89 mm bei 2 Minuten, 125 mm bei 5 Minuten und 257 mm bei 30 Minuten. Als weiteres Beispiel, das natürlich nicht darauf beschränkt ist, kann die saugfähige Matte 42 des Batterieseparators 14 eine BET von 1,3 m²/Gramm haben, und die Dochtwirkungshöhe des Stoffes beträgt: 55 mm bei 1 Minute, 74 mm bei 2 Minuten, 112 mm bei 5 Minuten und 236 mm bei 30 Minuten. Als weiteres Beispiel, das natürlich nicht darauf beschränkt ist, kann die saugfähige Matte 14 des Batterieseparators 14 einen BET von 0,9 m²/Gramm haben, und die saugfähige Matte 42 kann eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes haben von: 10 cm in 7 Minuten; 32 cm in 2 Stunden; und 39 cm in 3 Stunden. Ein weiteres Beispiel, das natürlich nicht darauf beschränkt ist: Wenn die saugfähige Matte 42 des Batterieseparators 14 einen BET von 1,3 m²/Gramm hat, kann die saugfähige Matte 42 eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 10 cm in 9 Minuten; 30 cm in 2 Stunden; und 37 cm in 3 Stunden. BET ist ein vom Battery Council International („BCI“) eingesetzter Industriestandard und steht für die Brunauer-Emmett-Teller-Theorie (BET), die darauf abzielt, die Physisorption von Gasmolekülen an einer festen Oberfläche zu erklären, und die als Grundlage für eine wichtige Analysetechnik zur Messung der besonderen Oberfläche von Stoffen dient. Die Beobachtungen werden sehr häufig als physikalische Adsorption oder Physisorption bezeichnet. Die Dochtwirkungshöhen der Stoffe für die saugfähige Matte 42 wurden gemäß Abschnitt 11 des technischen BCI-Handbuchs (siehe BCIS-03A Rev. Decl5) gemessen, in dem Benetzung und Dochtwirkung zur Messung des Grads der Dochtwirkung des Elektrolyten 24 im Batterieseparator 14 vorgesehen sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 aus Mikrofasern 46 hergestellt werden. Bei den Mikrofasern 46 kann es sich um Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer handeln. In bestimmten Ausführungsformen können mindestens 10 % der saugfähigen Matte 42 aus Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer bestehen. Bei den Mikrofasern 46 kann es sich um beliebige Mikrofasern handeln, die im Inneren der saugfähigen Matte 42 zur Absorption des Elektrolyten 24 angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsformen können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 Mikrofasern aus Glas enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte 42 können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 nur aus Glasmikrofasern bestehen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 polymere Mikrofasern enthalten. In bestimmten Ausführungsformen der saugfähigen Matte 42 können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 nur aus polymeren Mikrofasern bestehen. In einer möglicherweise bevorzugten Ausführungsform können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 eine Kombination aus Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern enthalten. In ausgewählten, möglicherweise besonders bevorzugten Ausführungsformen der saugfähigen Matte können die Mikrofasern 46 der saugfähigen Matte 42 nur aus der Kombination von Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern bestehen.
Der Batterieseparator 14 kann in vielen verschiedenen Größen, Formen und/oder Gestaltungen mit der Kombination aus mikroporöser Membran 40 und saugfähiger Matte 42 bereitgestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf alle Größen, Formen und/oder Gestaltungen, die im Bereich für Bleiakkumulatoren üblich sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf alle Größen, Formen und/oder Gestaltungen, die für Separator üblich sind, die für verbesserte Flüssigelektrolytbatterien gestaltet sind. Ein Merkmal des offengelegten Batterieseparators 14, der zur Verringerung der Säureablagerung in der EFB-Batterie 60 gestaltet ist, kann darin bestehen, dass die mikroporöse Membran 40 des Batterieseparators 14 hauptsächlich flach sein kann. Wie hierin offenbart, kann hauptsächlich flach bedeuten, dass die mikroporöse Membran keine hauptsächlichen Rippen aufweist. Wie in und gezeigt, kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran 40 des Batterieseparators 14 jedoch in bestimmten Ausführungsformen Mini-Rippen 48 aufweisen. Die Mini-Rippen 48 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran können eine Höhe 50 aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Höhe 50 der Mini-Rippen 48 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 0,1 mm betragen. Der Anmelder weist darauf hin, dass und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. In möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen können die Mini-Rippen 48 viel kürzer als die Dicke 44 der saugfähigen Matte 42 sein. Darüber hinaus können die Mini-Rippen 48 vorzugsweise verhältnismäßig schmal und dicht beieinander angeordnet sein, um eine Fülle solcher Mini-Rippen 48 auf der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 zu ermöglichen. