CN107004810B - 具有受控孔结构的电池隔离件 - Google Patents

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Abstract

公开了电池隔离件，其包含玻璃纤维并且具有满足本文中公开的方程式的基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，条件是：所述比表面积小于1.5m2/g，或者所述密度大于180gsm/mm。还公开了包括所述电池隔离件的电池以及制造所述隔离件的方法。

Description

具有受控孔结构的电池隔离件
背景技术
电池通常用作能源。通常，电池包括负电极和正电极。负电极和正电极通常设置在电解介质中。在电池放电期间，发生化学反应，其中活性正电极材料被还原并且活性负电极材料被氧化。在反应期间，电子通过负载从负电极流向正电极，电解介质中的离子在电极之间流动。为了防止活性正电极材料和活性负电极材料的直接反应，电极通过隔离件彼此机械地且电学地隔离。
一种类型的电池为铅酸电池。在铅酸电池中，铅通常是活性负电极材料，二氧化铅通常是活性正电极材料。(在铅酸电池中，电极通常被称为“极板”)。一般来说，铅酸电池也包含硫酸，硫酸充当电解质并参与化学反应。
由玻璃纤维构成的垫可用作隔离件。玻璃纤维垫隔离件在电解质填充中具有关键作用。这种材料的物理特性的变化可影响填充和成形的电池的品质。隔离件结构(包括其纤维组成)可影响未填充元件接受电解质的程度、内部单元组件上对压力或力的承受以及电池性能的某些属性。
当将电解质添加到电池中时，理想的情况是所有区域都通过相同量和浓度的酸尽可能地润湿，使得当填充过程完成时，电解质在整个极板堆叠件中的分布完全均匀。这种理想情况在实践中是困难的或不可能实现的，因为隔离件和电解质的极板表面之间存在动态竞争。当电解质渗入到极板堆叠件中时，被隔离件阻挡(毛细管力倾向于相当强烈地阻挡电解质)，并且同时电解质被硫酸与极板的放热反应PbO+H2SO4＝>PbSO4+H2O(简单化学反应)耗尽。由于与铅氧化物发生放热反应，随着液体前沿渗入堆叠件中越深，其变得更加稀释，并且也变得更热。随着酸与铅氧化物反应，硫酸电解质逐渐变得更稀。硫酸铅相对可溶于酸强度低且接近中性pH的热电解质中，并且溶解的硫酸铅会扩散到隔离件中。这将加速隔离件中铅枝晶和/或水合作用短路(hydration short)的形成。在成形期间中可能会发生短路并被检测到，或者更细微地，由于形成穿过隔离件结构并且使正极板和负极板短路的铅枝晶，电池将在运行时过早失效。如果填充过程差或不完整，填充后单个单元也可能具有“干区域”。这些差的湿润区域可能不含酸或水(完全干的)、可能包含稀的酸或者可能仅包含水。这些干区域在成形期间和之后将缓慢变湿，但是由于未成形的活性材料迫使所有电流仅流过电极栅(grid)，可能导致显著的电极栅腐蚀。
在放电期间，电解质中的硫酸被消耗，并产生水，稀释酸浓度并导致电解质的比重减少。在充电期间，分别在负极板和正极板中形成铅和二氧化铅，导致纯硫酸释放。由于纯硫酸的高比重，其倾向于在电解质中沉淀到底部(或“分层”，产生层)，称为“酸分层”现象。在分层的电池中，电解质集中在底部，使电池单元的上部变空。上面的轻酸限制板活化，促进腐蚀并降低性能，而底部高的酸浓度产生严重的硫酸盐化作用和大的晶体，降低电池性能。
遗憾地，改善某些性能属性的设计或材料变更可能会负面影响其他性能属性和/或提高成本。
发明内容
需要一种电池隔离件，所述电池隔离件可以平衡某些性能属性，同时不会显著地负面影响其他性能属性和/或提高成本。例如，更粗的纤维(即，具有较大的平均直径)通常比更细的纤维(即，具有较小的平均直径)便宜，并且一些更粗的纤维赋予隔离件所需的压缩强度。任何电池的设计都涉及平衡许多不同的特性，导致需要具有某些属性(例如，特定平均孔径或湿拉伸强度)的隔离件。由更粗的纤维制成的隔离件通常表现出较低的湿拉伸强度，并且通常具有比由更细的纤维制成的那些更大的平均孔径，所有其他因素相同。因此，需要某些特性(例如，较小的平均孔径和/或较高的湿拉伸强度)的隔离件可能需要使用较贵的更细的纤维。
一方面，本发明涵盖这样的认识，通过控制密度，可以使用比以前可能的更高百分比的粗纤维来获得具有某些属性(例如，平均孔径和湿拉伸强度)的隔离件。在一些实施方案中，隔离件的密度通过在制造隔离件的过程中采用致密化来控制。
一方面，本发明涉及一种电池隔离件，其包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所指出的单位时)满足以下方程式(“方程式1”)：
Figure GDA0001480901960000021
条件是：
比表面积小于1.5m2/g，或者
密度大于180gsm/mm。
应理解，方程式1是关系式，即，如果输入的量具有所指出的单位，只要写入的方程式的右侧的数值大于左侧，则满足该方程式。例如，如果右侧的数值为4.0，左侧的数值为3.5，则如3.5<4.0满足该方程式。
一方面，本发明涉及一种电池隔离件，其包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所指出的单位时)满足方程式1，条件是：比表面积小于1.5m2/g，或者密度大于180gsm/mm，其中隔离件通过本文所述的方法生产。
一方面，本发明涉及一种铅酸电池，其包括负极板、正极板和设置在负极板与正极板之间的电池隔离件；其中电池隔离件包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所指出的单位时)满足方程式1；条件是：比表面积小于1.5m2/g，或者密度大于180gsm/mm。
一方面，本发明涉及一种铅酸电池，其包括负极板、正极板和设置在负极板与正极板之间的电池隔离件；其中电池隔离件包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所表示的单位时)满足方程式1，条件是：比表面积小于1.5m2/g，或者密度大于180gsm/mm，其中隔离件通过本文所述的方法生产。
附图说明
图1示出了用于实施例2.3：真空填充(酸填充)时间的测量中描述的工序的装置。
图2示出了如实施例2.5中描述的压缩/恢复图。
图3示出了用于实施例2.4：酸分层距离的测量中描述的工序的装置。
图4示出了酸填充时间和粘贴纸与如本文所述的隔离件的比表面积之比之间的关系。
具体实施方式
定义
除非另外规定，否则当值被规定为两个端点“之间”或“从”一个端点至另一个端点时，端点旨在被包括在内。例如，“2和20之间”或“从2至20”的值包括2和20二者以及之间的值。
除非另外规定，否则术语“包括”，“包含”，“含有”等均旨在为开放式的。也就是说，“包括A和B”意指包括但不限于A和B。
表示为“％(w/w)”的量是指重量百分比。
比重值以4℃下的水作为参照给出。
组成
一方面，本发明涉及一种电池隔离件，其包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所指出的单位时)满足以下方程式(“方程式1”)：
Figure GDA0001480901960000041
条件是：
比表面积小于1.5m2/g，或者
密度大于180gsm/mm。
在一些实施方案中，隔离件的比表面积小于1.5m2/g。在一些实施方案中，隔离件的密度大于180gsm/mm。
在一些实施方案，隔离件包括非织造纤维网或者是非织造纤维网的一部分。
细纤维
如本文所用，“细纤维”是平均直径小于或等于1.0μm的纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约45％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约40％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约35％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约30％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约25％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约20％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约5％(w/w)至约15％(w/w)的细纤维。
在一些实施方案中，隔离件包含约10％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约15％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约20％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约25％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约30％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约35％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约40％(w/w)至约50％(w/w)的细纤维。
