CN107431167A - 包含化学添加剂和/或其他组分的电池隔离件 - Google Patents

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古比·克里希纳帕·纳泰什
马哈德瓦斯瓦米·科迪莫尔·马哈德瓦帕
克里希纳·马尔奇高达
哈里什·默德戈德鲁·拉马斯瓦米
阿克沙伊·阿希尔加德
尼古拉斯·克莱门特
约翰·A·韦茨
小理查德·O·安格斯
蒋志平
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Hollingsworth and Vose Co
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Abstract

一般性地提供了可以用作电池如铅酸电池的电池隔离件的非织造网。在一些实施方案中,提供了包括包含一种或更多种化学添加剂的非织造网的电池隔离件。所述化学添加剂可赋予有益的特性,例如提高的隔离件稳定性和/或电池性能。在一些实施方案中,所述化学添加剂可赋予在包括所述电池隔离件的电池循环期间对氧化、重金属沉积和/或短路形成的抗性。可选择所述化学添加剂各自的特征和/或量以赋予期望的特性,同时对电池隔离件和/或电池另外的特性具有相对最小的或者没有不利影响。

Description

包含化学添加剂和/或其他组分的电池隔离件
技术领域
本发明实施方案一般性地涉及非织造网,并且具体地,涉及可以用作电池如铅酸电池的电池隔离件的非织造网。
背景技术
电池将储存的化学能转化为电能并且通常被用作能源。通常,电池包括一个或更多个电化学电池单元,所述电化学电池单元包括负电极、正电极、电解质和电池隔离件。电池隔离件是许多电池中的关键组件。电池隔离件将负电极和正电极机械隔离且电隔离,同时还允许电解质中的离子在电极之间移动。
电池隔离件在电池运行期间的强反应性环境下应是化学稳定的、机械稳定的且电化学稳定的,不应不利地与电解质和/或电极材料相互作用,并且对电池性能(例如,能量产生、循环寿命、安全性)没有有害影响。例如,电池隔离件不应降解,不应浸出有害组分,不应以负面方式与电极材料反应,不应允许电极之间形成短路和/或不应在电池组装和/或运行期间出现裂缝或破裂。虽然存在许多电池隔离件,但是仍需要改善电池隔离件的稳定性和/或使得电池性能增强的电池隔离件。
发明内容
在一组实施方案中,提供了电池隔离件。在一个实施方案中,电池隔离件包括非织造网,所述非织造网包含平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;和一种或更多种硫酸盐,其中在与电池电解质接触之前,所述一种或更多种硫酸盐以大于或等于电池隔离件的约0.1重量%且小于或等于30重量%的量存在。
在另一个实施方案中,电池隔离件包括非织造网,所述非织造网包含平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;和一种或更多种抗氧化剂,其中所述抗氧化剂以大于或等于电池隔离件的约0.05重量%且小于或等于约5重量%的量存在。
在一个实施方案中,电池隔离件包括非织造网,所述非织造网包含平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;和多根合成纤维,其中所述合成纤维以大于或等于非织造网的约1重量%且小于或等于约80重量%的量存在。电池隔离件还包含多个无机颗粒,其中所述无机颗粒是耐硫酸的,以及其中所述无机颗粒以大于或等于非织造网的约10重量%且小于或等于约80重量%的量存在于非织造网中;和一种或更多种橡胶,其中所述一种或更多种橡胶以大于或等于电池隔离件的约3重量%且小于或等于约80重量%的量存在于电池隔离件中。
在另一个实施方案中,电池隔离件包括非织造网,所述非织造网包含平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约100重量%的量存在。电池隔离件的中值流量孔径(mean flow pore size)大于或等于约0.5微米且小于或等于约30微米。电池隔离件的击穿电压的损失百分比小于或等于约80%。
当结合附图考虑时,通过以下关于本发明的多个非限制性实施方案的详细描述,本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括矛盾和/或不一致的公开内容的情况下,应当以本说明书为准。如果通过引用并入的两篇或更多篇文献包括相对于彼此矛盾和/或不一致的公开内容,则应当以生效日期在后的文献为准。
附图说明
本发明的非限制性实施方案将通过举例的方式参照附图来描述,所述附图为示意性的且不旨在按比例绘制。在附图中,所示出的每个相同或几乎相同的组件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见,在不需要图解来使本领域普通技术人员理解本发明的地方,不是每个组件都被标记,也不是本发明的每个实施方案的每个组件都被示出。在附图中:
图1为根据一组实施方案的包括非织造网的电池隔离件的示意图;
图2A为示出根据一组实施方案的包含多根纤维的非织造网的截面的示意图;
图2B为示出根据一组实施方案的包含部分涂覆有包含添加剂的树脂的纤维的非织造网的截面的示意图;
图2C为示出根据一组实施方案的其中基本上所有纤维涂覆有包含添加剂的树脂的非织造网的截面的示意图;
图2D为示出根据一组实施方案的部分涂覆有添加剂的非织造网的截面的示意图;
图3A为根据一组实施方案的可以包括在电池隔离件中的平坦层的厚度和总厚度的示意图;
图3B为根据一组实施方案的可以包括在电池隔离件中的非平坦层的厚度和总厚度的示意图;
图4A至4D为示出根据一组实施方案的不同电池布置的示意图;以及
图5A至5D为根据一组实施方案的电池隔离件和电极的示意图。
具体实施方式
提供了电池隔离件。在一些实施方案中,电池隔离件可包括包含一种或更多种化学添加剂的非织造网。化学添加剂可以赋予有益的特性,例如提高的隔离件稳定性和/或电池性能。在一些实施方案中,化学添加剂可以赋予对氧化、重金属沉积和/或短路形成的抗性。例如,铅酸电池隔离件可包括包含一种或更多种硫酸盐的非织造网。硫酸盐可通过抑制隔离件中的金属化合物(例如,硫酸铅)溶解来防止内部短路。作为另一实例,铅酸电池隔离件可包含橡胶和/或一种或更多种抗氧化剂。橡胶可以清除某些可能另外沉积在电池电极的表面上并且降低电池性能的重金属(例如,锑)。抗氧化剂可以通过抑制非织造网中的有机材料氧化来防止非织造网在苛性电池环境中的降解。可选择化学添加剂各自的特征和量以赋予期望的特性,同时对电池隔离件和/或整个电池另外的特性具有相对最小的或者没有不利影响。
在一些实施方案中,电池隔离件包括包含玻璃纤维和抑制或减少枝晶形成的孔结构(例如,中值流量孔径)的非织造网,使得电池隔离件具有增加的寿命,如通过相对较低的击穿电压的损失百分比所证明的。电池隔离件可任选地包含(或不包含)如本文所述的添加剂。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件可包括表观密度相对较低的层;例如,包括在该层的最外边界内的任何未占空间的密度可相对较低。低的表观密度可至少部分地归因于该层的几何形状。例如,在一些实施方案中,该层可包括起伏和/或具有至少一个非平坦表面(例如,波纹化层;压花层),如下文更详细地描述的。在一些实施方案中,包括表观密度相对较低的层的电池可具有期望的特性,包括相对低的电阻和/或相对高的容量。
本文所述的电池隔离件可很好地适用于各种电池类型,包括铅酸电池。
在典型的电池中,电池隔离件的功能主要是将负电极和正电极电隔离且机械隔离,同时允许离子传导。然而,电极之间存在电池隔离件可影响电池性能(例如,电阻、寿命)。例如,与单独的电解质相比,电池隔离件通常使电极之间离子移动的阻力增加,从而使电池的电阻增加。此外,对于电极之间的给定体积,与单独的电解质相比,电池隔离件由于体积被该电池隔离件占据而可以使电极之间电解质的量减少。电解质的这种减少可限制电池容量。
一般地,电池隔离件的化学特性(例如,组成、稳定性、润湿性)、结构特性(例如,孔隙率、孔径、厚度、渗透性)和/或机械特性(例如,强度、刚度)可以影响电池性能(例如,电阻、寿命)。在一些电池应用中,在提供足够隔离和/或离子移动的电池隔离件特性与电池性能之间存在着折衷(trade-off)。例如,具有足够孔隙率以允许离子迁移的电池隔离件可为脆性的,并且由于对隔离件的损害而导致早期电池故障。在利用高反应性运行条件的电池应用(例如,铅酸电池)中,隔离件与电池性能的平衡进一步恶化。在这样的应用中,电池隔离件的化学稳定性、机械稳定性和电化学稳定性可为平衡隔离件与电池性能的重要设计参数。通常,常规电池隔离件被设计成具有期望的稳定性、隔离性能或电池性能是以一个或更多个其他特性(例如,稳定性、隔离性能和/或电池性能)为代价的。例如,一些常规电池隔离件已经尝试通过减小电池隔离件的质量以增加体积孔隙率来最小化电池隔离件对容量和电阻的影响。然而,质量与机械稳定性之间的折衷可能限制了这种方法。因此,需要改进的电池隔离件。
在本公开内容中,提供了电池隔离件。在一些实施方案中,电池隔离件可包括包含一种或更多种化学添加剂和/或具有至少一个非平坦表面的层(例如,非织造网)(例如,如本文所述的成形层或者包括起伏或其他表面形态的层)。在如本文所述的电池隔离件中,这样的层可单独使用,或者与附加层组合使用。化学添加剂和/或层的形状/形态可以用于赋予电池隔离件和/或整个电池以期望的特性(例如,稳定性、隔离性能、电池性能)。例如,在涉及包括位于两个电极之间的包括起伏和/或具有至少一个非平坦表面的层(即,非平坦层)的电池的一些实施方案中,该层的形状可增加电极之间的空隙体积,使得电阻减小和枝晶形成减少。在某些实施方案中,可以赋予这些期望的特性,同时对电池隔离件和/或整个电池另外的特性具有很小的不利影响或者没有不利影响。
在一些这样的实施方案中,包括本文所述的层(例如,非织造网)的电池隔离件不受某些现有电池隔离件的一个或更多个限制。例如,在涉及包含易于与电解质中的物质(例如,酸产生的自由基)不利地相互作用的有益组分的电池隔离件的一些实施方案中,电池隔离件可包含能够复合和/或中和不利物质的化学添加剂(例如,抗氧化剂)。包含这样的化学添加剂可以允许电池隔离件包含足够百分比的易受影响的组分(例如,橡胶)而不(或最小程度上)负面地影响电池性能。如下文进一步描述的,在一些实施方案中,这样的电池隔离件可包括包含玻璃纤维和一种或更多种化学添加剂(例如,硫酸盐、橡胶、抗氧化剂)的非织造网。在某些实施方案中,非织造网可任选地包含如本文所述的粘合剂树脂、合成纤维、无机颗粒和/或其他组分。
图1示意性示出了包括非织造网的电池隔离件的一个非限制性实例。在一些实施方案中,电池隔离件5可包括非织造网6。在一些实施方案中,非织造网6包含一种或更多种化学添加剂。在某些实施方案中,非织造网6可为非平坦层。在一些情况下,电池隔离件可为非织造网,其为包含一种或更多种化学添加剂的非平坦层。在一些实施方案中,电池隔离件可为单个层(例如,隔离件不包括图1中的层7或8)。例如,电池隔离件可由单个非织造网形成。在某些实施方案中,非织造网6可包含玻璃纤维和抑制或减少枝晶形成的孔结构(例如,中值流量孔径),使得非织造网具有相对较高的寿命和/或相对较低的击穿电压的损失百分比。这样的非织造网在一些实施方案中可包含一种或更多种化学添加剂,或者在另一些实施方案中可不含这样的添加剂。
在另一些实施方案中,电池隔离件可包括多个层。多层电池隔离件可包括至少一个非织造网(例如,至少两个非织造网、至少三个非织造网)。在一些实施方案中,至少一个非织造网可具有一个或更多个非平坦表面和/或可包含一种或更多种化学添加剂,如本文所述。在一些实施方案中,除非织造网6之外,电池隔离件还可包括任选的层7和/或8(例如,附加层),其可与非织造网相邻。如本文所述,附加层可为平坦的或非平坦的。
例如,在一个特定实施方案中,电池隔离件可包括非平坦的非织造层6、层7(例如,非织造网)(其可例如允许非织造层6在电池构造中的均匀压力分布)和非织造网8。在一些这样的情况下,层7可为具有相对高的Gurley刚度(例如,大于或等于约500mg且小于或等于约5000mg、大于或等于约800mg且小于或等于约1200mg)的非平坦的非织造层。在一些实施方案中,这样的层可具有与非织造层6基本相同或相似的属性(例如,化学稳定性、体积孔隙率)。然而,其他构造也是可能的。在非织造层6是非平坦的一些实施方案中,层7可为平坦层。例如,在一个实施方案中,层7可为非织造层6的平坦形式。在另一些实施方案中,任选的层7和/或8可为非平坦层。一般地,电池隔离件的任何层均可为非平坦的和/或可包含一种或更多种化学添加剂,如本文所述。
一般地,电池隔离件内的层(包括任何任选的层,例如附加层)应在电池环境中稳定,具有足以允许足够的离子传导的孔隙率,并且具有合适的厚度。例如,在铅酸电池中,根据标准BCI 03-A,所述层的酸重量损失可小于5%。如本文所使用的酸重量损失是指由于酸侵蚀所致的重量损失的百分比,如下文更详细描述的。在某些实施方案中,所述层(包括任选的层)的孔隙率可大于或等于约10%且小于或等于约99%(例如,大于或等于约65%且小于或等于约95%),并且厚度可大于或等于约0.1mm且小于或等于约3mm(例如,大于或等于约0.1mm且小于或等于约3mm)。然而,应理解,其他范围的酸重量损失、孔隙率和/或厚度也是可能的。
在一些实施方案中,一个或更多个任选的层(例如,附加层)可为非织造网。例如,在一些实施方案中,电池隔离件中可存在第二非织造网。在某些实施方案中,任选的层可为表观密度相对较低的平坦层(例如,开放层),如本文所述。任选的层/附加层的非限制性实例包括:由在平行方向上用粘合剂结合的长的粗略拉伸的单根玻璃纤维(例如,纤维直径大于约13微米)形成的非织造网(例如,纤维条);粗纱(例如,用于绝缘的长纤维的粘合剂结合的非织造网);编织物;间隔织物(例如,由垂直于外表面的刚性支撑构件的体系隔开的层);灯芯绒织物;罗纹针织物;多孔膜;功能化的针刺和水刺非织造网;以及网状物(例如,合成的扩张网)。也可以使用织造网。在另一些实施方案中,一个或更多个任选的层(例如,附加层)可为挤出层(例如,非纤维层)。其他类型的层也是可能的。
如本文所使用的,当层被称为与另一层“相邻”时,其可以与该层直接相邻,或者也可存在中间层。与另一层“直接相邻”的层意味着不存在中间层。
