BR112012033046B1 - Separador com um corpo básico de não tecido - Google Patents

Separador com um corpo básico de não tecido Download PDF

Info

Publication number
BR112012033046B1
BR112012033046B1 BR112012033046-2A BR112012033046A BR112012033046B1 BR 112012033046 B1 BR112012033046 B1 BR 112012033046B1 BR 112012033046 A BR112012033046 A BR 112012033046A BR 112012033046 B1 BR112012033046 B1 BR 112012033046B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
particles
polyurethane
separator
polymers
filler material
Prior art date
Application number
BR112012033046-2A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112012033046A2 (pt
Inventor
Michael Roth
Christoph Weber
Margitta Berg
Sigrid Geiger
Klaus Hirn
Christian Waschinski
Sandra Villing-Falusi
Maxim Kasai
Original Assignee
Carl Freudenberg Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg Kg filed Critical Carl Freudenberg Kg
Publication of BR112012033046A2 publication Critical patent/BR112012033046A2/pt
Publication of BR112012033046B1 publication Critical patent/BR112012033046B1/pt

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/454—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising a non-fibrous layer and a fibrous layer superimposed on one another
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

separador com resistência aumentada à perfuração. a presente invenção refere-se a um separador com um corpo básico de não tecido, em que o corpo básico é provido de um revestimento, em que o revestimento contém partículas de material de enchimento e celulose, em que o revestimento contém partículas orgânicas flexíveis de ligante e em que as partículas de material de enchimento e as partículas orgânicas flexíveis de ligante estão ligadas umas com as outras através de celulose, com respeito ao objetivo, é configurar e desenvolver um separador de modo tal, que este, com uma estabilidade mecânica aumentada, mostra uma lata permeabilidade, caracterizado pelo fato de que a celulose contém derivados de celulose, que apresentam um comprimento de cadeia de pelo menos 100 unidades de repetição, preferivelmente um comprimento de cadeia de pelo menos 200 unidades de repetição.