在一些实施方案中，隔离件包含约10％(w/w)至约45％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约10％(w/w)至约40％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约15％(w/w)至约45％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约15％(w/w)至约40％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约15％(w/w)至约35％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约20％(w/w)至约40％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约20％(w/w)至约35％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约20％(w/w)至约30％(w/w)的细纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约25％(w/w)至约35％(w/w)的细纤维。
在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至约0.9μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至约0.8μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至约0.7μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至约0.6μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.05μm至约0.5μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.2μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.3μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.4μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.5μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.6μm至1.0μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.2μm至约0.8μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径为约0.3μm至约0.7μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.9μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.8μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.7μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.6μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.5μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.4μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.3μm。在一些实施方案中，隔离件的细纤维的平均直径小于或等于0.2μm。
在一些实施方案中，隔离件的细纤维为至少5％(w/w)、至少10％(w/w)、至少15％(w/w)、至少20％(w/w)、至少25％(w/w)、至少30％(w/w)、至少35％(w/w)、至少40％(w/w)、至少45％(w/w)、至少50％(w/w)、至少55％(w/w)、至少60％(w/w)、至少65％(w/w)、至少70％(w/w)、至少75％(w/w)、至少80％(w/w)、至少85％(w/w)、至少90％(w/w)、至少95％(w/w)、或约100％的玻璃纤维。
粗纤维
如本文所用，“粗纤维”是平均直径大于1.0μm的纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约90％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约85％(w/w)粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约80％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约75％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约70％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约65％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约50％(w/w)至约60％(w/w)的粗纤维。
在一些实施方案中，隔离件包含约55％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约60％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约65％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约70％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约75％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约80％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约85％(w/w)至约95％(w/w)的粗纤维。
在一些实施方案中，隔离件包含约55％(w/w)至约90％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约55％(w/w)至约85％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约60％(w/w)至约90％(w/w)粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约60％(w/w)至约85％(w/w)粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约60％(w/w)至约80％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约65％(w/w)至约85％(w/w)粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约65％(w/w)至约80％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约65％(w/w)至约75％(w/w)的粗纤维。在一些实施方案中，隔离件包含约70％(w/w)至约80％(w/w)的粗纤维。