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen das hintere Gewebe der mikroporösen Membran 40 vorzugsweise die gleiche ungefähre Dicke wie die saugfähige Matte 42 aufweisen. In möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 beispielsweise eine Dicke 42 von weniger als 0,5 mm oder zwischen etwa 0,5 mm und 1,0 mm haben, die mikroporöse Membran 40 kann eine Dicke von etwa 0,2 mm bis 0,25 mm haben, und die Mini-Rippen 48 können eine Höhe 50 von 0,1 mm bis 0,3 mm mit dergleichen ungefähren Breite von 0,1 mm bis 0,3 mm haben. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe 50 der Mini-Rippen 48 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 0,3 mm betragen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die Höhe 50 der Mini-Rippen 48 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 eine Kombination aus 0,1 mm und 0,3 mm umfassen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen, wie am besten in gezeigt, kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran 40 eine geprägte Struktur 52 aufweisen. Die geprägte Struktur 52 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 kann sich auf einer Seite oder auf beiden Seiten der mikroporösen Membran 40 befinden. In bestimmten Ausführungsformen kann die geprägte Struktur 52 der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran 40 einem Schleifpapier der Körnung 100 oder ähnlichem ähneln.
Die saugfähige Matte 42 kann auf beiden Seiten der mikroporösen Membran 40 angebracht sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 auf beiden Seiten der mikroporösen Membran 40 angebracht sein. Dies wäre jedoch die teuerste und am wenigsten bevorzugte Option. Die ideale Kosten-Nutzen-Option besteht darin, die saugfähige Matte 42 nur auf der positiven Plattenseite des polymeren Separators 40 anzubringen.
Unter besonderer Bezugnahme auf und kann in anderen ausgewählten Ausführungsformen der saugfähigen Matte 42 des Batterieseparators 14 eine nicht saugfähige Glasmatte 54 enthalten sein. Die nicht saugfähige Glasmatte 54 kann von der saugfähigen Matte 42 getrennt und auf diese laminiert sein. Bei der nicht saugfähigen Glasmatte 54 kann es sich um eine beliebige nicht saugfähige Glasmatte handeln, z. B. Johns Manville B-10 (Johns Manville Corporation, Denver, CO) oder ähnliches. Per Definition kann jede poröse Glasvliesmatte saugfähig sein (nicht-saugfähig bedeutet nicht-porös). Das Beispiel von Johns Manville B-10 ist immer noch saugfähig, hat aber eine viel geringere Dochtwirkung und eine viel geringere Verringerung der Säureablagerung als die offengelegte bevorzugte saugfähige Matte 42.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung den Batterieseparator 14 für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 in einer der verschiedenen Ausführungsformen und/oder Kombinationen von Ausführungsformen, die hier gezeigt und/oder beschrieben werden.
In einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 mit dem offengelegten Batterieseparator 14 in einer der verschiedenen Ausführungsformen und/oder Kombinationen von Ausführungsformen, die hier gezeigt und/oder beschrieben werden. Dementsprechend kann die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 den offengelegten Batterieseparator 14 enthalten, der so gestaltet ist, dass er die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60 verringert oder vermindert. Dementsprechend kann der Batterieseparator 14, der in der offengelegten veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60 eingesetzt wird, im Allgemeinen aus einer mikroporösen Membran 40 und einer saugfähigen Matte 42 bestehen. Wie oben beschrieben, kann die saugfähige Matte 42 die Fähigkeit haben, bei Benetzung anzuschwellen und somit ihre Dicke zu erhöhen. Die saugfähige Matte 42 des Batterieseparators 14, der in der EFB-Batterie 60 eingesetzt wird, kann so gestaltet werden, dass die Säureablagerung einer solchen veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60 verringert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Batterieseparator 14 so gestaltet sein kann, dass er die Säureablagerung für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 verringert. Der Batterieseparator 14 für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 kann so gestaltet sein, dass er die Säureablagerung vermindert. Der Batterieseparator 14 kann aus einer mikroporösen Membran 40 und einer saugfähigen Matte 42 bestehen. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 aus Mikrofasern bestehen, wobei mindestens 10 % der Fasern einen Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 weniger als 1,0 mm dick sein. In möglicherweise bevorzugten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 weniger als 0,5 mm dick sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 aus Glasmikrofasern, polymeren Mikrofasern oder einer Kombination aus Glas- und polymeren Mikrofasern bestehen. In bestimmten Ausführungsformen kann die mikroporöse Membran 40 flach sein (d. h. ohne die für einen Separator für Flüssigelektrolytbatterien typischen Hauptrippen). In bestimmten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran 40 Mini-Rippen 48 mit einer Höhe 50 von 0,1 mm auf einer oder beiden Seiten aufweisen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran 40 auf einer oder beiden Seiten Mini-Rippen 48 mit einer Höhe 50 von 0,3 mm aufweisen. In anderen ausgewählten Ausführungsformen kann die hauptsächlich flache mikroporöse Membran 40 auf einer oder beiden Seiten eine geprägte Struktur 52 aufweisen. Beispielsweise kann die geprägte Struktur 52 einem Schleifpapier der Körnung 100 oder ähnlichem ähneln. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die saugfähige Matte 42 auf beiden Seiten der mikroporösen Membran 40 befinden. In bestimmten Ausführungsformen können die mikroporöse Membran 40 und die saugfähige Matte 42 durch eine nicht saugfähige Glasmatte 54 (z. B. Johns Manville B-1O) getrennt und auf diese laminiert sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die saugfähige Matte 42 die Fähigkeit haben, bei Benetzung anzuschwellen und damit ihre Dicke zu erhöhen.
In einem anderen Aspekt kann die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Batterieseparators 14 in einer der hier gezeigten und/oder beschriebenen Ausführungsformen gerichtet sein.
In einem anderen Aspekt kann die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie 60 mit Batterieseparator 14 in einer der hier gezeigten und/oder beschriebenen Ausführungsformen gerichtet sein.
In einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60 mit Batterieseparator 14 in einer der hier gezeigten und/oder beschriebenen Ausführungsformen gerichtet sein.
BEISPIELE
In den bis sind Beispiele für Batterieseparator 14 dargestellt, die zur Verringerung oder Verminderung der Säureablagerung in der Batterie 10, wie der veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60, gestaltet sind, einschließlich eines Verfahrens zum Testen der Verringerung oder Verminderung der Säureablagerung in der Batterie 10, wie der veredelten Flüssigelektrolytbatterie 60, und deren Ergebnisse.
Ein anschauliches Beispiel für die Säureablagerung ist das vorsichtige Gießen eines Biers mit niedriger Stammwürze und geringer Dichte (z. B. amerikanische „Light“-Biere) auf ein Bier mit höherer Stammwürze und höherer Dichte (z. B. Imperial Stouts). Jedes Bier hat ein anderes besonderes Gewicht, so dass sie in getrennten Phasen bleiben, bis sie zwangsweise gemischt werden. Ähnliche Dichteunterschiede entstehen auch in einer Bleibatterie während des Zyklus. Wie in am besten zu sehen ist, tritt während des Aufladens reine (1.800 SG) Schwefelsäure aus den Platten aus und fällt sofort auf den Boden der Zelle, wenn sie mit der Säure mit niedrigerem SG in der Zelle in Kontakt kommt. Dadurch entsteht eine Säureablagerung in der Zelle, wie in dargestellt.
Wie in gezeigt, bleibt die Säure geschichtet, wenn die Zelle nie vollständig mit starken Gasen aufgeladen wird, und zerstört schließlich die Platten und verkürzt die Lebensdauer der Batterie. Dies ist eine der Fehlerarten bei Start-Stopp-Anwendungen, da die Batterie in einem teilweisen Ladezustand betrieben wird.
In der vorliegenden Erfindung wurde daher erwogen, ob ein Separator einer veredelten Flüssigelektrolytbatterie eingesetzt werden kann, um die Säureablagerung zu verringern.
Es wurde ein Test durchgeführt, der eine Säureablagerung erzeugt. Bei diesem Test wurden 9 Plattenzellen bei etwa 40 Ah C/20 von Hand gebrannt. Gemäß EU 50342-6 wurden diese Zellen dann unter Verwendung der 17,5%igen CCT (fortlaufender Zyklustest) getestet, was im Allgemeinen zu 80-100 SG-Punkten der Schichtung führte. Siehe die Tabelle in .
Wie in dargestellt, enthielt jede handgebrannte Zelle 3 Zellen pro Gehäuse, wobei die Abdeckungen entfernt wurden, und 2 Gehäuse pro Test.