Description

SEPARADOR COM UM CORPO BÁSICO DE NÃO TECIDO
[0001] A presente invenção refere-se a um separador.
ESTADO DA TÉCNICA
[0002] Separadores do tipo mencionado já são conhecidos da WO 2009/033627 A1. Esses separadores são revestidos com partículas de material de enchimento e podem ser usados em células de íons de Li ou condensadores.
[0003] Uma falha de células de íons de Li pode ter causas externas ou internas. Como causas externas inclui-se um sistema de manuseio incorreto da bateria ou um controle errado de temperatura. As falhas internas podem ser induzidas pela química celular, processos de degradação ou curtos-circuitos internos.
[0004] Só condicionalmente se pode influenciar as causas externas mediante uma configuração da célula. As causas internas, contudo, deveriam ser reduzidas ou eliminadas, para permitir o uso prolongado de células de íons de Li altamente capacitadas.
[0005] Cerca de 90% de todas as falhas de células em baterias de íons de Li são induzidas por curtos-circuitos internos. Um curto-circuito interno ocorre, quando um ou mais grãos do eletrodo no funcionamento de uma bateria são impelidos através do separador e formam uma rota eletricamente condutora, que leva a um curto-circuito.
[0006] Através de uma descarga espontânea da célula em um curto-circuito, ocorre uma geração de calor local muito forte, que deixa encolher ou fundir muitos separadores. No melhor caso, essa leva a "somente" uma falha, no pior dos casos, a uma explosão ou inflamação da célula. Quanto maiores são as células, tanto mais problemáticos são os processos mencionados acima, visto que a energia acumulada na célula correlaciona com sua capacidade.
[0007] Separadores porosos comuns à base de membranas de poliolefina, mas também separadores cerâmicos, têm boas propriedades elétricas, que se destacaram nos últimos 15 anos pela densidade de energia aumentada ou pela densidade de potência de células de íons de Li.
[0008] A desvantagem desses separadores, são, contudo, suas propriedades térmicas e mecânicas. Assim, por exemplo, o polipropi-leno e o polietileno mostram um baixo ponto de fusão e membranas porosas desses materiais mostram um alto encolhimento e consequentemente, uma estabilidade mecânica limitada.
[0009] Outros pontos fracos são especialmente a baixa resistência à perfuração e resistência à propagação da ruptura de membranas de poliolefina, bem como de separadores cerâmicos. Esses pontos fracos levam sempre a falhas de células, em parte, dramáticas.
[00010] Lamentavelmente, as propriedades mecânicas dos separadores, alem da segurança de células eletroquímicas, influenciam também suas propriedades elétrica. Tão logo as propriedades mecânicas de um separador são aperfeiçoadas para, por exemplo, aumentar sua resistência à perfuração, deve ser usado um separador mais denso com a mesma estrutura. Com isso, contudo, ocorre uma porosidade reduzida e, dessa maneira, uma maior resistência elétrica na célula, visto que o eletrólito pode difundir de forma pior através da membrana.
APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO
[00011] Por conseguinte, o objetivo da invenção baseia-se em projetar e desenvolver um separador do tipo mencionado acima, que mostra uma alta permeabilidade com uma estabilidade mecânica aumentada.
[00012] O objetivo mencionado acima é resolvido através das características da invenção.
[00013] Os derivados de celulose usados apresentam, de acordo com a invenção, um comprimento de cadeia de pelo menos 100 unidades de repetição (DP = 100), preferivelmente um comprimento de cadeia de pelo menos 200 unidades de repetição. Isso leva surpreendentemente às propriedades mecânicas muito melhores. Devido ao uso de derivados de celulose modificados selecionados, surpreendentemente a homogeneidade e estabilidade da solução de revestimento e, dessa maneira, também o revestimento do separador pode ser decisivamente melhorado.
[00014] De acordo com a invenção, a segurança no funcionamento de células de íons de Li aumenta nitidamente através de tal separador. Surpreendentemente, foi verificado, que um não tecido revestido com derivados de celulose, em que o revestimento apresenta partículas inorgânicas ou orgânicas duras de material de enchimento e partículas orgânicas flexíveis de ligante, apresenta propriedades mecânicas particularmente boas. O uso de derivados de celulose leva, surpreendentemente, além disso, a um revestimento homogêneo. Além disso, surpreendentemente, ajustam-se uma resistência muito alta à perfuração e uma resistência muito alta à propagação da ruptura, que até agora não são conhecidas de separadores semelhantes do estado da técnica. O perigo de um curto-circuito interno é fortemente reduzido pelas melhores propriedades mecânicas, em que a permeabilidade do separador não é influenciada de forma negativa. Isso se exterioriza em um índice de Gurley muito baixo, que é uma quantidade bem acessível a ser medida e difundida no mundo científico, para determinar a permeabilidade ou a tortuosidade de membranas porosas. Um baixo índice de Gurley confirma, que um transporte de material microscópico através do separador é efetuado sem problemas. O transporte de material correlaciona com a resistência na célula de bateria. Contanto que seja especificado um separador, que mostra uma alta permeabilidade com uma estabilidade mecânica aumentada.
[00015] Portanto, o objetivo inicialmente mencionado está resolvido.
[00016] Os derivados de celulose podem ser dotados como éteres de celulose e/ou ésteres de celulose. Os derivados de celulose éteres de celulose e ésteres de celulose levam a separadores particularmente estáveis. Os derivados de celulose têm um grau de substituição de 0,7, preferivelmente de 0,9, para formar uma massa hidrófila ideal dentro da solução de revestimento. Por esse meio, por um lado, obtêm-se propriedades formadoras de película surpreendentemente boas da solução de revestimento, por outro lado, impede-se decisivamente uma aglomeração das partículas de material de enchimento. Por esse meio, obtém-se um revestimento homogêneo quase perfeito.
[00017] Através do uso de agentes tensoativos especiais, isto é, agentes tensoativos não iônicos, surpreendentemente, a homogeneidade e estabilidade das soluções de revestimento e, dessa maneira, também o revestimento do separador pode ser decisivamente melhorado. Isso leva, surpreendentemente, às propriedades mecânicas muito melhoradas. Através do uso de pequenas proporções de agentes tensoativos não iônicos de menos de 5%, preferivelmente de menos de 2%, de modo particularmente preferido, de menos de 1% no teor sólido do revestimento, a homogeneidade e uniformidade da mistura podem ser surpreendentemente muito melhoradas.
[00018] O revestimento poderia conter agentes tensoativos não iônicos, que apresentam os etoxilatos de octil- e/ou nonilfenol e/ou copo-límeros de óxido de etileno/óxido de propileno alquilados. Esses agentes tensoativos são particularmente bem adequados, para influenciar positivamente a homogeneidade da solução de revestimento. Agentes tensoativos iônicos, ao contrário, podem causar aglomerações das partículas de material de enchimento e, dessa maneira, levar a des-misturas e/ou a coagulações das partículas de material de enchimento carregadas dentro da solução de revestimento.
[00019] As partículas orgânicas flexíveis de ligante podem perfazer uma proporção de pelo menos 2% em peso, preferivelmente de pelo menos 5% em peso, de modo particularmente preferido, de pelo menos 10% em peso, do revestimento. Por esse meio, já são obtidas resistências muito altas à perfuração e resistências à propagação da ruptura do separador e, ao mesmo tempo, uma permeabilidade ao ar surpreendentemente alta. Com uma proporção de pelo menos 11%, resultam resistências particularmente altas à perfuração do separador.
[00020] As partículas de ligante poderiam apresentar um tamanho de menos de 1 μm (d50), preferivelmente de menos de 0,5 μm (d50) e de modo particularmente preferido, de menos de 0,3 μm (d50). d50 designa o tamanho médio ou o diâmetro médio das partículas.
[00021] As partículas de material de enchimento poderiam ter um tamanho máximo de 5 μm (d50), preferivelmente de 2 μm (d50), de modo particularmente preferido, elas poderiam ser menores do que 1 μm (d50). Esses tamanhos de partículas de material de enchimento foram provados como sendo adequados para revestir bem um não tecido. A escolha do diâmetro médio dessa faixa prova-se como sendo particularmente vantajosa, para evitar curtos-circuitos devido à formação de entremeados dendríticos ou fricção.