在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径大于或等于1.2μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约50μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约20μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约15μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约10μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约7μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约5μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约4μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约1.2μm至约3μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约3μm至约20μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约3μm至约18μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约5μm至约15μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约7μm至约15μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约3μm至约12μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约5μm至约12μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约7μm至约12μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约5μm至约10μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径为约7μm至约9μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径大于或等于2μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径大于或等于3μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径大于或等于5μm。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维的平均直径大于或等于7μm。
在一些实施方案中，隔离件的粗纤维为至少5％(w/w)、至少10％(w/w)、至少15％(w/w)、至少20％(w/w)、至少25％(w/w)、至少30％(w/w)、至少35％(w/w)、至少40％(w/w)、至少45％(w/w)、至少50％(w/w)、至少55％(w/w)、至少60％(w/w)、至少65％(w/w)、至少70％(w/w)、至少75％(w/w)、至少80％(w/w)、至少85％(w/w)、至少90％(w/w)、至少95％(w/w)、或约100％的玻璃纤维。
在一些实施方案中，隔离件包含聚合物纤维。在一些实施方案中，隔离件的粗纤维为至少5％(w/w)、至少10％(w/w)、至少15％(w/w)、至少20％(w/w)、至少25％(w/w)、至少30％(w/w)、至少35％(w/w)或至少40％(w/w)的聚合物纤维。聚合物纤维可为短纤维和/或合成浆料的形式，并且可为熔化的或部分熔化的，或者可形成稀松布。
玻璃纤维
在一些实施方案中，玻璃纤维包括微玻璃纤维、短切玻璃纤维或其组合。微玻璃纤维和短切玻璃纤维是本领域技术人员已知的。本领域技术人员能够通过观察(例如，光学显微镜、电子显微镜)确定玻璃纤维是微玻璃纤维还是短切纤维。这些术语是指用于制造玻璃纤维的技术。这样的技术赋予玻璃纤维某些特征。一般来说，短切玻璃纤维从拉丝坩埚(bushing)尖端拉出，并以与纺织品生产相似的工艺切成纤维。短切玻璃纤维以比微玻璃纤维更加受控的方式生产，因此，短切玻璃纤维的纤维直径和长度的变化通常比微玻璃纤维的更小。微玻璃纤维从拉丝坩埚尖端拉出并进一步经受火焰吹制或旋转纺丝过程。在一些情况下，可使用重熔法制造细的微玻璃纤维。在这方面，微玻璃纤维可以是细的或粗的。
微玻璃纤维也可与短切玻璃纤维具有化学差异。在某些情况下，虽然非必需，但短切玻璃纤维可包含比微玻璃纤维更大含量的钙或钠。例如，短切玻璃纤维可接近于无碱，具有高的氧化钙和氧化铝含量。微玻璃纤维可包含10％至15％的碱(例如，钠氧化物、镁氧化物)，并具有相对较低的熔化和加工温度。
微玻璃纤维可以具有例如小于10.0μm的小直径。例如，隔离件中的微玻璃纤维的平均直径(相对于隔离件中的所有玻璃纤维的平均直径)可以为0.1μm至约9.0μm；并且在一些实施方案中，为约0.3μm至约6.5μm、或约1.0μm至5.0μm。在某些实施方案中，微玻璃纤维的平均纤维直径可以为小于约7.0μm、小于约5.0μm、小于约3.0μm、或小于约1.0μm。在某些实施方案中，微玻璃纤维可以经受旋转纺丝过程，平均纤维直径为约0.6μm至约10.0μm，例如约0.8μm至约10.0μm、约1.0μm至约10.0μm、约3.0μm至约9.0μm、约5.0μm至约8.0μm、约6.0μm至约10.0μm、或约7.0μm至约9.0μm；或者约9.5μm、约9.0μm、约8.5μm、约8.0μm、约7.5μm、约7.0、约7.0μm、约6.5μm、约6.0μm、约5.5μm、约5.0μm、约4.5μm、约4.0μm、约3.5μm、约3.0μm、约2.5μm、约2.0μm、或约1.5μm。微玻璃纤维的平均直径分布通常是对数正态的。然而，可以理解，微玻璃纤维可以以任何其他适当的平均直径分布(例如，高斯分布，几何标准偏差为平均直径的两倍的分布等)提供。
由于工艺变化，微玻璃纤维的长度可能变化显著。区域中的微玻璃纤维的纵横比(长径比)通常可为约100至10,000。在一些实施方案中，区域中的微玻璃纤维的纵横比为约200至2500、或约300至600。在一些实施方案中，区域中的微玻璃纤维的平均纵横比可为约1,000、或约300。应理解，上述尺寸不是限制性的，并且微玻璃纤维还可以具有其他尺寸。
短切玻璃纤维的平均纤维直径可以大于微玻璃纤维的直径。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均直径大于约5μm。例如，平均直径范围可以高至约30μm。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均纤维直径可以为约5μm至约20μm。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均纤维直径可以为约8μm至约20μm。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均纤维直径可以为约10μm至约18μm。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均纤维直径可以为约12μm至约16μm。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均纤维直径可以为约5μm至约12μm。在某些实施方案中，短切纤维的平均纤维直径可以小于约10.0μm、小于约8.0μm、小于约6.0μm。短切玻璃纤维的平均直径分布通常是对数正态的。然而，可以理解，短切玻璃纤维可以以任何适当的平均直径分布提供。在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均长度可以大于或等于1mm。例如，在一些实施方案中，短切玻璃纤维的平均长度为约1mm至约25mm、约3mm至约24mm、约3mm至约12mm、约3mm至约9mm、约6mm、约12mm至约24mm、约15mm至约21mm、约18mm、约3mm至约21mm、约6mm至约18mm、约9mm至约15mm、或约12mm。
应理解，上述尺寸不是限制性的，并且微玻璃纤维和/或短切纤维也可以具有其他尺寸。
在一些实施方案中，隔离件的玻璃纤维包含短切玻璃纤维和微玻璃纤维的组合。在一些实施方案中，隔离件的玻璃纤维可以包含约0重量％至约100重量％的短切玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，隔离件的玻璃纤维包含约0重量％至约20重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约10重量％至约15重量％、约20重量％至约35重量％、约35重量％至约50重量％、约50重量％至约65重量％、约65重量％至约80重量％、约80重量％至约100重量％、约20重量％至约60重量％、约40重量％至约80重量％、或约60重量％至约100重量％的短切玻璃纤维。在一些实施方案中，隔离件的玻璃纤维可以包含约0重量％至约100重量％的微玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，隔离件的玻璃纤维包含约80重量％至约100重量％、约65重量％至约80重量％、约50重量％至约65重量％、约35重量％至约50重量％、约20重量％至约35重量％、约0重量％至约20重量％、约40重量％至约80重量％、约20重量％至约60重量％、或约0重量％至约40重量％的微玻璃纤维。