在一些实施方案中,电池隔离件中的一个或更多个层可被设计成独立于另一层。即,来自一层的组分(例如,纤维)与来自另一层的组分(例如,纤维)基本上不相互搀和(例如,完全不相互搀和)。例如,对于图1,在一组实施方案中,来自非织造网6的纤维与任选的层8的纤维基本上不相互搀和。独立的层可通过任何合适的工艺(包括例如层压、热点结合、压延、超声处理)或者通过粘合剂接合,如下文更详细描述的。然而,应理解,某些实施方案可包括不独立于彼此的一个或更多个层。
应理解,附图中所示的层的构造仅为举例,并且在另一些实施方案中,包括其他构造的层的电池隔离件可以是可能的。例如,虽然任选的层在图1中以特定的顺序示出,但是其他构造也是可能的。例如,任选的层7可位于非织造网与任选的层8之间。此外,在一些实施方案中,除附图中所示的那些层之外还可存在附加层。还应理解,在一些实施方案中,不是附图中示出的所有组件都需要存在。
如本文所述,包括非织造网的电池隔离件可包含一种或更多种化学添加剂。化学添加剂可以以任何合适的方式与非织造网相关联。化学添加剂可例如固定在非织造网的至少一部分上和/或固定在存在于非织造网中的载体(例如,涂层、颗粒)上或内部。例如,在一些实施方案中,添加剂被包封(例如,部分地或全部地)在非织造网的至少一部分上的涂层内。在一些实施方案中,化学添加剂可为涂覆在非织造网上的粘合剂树脂的一部分。在某些实施方案中,在没有树脂的情况下,化学添加剂可涂覆在非织造网的至少一部分上。在一些情况下,化学添加剂可非共价连接(例如,吸附)到非织造网的一种或更多种组分(例如,非织造网中的纤维、树脂和/或无机颗粒)上。化学添加剂与非织造网的一部分共价连接或离子连接也是可能的。在一些情况下,化学添加剂通过静电相互作用连接在纤维网的一部分上。其他构造也是可能的。
涂覆有化学添加剂的非织造网的一个非限制性实例示于图2中。化学添加剂的实例在下文提供。如图2A中说明性示出的,以截面示出的非织造网10可包含多根纤维15(例如,玻璃纤维、玻璃纤维和合成纤维)。在一些情况下,非织造网10还可包含多个无机颗粒18(例如,耐硫酸的无机颗粒)。在化学添加剂为粘合剂树脂的一部分的实施方案中,非织造网的全部或部分可涂覆有包含分布在其中的化学添加剂22的粘合剂树脂,这在图2B至2C中说明性示出。其中分布有化学添加剂的粘合剂树脂在非织造网经涂覆和干燥之后可保留在非织造网上。在另一些实施方案中,非织造网的全部或部分可涂覆有不含粘合剂树脂的化学添加剂22,如图2D中说明性示出的。
在一组实施方案中,可在非织造网的一个或更多个侧面或表面上形成包含化学添加剂的涂层。在另一些实施方案中,可将化学添加剂施加到非织造网以在非织造网内部(即,通过非织造网的厚度)的纤维和/或其他组分(例如,无机颗粒)的至少一部分上产生涂层20。在某些实施方案中,非织造网的基本上所有的纤维均可涂覆有化学添加剂,如图2C中所示。然而,在一些实施方案中,并不是非织造网的所有纤维和/或其他组分均经涂覆,例如如图2B中所示。在一些实施方案中,不管非织造网的表面和/或内部是否经涂覆,化学添加剂和/或粘合剂树脂组分可吸收到非织造网的纤维和/或其他组分的表面中。在一些实施方案中,如本文所述,图2B、2C和2D中分别示出的经涂覆非织造网25、30和40中的至少一个可包括在电池隔离件中,并且可具有提高的化学稳定性和电池性能。
对于具有高反应性运行条件的电池,产生期望的隔离件性能、电池性能和/或化学稳定性的电池隔离件的设计难以实现。例如,在一些实施方案中,具有所需化学稳定性的电池隔离件仅可由有限数量的材料形成和/或可需要具有一定的结构。相反地,产生优异电池性能的隔离件在高反应性电池环境下可能易于发生降解和/或不利的化学反应。现在将在示例性应用铅酸电池的背景下描述本文所述的电池隔离件的某些特征。铅酸电池在本文中被用作具有高反应性运行条件的电池的一个实例。然而,应理解,本文所述的电池隔离件可适用于各种各样的应用,而不限于用于铅酸电池。
铅酸电池包括包含二氧化铅(PbO2)的正电极、包含金属铅的负电极和包含高摩尔浓度的硫酸水溶液的电解质。在一些实施方案中,正电极和/或负电极可包含含有重金属(例如,用于加工成栅极和/或极板的锑)的铅合金。苛性电池环境可能引起使至少一部分重金属从一个或更多个电极释放到电解质中的反应。重金属可能在电解质中经受后续的反应和/或沉积在电极的表面上,从而不利地改变电池性能。例如,锑在栅极材料被氧化或腐蚀时可能从正电极释放,由于重金属与负极板的吸引力而迁移到负电极,并且由于其通过电化学势被吸引而以金属形式沉积在负电极的表面上。负电极上锑的存在可能改变铅酸电池中发生水的电解时的电压。因此,在电池充电期间,在具有重金属沉积物的电极处可能更容易发生水的电解,并且在电池运行期间可能会发生更多的耗水量(或损失)。增加的耗水量可能导致高的硫酸浓度,从而可能使有效充电、电池单元中电解质的量减少变得不可能,和/或加速栅极腐蚀。这还可能使得需要通过给水更频繁地维护电池。高度酸性环境还可能产生能够使有机材料如电池隔离件中的有机材料(例如,纤维、填料、粘合剂或树脂)降解的自由基。
在铅酸电池放电期间,在负电极和正电极处分别发生以下半反应。
Pb0+HSO4 -→PbSO4+H++2e-(负电极)
PbO2+3H++HSO4 -+2e-→PbSO4+2H2O(正电极)
在不受理论的束缚下,认为电池放电导致电解质中硫酸根离子浓度的变化,原因是在负电极和正电极处硫酸根的消耗形成硫酸铅。因此,硫酸根离子浓度的变化增加了电池中其他硫酸盐化合物(例如在负电极和正电极处产生的硫酸铅)的溶解度。在一些情况下,在电极处形成的至少一部分硫酸铅可溶解在电解质中并扩散到电池隔离件(例如,隔离件内的非织造网)中。电池充电在电极处产生逆反应并导致电解质中的硫酸根离子浓度增加。因此,其他硫酸盐物质(例如硫酸铅)的溶解度减小。认为溶解度减小可能导致铅从电池隔离件中和/或别处的溶解硫酸铅中析出。在电池再充电时,当电解质中的硫酸盐含量增加时,硫酸铅可析出以形成枝晶形式的金属铅。在某些实施方案中,电池再充电可能引起以从负电极到正电极穿过电池隔离件的连续铅(Pb)路径形式产生枝晶,导致短路。
还认为,与未进行电化学反应的PbO2和金属铅相比,在充电期间由PbSO4形成的PbO2和金属铅分别更松散地结合于正电极和负电极。认为电池循环导致电极中的活性材料脱落,原因是活性材料的内聚力的这种丧失。电池循环寿命的终止可来自于活性物质的脱落。
在一些实施方案中,产生期望的隔离和/或电池性能的电池隔离件可包含某些化学添加剂以进一步提高该隔离件在电池(例如铅酸电池)中的化学稳定性和/或性能。例如,在一些实施方案中,包括包含玻璃纤维的非织造网的电池隔离件可包含一种或更多种硫酸盐。硫酸盐可以以例如大于或等于电池隔离件和/或非织造网的约0.1重量%且小于约30重量%(例如,大于或等于约0.5重量%且小于约5重量%)的量存在。在一些实施方案中,硫酸盐可为固体。例如,非织造网和/或电池隔离件可包含硫酸盐颗粒。
在不受理论的束缚下,认为存在于(例如,来自)非织造网和/或电池隔离件中的硫酸盐可通过同离子效应来防止或降低硫酸铅的溶解。即,硫酸盐可在放电和充电过程期间降低硫酸铅的溶解度,从而减少或防止铅枝晶的量,如下文更详细描述的。
由于铅酸电池的电解质中的硫酸浓度相对较高,因此非织造网和/或电池隔离件中的硫酸盐在本体电解质中可具有相对较低的溶解度。在一些这样的实施方案中,在电池运行之前和/或在电池放电期间,非织造网中相对较高百分比(例如,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,大于或等于约70%,大于或等于约80%,大于或等于约90%,大于或等于约95%)的硫酸盐可不溶解(例如,可为固体形式)和/或可保留在非织造网和/或电池隔离件中(例如,以固体或溶解形式)。在一些这样的情况下,非织造网和/或电池隔离件中的固体硫酸盐可溶解在电解质中,但是包含溶解的硫酸盐的电解质可保留在电池隔离件的孔内,在本文中也称为局部电解质。
当本体电解质中的硫酸根离子浓度相对较低时(例如,当电池的电荷状态较低时),局部电解质中的硫酸根离子浓度可保持相对较高。在一些情况下,局部电解质中相对较高的硫酸根离子浓度可能是因为来自非织造网和/或电池隔离件的溶解的硫酸盐保留在电池隔离件中。在这样的实施方案中,在局部电解质与本体电解质之间可存在硫酸盐的浓度梯度。
在某些情况下,例如在放电期间,本体电解质中相对较低的硫酸根离子浓度可能导致局部电解质中较低的硫酸根离子浓度。局部电解质中较低的硫酸根离子浓度可能导致非织造网和/或电池隔离件中的至少一部分固体硫酸盐溶解到局部电解质中,从而增加局部电解质中的硫酸根离子浓度,使得局部电解质具有相对较高的硫酸根离子浓度。
在局部电解质具有相对较高的硫酸根离子浓度的实施方案中,硫酸铅在局部电解质(例如,非织造网和/或电池隔离件的孔内的电解质)中可具有相对较低的溶解度。非织造网和/或电池隔离件中的硫酸铅的这种降低的溶解可以减少或防止在非织造网和/或电池隔离件处或者在其中的铅枝晶。
如本文所述,在一些实施方案中,电池隔离件包括其中并入有一定量硫酸盐的干燥非织造网。例如,硫酸盐可在电池隔离件与电解质接触或暴露于电解质之前存在于该隔离件中(例如,在电池隔离件被并入到电池中之前存在于该隔离件中)。在一些情况下,与直接来自(或添加到)本体电解质溶液的硫酸盐相比,当硫酸盐在电池隔离件与电解质接触或暴露于电解质之前存在于该隔离件中(例如,在电池隔离件被并入到电池中之前存在于该隔离件中)时,硫酸盐的降低硫酸铅溶解的能力可以更加有效。认为被并入到隔离件中的硫酸盐在抗枝晶形成方面可以更加有效,因为该硫酸盐与硫酸盐直接来自本体电解质或被添加到本体电解质中时相比在电池隔离件中(例如,在局部电解质中)可具有更高的局部浓度。
在某些实施方案中,与硫酸盐直接来自(或添加到)本体电解质时所需的浓度相比,当硫酸盐在电池隔离件与电解质接触或暴露于电解质之前存在于该隔离件和/或非织造网中(例如,在电池隔离件被并入到电池中之前存在于该隔离件中)时,可使用较低浓度的硫酸盐来实现期望的结果(例如,防止枝晶形成)。电池可能需要包含较低浓度的硫酸盐以减少电解质中硫酸盐的某些不良影响,例如自放电。
在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件中的硫酸盐的总重量百分比(例如,在非织造网或隔离件与电池电解质接触之前)可大于或等于约0.1重量%,大于或等于约0.2重量%,大于或等于约0.5重量%,大于或等于约0.8重量%,大于或等于约1重量%,大于或等于约2重量%,大于或等于约3重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约8重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约12重量%,大于或等于约15重量%,大于或等于约18重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约22重量%,或者大于或等于约25重量%。在一些情况下,非织造网和/或电池隔离件中的硫酸盐的总重量百分比(例如,在非织造网或隔离件与电池电解质接触之前)可小于或等于约30重量%,小于或等于约28重量%,小于或等于约25重量%,小于或等于约22重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约18重量%,小于或等于约15重量%,小于或等于约12重量%,小于或等于约10重量%,小于或等于约8重量%,小于或等于约5重量%,小于或等于约4重量%,小于或等于约3重量%,小于或等于约2重量%,或者小于或等于约1重量%。
上述范围的组合也是可能的(例如,硫酸盐的总重量百分比大于或等于约0.1重量%且小于约30重量%,大于或等于约1重量%且小于约10重量%,大于或等于约0.5重量%且小于约5重量%)。其他范围也是可能的。非织造网和/或电池隔离件中的硫酸盐的总重量百分比是基于干固体的,并且可以在将硫酸盐添加到非织造网和/或电池隔离件中之前确定。在一些实施方案中,硫酸盐可为涂覆在非织造网上的树脂的一部分。在一些实施方案中,硫酸盐可涂覆在非织造网和/或电池隔离件的另一组分(例如,二氧化硅颗粒、纤维)上或者与其合并。在某些实施方案中,粘合剂树脂的干固体中硫酸盐的总百分比可包括上述范围的一个或更多个。
一般地,可使用适于包含在电池隔离件中的任何硫酸盐。在一些实施方案中,合适的硫酸盐在针对电池所选择的特定电解质中的溶解度可高于硫酸铅。例如,硫酸盐在电解质中的溶度积常数可高于硫酸铅。在一些实施方案中,并入本文所述的电池隔离件中的硫酸盐不会通过例如干扰电池中的电化学反应和/或不利地与电池组分相互作用而不利地影响电池性能。此外,硫酸盐可为水溶性的。可使用的硫酸盐的非限制性实例包括硫酸钠、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硫酸钴、硫酸钾、硫酸锌及其组合。在某些实施方案中,可使用含二价阳离子的硫酸盐(例如,硫酸镁、硫酸钙)。在一些情况下,二价阳离子可与表面活性剂相互作用和/或可使乳液粘合剂树脂凝结,从而减少非织造网中的树脂迁移。
在一些实施方案中,硫酸盐可为颗粒形式。包含在本文所述的非织造网和/或隔离件中的硫酸盐颗粒的平均颗粒大小(例如,平均直径或平均截面尺寸)可为例如大于或等于约0.01微米,大于或等于约0.05微米,大于或等于约0.1微米,大于或等于约0.5微米,大于或等于约1微米,大于或等于约3微米,大于或等于约5微米,大于或等于约10微米,大于或等于约20微米,大于或等于约30微米,大于或等于约40微米,大于或等于约50微米,大于或等于约60微米,大于或等于约70微米,大于或等于约80微米,或者大于或等于约90微米。颗粒的平均颗粒大小可为例如小于或等于约100微米,小于或等于约90微米,小于或等于约80微米,小于或等于约70微米,小于或等于约60微米,小于或等于约50微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约20微米,小于或等于约10微米,小于或等于约5微米,或者小于或等于约1微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1微米且小于或等于约50微米,大于或等于约3微米且小于或等于约20微米)。其他范围也是可能的。本文所述的颗粒大小(例如,平均颗粒大小)是指通过动态光散射测量的颗粒大小。