[00022] As partículas de material de enchimento poderiam ser distribuídas homogeneamente no corpo básico. Através dessa configuração concreta, os curtos-circuitos podem ser evitados de forma particularmente eficaz. Dendritos metálicos e fricção quase não podem se mover através de uma superfície homogênea revestida. Neste contexto é concretamente concebível, que todos os poros dos não tecido são homogeneamente enchidos com as partículas de material de enchimento de modo tal, que o separador mostra preponderantemente tamanhos de poros, que são menores do que os diâmetros médios das partículas de material de enchimento.
[00023] As partículas de material de enchimento poderiam estar ligadas entre si com o não tecido por meio de partículas de ligante. Nesse caso, as partículas de ligante poderiam consistir em polímeros orgânicos. O uso de partículas de ligante de polímeros orgânicos permite produzir um separador com flexibilidade mecânica satisfatória. O estirenobutadieno mostra surpreendentemente excelentes propriedades de ligação.
[00024] Em modalidades preferidas, as partículas de ligante poderiam conter poliéster, poliamida, poliéter, policarboxilatos, um ácido poli-carboxílico, um composto polivinila, uma poliolefinas, uma borracha, um polímero halogenado e/ou um polímero insaturado.
[00025] As partículas de ligante podem ser usadas em forma de homopolímeros ou como copolímeros. Como copolímeros são adequados, por exemplo, os copolímeros estatísticos, copolímeros de gradiente, copolímeros alternados, copolímeros em bloco ou polímeros de enxerto. Os copolímeros podem consistir em dois, três, quatro ou mais monômeros diferentes (terpolímeros, tetrapolímeros).
[00026] Preferivelmente, poderiam ser usadas partículas termoplásticas, elastoméricas e/ou duroplásticas de ligante. Neste contexto, sejam mencionados, por exemplo, a polivinilpirrolidona, ácido poliacrílico, poliacrilatos, ácido polimetacrílico, polimetacrilatos, poliestireno, álcool polivinílico, acetato de polivinila, poliacrilamida, fluoreto de polivinilide-no e copolímeros da celulose e seus derivados mencionados acima, poliéteres, poliuretanos, borracha de nitrila (NBR), borracha de estirenobutadieno (SBR), bem como látex.
[00027] Em uma modalidade preferida, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser um polímero insaturado. Nesse caso, os grupos insaturados podem ser, por exemplo, ligações duplas de carbono-carbono ou ligações triplas ou ligações duplas de carbono-nitrogênio ou ligações triplas. São preferidas ligações duplas C=C. Essas podem ser uniformemente distribuídas no polímero, tais como, por exemplo, no caso dos polímeros que podem ser obtidos por meio de polimerização de dienos. Tais polímeros também podem ser parcialmente hidrogenados. Alternativamente, as estruturas básicas de polímeros podem ser acopladas com radicais, que contêm grupos insaturados. Polímeros insaturados destacam-se geralmente por boas propriedades adesivas.
[00028] Em uma modalidade preferida, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser um éter poliviní-lico. Elementos de composição monoméricos adequados são, por exemplo, éter metílico, etílico, propílico, isopropílico, butílico, isobutíli-co, hexílico, octílico, decílico, dodecílico, 2-etil-hexílico, ciclohexílico, benzílico, trifluormetílico, hexafluorpropílico ou tetrafluorpropilvinílico. Nesse caso, por exemplo, podem se usados homopolímeros ou copolímeros, especialmente copolímeros em bloco. Os copolímeros podem consistir em diversos éteres vinílicos monoméricos ou ser copolímeros de monômeros de éter vinílico com outros monômeros. Éteres poliviní-licos são particularmente adequados como ligantes, visto que eles apresentam propriedades adesivas e de aderência muito boas.
[00029] Em uma modalidade preferida, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser um polímero halo-genado. Este pode ser preparado, por exemplo, a partir de fluoreto de vinilideno (VDF), hexafluorpropileno (HFP) ou clorotrifluoretileno (CTFE) ou conter tais elementos de composição monoméricos. Nesse caso, por exemplo, podem ser usados homopolímeros ou copolímeros, especialmente copolímeros em bloco. Os copolímeros podem consistir em diversos monômeros halogenados ou ser copolímeros de monômeros halogenados com outros monômeros. Os polímeros e monômeros podem ser completamente fluorados ou clorados ou ser parcialmente fluorados ou clorados. Em uma modalidade preferida da invenção, a proporção do comonômero dos monômeros halogenados, especialmente de HFP e CTFE, no polímero total, importa entre 1 e 25% em peso. Polímeros halogenados destacam-se geralmente por uma alta resistência à temperatura e resistência aos produtos químicos, bem como por uma boa humectabilidade. Eles são particularmente adequados como ligantes, quando partículas fluoradas ou parcialmente fluoradas são usadas para o enchimento do não tecido. Através do uso de copolímeros, a resistência à temperatura e a temperatura de processamento podem variar acima de uma ampla faixa de temperatura. Com isso, a temperatura de processamento do ligante pode ser adaptada à temperatura de fusão das partículas.
[00030] Em uma outra modalidade, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser um composto polivini-la. Especialmente adequados são aqueles, que consistem em monômeros de N-vinilamida, tais como N-vinilformamida e N-vinilacetamida ou contêm esses monômeros. Especialmente adequados são os correspondentes homopolímeros e copolímeros, tais como copolímeros em bloco. Os compostos poli-N-vinila destacam-se por uma boa humectabilidade.
[00031] Em uma modalidade preferida, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser uma borracha. Podem ser usadas borrachas geralmente conhecidas, tais como a borracha de etileno-propileno-dieno (borracha EPDM). Especialmente a borracha EPDM apresenta uma alta elasticidade e uma boa resistência química, especialmente em relação aos meios orgânicos polares e esta pode ser usada em uma ampla faixa de temperatura. Também podem ser usadas borrachas, selecionadas de borracha natural, borracha de isopreno, borracha de butadieno, borracha de cloropreno, borracha de estireno-butadieno ou borracha de nitrila-butadieno. Essas borrachas contêm duplas ligações insaturadas. Elas se destacam por um bom efeito de adesão. Nesse caso, podem ser usados, por exemplo, homopolímeros ou copolímeros, especialmente copolímeros em bloco.
[00032] Também podem ser usadas borrachas fluoradas, tais como borracha de perfluor (FFKM), borracha de flúor (FKM) ou borracha de propileno-tetrafluoretileno (FPM), bem como copolímeros das mesmas. A FFKM é particularmente preferida. Esses polímeros, especialmente FFKM, destacam-se por uma alta faixa de uso de temperatura, por uma resistência muito boa aos meios e produtos químicos e por um baixo intumescimento. Por conseguinte, eles são especialmente adequados para aplicações em meio agressivo a altas temperaturas, tal como em células de combustíveis.
[00033] Em uma modalidade preferida, o polímero, a partir do qual são produzidas as partículas de ligante, poderia ser um poliéster ou uma poliamida ou um copolímero do mesmo. Os copolímeros podem consistir em diversos monômeros de poliamida e/ou poliéster ou ser copolímeros desses monômeros com outros monômeros. Tais partículas de ligante destacam-se por propriedades de aderência muito boas.
[00034] As partículas de ligante poderiam conter também polímeros contendo silício e/ou silício-orgânicos. Em uma modalidade, os siloxa-nos são usados como ligantes. Em uma outra modalidade, são usados compostos de silila e/ou silanos como partículas de ligante. Essas partículas de ligante, especialmente compostos de silila e/ou silanos, são preferivelmente usados, quando as partículas de material de enchimento são partículas completamente ou pelo menos, em parte, orgânicas.
[00035] O ponto de fusão das partículas de ligante e/ou das partículas de material de enchimento poderia encontrar-se abaixo dos pontos de fusão das fibras do não tecido. Através da escolha dessas partículas de ligante ou de material de enchimento, o separador pode realizar, dessa maneira, um chamado "mecanismo shut-down". Em um "mecanismo shut-down", as partículas a serem fundidas fecham os poros do não tecido, de modo que não podem ocorrer entremeados dendríticos através dos poros e, dessa maneira, curtos-circuitos.
[00036] Neste contexto, é concebível, que misturas de partículas de material de enchimento e/ou partículas de ligante são usadas com diferentes pontos de fusão. Por esse meio, pode ser realizado um fechamento gradual ou escalonado dos poros com aumento de temperatura.
[00037] As partículas de material de enchimento podem consistir em polímeros orgânicos. Polímeros adequados são, por exemplo, poli-acetais, copolímeros de policiclo-olefina, poliésteres, poli-imidas, polié-ter cetonas, policarboxilatos e polímeros halogenados.