其他材料
此外，隔离件可以包含多种其他构造材料。例如，除了玻璃纤维之外，隔离件还可以包含非玻璃纤维、天然纤维(例如，纤维素纤维)、合成纤维(例如，聚合物)、原纤化纤维、粘合剂树脂、陶瓷材料、可溶性(solulizable)纤维(例如，聚乙烯醇可溶性(soluble)粘合纤维)、或其任何组合。此外，纤维可以包括热塑性粘合纤维。示例性热塑性纤维包括双组分纤维、含聚合物的纤维，例如鞘-核纤维、或并列纤维。聚合物纤维的实例包括聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯)、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(例如，尼龙、芳族聚酰胺)、卤代聚合物(例如，聚四氟乙烯)、及其组合。双组分纤维可以为例如0.1分特(10,000米纤维的以克计的重量)至15分特，其纤维长度可以为例如1mm至24mm。在一些实施方案中，隔离件包含约0重量％至约30重量％的双组分纤维(例如，约1％至约15％、约1％至约8％、约6％和约8％、约6％至约10％、约10％至约15％、或约10％至约20％)。
隔离件特征
如上所述，在本发明的隔离件中，平均孔径(μm)、基重(gsm)、比表面积(m2/g)和密度(gsm/mm)(当量具有所指出的单位时)通过以下方程式(“方程式1”)相关联：
Figure GDA0001480901960000111
条件是：
比表面积小于1.5m2/g，或者
密度大于180gsm/mm。
孔径
平均孔径根据电池协会国际标准BCIS-03a(9月9日修订版)方法6“通过液体孔隙度测定法的孔径特征”来测量。
在一些实施方案中，平均孔径可以小于6μm。例如，在一些实施方案中，平均孔径为约0.5μm至约5.5μm、约0.7μm至约5.3μm、或约1.0μm至约5.0μm。在平均孔径小于6μm的一些实施方案中，最大孔径为约20μm，最小孔径为约0.1μm。在平均孔径小于6μm的一些实施方案中，最大孔径为约17μm，最小孔径为约0.2μm。
在一些实施方案中，平均孔径可以小于5μm。例如，在一些实施方案中，平均孔径为约1.0μm至约4.5μm、约1.2μm至约4.3μm、或约1.5μm至约4.0μm。在平均孔径小于5μm的一些实施方案中，最大孔径为约15μm，最小孔径为约0.3μm。
在一些实施方案中，平均孔径可以小于4μm。例如，在一些实施方案中，平均孔径为约1.5μm至约3.9μm、约1.7μm至约3.9μm、约1.9μm至约3.9μm、约2.1μm至约3.9μm、约2.3μm至约3.9μm、约2.5μm至约3.9μm、约1.5μm至约3.8μm、约1.5μm至约3.7μm、约1.5μm至约3.6μm、约1.5μm至约3.5μm、约1.7μm至约3.8μm、约1.9μm至约3.7μm、约2.1μm至约3.6μm、约2.3μm至约3.5μm、约2.4μm至约3.4μm、约2.4μm至约3.0μm、或约2.7μm至约3.3μm。在平均孔径小于4μm的一些实施方案中，最大孔径为约13μm，最小孔径为约0.4μm。
比表面积
比表面积(BET)根据电池协会国际标准BCIS-03A(2009年9月)“BCI推荐测试方法VRLA-AGM电池隔离件”测量，方法号8为“表面积”。按照该技术，通过使用有氮气的BET表面分析仪(例如，Micromeritics Gemini II 2370表面积分析仪)通过吸附分析来测量BET比表面积；在3/4英寸管中样品量为0.5克至0.6克；并在75℃下使样品脱气至少3小时。
在一些实施方案中，隔离件的比表面积小于1.5m2/g。例如，在一些实施方案中，隔离件的比表面积为约0.1m2/g至小于1.5m2/g、约0.2m2/g至小于1.5m2/g、约0.3m2/g至小于1.5m2/g、约0.4m2/g至小于1.5m2/g、约0.5m2/g至小于1.5m2/g、约0.6m2/g至小于1.5m2/g、约0.7m2/g至小于1.5m2/g、约0.8m2/g至小于1.5m2/g、约0.9m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至小于1.5m2/g、约1.1m2/g至小于1.5m2/g、约1.2m2/g至小于1.5m2/g、约1.3m2/g至小于1.5m2/g、约1.4m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至约1.45m2/g、约1.0m2/g至约1.4m2/g、约1.0m2/g至约1.35m2/g、约1.0m2/g至约1.3m2/g、约1.1m2/g至约1.45m2/g、约1.15m2/g至约1.45m2/g、约1.2m2/g至约1.45m2/g、约1.25m2/g至约1.45m2/g、或约1.3m2/g至约1.45m2/g。
在一些实施方案中，即，在隔离件的密度大于180gsm/mm的情况下，隔离件的比表面积可以但非必需为大于1.5m2/g。例如，在一些实施方案中，隔离件的比表面积为约0.2m2/g至约2.5m2/g、约0.4m2/g至约2.5m2/g、约0.6m2/g至约2.5m2/g、约0.8m2/g至约2.5m2/g、约1.0m2/g至约2.5m2/g、约1.1m2/g至约2.5m2/g、约1.2m2/g至约2.5m2/g、约1.3m2/g至约2.5m2/g、约1.4m2/g至约2.5m2/g、约1.6m2/g至约2.5m2/g、约1.8m2/g至约2.5m2/g、约1.0m2/g至约2.4m2/g、约1.0m2/g至约2.2m2/g、约1.0m2/g至约2.0m2/g、约1.0m2/g至约1.8m2/g、约1.0m2/g至约1.6m2/g、约1.1m2/g至约2.4m2/g、约1.15m2/g至约2.2m2/g、约1.2m2/g至约2.0m2/g、约1.25m2/g至约1.8m2/g、约1.3m2/g至约1.6m2/g、约0.2m2/g至小于1.5m2/g、约0.4m2/g至小于1.5m2/g、约0.6m2/g至小于1.5m2/g、约0.8m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至小于1.5m2/g、或约1.1m2/g至小于1.5m2/g。
基重
基重(或克重)根据电池协会国际标准BCIS-03A(9月9日修订版)“BCI推荐测试方法VRLA-AGM电池隔离件”的方法号3“克重”测量。在一些实施方案中，隔离件的基重可以为约0.25gsm(克每平方米，或g/m2)至约2500gsm。
例如，在一些实施方案中，基重为约1gsm至约1500gsm、约4gsm至约1000gsm、约15gsm至约750gsm、约50gsm至约500gsm、约100gsm至约500gsm、约150gsm至约500gsm、约160gsm至约450gsm、约180gsm至约400gsm、约200gsm至约350gsm、约220gsm至约320gsm、约240gsm至约300gsm、约250gsm至约290gsm、约260gsm至约280gsm、或约270gsm。
厚度
厚度根据电池协会国际标准BCIS-03A(9月9日修订版)“BCI推荐测试方法VRLA-AGM电池隔离件”的方法号12“厚度”测量。该方法以1平方英寸的砧座负载20kPa的力来测量厚度。在一些实施方案中，隔离件的厚度可以为约0.01mm至约15mm。例如，在一些实施方案中，隔离件的厚度为约0.05mm至约5mm、约0.1mm至约3mm、约0.1mm至约3.5mm、约0.15mm至约2mm、约0.15mm至约1.9mm、约0.15mm至约1.8mm、约0.15mm至约1.7mm、约0.2mm至约2mm、约0.3mm至约2mm、约0.4mm至约2mm、约0.5mm至约2mm、约0.6mm至约2mm、约0.7mm至约2mm、约0.8mm至约2mm、约0.9mm至约2mm、约1mm至约2mm、约1.1mm至约2mm、约1.2mm至约2mm、约1.3mm至约2mm、约1.1mm至约1.9mm、约1.2mm至约1.8mm、或约1.3mm至约1.7mm。
密度
隔离件的表观密度(本文中称为“密度”)测量为每单位厚度的隔离件以gsm(即，g/m2)计的隔离件的基重(克重)(例如，以gsm/mm计)。在一些实施方案中，隔离件的密度可以为约至约75gsm/mm至约400gsm/mm。例如，在一些实施方案中，隔离件的密度为约100gsm/mm至约350gsm/mm、约115gsm/mm至约300gsm/mm、约125gsm/mm至约300gsm/mm、约125gsm/mm至约250gsm/mm、约130gsm/mm至约240gsm/mm、约140gsm/mm至约225gsm/mm、约140gsm/mm至约210gsm/mm、约140gsm/mm至约200gsm/mm、约150gsm/mm至约220gsm/mm、约160gsm/mm至约220gsm/mm、约165gsm/mm至约210gsm/mm、约170gsm/mm至约205gsm/mm、约175gsm/mm至约200gsm/mm、大于180gsm/mm至约350gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约250gsm/mm、大于180gsm/mm至约240gsm/mm、大于180gsm/mm至约225gsm/mm、大于180gsm/mm至约210gsm/mm、或大于180gsm/mm至约200gsm/mm。