在一些实施方案中,与某些现有的电池隔离件相比,本文所述的包括非织造网的电池隔离件可具有增加的寿命。例如,与某些现有的电池隔离件(例如,某些聚乙烯膜隔离件)相比,如本文所述的包括包含玻璃纤维且具有合适孔结构(例如,中值流量孔径)的非织造网的电池隔离件可具有减少的枝晶形成。例如,在不受理论的束缚下,玻璃纤维(以及非织造网中的任何其他任选的纤维)可形成曲折的路径或孔,这增加了穿过非织造网的路径长度,从而使得更加难以横穿非织造网形成枝晶。非织造网还可具有合适的中值流量孔径(例如,在本文所述的一个或更多个范围内的中值流量孔径)以使离子自由移动穿过该网。因此,与某些现有的电池隔离件(例如,某些聚乙烯膜隔离件)相比,电池隔离件可具有增加的寿命。
作为另一实例,在一些实施方案中,与不含一种或更多种硫酸盐而所有其他因素相同的电池隔离件相比,包括包含一种或更多种硫酸盐的非织造网的电池隔离件可减少枝晶形成,从而可增加该电池隔离件的寿命。如本文所述,硫酸盐可在电池隔离件与电解质接触或暴露于电解质之前存在于该隔离件中(例如,在电池隔离件被并入电池中之前存在于该隔离件中)。
电池隔离件的寿命增加和/或枝晶形成减少可通过暴露于铅电镀条件之后电池隔离件(例如,本文所述的任选地包含硫酸盐和/或孔结构的电池隔离件)的击穿电压(BDV)的损失百分比来间接测量。
击穿电压具有其在本领域中的普通含义,并且是指导致电池隔离件的一部分变得导电的最小电压。一般地,击穿电压是干电池隔离件的介电强度的量度。简言之,击穿电压可以通过使用10cm×10cm电极在电池隔离件两侧施加100V,然后增加施加在隔离件两侧的电压直到产生18mA的电流来测量。发生导电时所施加的电压为击穿电压。一般地,没有短路的电池隔离件的击穿电压相对较高。然而,短路(例如,由于枝晶形成)将产生相对较低的击穿电压。击穿电压的损失是电池隔离件暴露于某些条件(例如,电镀条件)之后击穿电压的百分比减小。
在一些实施方案中,在暴露于铅电镀条件之后,电池隔离件(例如,本文所述的任选地包含硫酸盐和/或孔结构的电池隔离件)的BDV的损失百分比可小于或等于约80%,小于或等于约75%,小于或等于约70%,小于或等于约65%,小于或等于约60%,小于或等于约55%,小于或等于约50%,小于或等于约45%,小于或等于约40%,小于或等于约35%,小于或等于约30%,小于或等于约25%,小于或等于约20%,小于或等于约15%,小于或等于约10%,小于或等于约8%,小于或等于约5%,小于或等于约3%,小于或等于约3%,或者小于或等于约1%。在一些情况下,在暴露于铅电镀条件之后,电池隔离件(例如电池,(例如,本文所述的任选地包含硫酸盐和/或孔结构的电池隔离件)的BDV的损失百分比可大于或等于约0%,大于或等于约0.05%,大于或等于约0.1%,大于或等于约0.2%,大于或等于约0.5%,大于或等于约1%,大于或等于约2%,大于或等于约3%,大于或等于约4%,大于或等于约5%,大于或等于约6%,大于或等于约8%,大于或等于约10%,大于或等于约12%,大于或等于约15%,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,或者大于或等于约70%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0%且小于约20%)。其他范围也是可能的。
击穿电压的损失可通过在将电池隔离件暴露于铅电镀条件之前和之后测量电池隔离件的击穿电压来确定。电镀条件产生相对较高浓度的溶解铅,导致枝晶形成的可能性增加。简言之,可以使用采用以下方案的电镀条件。电池隔离件可以并入到包括标准铅箔电极作为负电极和正电极的电化学电池单元中,并且电化学电池单元可以在过度充电条件下运行。隔离件(例如,叶片形式)可位于负电极和正电极之间以将极板隔离。电化学电池单元可以填充有蒸馏水。电池单元可以在7A(即,20mA/cm2)下充电15分钟。可以以一分钟的间隔监测电池单元的电压和温度。在15分钟之后,可以停止电镀。可以从电极组件中取出隔离件并用蒸馏水洗涤。可以在烘箱中在80℃下干燥隔离件20分钟。然后可如上所述确定击穿电压,并将其与暴露于电镀条件之前的击穿电压进行比较,以确定BDV的损失百分比。
作为一个实例,在一组实施方案中,电池隔离件包括非织造网,所述非织造网包含平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中玻璃纤维以大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约100重量%(例如,大于或等于非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%)的量存在。电池隔离件的中值流量孔径可大于或等于约0.2微米(例如,大于或等于约0.5微米,大于或等于约1.0微米)且小于或等于约30微米(或者在如本文所述的中值流量孔径的任何其他合适范围内)。例如,中值流量孔径可小于或等于约60微米,小于或等于约50微米,小于或等于约45微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约25微米,小于或等于约20微米,小于或等于约15微米,小于或等于约10微米,或者小于或等于约5微米,小于或等于约3微米,小于或等于约2微米,小于或等于约1微米,小于或等于约0.8微米,小于或等于约0.5微米,或者小于或等于约0.2微米;和/或大于或等于约0.1微米,大于或等于约0.2微米,大于或等于约0.5微米,大于或等于约0.8微米,大于或等于约1微米,大于或等于约2微米,大于或等于约5微米,大于或等于约10微米,大于或等于约15微米,大于或等于约20微米,大于或等于约25微米,大于或等于约30微米,大于或等于约35微米,大于或等于约50微米,或者大于或等于约60微米。电池隔离件的击穿电压的损失百分比可小于或等于约80%(或者在如本文所述的击穿电压的损失百分比的任何其他合适范围内)。例如,电池隔离件的击穿电压的损失百分比可小于或等于约75%,小于或等于约70%,小于或等于约65%,小于或等于约60%,小于或等于约55%,小于或等于约50%,小于或等于约45%,小于或等于约40%,小于或等于约35%,小于或等于约30%,小于或等于约25%,小于或等于约20%,小于或等于约15%,小于或等于约10%,小于或等于约8%,小于或等于约5%,小于或等于约3%,小于或等于约3%,或者小于或等于约1%;和/或大于或等于约0%,大于或等于约0.05%,大于或等于约0.1%,大于或等于约0.2%,大于或等于约0.5%,大于或等于约1%,大于或等于约2%,大于或等于约3%,大于或等于约4%,大于或等于约5%,大于或等于约6%,大于或等于约8%,大于或等于约10%,大于或等于约12%,大于或等于约15%,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,或者大于或等于约70%。电池隔离件在一些实施方案中可包含硫酸盐,但是在另一些实施方案中不包含任何硫酸盐。其他构造也是可能的。
如本文所述,在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件包含硫酸盐化合物。下文更详细地描述了向非织造网和/或电池隔离件中添加硫酸盐化合物的方法。
在另一组实施方案中,电池隔离件包含一种或更多种重金属清除剂,例如橡胶。在其中电池的一个或更多个电极包含重金属(例如,铅锑合金电极)的某些实施方案中,可存在重金属清除剂。重金属清除剂(例如,橡胶)可以防止或减少沉积在一个或更多个电极上的重金属的量。在一些实施方案中,电池隔离件和/或电池隔离件中的非织造网可包含橡胶作为重金属清除剂。橡胶可溶解在电解质中,并且可以清除重金属如Sb或与重金属如Sb结合,从而在重金属不可逆地沉积在电极表面(例如,负电极表面)上之前和/或在其增加耗水量之前将其除去。在一些这样的情况下,与包括不含橡胶或橡胶浓度较低的隔离件而所有其他因素相同的电池相比,如本文所述的包括包含橡胶(例如,橡胶颗粒)的非织造网的电池隔离件可以在包括该电池隔离件的电池运行期间增加锑抑制和/或减少耗水量。
在一些实施方案中,包含橡胶的电池隔离件的耗水量可小于或等于约10g/AH,小于或等于约9g/AH,小于或等于约8g/AH,小于或等于约7g/AH,小于或等于约6g/AH,小于或等于约5g/AH,小于或等于约4g/AH,小于或等于约3g/AH,小于或等于约2g/AH,或者小于或等于约1g/AH。在一些情况下,包含橡胶的电池隔离件的耗水量可大于或等于约0.5g/AH,大于或等于约1g/AH,大于或等于约2g/AH,大于或等于约3g/AH,大于或等于约4g/AH,大于或等于约5g/AH,大于或等于约6g/AH,大于或等于约7g/AH,或者大于或等于约8g/AH。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1g/AH且小于或等于约10g/AH,大于或等于约2g/AH且小于或等于约5g/AH)。耗水量可通过遵循VRLASLI电池(AGM)要求试验,VDA要求规范AGM:2010-03方法9.10来确定,例如使用容量为100AH的H8欧洲汽车电池。
电池隔离件产生的锑抑制可通过采用“The Battery Man”中的“AntimonySuppression Analysis”,R.Wimberly和G.Brilmyer,2000年8月,第28-35页中描述的方案测定再充电效率(即,接收的容量与放出的容量相比)来确定。在一些实施方案中,包括电池隔离件(其包括包含橡胶的非织造网)的电池的再充电效率可大于或等于约6%,大于或等于约7%,大于或等于约8%,大于或等于约9%,大于或等于约10%,大于或等于约12%,大于或等于约15%,大于或等于约18%,大于或等于约20%,大于或等于约22%,大于或等于约25%,大于或等于约28%,大于或等于约30%,或者大于或等于约40%。在一些情况下,包括电池隔离件(其包括包含橡胶的非织造网)的电池的再充电效率可小于或等于约40%,小于或等于约38%,小于或等于约35%,小于或等于约32%,小于或等于约30%,小于或等于约28%,小于或等于约25%,小于或等于约22%,小于或等于约20%,小于或等于约18%,小于或等于约15%,小于或等于约12%,小于或等于约10%,或者小于或等于约8%。上述范围的组合也是可能的。在一些实施方案中,再充电效率大于或等于约6%(例如,大于或等于约10%)。
一般地,可使用能够清除锑且不会不利地影响电池性能的任何合适的橡胶。合适的橡胶的非限制性实例包括天然橡胶(例如,烟胶片、苍铍胶、毡绉胶、褐绉胶、琥珀或平树皮绉胶、橡胶树(Hevea brasiliensis)橡胶、天然橡胶胶乳)和合成橡胶(例如,苯乙烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、苯乙烯丁二烯、腈、丁基橡胶、乙烯-丙烯、硅酮、聚硫化物、聚丙烯酸酯)。在一些情况下,橡胶可以是固化的。在另一些情况下,橡胶可以是未固化的。在一些实施方案中,橡胶可为粘合剂树脂的形式或者可包含在粘合剂树脂中,并且橡胶可用于将非织造网的一种或更多种组分粘合在一起。在另一些实施方案中,橡胶不起将非织造网的组分粘合在一起的作用,而是可主要作为重金属清除剂和/或另一种化学添加剂(例如,抗氧化剂)的载体起作用。
在一些实施方案中,橡胶可为颗粒形式。包含在本文所述的非织造网和/或隔离件中的橡胶颗粒的平均颗粒大小(例如,平均直径或平均截面尺寸)可为例如大于或等于约1微米,大于或等于约3微米,大于或等于约5微米,大于或等于约10微米,大于或等于约20微米,大于或等于约30微米,大于或等于约40微米,大于或等于约50微米,大于或等于约60微米,大于或等于约70微米,大于或等于约80微米,或者大于或等于约90微米。颗粒的平均颗粒大小可为例如小于或等于约100微米,小于或等于约90微米,小于或等于约80微米,小于或等于约70微米,小于或等于约60微米,小于或等于约50微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约20微米,小于或等于约10微米,或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1微米且小于或等于约100微米,大于或等于约3微米且小于或等于约20微米)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中,橡胶颗粒的平均颗粒大小的选择可至少部分地取决于向非织造网中添加橡胶颗粒的方法。例如,在一些实施方案中,当通过橡胶颗粒与非织造网的一种或更多种带相反电荷的组分的静电引力而将橡胶颗粒添加到非织造网中时,可使用细小的橡胶颗粒(例如,小于或等于约20微米)。下文将更详细地描述向非织造网和/或电池隔离件中添加橡胶化合物的方法。
在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件中的橡胶的总重量百分比可大于或等于约1重量%,大于或等于约2重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约15重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约25重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约35重量%,大于或等于约40重量%,大于或等于约45重量%,大于或等于约50重量%,大于或等于约55重量%,大于或等于约60重量%,或者大于或等于约65重量%。
在一些情况下,非织造网和/或电池隔离件中的橡胶的总重量百分比可小于或等于约70重量%,小于或等于约65重量%,小于或等于约60重量%,小于或等于约55重量%,小于或等于约50重量%,小于或等于约45重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约35重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约25重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约15重量%,小于或等于约10重量%,小于或等于约8重量%,小于或等于约5重量%,小于或等于约3重量%,小于或等于约2重量%,或者小于或等于约1重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,橡胶的总重量百分比大于或等于约1重量%且小于约70重量%,大于或等于约2重量%且小于约20重量%)。其他范围也是可能的。