[00038] Os polímeros orgânicos pode ser homopolímeros ou copolímeros. Como copolímeros são adequados, por exemplo, copolímeros estatísticos, copolímeros de gradiente, copolímeros alternados, copolímeros em bloco ou polímeros de enxerto. Os copolímeros podem consistir em dois, três ou mais monômeros diferentes (terpolímeros, tetrapolímeros). Os materiais mencionados também podem ser processados em partículas em forma de misturas. Contudo, podem ser usados polímeros termoplásticos e misturas poliméricas ou polímeros reticulados e misturas poliméricas, tais como elastômeros ou duroplas-tos.
[00039] As partículas de material de enchimento poderiam ser preparadas de polipropileno, polietileno, polivinilpirrolidona, fluoreto de polivinilideno, poliéster, politetrafluoretileno (PTFE), perfluor-etileno-propileno (FEP), poliestireno, poliacrilatos, bem como copolímeros dos polímeros mencionados acima. Particularmente preferidos são homopolímeros, copolímeros ou copolímeros em bloco do fluoreto de vinili-deno (VDF), do politetrafluoretileno (PTFE) e do polioximetileno (POM, também mencionado poliacetal ou poliformaldeído).
[00040] Em uma modalidade preferida da invenção, as partículas de material de enchimento consistem em poliacetais, tal como polioximeti-leno (POM) ou as partículas de material de enchimento contêm poliacetais. Copolímeros de acetais também podem ser usados, por exemplo, com trioxano como comonômero. Poliacetais destacam-se por uma excelente resistência dimensional e à temperatura ambiente. Além disso, eles apresentam somente uma pequena absorção de água. De acordo com a invenção, isso é vantajoso, visto que o não tecido enchido absorve ao todo, então, somente pouca água.
[00041] Em uma outra modalidade da invenção, as partículas de material de enchimento poderiam consistir em copolímeros de ciclo-olefina (COC) ou contê-los. As propriedades térmicas de COC podem ser especificamente alteradas através da alteração das proporções de incorporação de olefinas cíclicas e lineares em uma outra área e, com isso, ser ajustadas às áreas de aplicação desejadas. Substancialmente, com isso, a estabilidade dimensional sob calor pode ser ajustada em uma faixa de 65 a 175oC. Os COC destacam-se por uma absorção de água extremamente baixa e por propriedades de isolamento elétrico muito boas.
[00042] Em uma outra modalidade da invenção, as partículas de material de enchimento poderiam consistir em poliésteres ou contê-los. É dada preferência especialmente aos poliésteres cristalinos líquidos (LCP). Esses são oferecidos, por exemplo, pela designação comercial "Vectra LCP" da empresa Ticona. Poliésteres cristalinos líquidos destacam-se por uma alta estabilidade à dimensão, alta resistência à temperatura e boa resistência aos produtos químicos.
[00043] Em uma outra modalidade da invenção, as partículas de material de enchimento poderiam consistir em polimidas (PI) ou copolímeros dos mesmos ou contê-los. Copolímeros adequados são por exemplo poliéterimidas (PEI) e poliamidimidas (PAI). O emprego de polimidas é vantajoso, já que apresentam uma dureza mecânica alta e uma alta resistência à temperatura. Além disso demonstram boas características de superfície, que podem ser precisamente ajustadas de hidrófila a hidrofóbica.
[00044] Em uma outra modalidade da invenção, as partículas de material de enchimento poderiam consistir em um polímero fluorado ou halogenado ou contê-lo. Esse pode ser produzido, por exemplo, a partir de fluoreto de vinilideno (VDF), politetrafluoretileno (PTFE), hexaflu-orpropileno (HFP) ou clorotrifluoretileno (CTFE). Nesse caso, por exemplo, podem ser usados homopolímeros ou copolímeros, especialmente copolímeros em bloco. Os copolímeros podem consistir em diversos monômeros halogenados ou ser copolímeros de monômeros halogenados com outros monômeros. Os polímeros e monômeros podem ser completamente fluorados ou clorados ou parcialmente fluorados ou clorados. Em uma modalidade particular da invenção, a proporção do comonômero dos monômeros halogenados, especialmente de HFP e CTFE, do polímero total importa entre 1 a 25% em peso. Os polímeros halogenados destacam-se por uma alta resistência à temperatura e resistência aos produtos químicos, bem como por uma boa humectabilidade. Estes são particularmente adequados para o uso com partículas de ligante fluoradas ou parcialmente fluoradas. Através do uso e da escolha de copolímeros, a resistência à temperatura e a temperatura de processamento podem variar em uma ampla faixa de temperatura. Com isso, a temperatura de processamento das partículas de ligante pode ser ajustada à temperatura de fusão das partículas de material de enchimento. Além disso, é possível ajustar uma temperatura shut-down.
[00044] Em uma outra modalidade da invenção, as partículas de material de enchimento poderiam consistir em um polímero fluorado ou halogenado ou contê-lo. Esse pode ser produzido, por exemplo, a partir de fluoreto de vinilideno (VDF), politetrafluoretileno (PTFE), hexaflu-orpropileno (HFP) ou clorotrifluoretileno (CTFE). Nesse caso, por exemplo, podem ser usados homopolímeros ou copolímeros, especialmente copolímeros em bloco. Os copolímeros podem consistir em diversos monômeros halogenados ou ser copolímeros de monômeros halogenados com outros monômeros. Os polímeros e monômeros podem ser completamente fluorados ou clorados ou parcialmente fluorados ou clorados. Em uma modalidade particular da invenção, a proporção do comonômero dos monômeros halogenados, especialmente de HFP e CTFE, do polímero total importa entre 1 a 25% em peso. Os polímeros halogenados destacam-se por uma alta resistência à temperatura e resistência aos produtos químicos, bem como por uma boa humectabilidade. Estes são particularmente adequados para o uso com partículas de ligante fluoradas ou parcialmente fluoradas. Através do uso e da escolha de copolímeros, a resistência à temperatura e a temperatura de processamento podem variar em uma ampla faixa de temperatura. Com isso, a temperatura de processamento das partículas de ligante pode ser ajustada à temperatura de fusão das partículas de material de enchimento. Além disso, é possível ajustar uma temperatura shut-downfion da empresa Dupont. De acordo com a invenção, este é vantajoso, porque apresenta uma boa condutibilidade catiônica e protônica.
[00046] O uso de polímeros orgânicos para as partículas de material de enchimento permite uma fusão sem problemas das partículas para obter um "efeito shut-down". Além disso, pode ser produzido um separador, que pode ser cortado sem problemas, sem esfarelar. Um esfarelamento do separador ocorre na maioria das vezes, quando no separador está presente uma porção relativamente grande de partículas inorgânicas de material de enchimento. Neste contexto, é concebível, usar misturas de diferentes partículas de material de enchimento ou partículas núcleo-casca. Por esse meio, um fechamento gradual ou escalonado dos poros no separador pode ser provocado com aumento da temperatura.
[00047] As partículas de ligante e partículas de material de enchimento utilizáveis, especialmente as partículas orgânicas de material de enchimento, são preferivelmente resistentes à temperatura em alto grau. Preferivelmente, as partículas de ligante e/ou as partículas de material de enchimento são resistentes a temperaturas de 100, 150, 175 ou 200°C. Isso permite o uso em células de combustíveis.
[00048] Também é concebível, usar partículas inorgânicas de material de enchimento ou partículas híbridas inorgânico-orgânicas. Essas partículas de material de enchimento não fundem a uma temperatura inferior a 400°C. Além disso, essas partículas de material de enchimento podem ser selecionadas com propriedades básicas, para reduzir pelo menos parcialmente a atividade protônica presente em baterias.
[00049] Como partículas inorgânicas de material de enchimento são adequados, por exemplo, óxidos de metal, hidróxidos de metal e silica-tos. Esses podem consistir em óxidos de alumínio, óxidos de silício, zeólitas, titanatos e/ou perowskitas ou conter os mesmos. Misturas dessas partículas de material de enchimento ou misturas com outros materiais também podem ser usadas.
[00050] Em uma modalidade da invenção, as partículas inorgânicas de material de enchimento podem ser usadas misturadas com partículas orgânicas de material de enchimento. As partículas inorgânicas de material de enchimento podem apresentar intrinsicamente uma estrutura fissurada ou porosa e dessa maneira, aumentam a porosidade, especialmente de misturas de partículas de material de enchimento. Elas apresentam também uma alta estabilidade à temperatura, uma alta estabilidade química e uma boa humectabilidade. Assim, por exemplo, podem ser usadas misturas de partículas orgânicas e inorgânicas de material de enchimento, nas quais até 2, 5, 10, 25 ou 50% em peso, das partículas de material de enchimento são partículas inorgânicas de material de enchimento.