在一些实施方案中，隔离件的密度大于180gsm/mm。例如，在一些实施方案中，隔离件的密度为大于180gsm/mm至约400gsm/mm、大于180gsm/mm至约350gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约250gsm/mm、约182gsm/mm至约240gsm/mm、约182gsm/mm至约230gsm/mm、约182gsm/mm至约220gsm/mm、约182gsm/mm至约200gsm/mm、约184gsm/mm至约240gsm/mm、约184gsm/mm至约230gsm/mm、约184gsm/mm至约220gsm/mm、约184gsm/mm至约200gsm/mm、约186gsm/mm至约240gsm/mm、约186gsm/mm至约230gsm/mm、约186gsm/mm至约220gsm/mm、约186gsm/mm至约200gsm/mm、约188gsm/mm至约240gsm/mm、约188gsm/mm至约230gsm/mm、约188gsm/mm至约220gsm/mm、约188gsm/mm至约200gsm/mm、或约185gsm/mm至约195gsm/mm。
在一些实施方案中，本发明的隔离件具有以下特征：
平均孔径为小于6μm、约0.5μm至约5.5μm、约0.7μm至约5.3μm、约1.0μm至约5.0μm、小于5μm、约1.0μm至约4.5μm、约1.2μm至约4.3μm、约1.5μm至约4.0μm、小于4μm、约1.5μm至约3.9μm、约1.7μm至约3.9μm、约1.9μm至约3.9μm、约2.1μm至约3.9μm、约2.3μm至约3.9μm、约2.5μm至约3.9μm、约1.5μm至约3.8μm、约1.5μm至约3.7μm、约1.5μm至约3.6μm、约1.5μm至约3.5μm、约1.7μm至约3.8μm、约1.9μm至约3.7μm、约2.1μm至约3.6μm、约2.3μm至约3.5μm、约2.4μm至约3.4μm、约2.4μm至约3.0μm、或约2.7μm至约3.3μm；
基重为约0.25gsm至约2500gsm、约1gsm至约1500gsm、约4gsm至约1000gsm、约15gsm至约750gsm、约50gsm至约500gsm、约100gsm至约500gsm、约150gsm至约500gsm、约160gsm至约450gsm、约180gsm至约400gsm、约200gsm至约350gsm、约220gsm至约320gsm、约240gsm至约300gsm、约250gsm至约290gsm、约260gsm至约280gsm,、或约270gsm；
比表面积为约0.2m2/g至约2.5m2/g、约0.4m2/g至约2.5m2/g、约0.6m2/g至约2.5m2/g、约0.8m2/g至约2.5m2/g、约1.0m2/g至约2.5m2/g、约1.1m2/g至约2.5m2/g、约1.2m2/g至约2.5m2/g、约1.3m2/g至约2.5m2/g、约1.4m2/g至约2.5m2/g、约1.6m2/g至约2.5m2/g、约1.8m2/g至约2.5m2/g、约1.0m2/g至约2.4m2/g、约1.0m2/g至约2.2m2/g、约1.0m2/g至约2.0m2/g、约1.0m2/g至约1.8m2/g、约1.0m2/g至约1.6m2/g、约1.1m2/g至约2.4m2/g、约1.15m2/g至约2.2m2/g、约1.2m2/g至约2.0m2/g、约1.25m2/g至约1.8m2/g、约1.3m2/g至约1.6m2/g、约0.2m2/g至小于1.5m2/g、约0.4m2/g至小于1.5m2/g、约0.6m2/g至小于1.5m2/g、约0.8m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至小于1.5m2/g、或约1.1m2/g至小于1.5m2/g；以及
密度为大于180gsm/mm至约400gsm/mm、大于180gsm/mm至约350gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约250gsm/mm、约182gsm/mm至约240gsm/mm、约182gsm/mm至约230gsm/mm、约182gsm/mm至约220gsm/mm、约182gsm/mm至约200gsm/mm、约184gsm/mm至约240gsm/mm、约184gsm/mm至约230gsm/mm、约184gsm/mm至约220gsm/mm、约184gsm/mm至约200gsm/mm、约186gsm/mm至约240gsm/mm、约186gsm/mm至约230gsm/mm、约186gsm/mm至约220gsm/mm、约186gsm/mm至约200gsm/mm、约188gsm/mm至约240gsm/mm、约188gsm/mm至约230gsm/mm、约188gsm/mm至约220gsm/mm、约188gsm/mm至约200gsm/mm、或约185gsm/mm至约195gsm/mm。
在一些实施方案中，本发明的隔离件具有以下特征：
平均孔径为小于6μm、约0.5μm至约5.5μm、约0.7μm至约5.3μm、约1.0μm至约5.0μm、小于5μm、约1.0μm至约4.5μm、约1.2μm至约4.3μm、约1.5μm至约4.0μm、小于4μm、约1.5μm至约3.9μm、约1.7μm至约3.9μm、约1.9μm至约3.9μm、约2.1μm至约3.9μm、约2.3μm至约3.9μm、约2.5μm至约3.9μm、约1.5μm至约3.8μm、约1.5μm至约3.7μm、约1.5μm至约3.6μm、约1.5μm至约3.5μm、约1.7μm至约3.8μm、约1.9μm至约3.7μm、约2.1μm至约3.6μm、约2.3μm至约3.5μm、约2.4μm至约3.4μm、约2.4μm至约3.0μm、或约2.7μm至约3.3μm；
基重为约0.25gsm至约2500gsm、约1gsm至约1500gsm、约4gsm至约1000gsm、约15gsm至约750gsm、约50gsm至约500gsm、约100gsm至约500gsm、约150gsm至约500gsm、约160gsm至约450gsm、约180gsm至约400gsm、约200gsm至约350gsm、约220gsm至约320gsm、约240gsm至约300gsm、约250gsm至约290gsm、约260gsm至约280gsm,、或约270gsm；
隔离件的比表面积为小于1.5m2/g、约0.1m2/g至小于1.5m2/g、约0.2m2/g至小于1.5m2/g、约0.3m2/g至小于1.5m2/g、约0.4m2/g至小于1.5m2/g、约0.5m2/g至小于1.5m2/g、约0.6m2/g至小于1.5m2/g、约0.7m2/g至小于1.5m2/g、约0.8m2/g至小于1.5m2/g、约0.9m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至小于1.5m2/g、约1.1m2/g至小于1.5m2/g、约1.2m2/g至小于1.5m2/g、约1.3m2/g至小于1.5m2/g、约1.4m2/g至小于1.5m2/g、约1.0m2/g至约1.45m2/g、约1.0m2/g至约1.4m2/g、约1.0m2/g至约1.35m2/g、约1.0m2/g至约1.3m2/g、约1.1m2/g至约1.45m2/g、约1.15m2/g至约1.45m2/g、约1.2m2/g至约1.45m2/g、约1.25m2/g至约1.45m2/g、或约1.3m2/g至约1.45m2/g；以及
密度为约75gsm/mm至约400gsm/mm、约100gsm/mm至约350gsm/mm、约115gsm/mm至约300gsm/mm、约125gsm/mm至约300gsm/mm、约125gsm/mm至约250gsm/mm、约130gsm/mm至约240gsm/mm、约140gsm/mm至约225gsm/mm、约140gsm/mm至约210gsm/mm、约140gsm/mm至约200gsm/mm、约150gsm/mm至约220gsm/mm、约160gsm/mm至约220gsm/mm、约165gsm/mm至约210gsm/mm、约170gsm/mm至约205gsm/mm、约175gsm/mm至约200gsm/mm、大于180gsm/mm至约350gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约300gsm/mm、大于180gsm/mm至约250gsm/mm、大于180gsm/mm至约240gsm/mm、大于180gsm/mm至约225gsm/mm、大于180gsm/mm至约210gsm/mm、或大于180gsm/mm至约200gsm/mm。