非织造网和/或电池隔离件中的橡胶的总重量百分比是基于干固体的,并且可以在将橡胶添加到非织造网和/或电池隔离件中之前确定。
一种或更多种橡胶可以以任何合适的形式存在于非织造网中。在一些实施方案中,橡胶可为涂覆在非织造网的至少一部分上的树脂的一部分。在另一些实施方案中,在没有树脂的情况下,橡胶可涂覆在非织造网的至少一部分上。
在一些实施方案中,包含在本文所述的非织造网和/或电池隔离件中的橡胶(例如,橡胶颗粒)包含一种或更多种抗氧化剂,如下文更详细描述的。
如上所述,在一些实施方案中,非织造网可包含一种或更多种抗氧化剂。抗氧化剂可减少或防止非织造网和/或电池隔离件中有机材料(例如,合成纤维、粘合剂树脂和其他化学添加剂如橡胶)的氧化。一般地,氧化可使非织造网降解并且降低电池隔离件的机械完整性。在铅酸电池中,非织造网和/或电池隔离件中的在其主链上含有碳-碳单键的任何基于碳的聚合物(例如,橡胶、聚乙烯)可能易受到氧化性损伤。由于碳-碳单键能够进行自由基断裂反应,其可能易受热氧化性断裂的影响。非织造网和/或电池隔离件中的一些基于碳的聚合物可能在氧化性环境中分解并形成烷氧基自由基,接着形成氢过氧化物和过氧自由基。这些自由基的形成可降低电池的性能。
在一些情况下,本文所述的抗氧化剂可降低非织造网和/或电池隔离件中的有机材料的氧化速率。在某些实施方案中,橡胶和抗氧化剂的组合可对化学稳定性和/或电池性能具有协同效应。例如,抗氧化剂可防止橡胶氧化,所述橡胶清除可能不利地影响电池性能的重金属。
在一些实施方案中,包括包含一种或更多种抗氧化剂的非织造网的电池隔离件可以是抗氧化的,并因此可具有相对较长的寿命(例如,较长的无故障时间)。在一些实施方案中,电池隔离件的无故障时间可大于或等于约5小时,大于或等于约10小时,大于或等于约25小时,大于或等于约50小时,大于或等于约100小时,大于或等于约250小时,大于或等于约500小时,大于或等于约750小时,大于或等于约1,000小时,大于或等于约1,250小时,大于或等于约1,500小时,或者大于或等于约1750小时。在某些实施方案中,电池隔离件的无故障时间可小于或等于约2,000小时,小于或等于约1,750小时,小于或等于约1,500小时,小于或等于约1,250小时,小于或等于约1,000小时,小于或等于约750小时,小于或等于约500小时,小于或等于约250小时,小于或等于约100小时,或者小于或等于约50小时。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约5小时且小于或等于约2,000小时,大于约100小时且小于或等于约1,000小时)。其他值也是可能的。无故障时间可通过根据标准IS 6071-1986进行电化学氧化测试来测量。简言之,在电化学氧化测试中,将电池隔离件暴露于过度充电条件。结果,在正电极处产生氧,这形成了可使电池隔离件降解的氧化条件。故障定义为在电池隔离件两侧测量的电压为0V时的时间。
在一些实施方案中,与不含一种或更多种抗氧化剂而所有其他因素相同的电池隔离件相比,包括包含一种或更多种抗氧化剂的非织造网的电池隔离件可具有更好的机械稳定性。例如,在一些实施方案中,如协议BCIS03B,2010年3月修订,方法22“Chemical/Oxidation by Hydrogen Peroxide”中所限定的,在暴露于过氧化氢之后,包括包含一种或更多种抗氧化剂的非织造网的电池隔离件在机器方向上的拉伸强度可大于或等于约10kg/cm2,大于或等于约15kg/cm2,大于或等于约20kg/cm2,大于或等于约30kg/cm2,大于或等于约40kg/cm2,大于或等于约50kg/cm2,大于或等于约60kg/cm2,大于或等于约70kg/cm2,或者大于或等于约75kg/cm2。在一些情况下,拉伸强度可小于或等于约80kg/cm2,小于或等于约70kg/cm2,小于或等于约60kg/cm2,小于或等于约50kg/cm2,小于或等于约40kg/cm2,小于或等于约30kg/cm2,小于或等于约20kg/cm2,或者小于或等于约15kg/cm2。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10kg/cm2且小于或等于约80kg/cm2,大于或等于约15kg/cm2且小于或等于约60kg/cm2)。拉伸强度可使用BCIS 03B,2010年3月修订,方法4来确定。
在一些实施方案中,如协议BCIS 03B,2010年3月修订,方法22中所限定的,在暴露于过氧化氢之后,包括包含一种或更多种抗氧化剂的非织造网的电池隔离件的穿刺强度(puncture strength)(或耐穿刺性(puncture resistance))或者非织造网本身的穿刺强度(或耐穿刺性)可大于或等于约1N,大于或等于约1.5N,大于或等于约2N,大于或等于约3N,大于或等于约5N,大于或等于约8N,大于或等于约10N,大于或等于约12N,或者大于或等于约15N。在一些情况下,穿刺强度(或耐穿刺性)可小于或等于约20N,小于或等于约18N,小于或等于约15N,小于或等于约12N,小于或等于约10N,小于或等于约8N,小于或等于约5N,或者小于或等于约3N。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1N且小于或等于约20N,大于或等于约1.5N且小于或等于约15N)。穿刺强度可使用协议BCIS 03B,2010年3月修订,方法9来确定。耐穿刺性可使用BCIS 03B,2010年3月修订,方法10来确定。
在一些实施方案中,抗氧化剂(如果存在的话)的至少一部分可固定在非织造网的至少一部分上和/或固定在存在于非织造网中的载体(例如,橡胶颗粒)中。在一些情况下,包含在电池隔离件中的基本上所有的抗氧化剂可固定在非织造网的至少一部分上或固定在存在于非织造网中的载体(例如,橡胶颗粒)中,例如,而不固定在存在于电池隔离件的孔中的电解质中。在一些实施方案中,相对于非织造网和/或载体固定的抗氧化剂可在使用(例如,包括非织造网的电池循环)期间和/或之后保留在非织造网和/或载体中或其上。例如,在一些实施方案中,在电池运行延长之后(例如,在电池的寿命期间)和/或在使非织造网经受电解质之后,大量的抗氧化剂可保留在非织造网中或其上。在另一些实施方案中,在暴露于电解质之后,抗氧化剂的至少一部分不固定在非织造网上和/或载体上/载体中,并且在这样的实施方案中,抗氧化剂可能从非织造网中浸出并进入电解质中。
在某些实施方案中,抗氧化剂固定在非织造网的至少一部分上和/或载体(例如,橡胶颗粒)上/载体中可保护非织造网和/或颗粒免于与电解质中的物质发生不利的相互作用。在不受理论的束缚下,固定的抗氧化剂可以中和与非织造网和/或电池隔离件中的有机材料非常接近的氧化剂。在某些实施方案中,固定的抗氧化剂可以改变有机材料附近的氧化剂的局部浓度。固定可以防止或减少扩散到电解质中的抗氧化剂的量。相反地,可移动抗氧化剂(即,未固定在网中或网上的抗氧化剂)可能扩散到电解质中,并且在一些情况下,可能与本体电解质中的氧化剂反应。在一些这样的实施方案中,与固定在非织造网上/非织造网中的相对较低浓度的抗氧化剂相比,可能需要相对较高浓度的可移动抗氧化剂来中和足够的氧化剂以保护非织造网和/或电池隔离件免于不利的相互作用。在一些情况下,电池隔离件中包含的至少一部分(例如,基本上全部的)抗氧化剂可固定在非织造网的至少一部分上和/或固定在存在于非织造网中的载体中。在一些情况下,抗氧化剂可在空间上被捕获在固定在非织造网上的树脂的一部分中和/或在空间上被捕获在存在于非织造网中的载体中。
一般地,可使用任何合适的抗氧化剂。抗氧化剂的非限制性实例包括硫化合物(例如,谷胱甘肽、2-巯基苯并咪唑、磺酰胺),酚类(例如,丁基化羟基甲苯、丁基化羟基苯甲醚、苯乙烯化苯酚),氢化喹啉,胺类(例如,苯二胺、2,6-二叔丁基4-甲基苯酚、丙酮(scetone)/二苯胺缩合物、辛基化二苯胺、4,4'-二(二甲基苄基)二苯胺、聚合的1,2-二氢-2,2,4-三甲基喹啉、N-异丙基-N-对苯二胺、对苯二胺、二芳基-苯二胺、N,N'-双-(1-乙基-3-甲基戊基)对苯二胺、N,N'-双-(1-甲基庚基)对苯二胺、N,N'-双-(1,4-二甲基戊基)对苯二胺、苯胺(analine)-氢醌-邻甲苯胺反应产物、二甲苯胺-氢醌-邻甲苯胺反应产物、N-异丙基-N'-苯基-对苯二胺、n-1,3-二甲基丁基-N'-亚苯基-对苯二胺、n,1-甲基庚基-N'-[苯基(henyl)-对苯二胺]),维生素和维生素类似物(例如,维生素A、维生素C、维生素E),磷化合物(例如,植酸、三(壬基苯基)亚磷酸酯),泛醇,尿酸,褪黑激素,二丁基二硫代氨基甲酸锌(butylzimate),二异丁基二硫代氨基甲酸镍(isobutyl niclate),二甲基二硫代氨基甲酸镍(methyl niclate),及其组合。
在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件中的抗氧化剂的总重量百分比可大于或等于约0.05重量%,大于或等于约0.06重量%,大于或等于约0.08重量%,大于或等于约0.1重量%,大于或等于约0.2重量%,大于或等于约0.5重量%,大于或等于约0.8重量%,大于或等于约1重量%,大于或等于约1.5重量%,大于或等于约2重量%,大于或等于约2.5重量%,大于或等于约3重量%,大于或等于约3.5重量%,大于或等于约4重量%,或者大于或等于约4.5重量%。在一些情况下,非织造网和/或电池隔离件中的抗氧化剂的总重量百分比可小于或等于约5重量%,小于或等于约4.5重量%,小于或等于约4重量%,小于或等于约3.5重量%,小于或等于约3重量%,小于或等于约2.5重量%,小于或等于约2重量%,小于或等于约1.5重量%,小于或等于约1重量%,小于或等于约0.8重量%,小于或等于约0.5重量%,小于或等于约0.2重量%,或者小于或等于约0.1重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,抗氧化剂的总重量百分比大于或等于约0.05重量%且小于约5重量%,大于或等于约0.1重量%且小于约1重量%)。其他范围也是可能的。非织造网和/或电池隔离件中的抗氧化剂的总重量百分比是基于非织造网和/或电池隔离件的干固体的,并且可以在将抗氧化剂添加到非织造网和/或电池隔离件中之前确定。
在一些实施方案中,抗氧化剂可包含在存在于非织造网中的橡胶(例如,橡胶颗粒)中。橡胶(例如,橡胶颗粒)在其中可包含任何合适重量百分比的抗氧化剂。例如,在一些实施方案中,橡胶中的抗氧化剂的重量百分比可大于或等于约0.01重量%,大于或等于约0.02重量%,大于或等于约0.03重量%,大于或等于约0.04重量%,大于或等于约0.06重量%,大于或等于约0.08重量%,大于或等于约0.1重量%,大于或等于约0.2重量%,大于或等于约0.5重量%,或者大于或等于约1重量%。在一些情况下,橡胶中的抗氧化剂的重量百分比可小于或等于约2重量%,小于或等于约1.5重量%,小于或等于约1.2重量%,小于或等于约1重量%,小于或等于约0.8重量%,小于或等于约0.6重量%,小于或等于约0.5重量%,或者小于或等于约0.4重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.01重量%且小于或等于约2重量%,大于或等于约0.1重量%且小于或等于约1重量%)。树脂中的抗氧化剂的重量百分比的其他值也是可能的。橡胶中的抗氧化剂的重量百分比是基于干橡胶的,并且可以在将橡胶并入到非织造网中之前确定。
应理解,本文所述的电池隔离件可以包含任何合适数量和/或类型的添加剂(或者根本不含添加剂)。在一些实施方案中,电池隔离件可包含两种或更多种相同类型的化学添加剂。例如,非织造网可包含两种硫酸盐(例如,硫酸钙和硫酸镁)、两种抗氧化剂或两种橡胶。在一些实施方案中,电池隔离件可包括包含不同类型的化学添加剂的非织造网。例如,电池隔离件可包括包含两种不同类型的化学添加剂(例如,橡胶和抗氧化剂、橡胶和硫酸盐、或硫酸盐和抗氧化剂)或者三种不同类型的化学添加剂(例如,橡胶、抗氧化剂和硫酸盐)的非织造网。其他组合也是可能的。
在一个实例中,电池隔离件可包括包含硫酸盐(例如,硫酸镁、硫酸钙)和橡胶(例如,天然橡胶)的非织造网。在一些这样的实施方案中,非织造网和/或电池隔离件可包含大于或等于约0.5重量%且小于或等于约15重量%的橡胶和大于或等于约1重量%且小于或等于约10重量%的硫酸盐。非织造网还可包含玻璃纤维(例如,大于或等于约5重量%且小于或等于约50重量%)、合成纤维(大于或等于约15重量%且小于或等于约35重量%)、无机颗粒(大于或等于约30重量%且小于或等于约60重量%)和任选的粘合剂树脂(大于或等于约0.5重量%且小于或等于约15重量%)。合成纤维可包括多组分纤维如双组分纤维(例如,大于或等于约15重量%且小于或等于约25重量%)和/或平均直径相对较大(例如,大于或等于约5微米且小于或等于约20微米)的单组分纤维(大于或等于约5重量%且小于或等于约15重量%)。无机颗粒(例如,二氧化硅)可具有相对较小的颗粒大小(例如,大于或等于约4微米且小于或等于约12微米),和/或在一些实施方案中可具有相对较高的表面积(例如,大于或等于约10m2/g且小于或等于约2,000m2/g,大于或等于约400m2/g且小于或等于约600m2/g)。在一些情况下,包括包含硫酸盐和橡胶的非织造网的电池隔离件的基重(basisweight)可大于或等于约30g/m2且小于或等于约500g/m2(例如,大于或等于约50g/m2且小于或等于约150g/m2)。在一些情况下,非织造网可为平坦的非织造网。
在某些实施方案中,电池隔离件可包括非织造网(例如,平坦的非织造网或包括至少一个非平坦表面的非织造网)和具有至少一个非平坦表面(例如,包括起伏)的附加层。如本文所使用的“非平坦层”是指包括重复起伏和/或具有至少一个非平坦表面的层。起伏层(即,包括起伏的层)是指包括使层的顶面和底面二者以相似方式变形的重复弯曲的层。例如,层的弯曲(bend)或弯(curve)的截面将具有与底线57平行的顶线56,例如,如图3B所示。在一些实施方案中,弯曲或弯的大小或幅度可在该层厚度的量级上(例如,该层的厚度的0.1倍至2倍)或更大,如下文更详细描述的。起伏层中的弯曲或弯可为不规则的或规则的。在一些实施方案中,起伏层可具有波状形式。这样的层的实例尤其包括波纹化层、打褶裥层和卷曲层。