[00051] Também é possível usar partículas inorgânicas de material de enchimento, que são esféricas ou cuja forma externa apresenta uma disposição uniforme de áreas, que se aproximam de uma esfera. Tais partículas de material de enchimento podem ser obtidas, por exemplo, por meio de cristalização.
[00052] O não tecido descrito aqui, ao contrário de não tecidos conhecidos, também pode ser produzido sem partículas inorgânicas de material de enchimento. Em uma modalidade da invenção, não estão contidas quaisquer partículas inorgânicas de material de enchimento ou partículas de material de enchimento com componentes inorgânicos.
[00053] As partículas de material de enchimento utilizáveis podem ser preparadas por métodos conhecidos. Assim, são conhecidos processos, nos quais partículas de material de enchimento adequadas, especialmente esféricas, já podem ser obtidas como produto de reação da polimerização. Processos preferidos são a polimerização em emulsão ou dispersão.
[00054] Em uma outra modalidade, as partículas de material de enchimento podem ser obtidas através do processamento de polímeros. Por exemplo, os grânulos de polímero podem ser moídos. Opcionalmente a seguir, são usados processos de separação, tal como a pe-neiração, para obter a distribuição de tamanho desejado. As partículas de material de enchimento podem consistir em misturas de diferentes tamanhos de partículas. Com isso, a porosidade e a distribuição do tamanho dos poros podem variar.
[00055] As fibras do não tecido poderiam ser fabricadas a partir de polímeros orgânicos, especialmente de tereftalato de polibutila, terefta-lato de polietileno, poliacrilnitrila, fluoreto de polivinilideno, polieteréter cetonas, tereftalato de polietileno, polissulfonas, poli-imida, poliéster, polipropileno, polietileno, polioximetileno, poliamida ou polivinilpirroli-dona. Também é concebível usar fibras de biocomponentes, as quais apresentam os polímeros mencionados acima. O uso desses polímeros orgânicos permite produzir um separador, que mostra somente um pequeno encolhimento térmico. Além disso, esses materiais são amplamente eletroquimicamente estáveis comparados com os eletrólitos e gases usados nas baterias e condensadores.
[00056] O comprimento médio das fibras do não tecido poderia ultrapassar seu diâmetro médio em pelo menos duas vezes, preferivelmente em quatro vezes. Através dessa configuração concreta, pode ser preparado um não tecido particularmente resistente à ruptura, visto que as fibras podem ser entrelaçadas umas com as outras.
[00057] Pelo menos 90% das fibras do não tecido poderiam apresentar um diâmetro médio de no máximo 12 μm. Essa configuração concreta permite a construção de um separador com tamanhos de poros relativamente pequenos. Uma porosidade ainda mais fina pode ser obtida pelo fato, de que pelo menos 40% das fibras do não tecido apresentam um diâmetro médio de no máximo 8 μm.
[00058] O separador poderia ser caracterizado por uma espessura de no máximo 100 μm. Um separador dessa espessura ainda pode ser enrolado sem problemas e permite um funcionamento muito seguro da bateria. Preferivelmente, a espessura poderia importar no máximo em 60 μm. Essa espessura permite uma melhor capacidade de enrolamento ainda um funcionamento mais seguro da bateria. De modo particularmente preferido, a espessura poderia importar no máximo em 35 μm. Com separadores de uma tal espessura podem ser construídos baterias e condensadores de construção compacta. Do modo mais preferido, a espessura poderia importar no máximo em 25 μm. Com separadores de uma tal espessura podem ser construídas baterias com uma alta densidade de energia.
[00059] O separador poderia apresentar uma porosidade de pelo menos 25%. Um separador dessa porosidade suprime de forma particularmente efetiva a formação de curtos-circuitos devido à sua densidade do material. Preferivelmente, o separador poderia apresentar uma porosidade de pelo menos 35%. Através de um separador dessa porosidade, é possível fabricar uma bateria com alta densidade de potência. O separador descrito aqui mostra, com alta porosidade, contudo, poros muito pequenos, de modo que não podem se formar entremeados dendríticos de um lado para o outro lado da posição. Neste contexto é concebível, que os poros formam uma estruptura do tipo de labirinto, no qual não se podem formar quaisquer entremeados dendríticos de um lado para o outro lado do separador. Em uma outra modalidade, a porosidade encontra-se entre 25 e 70, preferivelmente entre 35 e 60%, de modo particularmente preferido, entre 45 e 55%.
[00060] O separador poderia apresentar tamanhos de poros de no máximo 10 μm, preferivelmente de no máximo 3 μm. A escolha deste tamanho de poro provou ser particularmente vantajoso, para evitar curtos-circuitos. De modo particularmente preferido, os tamanhos de poros poderiam importar em no máximo 1 μm. Tal separador evita de modo particularmente vantajoso os curtos-circuitos causados pelo crescimento de dendritos metálicos, pela fricção de partículas de eletrodos e pelo contato direto dos eletrodos na solicitação de pressão.
[00061] A gramatura do separador de acordo com a invenção poderia ser entre 10 e 60, especialmente entre 15 e 50 g/m2.
[00062] O separador poderia mostrar uma resistência à propagação da ruptura em direção transversal de pelo menos 0,3 N, preferivelmente de pelo menos 0,5 N e uma resistência à propagação da ruptura em direção longitudinal de pelo menos 0,3 N, preferivelmente de 0,4 N. Tal separador é extremamente estável e pode ser enrolado sem problemas. A resistência mais elevada contra a propagação da ruptura reduz também a sensibilidade do material comparado com a solicitação mecânica no corte em direção longitudinal e transversal. Além disso, esta melhora as propriedades de segurança, quando em ensaios de flexão, o comportamento de impacto de uma bateria é testado em aplicações automotivas.
[00063] O separador poderia perder seu efeito isolante em um posicionamento entre dois eletrodos condutores ao ser solicitado com uma força de pelo menos 500 N, preferivelmente de pelo menos 600 N, de modo particularmente preferido, de pelo menos 700 N, em que com essa força, um carimbo com um cabeçote esférico e um diâmetro de 6 mm é pressionado sobre o compósito de separador e eletrodos. Tal separador apresenta uma alta estabilidade e resistência à perfuração.
[00064] O separador poderia ser mecanicamente fixado por meio de uma calandragem. A calandragem causa uma redução da aspereza superficial. As partículas de material de enchimento e/ou as partículas do ligante usadas na superfície do não tecido mostram achatamento depois da calandragem.
[00065] O revestimento poderia apresentar desigualdades, que sobressaem no máximo 1 μm do nível e/ou o revestimento poderia apresentar reentrâncias, que apresentam uma profundidade de no máximo 1 μm. Pesquisas em um separador com 30 μm de espessura mostraram, que o revestimento apresenta desigualdades, que sobressaem no máximo em 1 μm do nível. Além disso, as reentrâncias do revestimento apresentam uma profundidade de no máximo 1 μm. O comportamento de envelhecimento da bateria é influenciado de forma favorável através de tal separador.
[00066] As partículas orgânicas flexíveis de ligante poderiam apresentar um ponto de amolecimento ou ponto vítreo inferior igual a 20° Celsius, de modo particularmente preferido, inferior igual a 0° Celsius. Por partículas orgânicas flexíveis de ligante no sentido desse relatório descritivo são entendidas partículas com um ponto de amolecimento ou ponto vítreo inferior igual a 20° Celsius. A combinação dessas partículas orgânicas flexíveis de ligante com partículas duras de material de enchimento leva a um comportamento elástico altamente dúctil do separador e provoca um aumento pronunciado da resistência à deformação.
[00067] O separador descrito aqui pode ser usado especialmente em baterias e condensadores como separador, visto que o mesmo impede curtos-circuitos de forma particularmente eficaz.
[00068] Este pode encontrar utilização também em células de combustíveis como camada de difusão de gás ou membrana, visto que o mesmo mostra boas propriedades de umidificação e pode transportar fluidos.
[00069] Por um separador no sentido desse relatório descritivo é entendido um compósito com as características da invenção.
[00070] Há, então, diversas possibilidades, de configurar e desenvolver o estudo da presente invenção de maneira vantajosa. Para isso, por um lado, deve ser feita referência às concretizações, por outro lado, à elucidação subsequente de exemplos de execução preferidos da invenção com base no desenho.