压缩率
隔离件的压缩率根据电池协会国际电池技术手册BCIS-03A(9月9日修订版)的方法号1“重组电池隔离件材料的压缩率和恢复率”测量，并被转化为隔离件厚度的％变化(压缩测试之前和之后测得的厚度)。隔离件的压缩率可以表示为压缩百分比，具体地，表示为隔离件的厚度从10kPa到100kPa的百分比变化(即，压缩百分比＝((10kPa下的T-100kPa下的T)/10kPa下的T)*100，其中T为所指出的压力下的厚度)。在一些实施方案中，隔离件的压缩百分比(干的)可以小于31％。例如，在一些实施方案中，隔离件的压缩百分比(干的)为小于30％、小于29％、约20％至31％、约20％至约30％、约20％至约29％、约23％至31％、约23％至约30％、约23至约29％、约25％至31％、约25％至约30％、约25％至约29％、约26％至31％、约26％至约30％、或约26％至约29％。
隔离件的压缩率也可以表示为恢复百分比，具体地，从10kPa到100kPa并回到10kPa，表示为恢复周期时20kPa下的厚度与压缩周期时20kPa下的厚度相比的保持百分比(即，恢复百分比＝(Trec/Tcomp)*100，其中Tcomp为压缩周期时20kPa下的厚度，Trec为恢复周期时20kPa下的厚度)。在一些实施方案中，隔离件的恢复百分比(干的)可以大于84％。例如，在一些实施方案中，隔离件的恢复百分比(干的)大于85％、大于86％、大于87％、约84％至约90％、约85％至约90％、约86％至约90％、约87％至约90％、约84％至约88％、约85％至约88％、或约86％至约88％。
本发明的示例性隔离件相较于参照隔离件的压缩百分比和恢复百分比的测量示于实施例2.5中。
拉伸强度
隔离件的拉伸强度根电池协会国际电池技术手册BCIS-03A(9月9日修订版)方法号9“拉伸伸长率&强度”测量。在一些实施方案中，隔离件的拉伸强度(机器方向，MD)可以为约0.01kN/m至约50kN/m。在一些实施方案中，隔离件的拉伸强度(横向，CD)可以为约0.01kN/m至约25kN/m。
例如，在一些实施方案中，隔离件的拉伸强度(MD)为约0.01kN/m至约30kN/m、约0.01kN/m至约15kN/m、约0.01kN/m至约10kN/m、约0.01kN/m至约5kN/m、约0.01kN/m至约4kN/m、约0.01kN/m至约3kN/m、约0.01kN/m至约2kN/m、约0.1kN/m至约15kN/m、约0.1kN/m至约10kN/m、约0.1kN/m至约5kN/m、约0.1kN/m至约4kN/m、约0.1kN/m至约3kN/m、约0.1kN/m至约2kN/m、约0.17kN/m至约10kN/m、约0.17kN/m至约5kN/m、约0.17kN/m至约4kN/m、约0.17kN/m至约3kN/m、约0.17kN/m至约2kN/m、约0.3kN/m至约10kN/m、约0.3kN/m至约5kN/m、约0.3kN/m至约4kN/m、约0.3kN/m至约3kN/m、或约0.3kN/m至约2kN/m。
例如，在一些实施方案中，隔离件的拉伸强度(CD)为约0.01kN/m至约15kN/m、约0.01kN/m至约7.5kN/m、约0.01kN/m至约5kN/m、约0.01kN/m至约2.5kN/m、约0.01kN/m至约2kN/m、约0.01kN/m至约1.5kN/m、约0.01kN/m至约1kN/m、约0.05kN/m至约7.5kN/m，约0.05kN/m至约5kN/m、约0.05kN/m至约2.5kN/m、约0.05kN/m至约2kN/m、约0.05kN/m至约1.5kN/m、约0.05kN/m至约1kN/m、约0.1kN/m至约5kN/m、约0.1kN/m至约2.5kN/m、约0.1kN/m至约2kN/m、约0.1kN/m至约1.5kN/m、约0.1kN/m至约1kN/m、约0.15kN/m至约5kN/m、约0.15kN/m至约2.5kN/m、约0.15kN/m至约2kN/m、约0.15kN/m至约1.5kN/m、或约0.15kN/m至约1kN/m。
湿拉伸强度
隔离件的湿拉伸强度根据实施例2.2中描述的工序测量。在一些实施方案中，隔离件的湿拉伸强度(机器方向，MD)可以为约0.01kN/m至约20kN/m。在一些实施方案中，隔离件的湿拉伸强度(横向，CD)可以为约0.01kN/m至约10kN/m。
例如，在一些实施方案中，隔离件的湿拉伸强度(MD)为约0.01kN/m至约15kN/m、约0.01kN/m至约10kN/m、约0.01kN/m至约5kN/m、约0.01kN/m至约4kN/m、约0.01kN/m至约3kN/m、约0.01kN/m至约2kN/m、约0.01kN/m至约1kN/m、约0.05kN/m至约10kN/m、约0.05kN/m至约5kN/m、约0.05kN/m至约4kN/m、约0.05kN/m至约3kN/m、约0.05kN/m至约2kN/m、约0.05kN/m至约1kN/m、约0.1kN/m至约5kN/m、约0.1kN/m至约4kN/m、约0.1kN/m至约3kN/m、约0.1kN/m至约2kN/m、或约0.1kN/m至约1kN/m。
例如，在一些实施方案中，隔离件的湿拉伸强度(CD)为约0.01kN/m至约5kN/m、约0.01kN/m至约4kN/m、约0.01kN/m至约3kN/m、约0.01kN/m至约2kN/m、约0.01kN/m至约1kN/m、约0.01kN/m至约0.5kN/m、约0.03kN/m至约3kN/m、约0.03kN/m至约2kN/m、约0.03kN/m至约1.5kN/m、约0.03kN/m至约1kN/m、约0.05kN/m至约2.5kN/m、约0.05kN/m至约2kN/m、约0.05kN/m至约1.5kN/m、约0.05kN/m至约1kN/m、或约0.05kN/m至约0.5kN/m。
真空填充(酸填充)时间
隔离件的真空填充(酸填充)时间根据实施例2.3中描述的工序测量。在一些实施方案中，隔离件可以表现出约50秒至约500秒的真空填充时间。
例如，在一些实施方案中，隔离件可以表现出如下真空填充时间，约75秒至约450秒、约100秒至约400秒、约115秒至约360秒、约130秒至约310秒、约145秒至约295秒、或约160秒至约280秒。
制造隔离件
本发明的隔离件可以使用湿法成网工艺或干法成网工艺生产。一般地，湿法成网工艺包括使纤维混合到一起；例如，可使玻璃纤维(例如，短切玻璃纤维和/或微玻璃纤维)任选地与任何合成纤维混合到一起，以提供玻璃纤维浆料。在一些情况下，浆料为水基浆料。在某些实施方案中，微玻璃纤维和任选地任何短切纤维和/或合成纤维在混合到一起之前分别储存在不同的储存罐中。在混合到一起之前，这些纤维可通过碎浆机进行处理。在一些实施方案中，在混合到一起之前，短切玻璃纤维、微玻璃纤维和/或合成纤维的组合通过碎浆机和/或储存罐进行处理。如上所述，微玻璃纤维可包括细的微玻璃纤维和粗的微玻璃纤维。
应理解，可使用用于产生玻璃纤维浆料的任何合适的方法。在一些情况下，向浆料中添加另外的添加剂以便于进行处理。还可将温度调节到合适的范围，例如，33°F(0.5℃)至100°F(38℃)(例如，50°F(10℃)至85°F(29℃))。在一些实施方案中，保持浆料的温度。在一些情况下，不主动调节温度。
在一些实施方案中，湿法成网工艺使用与常规造纸工艺相似的装置，包括水力碎浆机、成形机或流浆箱、干燥机和任选的转换器。例如，可在一个或更多个碎浆机中制备浆料。在使浆料在碎浆机中适当地混合之后，可将浆料泵入流浆箱中，在流浆箱中浆料可以或可以不与其他浆料组合，或者可以或可以不添加添加剂。浆料还可用另外的水稀释，使得纤维的最终浓度在合适的范围内，例如，约0.1重量％至1.5重量％。
在一些情况下，可根据需要调节玻璃纤维浆料的pH。例如，玻璃纤维浆料的pH可为约1.5至约4.5，或约2.6至约3.2。
在将浆料送至流浆箱之前，可使浆料通过离心净浆器以除去未纤维化的玻璃或渣球。浆料可以或可以不通过另外的装置如精制机或高频疏解机来进一步增强纤维的分散。然后可使用任何合适的机器(例如，长网造纸机、真空圆网抄纸机、筒形造纸机、斜网长网造纸机、夹网成形机、双网造纸机(twin wire)、多重成形机、压力成形机、顶网成形机等)以适当的速率将纤维收集到筛或网上。
在一些实施方案中，该工艺包括向预形成的玻璃纤维层中引入粘合剂(和/或其他组分)。在一些实施方案中，当玻璃纤维层沿着适当的筛或网通过时，使用合适的技术将可为单独乳液形式的包含在粘合剂中的不同组分添加到玻璃纤维层中。在一些情况下，粘合剂树脂的每个组分在与其他组分和/或玻璃纤维层组合之前被混合成乳液。在一些实施方案中，可使用例如重力和/或真空将包含在粘合剂中的组分拉过玻璃纤维层。在一些实施方案中，包含在粘合剂树脂中的一种或更多种组分可用软化水稀释并泵入玻璃纤维层中。