如本文所述,电池隔离件可包括具有相对低的表观密度的层。如本文所使用的表观密度具有其在本领域中的普通含义并且可由以下方程式表示。
表观密度(g/m2×mm)=基重(g/m2)÷总厚度(mm)
如该方程式所示,表观密度是层的质量除以层(包括该层最外边界内的任何未占据空间,也称为空隙)的体积(即,面积乘以总厚度)的量度。
如下文更详细描述的,总厚度根据BCIS-03A在10kPa下进行测量。层的空隙被计算在总厚度之内。图3示出了具有平坦表面的层(例如,平坦层50)和具有至少一个非平坦表面和/或包括起伏的层(例如,非平坦层55)的总厚度与厚度之间的差异。平坦层的总厚度60和厚度61沿着表面51和52进行测量,如图3A所示。平坦层的总厚度和厚度相同。图3B示出了平坦层50在经历成形工艺(例如,波纹化、压花、打褶)之后形成的与平坦层50具有相同厚度61的非平坦层55。非平坦层55的厚度61也由表面51和52来测量。然而,总厚度60由作为该层的最外部表面的最外表面56和57来测量。如图3B所示,总厚度将层中的空隙58考虑在内。因此,层的厚度是指用于形成该层的材料的厚度,而总厚度是指该层的空间厚度。
在一些实施方案中,层的表观密度可通过如图3说明性示出的增加层的总厚度来降低(或者通过使层的总厚度增加比层的基重增加的倍数更大的倍数)。例如,平坦层50在任何成形工艺之前的总厚度可为2mm。在使该层经受成形工艺之后,该层可在层中具有非平坦表面和/或起伏。非平坦层的总厚度60(例如,10mm)可大于该层在成形之前的总厚度60。在该实例中,对于相同大小/面积的层(例如,10cm×10cm),图3B中层55的基重将大于图3A中层50的基重;然而,只要层55的厚度的成比例增加大于其基重的成比例增加,那么层55的表观密度就会小于其在成形之前(例如,图3A的层50)的表观密度。例如,与图3A的层50的表观密度相比,总厚度增加5倍(例如,2mm至10mm)且基重增加约1.33倍(例如,300g/m2至400g/m2)的图3B的层55的表观密度将降低3.75倍(例如,150g/m2mm至40g/m2mm)。
在一些实施方案中,包括具有相对较低的表观密度的层的电池隔离件可产生电极之间的总空隙体积相对较高的电池布置。如本文所使用的层的总空隙体积具有其在本领域中的普通含义并且是指空的(即,空隙)体积,例如,能够填充物质(例如,电解质)的体积。总空隙体积包括内部空隙体积和外部空隙体积。内部空隙体积是指层本身的内部空隙(例如,孔)中的体积;即该层最外边界内的空(即,空隙)体积,例如,能够填充物质(例如,电解质)的体积。外部空隙体积是指由于该层的形状而形成的外部空隙的体积(例如,层中的弯曲下体积)。总空隙体积百分比(也称作总体积孔隙率)可使用以下公式来确定:
总体积孔隙率%=100-(基重/(物质密度×总厚度))
其中物质密度是指形成隔离件/层的组分(例如,纤维)的密度,例如,如通过BCIS-03A,2009年9月,方法11所测量的。例如,仅包含玻璃纤维的电池隔离件的物质密度为玻璃纤维的密度。包含纤维、无机颗粒和粘合剂树脂的混合物的电池隔离件的物质密度为电池隔离件中各材料的密度的加权平均值。
内部体积孔隙率百分比可根据标准BCIS-03B-方法6(其为体积置换法)来确定。
图4示出了电池隔离件内的空隙体积的非限制性实例,所述电池隔离件包括常规的平坦层、常规的罗纹层或本公开内容的非平坦层。图4A示出了包括常规的平坦电池隔离件70的电池布置的截面,所述常规的平坦电池隔离件70位于负电极75与正电极80之间并且与负电极75和正电极80直接接触。当电池隔离件设置在负电极与正电极之间(例如,与负电极和正电极直接接触)时,外部空隙体积是指负电极与电池隔离件中最靠近负电极的表面之间的体积和正电极与电池隔离件中最靠近正电极的表面之间的体积,其在添加电解质之前是空的。在图4A中,负电极和正电极的整个表面区域与平坦电池隔离件接触。因此,在该图中,总体积孔隙率等于电池隔离件的内部空隙体积(即,内部体积孔隙率)。在电池隔离件的总体积孔隙率等于电池隔离件的内部体积孔隙率的实施方案中,大多数的离子移动发生在电池隔离件内。
图4B示出了包括常规的电池隔离件85的电池布置的截面,所述常规的电池隔离件85包括在平坦层88的顶面和底面上的肋90。如图4B所示的肋是以不连续布置的方式添加到电池隔离件的至少一个表面上的材料(例如,肋材料没有在沿着肋所在层的整个表面上形成连续的材料片)。肋充当电池隔离件与正电极和/或负电极之间的间隔物,并在该层的表面与负电极和/或正电极的表面之间产生未占据空间(例如,空隙)。该未占据空间可以用于增加电极之间电解质的体积。在未占据空间中的离子(例如,“自由”移动离子)的移动不受电池隔离件阻碍,因此有助于降低电阻。该未占据空间还可有助于使枝晶形成最小化,原因是与在其中具有活跃离子传导的液体(例如,电解质)中生长相比,枝晶更容易在其中具有更多潜在附着点的固体材料(如隔离件的纤维)上生长。然而,由于肋是添加到电池隔离件的至少一个表面上的附加材料,所以一些常规肋可堵塞隔离件的至少一部分孔并增加电池隔离件的电阻。常规的肋还可减小电极与电池隔离件直接接触的表面积。电极与隔离件之间的接触面积减小可导致整个电极中的压力分布不均匀,并且可增加活性材料从不与肋接触的电极区域中的脱落。
回到图4B,电池隔离件85可位于负电极75与正电极80之间,使得肋与电极接触而平坦层88的顶面和底面不与电极直接接触。肋的存在产生了可以使空隙体积内的离子“自由”移动而不受电池隔离件部分的干扰的空隙92。在这种构造中,空隙体积将取决于肋的大小(例如,高度、宽度)。在一些情况下,肋90可堵塞层88的部分94并阻碍离子移动穿过该层的这些部分。此外,由于肋与层88具有不同的表面积并且可与层88具有不同的组成,因而肋的化学稳定性和/或机械特性可与所述层的那些不同。即,肋可改变电池隔离件的整体化学稳定性和机械特性。肋的使用还可能是昂贵的,因为通常需要用于形成肋的附加材料和向隔离件添加肋的附加工艺步骤。
在一些实施方案中,本文所述的具有至少一个非平坦表面和/或包括起伏的电池隔离件可具有包括肋的隔离件的优点(例如,空隙体积增加和自由移动离子增加),但是没有(或者具有降低程度的)肋的某些限制(例如,电阻和/或活性材料从不与肋接触的电极区域中脱落)。应注意,虽然如本文所述的非平坦层和/或包括起伏的表面不涵盖只包括肋的平坦层(如图4B所示的层),但是非平坦层和/或包括起伏的表面并不排除包括肋。
图4C至4D示出了包括具有至少一个非平坦表面和/或包括起伏的层的电池隔离件的实例。如这些图中说明性示出的,每个电池隔离件可为具有两个非平坦(相对)面的层。在一些情况下,该层可具有图案化形状。例如,层100可包括如图4C的规则图案。在某些实施方案中,层105可具有如图4D所示的不规则图案。在图4C和4D二者中,起伏层包括使该层的顶面和底面二者以相似方式变形的重复弯曲和/或弯。无论非平坦层的图案或形状是规则的还是不规则的,该层的形状都可产生可以允许“自由”离子移动的空隙110。
在一些实施方案中,层的形状可通过不负面影响电池隔离件的化学稳定性和/或机械特性(例如,离子传导性、化学稳定性、机械强度)的工艺来产生。
层/隔离件的成形可导致不同量的表面接触面积,即,与正电极和/或负电极接触(或者和与电池隔离件相邻的平坦表面直接接触)的层/电池隔离件的面积。在一些实施方案中,层/电池隔离件的表面接触面积百分比可大于或等于约5%,大于或等于约10%,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,大于或等于约70%,大于或等于约75%,大于或等于约80%,或者大于或等于约90%。在一些情况下,表面接触面积百分比可小于100%,小于或等于约90%,小于或等于约80%,小于或等于约75%,小于或等于约70%,小于或等于约60%,小于或等于约50%,小于或等于约40%,小于或等于约30%,小于或等于约20%,或者小于或等于约15%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10%且小于或等于约30%)。其他值也是可能的。在一些实施方案中,电池隔离件的两个侧面/表面可具有在上述范围的一个或更多个内的表面接触面积百分比。在某些实施方案中,表面接触面积百分比可在向层/电池隔离件施加10kPa的压力时进行测量。在另一些实施方案中,表面接触面积百分比可在不向层/电池隔离件施加任何压力的情况下进行测量。
可使用任何合适的方法将化学添加剂并入到非织造网和/或电池隔离件中。在一些实施方案中,使用涂覆方法在非织造网上形成包含化学添加剂的涂层。在一些实施方案中,涂覆工艺包括将树脂(例如,粘合剂树脂)引入预成形纤维层(例如,通过湿法成网工艺形成的预成形非织造网)中。在将化学添加剂添加到粘合剂树脂中的一些实施方案中,在纤维层沿着合适的筛或丝网(wire)通过时,使用合适的技术将包含在树脂中的可为单独的乳液形式的不同组分(例如,本文所述的硫酸盐、橡胶和/或抗氧化剂)添加到纤维层中。在一些情况下,粘合剂树脂的各组分在与其他组分和/或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树脂中的乳液/组分拉过纤维层。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送入纤维层中。在一些实施方案中,可在将纤维浆料引入流浆箱中之前将粘合剂树脂施加到纤维浆料中。例如,可将粘合剂树脂引入(例如,注入)纤维浆料中并用纤维浸渍和/或沉淀在纤维上。
在一些实施方案中,可使用非压缩涂覆技术将包含一种或更多种化学添加剂的粘合剂树脂施加到非织造网上。非压缩涂覆技术可涂覆非织造网,同时基本上不减小网的厚度。在另一些实施方案中,可使用压缩涂覆技术将粘合剂树脂施加到非织造网上。涂覆方法的非限制性实例包括使用槽模涂覆机(slot die coater)、凹版涂覆、丝网涂覆、施胶压榨涂覆(例如,双辊型或计量刀片型施胶压榨涂覆机)、薄膜压榨涂覆、刮涂、辊刮刀涂覆、气刀涂覆、辊涂、泡沫施加、逆向辊涂、棒涂、幕涂、复合涂覆(champlex coating)、刷涂、比尔刮刀涂覆、短驻留刮刀涂覆(short dwell-blade coating)、唇涂、门辊涂覆、门辊施胶压榨涂覆、熔涂、浸涂、刀辊涂覆、旋涂、喷涂、有缺口的辊涂、辊转移涂覆、衬垫饱和涂覆和饱和浸渍。其他涂覆方法也是可能的。
在将粘合剂树脂施加到非织造网上之后,可通过任何合适的方法干燥粘合剂树脂。干燥方法的非限制性实例包括使用红外干燥器、热空气烘箱、蒸汽加热筒、穿透式空气干燥器、热空气浮式烘箱或本领域普通技术人员熟悉的任何合适类型的干燥器。
粘合剂树脂可涂覆非织造网的任何合适部分。在一些实施方案中,可形成粘合剂树脂涂层使得非织造网的表面被涂覆而基本上不涂覆非织造网的内部。在一些情况下,可涂覆非织造网的单个面。例如,可涂覆非织造网的顶表面或层。在另一些情况下,可涂覆非织造网的多于一个表面或层(例如,顶或底表面或层)。在另一些实施方案中,可涂覆非织造网的内部的至少一部分而基本上不涂覆非织造网的至少一个表面或层。例如,可涂覆非织造网的中间层,但是可不涂覆与中间层相邻的一个或更多个层。也可形成涂层使得非织造网的至少一个表面或层以及非织造网的内部被涂覆。在一些实施方案中,整个网经粘合剂树脂涂覆。
在一些实施方案中,非织造网的纤维和/或其他组分的至少一部分可被涂覆而基本上不堵塞非织造网的孔。在一些情况下,可涂覆非织造网的基本上所有的纤维和/或其他组分而基本上不堵塞孔。使用本文所述的粘合剂树脂涂覆非织造网的纤维可增加非织造网的强度和/或柔性,并且留下基本上未被堵塞的孔对保持或改善离子传导性可以是重要的。
在一些实施方案中,可在添加任何粘合剂树脂之前将化学添加剂添加到湿端处的纤维上和/或沉积在非织造网的纤维和/或其他组分上。在一些实施方案中,可将化学添加剂如本文所述的那些添加到纤维浆料中。在某些实施方案中,可使用打浆机添加方法将化学添加剂涂覆在非织造网的纤维和/或其他组分上。简言之,在打浆机添加方法中,用具有与待添加化学添加剂相反的电荷(例如,正的或负的)的带电分子涂覆非织造网的纤维和/或其他组分的至少一部分。然后使带电的化学添加剂与带相反电荷的非织造网组分接触,使得形成静电相互作用。
在一些实施方案中,非织造网可包括多于一个涂层。例如,可用化学添加剂涂覆非织造网的至少一部分,然后可用粘合剂树脂涂覆非织造网的至少一部分。
在一些实施方案中,形成经涂覆的非织造网的方法包括将预聚合的和/或未固化的包含一种或更多种化学添加剂的树脂施加到非织造网上。在另一些实施方案中,树脂(或树脂的组分)的至少一部分可在将树脂施加到非织造网上之后聚合或固化。
多种成形技术可以用于形成本文所述的非平坦层或成形层。在一些实施方案中,可使用允许控制所述层的几何形状而不负面影响所述层另外的有益特性(例如,体积孔隙率)的成形技术。所述层的形状或几何形状在层的制造期间和/或之后可改变。合适的工艺的非限制性实例包括但不限于波纹化、打褶、压花起皱和micrex。
如本文所述,层的成形可导致非平坦层(包括重复起伏和/或具有至少一个非平坦表面的层)的形成。起伏层可包括使该层的顶面和底面二者以相似方式变形的重复弯曲和/或弯(例如,波、褶)。在一些实施方案中,弯曲或弯(例如,波、褶)的平均大小或幅度可在该层平均厚度的量级上(例如,该层厚度的至少0.1倍、至少0.2倍、至少0.5倍、至少1倍、至少2倍)或更大(例如,该层平均厚度的至少4倍、至少6倍、至少8倍、至少10倍)。在一些情况下,弯曲或弯(例如,波、褶)的平均大小或幅度可为该层平均厚度的小于或等于20倍、小于或等于15倍、小于或等于10倍、小于或等于8倍、小于或等于5倍、小于或等于3倍、小于或等于2倍、或者小于或等于1倍。上述范围的组合也是可能的(例如,平均大小或幅度为该层平均厚度的至少1倍且小于或等于10倍)。其他范围也是可能的。