[00071] Em combinação com a elucidação dos exemplos de execução preferidos da invenção com base no desenho, elucidam-se também geralmente as concretizações preferidas e desenvolvimentos do estudo.
RESUMO DOS DESENHOS
[00072] Os desenhos mostram:
figura 1 uma instalação de medição para determinar as resistências de separadores à perfuração,
figura 2 um diagrama para comparar as resistências de separadores à perfuração,
figura 3 um diagrama, o qual mostra as resistências de separadores à propagação da ruptura,
figura 4 um diagrama, o qual mostra as resistências de separadores à propagação da ruptura em corte transversal,
figura 5 um diagrama, o qual mostra os índices de Gurley para separadores,
figura 6 uma representação esquemática de uma amostra de teste para executar o teste de resistência à propagação da ruptura e
figura 7 uma imagem de microscopia eletrônica de exploração (REM) do exemplo de execução 3, a qual confirma, quão uniforme e de alta qualidade é o revestimento ou o embe-bimento.
Execução da Invenção Exemplos de execução: Exemplo 1:
[00073] A 251 partes de uma solução a 2,5% de carboximetilcelulose foram acrescentadas 221 partes de uma dispersão a 70% de óxido de alumínio (Al2O3)(d50 = 0,7 μm) e agitou-se durante 30 minutos. Em seguida, foram acrescentadas 10 partes de um etoxilato de alquilfenol e, em seguida, 24 partes de uma dispersão a 48% de NBR coloidal (pH = 9,6; TG = -12oC (temperatura vítrea), igualmente sob agitação. A solução foi agitada durante 2 horas e testada por pelo menos 24 horas para estabilidade. A viscosidade da solução obtida importou em 290 cP. A fração das partículas orgânicas flexíveis de ligante no revestimento importa em 6,3%.
Revestimento:
[00074] Um não tecido de PET com 65 cm de largura (espessura: 22 μm, gramatura: 1 g/m2) foi continuamente revestido com a solução acima por meio de um processo de revestimento com rolos e secado sem contato, a 125oC. Foi obtido um não tecido revestido com uma gramatura de 49 g/m2 e uma espessura de 40 μm. O tamanho médio dos poros do não tecido revestido importou em 0,2 μm.
Exemplo 2:
[00075] A 98010 partes de uma solução a 1,5% de carboximetilcelu-lose foram acrescentadas 46594 partes de uma dispersão a 66% de óxido de alumínio (Al2O3, d50 = 2,5 μm) e agitou-se durante 30 minutos. Em seguida, foram acrescentadas 3000 partes de um etoxilato de alquilfenol e, em seguida, 5396 partes de uma dispersão flexível a 48% de NBR coloidal (pH = 9,6; TG = -12oC), igualmente sob agitação. A solução foi agitada durante 3 horas e testada por pelo menos 24 horas para estabilidade. A viscosidade da solução obtida importou em 100 cP. A fração sólida das partículas orgânicas flexíveis de ligante no revestimento importa em 7,4%.
Revestimento:
[00076] Um não tecido de PET com 58 cm de largura (espessura: 19 μm, gramatura: 11 g/m2) foi continuamente revestido com a solução acima por meio de um processo de revestimento com rolos e secado a uma temperatura de 125oC. Foi obtido um não tecido impregnado com uma gramatura de 35 g/m2 e uma espessura de 36 μm. O tamanho médio dos poros do não tecido revestido importou em 0,2 μm.
Exemplo 3:
[00077] A 251 partes de uma solução a 2% de carboximetilcelulose foram acrescentadas 221 partes de uma dispersão a 65% de óxido de alumínio (Al2O3, d50 = 2 μm) e agitou-se durante 30 minutos. Em seguida, foram acrescentadas 5 partes de um etoxilato de alquilfenol e, em seguida, 40 partes de uma dispersão de ligante a 48% de NBR coloidal, igualmente sob agitação. A solução foi agitada durante 3 horas e testada por pelo menos 24 horas para estabilidade. A viscosidade da solução obtida importou em 290 cP. A fração sólida das partículas orgânicas flexíveis de ligante no revestimento importa em 11,1%.
Revestimento:
[00078] Um não tecido de PET com 58 cm de largura (espessura: 20 μm, gramatura: 11 g/m2) foi continuamente revestido com a solução acima por meio de um processo de revestimento com rolos e secado a uma temperatura de 120°C. Foi obtido um não tecido impregnado com uma gramatura de 31 g/m2 e uma espessura de 34 μm. O tamanho médio dos poros do não tecido revestido importou em 0,6 μm.
Exemplo comparativo 1:
[00079] Tipo Celgard 2320, membrana seca de três camadas (poli-propileno/polietileno/polipropileno), espessura 20 μm.
Exemplo comparativo 2:
[00080] Tipo Tonen E 16 MMS, membrana molhada (poliolefina), espessura 15 μm.
Exemplo comparativo 3:
[00081] Separador de cerâmica, espessura: 31 μm.
[00082] Para determinar o peso, a espessura, a resistência à perfuração, a resistência à propagação da ruptura e os índices de Gurley, foram aplicados os seguintes métodos de medição:
Peso:
[00083] Com base no programa de teste EN 29073 - T1, para determinar a gramatura, foram puncionadas três amostras com um tamanho de 100x100 mm cada, as amostras foram pesadas e o valor de medição multiplicado por 100.
Espessura:
[00084] Com base no programa de teste EN 29073 - T2, determinaram-se as espessuras com um aparelho de medição de espessura de precisão modelo 2000U/Elektrik. A área medida importou em 2 cm2, a pressão medida, 1000 cN/cm2.
Resistência à perfuração: Este método é baseado em:
[00085] "Battery Conference on Applications and Advances, 1999. The Fourteenth Annual", página 161 - 169.
[00086] Neste método, determina-se a força necessária, com a qual um separador deve ser solicitado em condições definidas, para que este perca seu efeito de isolamento elétrico. A disposição de medição é mostrada na figura 1. O separador S a ser testado é colocado entre um ânodo A (grafita sobre película de cobre, espessura total: 78 μm, comercialmente disponível) e um cátodo C (óxido de níquelmanganes-cobalto sobre película de alumínio, espessura 71 μm, comercialmente disponível), para corrigir a disposição em uma célula de bateria. Essas três camadas são colocadas sobre uma placa de aço M endurecida e polida, do lado superior coloca-se um carimbo de metal B arredondado e igualmente endurecido (diâmetro = 6 mm) na amostra e esse carimbo de metal B é contatado com a placa de ferro M. A pressão sobre as três camadas (compósito de componentes de bateria) é aumentada por tanto tempo, até ocorrer um curto-circuito, o separador S também é danificado e o ânodo A e o cátodo C entram em contato direto. Mede-se a força sobre o carimbo metálico B, no qual a resistência elétrica R cai como um impacto para menos de 100.000 Ohm.
[00087] As forças medidas nos exemplos e exemplos comparativos são mostradas na figura 2 em um diagrama. Reconhece-se, que as forças a serem aplicadas nos exemplos 1 a 3 com 730 N ou 885 N encontram-se nitidamente acima das forças de 420 N, 415 N, 490 N dos exemplos comparativos. Os separadores de acordo com a invenção, por conseguinte, são significativamente mais estáveis do que os separadores do estado da técnica.
Resistência à propagação da ruptura:
[00088] Com base no programa de teste DIN 53859, determinaram-se as resistências dos separadores à propagação da ruptura. Para esse fim, puncionaram-se três amostras cada em MD ("machine direction", direção de fabricação do não tecido) e CD ("cross direction", ortogonal à direção de fabricação do não tecido) com o tamanho de 75 x 50 mm e com um entalhe de 50 mm. Isso é mostrado esquematicamente na figura 6. Os braços das amostras de medição formados pelo entalhe são fixados em terminais de fixação de uma máquina de teste de tração (distância do terminal 50 mm) e separados com uma velocidade de remoção de 200 mm/min. Visto que os separadores muitas vezes não continuam a rasgar na direção do corte, também devem ser consideradas amostras de medição, que rasgam lateralmente. Formou-se a média dos valores determinados.
[00089] Nas figuras 3 e 4 são mostrados os valores da resistência à propagação da ruptura medidos nos exemplos e exemplos comparativos. Também aqui pode ser reconhecido, que os separadores de acordo com a invenção são significativamente mais estáveis do que os separadores do estado da técnica.
Índice de Gurley:
[00090] Com base no programa de teste (ISO 9237), determinaram-se os índices de Gurley dos separadores por meio de um densitômetro padrão de Gurley Densometers da empresa Frank Prüfgerate GmbH (modelo F40450). A superfície medida importou em 6,4516 cm2, o volume de ar em 50 cm3. Os valores dos índices de Gurley medidos são mostrados na figura 5 e encontram-se abaixo de 150 s/50 ml de ar, preferivelmente abaixo de 100 s/50 ml de ar.
[00091] A figura 7 mostra uma imagem de microscopia eletrônica de exploração de um separador de acordo com a invenção. Na figura 7 pode ser nitidamente reconhecido, quão homogêneo e uniforme é o revestimento que compreende os derivados de celulose.
[00092] Com respeito a outras configurações e desenvolvimentos vantajosos do estudo de acordo com a invenção, é feita referência, por um lado, à parte geral do relatório descritivo e, por outro lado, às concretizações anexas.