In wurden die Zellen auf einem „Schaukeltisch“ in zwei Modi getestet: statisch und schaukelnd. Das Schaukeln lieferte plus und minus 13 Grad.
In sind typische Ergebnisse dieser Tests dargestellt. Im statischen Modus ergibt sich .087 SG der Säureablagerung. Beachten Sie die am oberen und unteren Ende der Zelle gemessenen SG-Werte. Durch das Schaukeln bei diesem Test wurde die Schichtung auf 0,056 SG verringert.
In sind die Daten für eine Reihe herkömmlicher senkrechter Rippen-Separatoren dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Schaukeln immer den Grad der Schichtung verringert, aber in keinem Fall dem AGM-Bezugswert nahe kommt. Zu Vergleichszwecken sind alle Zellen geflutet, einschließlich der Zelle mit dem AGM.
In sind die Ergebnisse von 7 sehr nicht herkömmlicher Rippenstrukturen dargestellt, die mit einem 3D-Drucker hergestellt wurden. Beachten Sie, dass trotz der einzigartigen Rippenmuster das Nettoergebnis nicht wesentlich war.
zeigt eine weitere Testreihe, bei der verschiedene Glasmatten und Baumwollstoffe auf einem 11-Rippen-Separator erhöht wurden. Auch hier gibt es nur geringfügige Abweichungen und nichts, was dem Bezugswert nahe käme.
Die in dargestellte Testreihen zeigen einige der beeindruckenden Ergebnisse, die mit einem AGM-Klebepapier erzielt wurden. Man beachte, dass das AGM die beste Reaktion zeigt, wenn es in Verbindung mit einer nicht gerippten Folie aus PE-Trennstoff eingesetzt wird. Außerdem ist zu beachten, dass die Anwendung des SGM sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Platte nicht wesentlich besser als nur auf der positiven Platte ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Schaukeln den Grad der Säureablagerung wirksam verringert hat. Die Rippenteilung oder der Rippenabstand und/oder die Rippenmuster/-gestaltung waren jedoch nicht wirksam. Glasmatten und Baumwollstoffe waren bei gerippten Separatoren leicht wirksam. Die besten Ergebnisse wurden jedoch mit Glasmatten und Baumwollstoffen erzielt, die auf nicht gerippten (hauptsächlich flachen) Separatoren sehr wirksam waren.
Die hier eingesetzte Fachsprache dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Wie hierin eingesetzt, umfasst der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente. Die hier eingesetzten Singularformen „ein“, „eine“ und „die“ schließen sowohl die Pluralformen als auch die Singularformen ein, sofern im Wettbewerb nicht eindeutig etwas anderes angegeben ist. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „Kompromisse“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung eingesetzt werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein der Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteilen und/oder Gruppen davon ausschließen.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier eingesetzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Sachkundigen im Bereich, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, wie sie in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Stands der Technik und der vorliegenden Erfindung übereinstimmt, und dass sie nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne ausgelegt werden, es sei denn, dies ist hier ausdrücklich definiert.
Bei der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, dass eine Reihe von thermischen Verbesserungen offenbart werden. Jede von ihnen hat individuelle Vorteile, und jede kann auch in Verbindung mit einer oder mehreren, oder in einigen Fällen alle, der anderen offengelegten Techniken eingesetzt werden. Aus Gründen der Klarheit wird daher in der Beschreibung darauf verzichtet, jede mögliche Kombination der einzelnen Schritte unnötig zu wiederholen. Dennoch sollten die Beschreibung und die Ansprüche mit dem Verständnis gelesen werden, dass derartige Kombinationen vollständig in den Anwendungsbereich der Erfindung und der Ansprüche fallen.
Es ist jedoch für den Sachkundigen offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne besonderes Details ausgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist als eine beispielhafte Darstellung der Erfindung zu betrachten und soll die Erfindung nicht auf die in den Abbildungen oder der nachfolgenden Beschreibung dargestellten spezifischen Ausführungsformen beschränken.
Die vorliegende Erfindung wird nicht durch Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, die bevorzugten Ausführungsformen darstellen.
Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen und besondere Beispiele dargestellt und beschrieben wurde, wird es dem Sachkundigen klar, dass andere Ausführungsformen und Beispiele ähnliche Funktionen erfüllen und/oder ähnliche Ergebnisse erzielen können. Alle derartigen gleichwertigen Ausführungsformen und Beispiele entsprechen dem Geist und dem Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, werden dadurch in Betracht gezogen und sollen durch die folgende allgemeine Beschreibung abgedeckt werden.