层中的弯曲和/或弯(例如,波、褶)的频率也可变化。在一些实施方案中,本文所述的层(例如,非平坦层、起伏层)可具有至少1个弯曲/100mm,至少10个弯曲/100mm,至少50个弯曲/100mm,至少100个弯曲/100mm,至少200个弯曲/100mm,至少300个弯曲/100mm,至少400个弯曲/100mm,至少500个弯曲/100mm,至少600个弯曲/100mm,至少700个弯曲/100mm,至少800个弯曲/100mm,或至少900个弯曲/100mm。在某些实施方案中,本文所述的层(例如,非平坦层、起伏层)可具有小于或等于1000个弯曲/100mm,小于或等于900个弯曲/100mm,小于或等于800个弯曲/100mm,小于或等于700个弯曲/100mm,小于或等于600个弯曲/100mm,小于或等于500个弯曲/100mm、小于或等于400个弯曲/100mm,小于或等于300个弯曲/100mm、小于或等于200个弯曲/100mm,小于或等于100个弯曲/100mm,小于或等于50个弯曲/100mm,或者小于或等于10个弯曲/100mm(至少100个弯曲/100mm且小于或等于1000个弯曲/100mm)。应理解,关于弯曲的上述范围也可以适用于弯、波、褶或如本文所述的其他形状(例如,压花图案)的重复单元。
经成形的层的表面积百分比(即,相对于该层的平面为非平坦的或者成非零角度(例如,大于或等于约5度的角度、大于或等于约10度的角度、大于或等于约15度的角度)的表面积百分比)也可变化。在一些实施方案中,经成形的层的表面积百分比可大于或等于约5%,大于或等于约10%,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,大于或等于约70%,大于或等于约75%,大于或等于约80%,或者大于或等于约90%。在一些情况下,经成形的层的表面积百分比可小于100%,小于或等于约90%,小于或等于约80%,小于或等于约75%,小于或等于约70%,小于或等于约60%,小于或等于约50%,小于或等于约40%,小于或等于约30%,小于或等于约20%,或者小于或等于约15%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10%且小于或等于约30%)。在一些实施方案中,层的两个侧面/表面可具有在上述范围的一个或更多个内的百分比。经成形的层的表面积百分比可被弯曲、弯、波、褶或如本文所述的其他形状的重复单元所占据。
在一些实施方案中,可使用波纹化或打褶使层(例如,非织造网)成形。波纹化或打褶可在机器方向或横向方向上进行。在一些实施方案中,波纹化或打褶可在层内产生具有如本文所述范围的幅度、频率和/或表面积覆盖百分比的弯曲、弯、波或褶。
在一些实施方案中,可使用压花使层成形。可使用多种不同的技术对层进行压花。例如,可使用辊系统向层施加压力以形成具有特定图案的表面特征(例如,凹陷)。在一些情况下,可在具有网状图案的丝网(例如,斜面造纸机(inclined table)、平面造纸机(flattable)、回转造纸机、圆形造纸机(round former))上形成层。网状图案可产生具有或多或少纸浆的区域,因此可在整个层上产生不均匀的厚度分布(例如,凹陷)。在一些这样的实施方案中,凹陷可为网状图案的形式,并且在该层中可具有在如本文所述的一个或更多个范围内的深度和/或面积覆盖百分比。在层为湿法成网层的实施方案中,可使用具有限定图案的水印辊在潮湿阶段期间对该层进行压花。经压花的层可包括一种或更多种形状(例如,方形凹陷)的重复单元。重复单元可具有限定的形状,其截面和/或俯视图(即,从上方观察)可为例如基本上圆形的、方形的、矩形的、梯形的、多边形的或卵形的。形状可为规则的或不规则的。任何合适的形状都可压印到层上。
在某些实施方案中,压花层中的多个凹陷可被布置成形成图案。在一些实施方案中,凹陷的图案可为简单的(如棋盘图案)或更复杂的(如蜂窝图案)。在另一些情况下,例如,图案可为立方形的、六边形的和/或多边形的。凹陷的图案可为规则或不规则的。
在其中本文所述的层包括非平坦表面(例如,压花表面)的实施方案中,该层中的表面特征(例如,凹陷)的平均大小或深度可为该层平均厚度的至少0.05倍,至少0.1倍,至少0.2倍,至少0.5倍,至少1倍,至少2倍,至少4倍,至少6倍或至少8倍。该层中的表面特征(例如,凹陷)的平均大小或深度可为该层平均厚度的小于或等于10倍,小于或等于8倍,小于或等于5倍,小于或等于3倍,小于或等于2倍,或者小于或等于1倍(例如,平均大小或深度为该层平均厚度的至少0.1倍且小于或等于4倍)。其他范围也是可能的。
在其中本文所述的层包括非平坦表面(例如,压花表面)的实施方案中,该层中的表面特征(例如,凹陷)的平均大小或深度可为该层总厚度的至少0.05倍,至少0.1倍,至少0.2倍,至少0.5倍,至少1倍。该层中的表面特征(例如,凹陷)的平均大小或深度可为该层总厚度的小于或等于1倍,小于或等于0.5倍,小于或等于0.2倍,或者小于或等于0.1倍(例如,平均大小或深度为该层总厚度的至少0.1倍且小于或等于1倍)。其他范围也是可能的。
层中凹陷的频率也可变化。在一些实施方案中,本文所述的层(例如,压花层)可具有至少1个凹陷/100mm2,至少2个凹陷/100mm2,至少5个凹陷/100mm2,至少10个凹陷/100mm2,至少20个凹陷/10mm2,至少30个凹陷/100mm2,至少40个凹陷/100mm2,至少50个凹陷/100mm2,至少60个凹陷/100mm2,至少70个凹陷/100mm2,至少80个凹陷/100mm2或至少90个凹陷/100mm2。在某些实施方案中,本文所述的层(例如,压花层)可具有小于或等于100个凹陷/100mm2,小于或等于90个凹陷/100mm2,小于或等于80个凹陷/100mm2,小于或等于70个凹陷/100mm2,小于或等于60个凹陷/100mm2,小于或等于50个凹陷/100mm2,小于或等于40个凹陷/100mm2,小于或等于30个凹陷/100mm2,小于或等于20个凹陷/100mm2,小于或等于10个凹陷/100mm2,小于或等于5个凹陷/100mm2,或者小于或等于2个凹陷/100mm2。至少10个凹陷/100mm2且小于或等于100个凹陷/100mm2。经压花的层的表面积百分比(即,有凹陷的表面积百分比)也可变化。在一些实施方案中,经压花的层的表面积百分比可大于或等于约5%,大于或等于约10%,大于或等于约20%,大于或等于约30%,大于或等于约40%,大于或等于约50%,大于或等于约60%,大于或等于约70%,大于或等于约75%,大于或等于约80%,或者大于或等于约90%。在一些情况下,经压花的层的表面积百分比可小于100%,小于或等于约90%,小于或等于约80%,小于或等于约75%,小于或等于约70%,小于或等于约60%,小于或等于约50%,小于或等于约40%,小于或等于约30%,小于或等于约20%,或者小于或等于约15%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10%且小于或等于约30%)。其他值也是可能的。在一些实施方案中,层的两个侧面/表面可具有在上述范围的一个或更多个内的百分比。
在一些实施方案中,可使用起皱使层成形。在一些实施方案中,起皱是指从光辊开始利用片材路径的速度和角度的快速改变使平湿片产生3D结构。在一些实施方案中,起皱可用于在层中形成不规则形状,如不规则的波图案。在一些实施方案中,起皱可用于形成规则形状。在一些实施方案中,起皱可在层内产生具有如本文所述的幅度、频率和/或表面积覆盖百分比的弯曲、弯、波或图案。
在一些实施方案中,可使用micrex加工使层成形。micrex加工与起皱相似,但是在充分干燥的片上进行。在一些实施方案中,micrex加工可用于在层中形成不规则形状,如不规则的波图案。在一些实施方案中,micrex加工可用于形成规则形状。在一些实施方案中,micrex加工可在层内产生具有如本文所述的幅度、频率和/或表面积覆盖百分比的弯曲、弯、波或图案。
应理解,尽管在一些实施方案中层可为经成形的,例如,波纹化的、打褶的、压花的、起皱的和/或micrex加工的,但是在一些实施方案中,本文所述的层(例如,成形层、非织造层)是未波纹化的、未打褶的、未压花的、未起皱的和/或未micrex加工的。此外,应理解,在某些实施方案中,可以使用多于一种的成形技术以形成本文所述的层和/或隔离件(例如,波纹化和压花)。包含添加剂的成形层也是可能的。其他构造也是可能的。
在一些实施方案中,非织造网可包含玻璃纤维(例如,微玻璃纤维、短切原丝玻璃纤维、或其组合)。微玻璃纤维和短切原丝玻璃纤维是本领域普通技术人员已知的。本领域普通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的还是短切原丝的。微玻璃纤维与短切原丝玻璃纤维还可具有化学差异。在一些情况下,尽管不需要,但是短切原丝玻璃纤维相较于微玻璃纤维可包含更高含量的钙或钠。例如,短切原丝玻璃纤维可接近于无碱且具有高的氧化钙和氧化铝含量。微玻璃纤维可包含10%至15%碱(例如,钠、镁氧化物)并且具有相对低的熔融温度和加工温度。该术语是指用于制造玻璃纤维的技术。这些技术赋予了玻璃纤维某些特征。一般地,短切原丝玻璃纤维是以类似于纺织品生产的工艺从套管尖端拉出并切成纤维。短切原丝玻璃纤维以比微玻璃纤维更受控的方式生产,因此,与微玻璃纤维相比,短切原丝玻璃纤维将通常在纤维直径和长度方面具有较小的变化。微玻璃纤维是从套管尖端拉出并且进一步经受火焰吹制或旋转纺丝工艺。在一些情况下,细的微玻璃纤维可使用重熔工艺制造。在这个方面,微玻璃纤维可以是细的或粗的。如本文所使用的,细的微玻璃纤维的直径小于或等于1微米,而粗的微玻璃纤维的直径大于或等于1微米。
微玻璃纤维可具有小的直径。例如,在一些实施方案中,微玻璃纤维的平均直径可小于或等于约10微米,小于或等于约9微米,小于或等于约7微米,小于或等于约5微米,小于或等于约3微米,或者小于或等于约1微米。在一些情况下,微玻璃纤维的平均纤维直径可大于或等于约0.1微米,大于或等于约0.3微米,大于或等于约1微米,大于或等于约3微米,或者大于或等于约7微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.1微米且小于或等于约10微米,大于或等于约0.1微米且小于或等于约5微米,大于或等于约0.3微米且小于或等于约3微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。微玻璃纤维的平均直径分布通常是对数正态的(log-normal)。然而,可以理解,微玻璃纤维可以以任何其他合适的平均直径分布(例如,高斯分布)提供。
在一些实施方案中,微玻璃纤维的平均长度可小于或等于约10mm,小于或等于约10mm,小于或等于约8mm,小于或等于约6mm,小于或等于约5mm,小于或等于约4mm,小于或等于约3mm,或者小于或等于约2mm。在某些实施方案中,微玻璃纤维的平均长度可大于或等于约1mm,大于或等于约2mm,大于或等于约4mm,大于或等于约5mm,大于等于约6mm,或者大于或等于约8mm。上述范围的组合也是可能的(例如,微玻璃纤维的平均长度大于或等于约4mm且小于约6mm)。其他范围也是可能的。
在另一些实施方案中,微玻璃纤维的长度可由于工艺变化而显著变化。例如,在一些实施方案中,非织造网中的微玻璃纤维的平均纵横比(长度与直径之比)可大于或等于约100,大于或等于约200,大于或等于约300,大于或等于约1000,大于或等于约3,000,大于或等于约6,000,大于或等于约9,000。在一些情况下,微玻璃纤维的平均纵横比可小于或等于约10,000,小于或等于约5,000,小于或等于约2,500,小于或等于约600,或者小于或等于约300。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约200且小于或等于约2,500)。平均纵横比的其他值也是可能的。应理解,上述尺寸是非限制性的并且微玻璃纤维还可具有其他尺寸。
一般地,短切原丝玻璃纤维的平均纤维直径可大于微玻璃纤维的直径。例如,在一些实施方案中,短切原丝玻璃纤维的平均直径可大于或等于约5微米,大于或等于约7微米,大于或等于约9微米,大于或等于约11微米,或者大于或等于约20微米。在一些情况下,短切原丝玻璃纤维的平均纤维直径可小于或等于约30微米,小于或等于约25微米,小于或等于约15微米,小于或等于约12微米,或者小于或等于约10微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约5微米且小于或等于约12微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。短切原丝直径倾向于遵循正态分布。但是,可以理解,短切原丝玻璃纤维可以以任何合适的平均直径分布(例如,高斯分布)提供。
在一些实施方案中,短切原丝玻璃纤维的长度可为约0.125英寸至约1英寸(例如,约0.25英寸或约0.5英寸)。在一些实施方案中,短切原丝玻璃纤维的平均长度可小于或等于约1英寸,小于或等于约0.8英寸,小于或等于约0.6英寸,小于或等于约0.5英寸,小于或等于约0.4英寸,小于或等于约0.3英寸,或者小于或等于约0.2英寸。在某些实施方案中,短切原丝玻璃纤维的平均长度可大于或等于约0.125英寸,大于或等于约0.2英寸,大于或等于约0.4英寸,大于或等于约0.5英寸,大于等于约0.6英寸,或者大于或等于约0.8英寸。上述范围的组合也是可能的(例如,短切原丝玻璃纤维的平均长度大于或等于约0.125英寸且小于约1英寸)。其他范围也是可能的。
应理解,上述尺寸是非限制性的,并且微玻璃纤维和/或短切原丝纤维以及本文所述的其他纤维还可具有其他尺寸。
在一些实施方案中,非织造网中的玻璃纤维的平均直径可大于或等于约0.1微米,大于或等于约0.3微米,大于或等于约0.5微米,大于或等于约1微米,大于或等于约2微米,大于或等于约3微米,大于或等于约5微米,大于或等于约7微米,大于或等于约9微米,大于或等于约10微米,或者大于或等于约12微米。在一些情况下,非织造网中的玻璃纤维的平均纤维直径可小于或等于约15微米,小于或等于约12微米,小于或等于约10微米,小于或等于约8微米,小于或等于约5微米,小于或等于约3微米,或者小于或等于约1微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米,大于或等于约0.1微米且小于或等于约10微米,大于或等于约0.1微米且小于或等于约5微米,大于或等于约0.3微米且小于或等于约3微米)。