Claims (11)

  1. Separador com um corpo básico de não tecido, sendo que o corpo básico é provido de um revestimento, sendo que o revestimento contém partículas de material de enchimento e celulose, sendo que as partículas de material de enchimento são distribuídas no corpo básico superficialmente de modo homogêneo e todos os poros do não tecido são preenchidos com as partículas de material de enchimento de modo homogêneo de tal modo que o separador predominantemente exibe tamanhos de poros médios, que são menores que o diâmetro médio das partículas de material de enchimento, sendo que o revestimento contém partículas orgânicas flexíveis de ligante, sendo que a celulose contém derivados de celulose, que apresentam um comprimento de cadeia de pelo menos 100 unidades de repetição e sendo que as partículas de material de enchimento e as partículas orgânicas flexíveis de ligante estão ligadas umas com as outras através da celulose, caracterizado pelo fato de que as partículas de ligante são partículas de ligante elastoméricas e as partículas de material de enchimento são ligadas, através das partículas de ligante elastoméricas, com o não tecido ou entre si.
  2. Separador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose contém derivados de celulose, que são dotados como éter de celulose e/ou éster de celulose.
  3. Separador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o revestimento contém agentes tensoativos não iônicos, que apresentam etoxilatos de octil- e/ou nonilfenol e/ou copolímeros de óxido de etileno/óxido de propileno alquilados.
  4. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as partículas orgânicas flexíveis de ligante perfazem uma proporção de pelo menos 2% em peso do revestimento.
  5. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as partículas de ligante consistem em polímeros orgânicos, que são selecionados do grupo poliéster, poliamidas, poliéter, policarboxilatos, ácidos policarboxílicos, compostos de polivinila, poliolefinas, borrachas, polímeros halogenados, polivinilpirrolidona, ácido poliacrílico, poliacrilato, ácido polimetacrílico, polimetacrilato, poliestireno, álcool polivinílico, acetato de polivinila, poliacrilamida e copolímeros dos mencionados acima, celulose e seus derivados, poliéter, poliuretano, borracha de nitrila (NBR), borracha de estirenobutadieno (SBR), látex, polímeros fluorados, polímeros clorados, siloxanos, compostos de silila, silanos, polímeros insaturados, bem como copolímeros e misturas dos mesmos.
  6. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas partículas de material de enchimento são preparadas de polímeros orgânicos, que são selecionados do grupo dos poliacetais, copolímeros de policiclo-olefina, poliéster, poli-imidas, poliéter cetonas, policarboxilatos, polímeros halogenados, polímeros insaturados, polipropileno, polietileno, polivinilpirrolidona, fluoreto de polivinilideno, poliéster, polímeros fluorados, polímeros clorados, politetrafluoretileno, perfluor-etileno-propileno (FEP), poliestireno, poliacrilato, polimetacrilatos, poliéter amidas, poliéter imidas, poliéter cetonas, bem como copolímeros e misturas dos polímeros mencionados acima.
  7. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas partículas de material de enchimento são formadas como partículas inorgânicas.
  8. Separador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as partículas inorgânicas são selecionadas do grupo consistindo em óxidos de metais, hidróxidos de metais e silicatos, especialmente óxidos de alumínio, óxidos de silício, zeólitas, titanatos e/ou perowskitas.
  9. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as fibras do não tecido são fabricadas a partir de polímeros orgânicos, que são selecionados do grupo tereftalato de polibutila, tereftalato de polietileno, poliacrilnitrila, fluoreto de polivinilideno, polieteréter cetona, naftalato de polietileno, polissulfona, poli-imida, poliéter, polipropileno, polietileno, polioximeti-leno, poliamida, fluoreto de polivinilideno ou polivinilpirrolidona.
  10. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o revestimento apresenta irregularidades, que sobressaem do nível no máximo 1 μm e/ou o revestimento apresenta reentrâncias, que apresentam uma profundidade de no máximo 1 μm.
  11. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que as partículas orgânicas flexíveis de ligante apresentam um ponto de amolecimento ou ponto vítreo inferior igual a 20° Celsius.
BR112012033046-2A 2010-08-11 2010-08-11 Separador com um corpo básico de não tecido BR112012033046B1 (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2010/004912 WO2012019626A1 (de) 2010-08-11 2010-08-11 Separator mit erhöhter durchstossfestigkeit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112012033046A2 BR112012033046A2 (pt) 2016-12-20
BR112012033046B1 true BR112012033046B1 (pt) 2020-09-24