在另一些实施方案中，使用干法成网工艺。在干法成网工艺中，将玻璃纤维分散在吹送到传送机上的空气中，然后任选地施加粘合剂。干法成网处理通常更适用于生产包含玻璃纤维束的高度多孔介质。
可以在过程的适当阶段采用任何致密化方法来获得具有所需特征(例如，孔径)的隔离件。
例如，在一些实施方案中，在片材形成过程期间，当水从原料浆料中排出时，可以通过使用由造纸机成形部分的各种元件施加的真空将纤维紧紧拉在一起以使网致密。这些元件可包括造纸行业中常用的造纸机案辊、真空辅助或非真空辅助水翼、扁平箱、吸水箱、真空伏辊(couch roll)和/或其他脱水装置。待排出的水的量可根据最终产品中所需的致密化水平而变化。通过这样的装置所赋予的真空为0.5"至30"的汞。使用压力成形流浆箱可对原料浆料施加压力，有助于正在生产的网的排水和致密化。
在一些实施方案中，正在生产的隔离件网经物理压制以实现致密化。
在一些实施方案中，压制步骤在网形成并且具有足够的完整性以离开造纸机的成形部分之后进行，网在进入干燥机部分之前通过2个压辊之间并被压缩。压辊可以是非毡制的或毡制的，有助于除水。另外，辊可以以固定或非固定的间隙设置来控制。
在一些实施方案中，压制步骤通过压辊进行，同时片材仍然负载在成形织物上，任选地在真空元件上以促进通过压制作用所排出的除水。压制步骤也可通过设置在真空伏辊上的压辊进行。
在一些实施方案中，压制通过使用水印棍在造纸机的成形部分上实现，其中片材由成形织物负载。
在一些实施方案中，压制通过设置在成形织物上的顶网脱水系统实现。
前述各种形式的压力可采用固定间隙、非固定间隙、辊或装置的重量、施加的压力或力、驱动或非驱动、使用真空或非真空除水。
可使用厚度测量装置作为过程控制回路的一部分以向压制装置提供反馈信息以控制正在生产的网的致密化。厚度测量可作为整个造纸行业中常用的过程控制扫描装置的一部分连续地进行。装置可采用物理上与网接触的传感器来检测网的厚度。也可使用激光测量系统来进行厚度检测。厚度检测装置可以在网上保持不动，或者可以在生产网时在网的整个宽度上来回摆动。在网进入干燥过程之前处于湿态时和/或在网经干燥之后且在造纸机卷轴部分之前，也可采用这些系统。
在整个隔离件形成过程中可利用任何数量的中间过程(例如，压延、层合等)和添加剂的添加。添加剂也可以在浆料或隔离件形成时添加到其中，包括但不限于盐、填料(包括二氧化硅、粘合剂和胶乳)。在一些实施方案中，添加剂可包括隔离件的约0重量％至约30重量％。此外，干燥温度也可根据纤维组成而变化。在多个实施方案中，干燥温度可为约100℃至约700℃。隔离件可包括多于一层，各层任选地包含具有不同物理和化学特征的不同类型的纤维。
电池
一方面，本发明涉及一种铅酸电池，其包括负极板、正极板和本文所述的任何电池隔离件。
因此，一方面，本发明涉及一种铅酸电池，其包括负极板、正极板和设置在负极板与正极板之间的电池隔离件，其中电池隔离件包含玻璃纤维并且具有基重(gsm)、比表面积(m2/g)、密度(gsm/mm)和平均孔径(μm)，其中(当量具有所指出的单位时)满足以下方程式(包括附带条件，“方程式1”)：
Figure GDA0001480901960000221
条件是：
比表面积小于1.5m2/g，或者
密度大于180gsm/mm。
在铅酸电池的构造中使用粘贴纸是本领域熟知的。粘贴纸有助于在固化之前将活性材料糊料保持在电极栅附近。然而，大多数粘贴纸保留在与隔离件接触的极板的表面上，因此影响某些特征。在一些实施方案中，本发明涵盖这样的认识，粘贴纸的比表面积与隔离件的比表面积之比影响某些特性如酸充注时间。本发明的两个示例性隔离件和一个参照隔离件的酸填充时间和粘贴纸与隔离件的比表面积之比之间的关系示于图4中。在一些实施方案中，本发明涉及一种铅酸电池，其包括负极板；正极板；设置在负极板与正极板之间的电池隔离件，其中电池隔离件包含玻璃纤维并且满足方程式1；以及设置在电池隔离件与负极板和/或正极板之间的粘贴纸，其中粘贴纸的比表面积与隔离件的比表面积之比为约1.0或更小。例如，在一些实施方案中，粘贴纸的比表面积与隔离件的比表面积的之比为约0.5至约1.0、约0.6至约1.0、约0.7至约1.0、或约0.8至约1.0。
应理解，本文中没有明确讨论的电池的其他组件可以为常规的电池组件。正极板和负极板可以由常规的铅酸电池极板材料形成。例如，在容器格式电池(containerformatted battery)中，极板可以包括包含导电材料的电极板，导电材料可以包括但不限于铅、铅合金、石墨、碳、泡沫碳、钛、陶瓷(如
Figure GDA0001480901960000222
)、层合件和复合材料。电极板通常用活性材料粘贴。所粘贴的电极板通常通过被称为“成型”的工艺转换成正极电池极板和负极电池极板。成型包括使电流流经交替的正极板和负极板与相邻极板之间的隔离件的组合件，同时该组合件在合适的电解质中。
作为具体实例，正极板包含铅作为活性材料，负极板包含二氧化铅作为活性材料。极板还可以包含一种或更多种增强材料，例如短切有机纤维(例如，平均长度为0.125英寸或更大)、短切玻璃纤维、金属硫酸盐(例如，硫酸镍、硫酸铜)、红丹(例如，含Pb3O4的材料)、一氧化铅、石蜡油和/或膨胀剂(expander)。在一些实施方案中，膨胀剂包含硫酸钡、炭黑和木素磺酸盐作为主要组分。膨胀剂的组分可以预混合或不预混合。膨胀剂可购自例如Hammond Lead Products(Hammond，IN)和Atomized Products Group,Inc.(Garland，TX)。市售膨胀剂的实例为
Figure GDA0001480901960000232
膨胀剂(Atomized Products Group,Inc.)。在某些实施方案中，膨胀剂、金属硫酸盐和/或石蜡存在于负极板中而不存在于正极板中。在一些实施方案中，正极板和/或负极板包含纤维材料或其他玻璃组合物。
可利用任何期望的技术来组装电池。例如，可将隔离件卷绕在极板(例如，阴极板、阳极板)周围。然后利用常规的铅酸电池组装方法将正极板、负极板和隔离件组装在壳体中。在某些实施方案中，在将隔离件组装在壳体中之前压缩隔离件。在某些实施方案中，在将隔离件组装在壳体中之后压缩隔离件。然后将电解质混合物分配在壳体中。
在一些实施方案中，电解质为硫酸。在一些实施方案中，硫酸的比重为1.21至1.32、或1.28至1.31。在某些实施方案中，硫酸的比重为1.26。在某些实施方案中，硫酸的比重为约1.3。
实施例
实施例1.隔离件组合物
在下面描述的各个隔离件中，采用了以下纤维的一种或更多种：
Figure GDA0001480901960000231
实施例1.A.参照隔离件1：60％的纤维1/40％的纤维3
将纤维1添加到包含水和硫酸的水力碎浆机中以形成纤维分散体浆料。保持pH为2.7。在搅拌下将纤维浆料储存在箱(罐)中。对纤维3重复相同的过程，在搅拌下将由此制备的纤维浆料储存在第二箱中。两个箱将浆料供应到造纸机(长网造纸机)的流浆箱中。各个浆料的流量被设定成使得纤维的干重对应于60％的纤维1和40％的纤维3。在流浆箱内将纤维浆料混合，产生与形成区的网接触的均匀纤维浆料。然后使用真空使浆料脱水。然后使用蒸汽加热式干燥箱干燥隔离件。在机器的另一端收集隔离件为片材。
实施例1.B.参照隔离件2：89％的纤维2/11％的纤维4
使用与实施例1.A相似的工序，以89％的纤维2相对11％的纤维4的重量比使用纤维2和纤维4制备单独的浆料箱。该箱将浆料供应到造纸机(长网造纸机)的流浆箱中，并以与实施例1.A中相同的方式制成片材。
实施例1.1.隔离件2：24％的纤维1/61％的纤维2/10％的纤维3/5％的纤维4
用与实施例1.A相似的工序，制备三个箱的浆料。一个包含95％的纤维1和5％的纤维4，第二个包含95％的纤维2和5％的纤维4，第三个包含95％的纤维3和5％的纤维4。将这些纤维浆料供应到流浆箱中，各流率设定成产生24％的纤维1、61％的纤维2、10％的纤维3和5％的纤维4。在真空脱水之后，但在干燥之前，使网通过湿压站，该湿压站由硬辊和成形织物之间的可调间隙构成。通过测量克重和厚度来确定干片材的密度，并根据需要将湿压机的可调间隙改变成更宽或更窄，这会改变所得干片材的密度。调整间隙直至达到所期望的密度目标190gsm/mm。然后设定间隙，并以与实施例1.A中相同的方式制成片材。
实施例1.2.隔离件1：24％的纤维1/45％的纤维2/26％的纤维3/5％的纤维4
使用实施例1.1中所制备的三个箱的浆料，将浆料的各个流率设定成产生24％的纤维1、45％的纤维2、26％的纤维3和5％的纤维4的组合干重。调节隔离件的密度，并以与实施例1.1中相同的方式制成片材。
实施例2.隔离件特征
实施例2.1.测定实施例1的隔离件的以下特征
特征 参照1 参照2 隔离件1 隔离件2
基重(g/m<sup>2</sup>) 278 260. 277 275
20kPa下的厚度(mm) 1.63 1.49 1.46 1.45
20kPa下的密度(gsm/mm) 171 175 190. 190.