在一些实施方案中,非织造网中的玻璃纤维的平均长度可小于或等于约50mm,小于或等于约40mm,小于或等于约30mm,小于或等于约25mm,小于或等于约20mm,小于或等于约15mm,小于或等于约12mm,小于或等于约10mm,小于或等于约8mm,小于或等于约5mm,小于或等于约3mm,或者小于或等于约1mm。在某些实施方案中,非织造网中的玻璃纤维的平均长度直径可大于或等于约0.05mm,大于或等于约0.1mm,大于或等于约0.2mm,大于或等于约0.5mm,大于等于约1mm,大于或等于约5mm,大于等于约10mm,大于或等于约15mm,大于等于约20mm,大于或等于约30mm,或者大于或等于约40mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.05mm且小于约50mm,大于或等于约1mm且小于约25mm,大于或等于约0.1mm且小于约12mm,大于或等于约0.2mm且小于约6mm,大于或等于约0.5mm且小于约3mm)。其他范围也是可能的。
非织造网可包含合适百分比的玻璃纤维。在一些实施方案中,非织造网中的玻璃纤维的重量百分比可大于或等于约2重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约40重量%,大于或等于约50重量%,大于或等于约60重量%,大于或等于约70重量%,大于或等于约80重量%,或者大于或等于约90重量%。在一些实施方案中,非织造网中的玻璃纤维的重量百分比可小于或等于约100重量%,小于或等于约98重量%,小于或等于约95重量%,小于或等于约90重量%,小于或等于约80重量%,小于或等于约70重量%,小于或等于约60重量%,小于或等于约50重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约10重量%,或者小于或等于约5重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约2重量%且小于或等于约100重量%,大于约2重量%且小于或等于约95重量%,大于约5重量%且小于或等于约50重量%,大于约10重量%且小于或等于约50重量%,大于约10重量%且小于或等于约30重量%)。其他范围也是可能的。在一些实施方案中,相对于非织造网和/或电池隔离件中的纤维的总重量,非织造网包含上述范围的玻璃纤维。
在一些实施方案中,本文所述的非织造网包含一种或更多种合成纤维。合成纤维可包含任何合适类型的合成聚合物。合适的合成纤维的实例包括聚酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚烯烃(例如,聚乙烯)、聚丙烯、凯夫拉尔(Kevlar)、诺梅克斯(nomex)、卤化聚合物(例如,聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙烯酸类树脂、聚苯醚、聚苯硫醚及其组合。在一些实施方案中,合成纤维是有机聚合物纤维。合成纤维还可包括多组分纤维(即,具有多种组成的纤维,如双组分纤维)。非织造网还可包含多于一种类型的组成的合成纤维的组合。应理解,也可使用其他组成的合成纤维类型。
在一些实施方案中,合成纤维可为短纤维,其可为被切割成合适的平均长度并且适用于并入到用于形成非织造网的湿法成网或干法成网工艺中的合成纤维。在一些情况下,可将短纤维的组切割成单个纤维之间的长度仅具有微小变化的特定长度。
在一些实施方案中,合成纤维可为粘合剂纤维,如下文更详细描述的。
包含不同类型合成纤维的组合的非织造网也是可能的。
非织造网可包含合适百分比的合成纤维。在一些实施方案中,非织造网中的合成纤维的重量百分比可为0%,大于或等于约1重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约15重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约40重量%,大于或等于约50重量%,大于或等于约60重量%,或者大于或等于约70重量%。在一些实施方案中,非织造网中的合成纤维的重量百分比可小于或等于约80重量%,小于或等于约70重量%,小于或等于约60重量%,小于或等于约50重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约10重量%,或者小于或等于约5重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约1重量%且小于或等于约80重量%,大于约1重量%且小于或等于约50重量%,大于约5重量%且小于或等于约50重量%,大于约5重量%且小于或等于约30重量%,大于约10重量%且小于或等于约40重量%,大于约15重量%且小于或等于约25重量%)。其他范围也是可能的。在一些实施方案中,相对于非织造网和/或电池隔离件中的纤维的总重量,非织造网包含上述范围的合成纤维。
一般地,合成纤维可具有任何合适的尺寸。例如,在一些实施方案中,合成纤维的平均直径可大于或等于约0.5微米,大于或等于约1微米,大于或等于约2微米,大于或等于约4微米,大于或等于约6微米,大于或等于约8微米,大于或等于约10微米,大于或等于约12微米,大于或等于约15微米,大于或等于约20微米,大于或等于约30微米,或者大于或等于约40微米。在一些情况下,合成纤维的平均直径可小于或等于约50微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约20微米,小于或等于约15微米,小于或等于约12微米,小于或等于约10微米,小于或等于约8微米,小于或等于约6微米,小于等于约4微米,或者小于或等于约2微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.5微米且小于约50微米,大于或等于约5微米且小于约20微米)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中,合成纤维的平均长度可大于或等于约0.25mm,大于或等于约0.5mm,大于或等于约1mm,大于或等于约3mm,大于或等于约5mm,大于或等于约10mm,大于或等于约25mm,大于或等于约50mm,大于或等于约75mm,大于或等于约100mm,大于或等于约150mm,大于或等于约200mm,或者大于或等于约250mm。在一些情况下,合成纤维的平均长度可小于或等于约300mm,小于或等于约250mm,小于或等于约200mm,小于或等于约150mm,小于或等于约100mm,小于或等于约76mm,小于或等于约50mm,小于或等于约25mm,小于或等于约20mm,小于或等于约15mm,小于或等于约12mm,小于或等于约10mm,小于或等于约9mm,小于或等于约6mm,小于或等于约4mm,小于或等于约2mm,或者小于或等于约1mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.5mm且小于或等于约300mm,大于或等于约0.25mm且小于或等于约76mm,大于或等于约1mm且小于或等于约12mm,大于或等于约3mm且小于或等于约9mm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
如本文所述,在一些实施方案中,合成纤维的至少一部分可为粘合剂纤维。粘合剂纤维可为单组分(即,具有单一组成)或多组分(即,具有多种组成,如双组分纤维)。非织造网可包含合适百分比的单组分纤维和/或多组分纤维。在一些实施方案中,所有的合成纤维均是单组分纤维。在一些实施方案中,至少一部分的合成纤维是多组分纤维。在一些实施方案中,非织造网可包含来自粘合剂纤维的残余物。
多组分纤维的一个实例是双组分纤维,其包含第一材料和不同于第一材料的第二材料。多组分纤维的不同组分可表现出多种空间布置。例如,多组分纤维可布置成芯皮型构造(例如,第一材料可为包围第二材料(芯材料)的皮材料),并列型构造(例如,第一材料可布置成与第二材料相邻),橘瓣型(segmented-pie)布置(例如,不同材料可以以楔形构造彼此相邻布置),三叶型布置(例如,叶的端部可具有不同于该叶的材料)以及一种组分的局部区域在不同组分中的布置(例如,“海岛型(islands-in-the-sea)”)。
在一些实施方案中,对于芯皮型构造,多组分纤维(如双组分纤维)可包括第一材料的皮,所述皮包围包含第二材料的芯。在这样的布置中,对于一些实施方案,第一材料的熔点可低于第二材料的熔点。因此,在制造非织造网期间的合适步骤(例如,干燥)中,包含皮的第一材料可熔化(例如,可表现出相变),而包含芯的第二材料保持不变(例如,可不表现出相变)。例如,多组分纤维的外皮部分的熔化温度可为约50℃至约200℃(例如,180℃),而多组分纤维的内芯的熔化温度可高于200℃。因此,当在干燥期间使纤维经受例如180℃的温度时,纤维的外皮可熔化而纤维的芯不熔化。
合适的多组分纤维的实例包括聚烯烃(例如,聚乙烯)/PET、coPET(例如,熔融无定形,熔融结晶)/PET和聚乙烯/聚丙烯。在多组分纤维的这个列表中,惯例是用“/”将具有较低熔化温度的材料(例如,第一材料)与具有较高熔化温度的材料(例如,第二材料)分开。其他合适的组成是本领域技术人员已知的。在一些实施方案中,粘合剂纤维可包含乙烯基化合物(例如,聚乙烯醇)。
在一些实施方案中,非织造网中的多组分纤维(例如,双组分纤维)的重量百分比可为0%,大于或等于约1重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约15重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约40重量%,大于或等于约50重量%,大于或等于约60重量%,或者大于或等于约70重量%。在一些实施方案中,非织造网中的多组分纤维(例如,双组分纤维)的重量百分比可小于或等于约80重量%,小于或等于约70重量%,小于或等于约60重量%,小于或等于约50重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约10重量%,或者小于或等于约5重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约5重量%且小于或等于约30重量%)。其他范围也是可能的。在一些实施方案中,相对于非织造网和/或电池隔离件中的纤维的总重量,非织造网包含上述范围的多组分纤维(例如,双组分纤维)。
一般地,非织造网和/或隔离件可包含任何合适的粘合剂树脂。粘合剂树脂的特征可包括耐电池环境(例如,酸电解质、氧化),能够以水溶性乳液或分散体的形式应用,在干燥时在非织造网上均匀流动的特性,热稳定性和/或在超过100℃下能够在1分钟内热固化。粘合剂树脂可包括热塑性粘合剂树脂、热固性粘合剂树脂或其组合。例如,粘合剂树脂可包括以下树脂中的一种或更多种:天然橡胶、丙烯酸类树脂、胶乳乳液、苯乙烯-丙烯酸类树脂、合成橡胶(例如,苯乙烯丁二烯橡胶)、苯乙烯丙烯腈、及其组合。在一些实施方案中,树脂可作为基于水性溶剂的体系提供。在一些这样的实施方案中,粘合剂树脂可为乳液或分散体。在某些实施方案中,粘合剂树脂可作为基于非水性溶剂的体系提供。在一些实施方案中,树脂中的一种或更多种聚合物可包含芳基侧基。这些芳基可赋予主链以刚度和空间位阻,提供了优异的耐化学性和耐电化学性。
非织造网中的树脂的量可变化。例如,非织造网和/或电池隔离件中的粘合剂树脂的重量百分比可为0重量%至40重量%。在一些实施方案中,非织造网中的树脂的重量百分比可大于或等于约2重量%,大于或等于约5重量%,大于或等于约10重量%,大于或等于约15重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约25重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约35重量%,大于或等于约40重量%,或者大于或等于约45重量%。在一些情况下,非织造网中的树脂的重量百分比可小于或等于约50重量%,小于或等于约45重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约35重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约25重量%,小于或等于约20重量%,小于或等于约15重量%,小于或等于约10重量%,或者小于或等于约5重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约2重量%且小于约40重量%,大于或等于约5重量%且小于约40重量%,大于或等于约5重量%且小于约20重量%,大于或等于约10重量%且小于约20重量%)。其他范围也是可能的。整个非织造网和/或电池隔离件中的粘合剂树脂的重量百分比是基于干固体的,并且可在涂覆非织造网之前确定。
为了形成包含一种或更多种化学添加剂和/或非织造网的其他组分(例如无机颗粒)的粘合剂树脂,可首先将待包含在粘合剂树脂中的化学添加剂和/或其他组分以特定量添加到溶液或悬浮液(例如,水或其他溶剂)中。在一些实施方案中,形成乳液。然后可将粘合剂树脂(和任何任选的添加剂)与包含化学添加剂和/或其他组分的溶液/悬浮液/乳液合并并混合。应理解,粘合剂树脂配制的这种方法是非限制性的并且树脂配制的其他方法也是可能的。在非织造网形成之后和/或在非织造网形成期间,可将其中包含化学添加剂和/或其他组分的粘合剂树脂以任何合适的方式(例如,在湿态或干态下)添加到非织造网中。
在一些实施方案中,非织造网可包含无机颗粒。在一些实施方案中,非织造网中的无机颗粒可产生以下优点中的一个或更多个:减小非织物的孔径而不会显著改变非织造网的体积孔隙率;增加非织造网的芯吸性和润湿性;与没有无机颗粒的类似非织造网(所有的其他因素相同)相比吸收更多的电解质,例如由于无机颗粒的润湿性;和/或清除有害污染物如重金属离子。例如,在一些实施方案中,具有非常细的孔的无机颗粒可产生增强的毛细管力以吸收电解质,并且污染物的捕获可至少部分地是由于这种毛细作用。在一些实施方案中,无机颗粒可涂覆非织物的纤维并用于减小非织造网的孔径和/或孔径变化。
无机颗粒的非限制性实例包括二氧化硅(例如,发烟二氧化硅、地面/矿物二氧化硅、熔融二氧化硅、沉淀二氧化硅、团聚二氧化硅)、粘土、滑石、硅藻(例如,硅藻土)、沸石、TiO2、稻壳灰、其他灰分及其组合。在一些实施方案中,无机颗粒是基本上无孔的。对于某些电池类型,合适的无机颗粒可以是耐硫酸的和/或可具有合适的表面积。