Family

ID=43797905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112012033046-2A BR112012033046B1 (pt) 2010-08-11 2010-08-11 Separador com um corpo básico de não tecido

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20130130092A1 (pt)
EP (1) EP2603944B1 (pt)
JP (1) JP2013541128A (pt)
KR (1) KR20140003388A (pt)
CN (1) CN103026530A (pt)
BR (1) BR112012033046B1 (pt)
HU (1) HUE045568T2 (pt)
PL (1) PL2603944T3 (pt)
RU (1) RU2554945C2 (pt)
WO (1) WO2012019626A1 (pt)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5689401B2 (ja) * 2011-11-11 2015-03-25 太陽誘電株式会社 リチウムイオンキャパシタ
KR101581422B1 (ko) * 2012-05-31 2015-12-30 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자
US9178198B2 (en) * 2012-06-01 2015-11-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP6016466B2 (ja) * 2012-06-13 2016-10-26 三菱製紙株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ用塗液およびリチウムイオン電池用セパレータ
KR101298340B1 (ko) * 2013-02-12 2013-08-20 삼성토탈 주식회사 유/무기 복합 코팅 다공성 분리막 및 이를 이용한 이차전지소자
US20140272526A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 GM Global Technology Operations LLC Porous separator for a lithium ion battery and a method of making the same
KR102151509B1 (ko) * 2013-03-19 2020-09-03 데이진 가부시키가이샤 비수계 이차전지용 세퍼레이터 및 비수계 이차전지
EP3059793B1 (en) 2013-10-15 2019-10-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Battery, battery pack, electronic device, electric vehicle and electric storage device
CN104051691B (zh) * 2014-06-06 2017-01-18 中国第一汽车股份有限公司 一种基于聚多巴胺的改性复合聚合物隔膜的制备方法
CN104037380B (zh) * 2014-06-10 2017-02-08 中国第一汽车股份有限公司 一种基于聚多巴胺的改性聚合物颗粒隔膜的制备方法
CN105470433B (zh) * 2014-09-29 2020-06-23 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件和蓄电元件的制造方法
US9666852B2 (en) * 2014-10-02 2017-05-30 Ford Global Technologies, Llc Composite separator with aligned particles
CN105655525B (zh) * 2014-11-28 2018-07-31 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用隔板和非水电解质二次电池
CN106531927B (zh) * 2015-09-10 2019-05-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔隔膜在锂离子电池中的应用
CN105226218B (zh) * 2015-09-11 2017-04-05 江西师范大学 PI‑PTEF‑Al2O3三元纳米复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用
CN106876630B (zh) * 2015-12-13 2019-07-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种交联聚醚酰亚胺多孔隔膜在锂离子电池中的应用
CN105428577A (zh) * 2015-12-25 2016-03-23 苏州格瑞动力电源科技有限公司 一种锂离子电池的隔膜
CN105576178A (zh) * 2016-02-29 2016-05-11 黄博然 一种锂离子动力电池的湿法无纺布陶瓷隔膜及其制备方法
CN105826505A (zh) * 2016-04-16 2016-08-03 佛山市南海区欣源电子有限公司 一种可穿戴柔性电池的隔膜制造工艺
KR101937320B1 (ko) * 2016-06-23 2019-01-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
WO2018174871A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Daramic, Llc Improved separators, lead acid batteries, and methods and systems associated therewith
CN107382744B (zh) * 2017-07-04 2020-11-03 海信视像科技股份有限公司 一种钙钛矿量子点膜及其制备方法、背光模组及显示装置
CN107880463A (zh) * 2017-12-09 2018-04-06 浙江大学自贡创新中心 一种耐穿刺液体手套材料的制备方法
CN108004826A (zh) * 2018-01-04 2018-05-08 浙江凯恩特种材料股份有限公司 一种机内涂布制备增强型电解电容器纸的方法
CN108203893A (zh) * 2018-01-04 2018-06-26 浙江凯恩特种纸业有限公司 一种低紧度高强度电解电容器纸及其制备方法
US11735797B2 (en) 2018-01-25 2023-08-22 Mitsubishi Paper Mills Limited Coating solution for lithium ion battery separators and lithium ion battery separator
US20210116609A1 (en) * 2018-06-29 2021-04-22 Lg Chem, Ltd. Optical laminate and display device
CN109524601B (zh) * 2018-10-16 2021-09-24 上海恩捷新材料科技有限公司 一种动力锂离子电池隔膜及其制备方法
WO2020105672A1 (ja) 2018-11-22 2020-05-28 東レ株式会社 多孔性フィルム、二次電池用セパレータおよび二次電池
TWI719683B (zh) * 2019-10-22 2021-02-21 輝能科技股份有限公司 陶瓷隔離層
KR20210048224A (ko) 2019-10-23 2021-05-03 주식회사 엘지화학 가압식 분리막 저항 측정 장치 및 측정 방법
CN111188051A (zh) * 2019-12-31 2020-05-22 山东东岳未来氢能材料有限公司 新型超薄低阻氯碱工业用离子传导膜及其制备方法
KR102490379B1 (ko) * 2020-06-25 2023-01-20 제주대학교 산학협력단 압전 섬유를 포함하는 자가 충전 슈퍼 커패시터에서의 충전-저장을 모니터링 하기 위한 검증 방법 및 슈퍼 커패시터의 제조방법
CN114447524B (zh) * 2022-03-09 2024-01-30 民丰特种纸股份有限公司 一种田菁胶锂离子电池隔膜及其制备方法与应用
CN114808480A (zh) * 2022-05-20 2022-07-29 江苏田园新材料股份有限公司 一种环保型的特斯林面料的生产方法
CN114976473B (zh) * 2022-06-08 2024-05-07 派恩(中山)科技有限公司 一种用于高温锂离子电池隔膜的改性的纤维素膜

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847676A (en) * 1972-12-21 1974-11-12 Grace W R & Co Battery separator manufacturing process
US4438185A (en) * 1980-07-31 1984-03-20 Celanese Corporation Hydrophilic polymer coated microporous membranes capable of use as a battery separator
US5026617A (en) * 1989-02-13 1991-06-25 Idemitsu Kosan Company Limited Separator for alkaline cell and alkaline cell prepared by using this separator
US6051335A (en) * 1998-06-22 2000-04-18 Viskase Corporation Noncircular fiber battery separator and method
US6203941B1 (en) * 1998-12-18 2001-03-20 Eveready Battery Company, Inc. Formed in situ separator for a battery
US6541160B2 (en) * 2001-04-19 2003-04-01 Zinc Matrix Power, Inc. Battery separator with sulfide-containing inorganic salt
JP2008503049A (ja) * 2004-07-07 2008-01-31 エルジー・ケム・リミテッド 有機無機複合多孔性フィルム及びこれを用いる電気化学素子
WO2006062153A1 (ja) * 2004-12-08 2006-06-15 Hitachi Maxell, Ltd. 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
KR100775310B1 (ko) * 2004-12-22 2007-11-08 주식회사 엘지화학 유/무기 복합 다공성 분리막 및 이를 이용한 전기 화학소자
JP4184404B2 (ja) * 2005-12-08 2008-11-19 日立マクセル株式会社 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
DE102007042554B4 (de) * 2007-09-07 2017-05-11 Carl Freudenberg Kg Vliesstoff mit Partikelfüllung
JP5440171B2 (ja) * 2008-07-16 2014-03-12 東レ株式会社 蓄電デバイス用セパレータ
US9083010B2 (en) * 2012-07-18 2015-07-14 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Diatomaceous energy storage devices

Also Published As

Publication number Publication date
EP2603944A1 (de) 2013-06-19
HUE045568T2 (hu) 2019-12-30
EP2603944B1 (de) 2019-07-03
KR20140003388A (ko) 2014-01-09
PL2603944T3 (pl) 2020-01-31
US20130130092A1 (en) 2013-05-23
CN103026530A (zh) 2013-04-03
RU2554945C2 (ru) 2015-07-10
WO2012019626A1 (de) 2012-02-16
RU2013110055A (ru) 2014-09-20
JP2013541128A (ja) 2013-11-07
BR112012033046A2 (pt) 2016-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112012033046B1 (pt) Separador com um corpo básico de não tecido
KR101138581B1 (ko) 입자 충전재가 포함된 부직포 재료
US9070954B2 (en) Safety shutdown separators
KR100911742B1 (ko) 세퍼레이터용 다공질 기재, 전기화학 소자용 세퍼레이터 및 전기화학 소자
US7682731B2 (en) Separator with long-term stability for an electrochemical cell
JP6148331B2 (ja) 水系コーティング液を用いたリチウム二次電池用有／無機複合コーティング多孔性分離膜の製造方法
US10044015B2 (en) Separator with improved ease of handling
US7807286B2 (en) Electrical separator, method for making same and use thereof in high-power lithium cells
JP5717723B2 (ja) ポリマーキャリアフィルムを基礎とするセラミック複合材料の製造及び使用
CN108630871B (zh) 一种电池、电池隔膜及其制备方法
KR101423296B1 (ko) 셀룰로오스 섬유와 실리카를 포함하는 이차전지용 다공성 분리막 및 그 제조방법
KR20150042216A (ko) 리튬 이온 배터리용의 개선된 세퍼레이터 막 및 관련 방법
ES2830124T3 (es) Separador asimétrico
KR20040012847A (ko) 전기적 및 기계적 성질이 개선된 납축전지 세퍼레이터
EP3394917B1 (en) Composite material
JP6249589B2 (ja) 電池用セパレータ
KR20200133225A (ko) 치수-안정한 미세다공성 웹
CN112567556A (zh) 复合膜及其制备方法
JP4365662B2 (ja) 電子部品用セパレータ
JP6332341B2 (ja) 電池用セパレータ
KR20240032061A (ko) 개선된 전지 셀 및 이의 구성요소

Legal Events

Date Code Title Description
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B06T Formal requirements before examination [chapter 6.20 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 24/09/2020, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.

B21F Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time

Free format text: REFERENTE A 13A ANUIDADE.

B24J Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12)

Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2735 DE 06-06-2023 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013.