Die vorangehende Beschreibung umfasst darstellende Ausführungsformen. Nach der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sollte der Sachkundige beachten, dass es sich bei den Erfindungen nur um Beispiele handelt und dass verschiedene andere Alternativen, Anpassungen und Änderungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Die bloße Auflistung oder Nummerierung der Schritte eines Verfahrens in einer bestimmten Reihenfolge stellt keine Einschränkung der Reihenfolge der Schritte dieses Verfahrens dar. Einem Sachkundigen im Bereich der vorliegenden Erfindung, der die in den vorstehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegten Lehren kennt, werden viele Änderungen und andere Ausführungsformen in den Sinn kommen. Obwohl hier besondere Begriffe verwendet werden können, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung eingesetzt. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin dargestellten besonderen Ausführungsformen beschränkt, sondern wird nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Batterieseparator für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie, umfassend: eine mikroporöse Membran; und eine saugfähige Matte, wobei die saugfähige Matte eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 15 cm aufweist.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die saugfähige Matte so gestaltet ist, dass sie die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die saugfähige Matte Folgendes umfasst: die 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe der saugfähigen Matte ist größer als 25 cm; oder die 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe der saugfähigen Matte ist größer als 35 cm; wobei die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 2 Minuten beträgt.
Batterieseparator nach Anspruch 3, wobei die Dochtwirkungshöhe der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 1 Minute beträgt, wobei: wenn die saugfähige Matte einen Brunauer-Emmett-Teller-Wert (BET) von 0,9 m²/Gramm hat, hat die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 64 mm bei 1 Minute; 89 mm bei 2 Minuten; 125 mm bei 5 Minuten; und 257 mm bei 30 Minuten; wenn die saugfähige Matte einen BET von 1,3 m²/Gramm hat, hat die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 55 mm bei 1 Minute; 74 mm bei 2 Minuten; 112 mm bei 5 Minuten; und 236 mm bei 30 Minuten; wenn die saugfähige Matte einen Brunauer-Emmett-Teller-Wert (BET) von 0,9 m²/Gramm hat, hat die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 10 cm in 7 Minuten; 32 cm in 2 Stunden; und 39 cm in 3 Stunden;oder wenn die saugfähige Matte einen BET von 1,3 m²/Gramm hat, hat die saugfähige Matte eine Dochtwirkungshöhe des Stoffes von: 10 cm in 9 Minuten; 30 cm in 2 Stunden; und 37 cm in 3 Stunden.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die saugfähige Matte eine Dicke von weniger als 1,0 mm aufweist
Batterieseparator nach Anspruch 5, wobei die Dicke der saugfähigen Matte weniger als 0,5 mm beträgt.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die saugfähige Matte Mikrofasern enthält, wobei mindestens 10 % der Saugfähige Matte Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer sind, wobei die Mikrofasern der saugfähigen Matte Glasmikrofasern, polymere Mikrofasern oder eine Kombination davon enthalten.
Batterieseparator nach Anspruch 7, wobei die Mikrofasern der saugfähigen Matte aus den Glasmikrofasern, den polymeren Mikrofasern oder einer Kombination davon bestehen.
Batterieseparator nach Anspruch 1, bei dem die mikroporöse Membran hauptsächlich flach ist, wobei die mikroporöse Membran keine Hauptrippen aufweist.
Batterieseparator nach Anspruch 9, wobei die hauptsächlich flache mikroporöse Membran enthält: Mini-Rippen, wobei sich die Mini-Rippen auf einer Seite oder auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befinden, wobei die Mini-Rippen eine Höhe von 0,1 mm, 0,3 mm oder eine Kombination davon haben; eine geprägte Struktur auf einer Seite oder beiden Seiten der mikroporösen Membran, wobei die geprägte Struktur Schleifpapier der Körnung 100 ähnelt, oder eine Kombination davon.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei sich die saugfähige Matte auf beiden Seiten der mikroporösen Membran befindet.