平均孔径(μm) 3.09 4.00 3.28 2.69
湿拉伸强度，MD(kN/m) 0.29 0.095 0.20 0.13
表面积(m<sup>2</sup>/g) 1.51 1.30 1.32 1.46
实施例2.2.湿拉伸强度的测量
隔离件的湿拉伸强度可以根据以下工序测量。
装置
Figure GDA0001480901960000251
系列张力计(Norwood，MA)
水容器
用于悬挂样品的带有夹子的架台组合件
样品制备
1.将一定长度的聚乙烯卷绕在张力计下部的卡爪机构周围，并用胶带密封。(确保下部的机构完全防水。)
2.将一定长度的吸收性片材卷绕在张力计的底部周围。(确保截留或容纳多余的水)
3.确保卡爪之间的距离设定为100mm。
4.从软件菜单设置“湿拉伸”(50×100mm)测试。
5.用去离子水部分填充浅容器，并设置架台在其上悬挂样品。(容器必须完全容纳200mm长的样品。)
6.在机器方向或横向上将样品切成150mm×50mm。
样品测试
7.确保样品被识别为MD(机器方向)或CD(横向)。
8.将样品完全浸入去离子水中1分钟。
9.取出样品并悬挂，使多余的水滴完，持续30秒。
10.将样品放在张力计中进行拉伸试验。
11.记录拉伸强度(kN/m)。
实施例2.3.真空填充(酸填充)时间的测量
隔离件的真空填充(酸填充)时间可以根据以下工序测量。对参照隔离件1及实施例隔离件1和2进行酸填充时间的测量：
参照1 220秒
隔离件2 250秒
隔离件1 178秒
装置
1.26 s.g.(specific gravity，比重)的硫酸
待测试的样品
8"×1.9375"样品带
12"×6"×1"有机玻璃(Perspex)单元，具有为附接而钻的孔和用于酸
填充的入口/出口倒钩
螺纹、螺母和垫圈
用于所需间隙的多种厚度的垫片
用于“密封”样品的橡胶衬垫或O形环线
酸进料组合件(具有管的玻璃器皿)，包括架台和夹钳
真空泵
计时器/秒表
样品制备
1.测量隔离件的克重至小数点后一位，以g/m2(W)计。
2.计算各密度值所需的厚度：
2.1厚度＝克重÷压缩密度(通常为220gsm/mm)。
3.确定所计算的各厚度所需的垫片和O形环线：
3.1.垫片应为最接近可用的厚度增量。
3.2.O形环线直径应等于或大于垫片厚度，但不得大于超过0.5mm。
4.在机器方向上切割样品8"×1.9375"。
5.对样品称重以确定所需的酸的量。
6.将螺栓穿过有机玻璃底座，并将组合件放置在工作台上。
7.将样品放置在板上凹槽之间的有机玻璃底座上。
8.将橡胶衬垫对准板上凹槽中的隔离件的边缘。
9.将所需的垫片放置在各螺栓上。
10.将有机玻璃面添加到该组合件的顶部，并用手上紧螺母。
11.使用扭矩扳手(设定为10N)上紧螺母。
(参照图1)
样品测试
12.将真空泵与入口倒钩连接。
13.使单元直立并插入酸进料组合件中。
14.将适量的酸添加到进料系统的顶部。确保阀已关闭。
15.打开真空泵，使系统达到500mm Hg的平衡。
16.当系统达到500mm Hg的平衡时，打开酸的阀，并记录酸前沿行进至完成样品的填充所需的时间。
实施例2.4.酸分层距离的测量
该方法用于测定在压缩下硫酸替代玻璃纤维垫隔离件中的水的程度。测量的分层距离可以提供电池单元内的潜在分层(其中电解质(酸)的比重在电池的整个高度上变化的现象)的指示。
装置
甲基红，稀释于1.28s.g.(比重)的硫酸中(1:100稀释)
1.1 s.g.(比重)的硫酸
待测试的样品
300mm×150mm×50mm有机玻璃单元，具有为附接而钻的孔
螺纹、螺母和垫圈
用于所需间隙的多种厚度的垫片
用于“密封”样品的多种直径的橡胶衬垫或O形环线
用于容纳单元组合件和酸的耐热玻璃(Pyrex)盘
样品制备
1.测量隔离件的克重至小数点后一位，以g/m2(W)计。
2.酸分层距离的测量通常在约200g/m2/mm的压缩密度和/或约240g/m2/mm的压缩密度下进行。
3.计算各密度值所需的厚度：
3.1.厚度＝克重÷压缩密度(200或240)。
4.确定所计算的各厚度所需的垫片和O形环线：
4.1.垫片应为最接近可用的厚度增量。
4.2.O形环线直径应等于或大于垫片厚度，但不得大于超过0.5mm。
5.在机器方向上切割两个隔离件样品，250mm×50mm。
6.将样品浸入1.1s.g.的酸中一分钟。
7.将螺栓穿过有机玻璃底座，并将组合件放置在工作台上。
8.将湿样品放在有机玻璃底座上。
9.将O型环线紧紧对准隔离件的边缘。
10.将所需的垫片放在各螺栓上。
11.将有机玻璃面添加到该组合件的顶部，并用手上紧螺母。
12.沿着AGM，尤其是在顶部，将O形环线紧紧推至样品边缘。
13.使用扭矩扳手上紧螺母(设定为10Nm/88.5英寸/磅)。
(参照图3)
样品测试
14.将整个单元放在空的耐热玻璃盘中，具有20mm 1.1s.g.酸度。
15.将经染色的硫酸(1.28s.g.)添加到样品顶部的空间中，并启动计时器(60分钟倒计时)。
16.酸将行进或扩散通过隔离件的孔，并将观察到可见的红色/粉红色“潮汐标记”，显示位移的尺度。
17.以规律的间隔检查位移状态(每15分钟一次就足够)。
18.60分钟结束之后，测量总的酸位移(从样品顶部到红色/粉红色标记的距离)。
19.在每个测量的密度下，报告酸分层距离(以mm计)。
实施例2.5.压缩率的测量
按照以上参照BCIS-03A(9月9日修订版)方法号1“压缩率”下的描述测量了实施例隔离件1和2及参照隔离件1和2的压缩百分比和恢复百分比。结果示于图2和下表中。
Figure GDA0001480901960000291

Claims (16)

1.一种电池隔离件，包含纤维并且具有基重、比表面积、密度和平均孔径，其中所述纤维包括至少5％的玻璃纤维，其中满足以下方程式，其中所述基重以gsm计，所述比表面积以m2/g计，所述密度以gsm/mm计，所述平均孔径以μm计：
Figure FDA0002419526590000011
条件是：
所述比表面积大于或等于0.8m2/g且小于1.50m2/g，所述基重大于或等于150gsm，以及
所述密度大于180gsm/mm。
2.根据权利要求1所述的电池隔离件，其中所述纤维包括5％至50％的平均直径小于或等于1.0μm的纤维。
3.根据权利要求2所述的电池隔离件，其中所述纤维包括15％至35％的平均直径小于或等于1.0μm的纤维。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中所述平均孔径小于6μm。
5.根据权利要求4所述的电池隔离件，其中所述平均孔径小于5μm。
6.根据权利要求4所述的电池隔离件，其中所述平均孔径小于4μm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中所述密度为180gsm/mm至400gsm/mm。
8.根据权利要求7所述的电池隔离件，其中所述密度为180gsm/mm至220gsm/mm。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中所述隔离件的湿拉伸强度MD为0.01kN/m至20kN/m。
10.根据权利要求9所述的电池隔离件，其中所述隔离件的所述湿拉伸强度MD为0.1kN/m至3kN/m。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中所述隔离件的湿拉伸强度CD为0.01kN/m至10kN/m。
12.根据权利要求11所述的电池隔离件，其中所述隔离件的所述湿拉伸强度CD为0.05kN/m至1.5kN/m。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中压缩百分比小于31％。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中恢复百分比大于84％。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中基重为150gsm至1000gsm。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔离件，其中基重为150gsm至500gsm。
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