Batterieseparator nach Anspruch 1, der ferner eine nicht-saugfähige Glasmatte umfasst, wobei die mikroporöse Membran und die saugfähige Matte durch die nicht-saugfähige Glasmatte getrennt und auf diese laminiert sind.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie eine Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge ist, die freie Säure aufweist, die bei Start-Stopp-Betrieb zur Säureablagerung neigt, wobei die Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge nicht verschlossen ist, wobei die Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge so gestaltet ist, dass Wasser nach der Produktion zugegeben werden kann.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die saugfähige Matte so gestaltet ist, dass sie bei Benetzung anschwillt und somit ihre Dicke erhöht.
Batterieseparator für eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie, der Folgendes umfasst: eine hauptsächlich flache mikroporöse Membran, die keine hauptsächlichen Rippen enthält, wobei die hauptsächlich flache mikroporöse Membran umfasst: Mini-Rippen auf einer oder beiden Seiten der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran, wobei die Mini-Rippen eine Höhe von 0,1 mm, 0,3 mm oder eine Kombination davon haben; und eine saugfähige Matte, wobei die saugfähige Matte eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 15 cm aufweist, die saugfähige Matte mindestens 10 % Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer aufweist, wobei die Mikrofasern der saugfähigen Matte eine Kombination von Glasmikrofasern und polymeren Mikrofasern umfassen, die saugfähige Matte eine Dicke von weniger als 1,0 mm aufweist; wobei die saugfähige Matte so gestaltet ist, dass sie die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert.
Der Batterieseparator nach Anspruch 15 umfasst außerdem: eine nicht-saugfähige Glasmatte, wobei die mikroporöse Membran und die saugfähige Matte durch die nicht-saugfähige Glasmatte getrennt und auf diese laminiert sind; und die saugfähige Matte auf beiden Seiten der mikroporösen Membran.
Batterieseparator nach Anspruch 15, wobei: die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie eine Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge ist, die freie Säure aufweist, die bei Start-Stopp-Betrieb zur Säureablagerung neigt, wobei die Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge nicht verschlossen ist, wobei die Bleibatterie mit Flüssigelektrolyt für Kraftfahrzeuge so gestaltet ist, dass Wasser nach der Produktion zugegeben werden kann; und wobei die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 2 Minuten beträgt.
Batterieseparator nach Anspruch 15, wobei: die 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe der saugfähigen Matte größer als 25 cm ist; oder die 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe der saugfähigen Matte größer als 35 cm ist; wobei die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 2 Minuten beträgt.
Eine verbesserte Flüssigelektrolytbatterie, die Folgendes umfasst: einen Batterieseparator, der für die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie gestaltet ist, wobei der Batterieseparator umfasst: eine mikroporöse Membran; und eine saugfähige Matte, wobei die saugfähige Matte eine 3-Stunden-Dochtwirkungshöhe von mehr als 15 cm aufweist; wobei die saugfähige Matte des Batterieseparators so gestaltet ist, dass sie die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert.
Verbesserte Flüssigelektrolytbatterie nach Anspruch 19, wobei: die mikroporöse Membran hauptsächlich flach ist und keine hauptsächlichen Rippen enthält, die hauptsächlich flache mikroporöse Membran enthält: Mini-Rippen auf einer oder beiden Seiten der hauptsächlich flachen mikroporösen Membran, wobei die Mini-Rippen eine Höhe von 0,1 mm, 0,3 mm oder eine Kombination davon haben; und die saugfähige Matte enthält Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer, die saugfähige Matte enthält mindestens 10 % der Mikrofasern, die Mikrofasern der saugfähigen Matte enthalten Glasmikrofasern, polymere Mikrofasern oder eine Kombination davon; die saugfähige Matte hat eine Dicke von weniger als 1,0 mm; wobei die Dochtwirkungshöhe des Stoffes der saugfähigen Matte mindestens 50 mm in 2 Minuten beträgt; wobei die saugfähige Matte so gestaltet ist, dass sie die Säureablagerung der veredelten Flüssigelektrolytbatterie verringert; wobei der Batterieseparator weiterhin umfasst: eine nicht-saugfähige Glasmatte, wobei die mikroporöse Membran und die saugfähige Matte durch die nicht-saugfähige Glasmatte getrennt und auf diese laminiert sind; und die saugfähige Matte auf beiden Seiten der mikroporösen Membran; die verbesserte Flüssigelektrolytbatterie ist eine Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt, die freie Säure aufweist, die bei Start-Stopp-Betrieb zur Säureablagerung neigt, wobei die Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt nicht verschlossen ist, wobei die Blei-Autobatterie mit Flüssigelektrolyt so gestaltet ist, dass Wasser nach der Produktion zugegeben werden kann.