在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件中的无机颗粒的重量百分比可大于或等于约10重量%,大于或等于约20重量%,大于或等于约30重量%,大于或等于约40重量%,大于或等于约50重量%,大于或等于约60重量%,或者大于或等于约70重量%。在一些情况下,非织造网和/或电池隔离件中的无机颗粒的重量百分比可小于或等于约80重量%,小于或等于约70重量%,小于或等于约60重量%,小于或等于约50重量%,小于或等于约40重量%,小于或等于约30重量%,小于或等于约20重量%,或者小于或等于约15重量%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10重量%且小于约80重量%,大于或等于约30重量%且小于约60重量%)。其他范围也是可能的。整个非织造网和/或电池隔离件中的无机颗粒的重量百分比是基于干固体的,并且可在形成非织造网之前确定。
在一些实施方案中,无机颗粒(例如,二氧化硅)可具有相对高的表面积和/或可为多孔的。在某些实施方案中,具有高表面积的无机颗粒可抵抗在再充电期间由重力引起的酸的成层或分层。在一些实施方案中,无机颗粒在酸中可以是化学惰性且稳定的。无机颗粒也可为热稳定的。
在一些实施方案中,可选择包含在本文所述的非织造网和/隔离件中的无机颗粒以具有特定范围的平均表面积。无机颗粒的平均表面积可例如大于或等于约10m2/g,大于或等于约50m2/g,大于或等于约100m2/g,大于或等于约200m2/g,大于或等于约400m2/g,大于或等于约600m2/g,大于或等于约800m2/g,大于或等于约1,000m2/g,大于或等于约1,250m2/g,大于或等于约1,500m2/g,或者大于或等于约1,750m2/g。在一些实施方案中,无机颗粒的平均表面积可小于或等于约2,000m2/g,小于或等于约1,750m2/g,小于或等于约1,500m2/g,小于或等于约1,250m2/g,小于或等于约1,000m2/g,小于或等于约900m2/g,小于或等于约800m2/g,小于或等于约600m2/g,小于或等于约400m2/g,小于或等于约200m2/g,小于或等于约100m2/g,或者小于或等于约50m2/g。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10m2/g且小于或等于约2,000m2/g,大于或等于约50m2/g且小于或等于约1,000m2/g,大于或等于约100m2/g且小于或等于约600m2/g,大于或等于约400m2/g且小于或等于约600m2/g)。其他范围也是可能的。如本文所测定的,表面积根据BCIS-03A,2009年9月修订,方法8(例如,使用0.5克样品)进行测量。
在一些实施方案中,包含在本文所述的非织造网和/或隔离件中的无机颗粒的平均颗粒大小(例如,平均直径或平均截面尺寸)可例如大于约1微米,大于或等于约3微米,大于或等于约5微米,大于或等于约10微米,大于或等于约20微米,大于或等于约30微米,大于或等于约40微米,大于或等于约50微米,大于或等于约60微米,大于或等于约70微米,大于或等于约80微米,或者大于或等于约90微米。所述颗粒的平均颗粒大小可例如小于或等于约100微米,小于或等于约90微米,小于或等于约80微米,小于或等于约70微米,小于或等于约60微米,小于或等于约50微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约20微米,小于或等于约10微米,或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1微米且小于或等于约100微米,大于或等于约3微米且小于或等于约10微米)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中,包含在非织造网和/或电池隔离件中的无机颗粒可以是耐硫酸的。如本文所使用的,耐硫酸的颗粒是指这样的无机颗粒:使用BCIS-03A,2010年3月,方法13,在1.260SG硫酸中3小时回流之后颗粒的酸失重小于颗粒总重量的20%(例如,小于15%,小于10%,小于5%)。在这样的硫酸暴露之前和之后测量无机颗粒的重量以确定失重百分比(例如,酸失重%=[暴露前颗粒的重量-暴露后颗粒的重量]/暴露前颗粒的重量*100)。在一些实施方案中,总失重小于20%、小于15%、小于10%或小于5%的无机颗粒用于本文所述的非织造网和/或电池隔离件。
一般地,可使用任何合适的工艺将无机颗粒添加到非织造网和/或电池隔离件中。在一些实施方案中,在非织造网形成期间将无机颗粒与纤维一起添加到纤维浆料中。或者,可将无机颗粒添加到粘合剂树脂中。在某些实施方案中,可将无机颗粒添加至纤维浆料和粘合剂树脂两者中。
在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件可包括如图4B所示的肋。本领域普通技术人员应理解,肋是添加到电池隔离件的一个或更多个层的一个或更多个表面(例如,本文所述的非织造网的表面)的附加材料,并且肋独立于其上添加有肋的层(例如,肋材料与其上添加有肋材料的层之间存在可辨识的界面),如图4B所示。例如,通常在层(例如非织造网)形成之后在第二步骤中添加肋。在某些实施方案中,可将本文所述的一种或更多种化学添加剂以前述的重量%添加到肋中。
一般地,耐电池环境的任何合适的材料可用于形成肋。肋材料的非限制性实例包括:热塑性塑料,例如塑料溶胶(例如,与增塑剂共混的聚氯乙烯、聚丙烯酸酯)、聚烯烃(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、共聚乙烯-辛烯、聚乙烯乙酸乙烯酯)、聚酯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚氨酯;和热固性塑料,例如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚环氧化物、反应性塑料溶胶、酚醛树脂、聚酰亚胺、橡胶(例如,天然的、合成的);及其组合。
一般地,肋可具有任何合适的形状,并且可布置成任何合适的图案,如2014年9月11日提交的题目为battery separator with Ribs and a Method of Casting the Ribson the Separator的PCT/IB/064420中所述的,其通过引用整体并入本文。例如,肋可为在电池隔离件的一个或更多个层之上排列成行的线(例如,连续的、不连续的)或点的形式。在一些实施方案中,肋可不存在于电池隔离件上。
在一些实施方案中,包括包含一种或更多种化学添加剂的非织造网和/或非平坦层的电池隔离件可具有期望的结构特性。
在一些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的基重可为约25g/m2至约1,200g/m2。例如,在一些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的基重可大于或等于约25g/m2,大于或等于约40g/m2,大于或等于约60g/m2,大于或等于约80g/m2,大于或等于约100g/m2,大于或等于约150g/m2,大于或等于约200g/m2,大于或等于约250g/m2,大于或等于约300g/m2,或者大于或等于约350g/m2。在一些情况下,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的基重可小于或等于约400g/m2,小于或等于约350g/m2,小于或等于约300g/m2,小于或等于约250g/m2,小于或等于约200g/m2,小于或等于约150g/m2,小于或等于约100g/m2,小于或等于约75g/m2,或者小于或等于约50g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约25g/m2且小于或等于约400g/m2,大于或等于约80g/m2且小于或等于约300g/m2)。其他范围也是可能的。如本文所测定的,非织造网和/或电池隔离件的基重根据BCIS-03A,2009年9月,方法3来测量。
在某些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的基重可高于上述范围。在一些实施方案中,与类似的平坦形式的非织造网(例如,成形之前)相比,非平坦的(例如,成形的)非织造网或电池隔离件可具有更大的基重,如本文所述。例如,在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件的基重可大于或等于约500g/m2,大于或等于约600g/m2,大于或等于约800g/m2,或者大于或等于约1,000g/m2。在一些情况下,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的基重可小于或等于约1,200g/m2,小于或等于约1,000g/m2,小于或等于约800g/m2,小于或等于约600g/m2,或者小于或等于约500g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约25g/m2且小于或等于约1,200g/m2,大于或等于约100g/m2且小于或等于约375g/m2)。其他范围也是可能的。如本文所测定的,非织造网和/或电池隔离件的基重根据BCIS-03A,2009年9月,方法3来测量。
如本文所提及的厚度根据BCIS 03-A,2009年9月,方法10使用10kPa压力进行测定。电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的厚度可为约0.05mm至约3mm。在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件的厚度可大于或等于约0.05mm,大于或等于约0.1mm,大于或等于约0.2mm,大于或等于约0.3mm,大于或等于约0.5mm,大于或等于约0.8mm,大于或等于约1mm,大于或等于约1.2mm,大于或等于约1.5mm,大于或等于约1.8mm,大于或等于约2mm,或者大于或等于约2.5mm。在某些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的厚度可小于或等于约3mm,小于或等于约2.8mm,小于或等于约2.5mm,小于或等于约2.0mm,小于或等于约1.8mm,小于或等于约1.5mm,小于或等于约1.2mm,小于或等于约1mm,小于或等于约0.8mm,小于或等于约0.6mm,小于或等于约0.4mm,或者小于或等于约0.2mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约0.05mm且小于或等于约3mm,大于约0.1mm且小于或等于约1mm)。其他范围也是可能的。
本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的总厚度可变化,例如,在约0.05mm与约30mm之间变化。在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件的总厚度可大于或等于约0.05mm,大于或等于约0.1mm,大于或等于约0.5mm,大于或等于约1mm,大于或等于约2mm,大于或等于约3mm,大于或等于约5mm,大于或等于约8mm,大于或等于约10mm,大于或等于约12mm,大于或等于约15mm,大于或等于约20mm,或者大于或等于约25mm。在某些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的总厚度可小于或等于约30mm,小于或等于约28mm,小于或等于约25mm,小于或等于约20mm,小于或等于约18mm,小于或等于约15mm,小于或等于约12mm,小于或等于约10mm,小于或等于约8mm,小于或等于约6mm,小于或等于约3mm,小于或等于约2mm,小于或等于约1mm,或者小于或等于约0.5mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约0.05mm且小于或等于约30mm,大于约0.5mm且小于或等于约3mm)。如本文所提及的总厚度根据BCIS 03-A,2009年9月,方法10使用10kPa压力进行测定。
在一些实施方案中,本文所述的非织造网和/或电池隔离件的表观密度可为例如约40g/m2/mm至约300g/m2/mm。例如,在一些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的表观密度可小于或等于约小于或等于约300g/m2/mm,小于或等于约小于或等于约275g/m2/mm,小于或等于约250g/m2/mm,小于或等于约小于或等于约225g/m2/mm,小于或等于约200g/m2/mm,小于或等于约175g/m2/mm,小于或等于约150g/m2/mm,小于或等于约125g/m2/mm,小于或等于约100g/m2/mm,小于或等于约75g/m2/mm,或者小于或等于约50g/m2/mm。在一些情况下,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的表观密度可大于或等于约40g/m2/mm,大于或等于约60g/m2/mm,大于或等于约80g/m2/mm,大于或等于约100g/m2/mm,大于或等于约150g/m2/mm,大于或等于约200g/m2/mm,大于或等于约250g/m2/mm,大于或等于约300g/m2/mm,或者大于或等于约350g/m2/mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约40g/m2/mm且小于或等于约300g/m2/mm,大于或等于约80g/m2/mm且小于或等于约150g/m2/mm)。其他范围也是可能的。如本文所测定的,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的表观密度通过根据BCIS-03A,2009年9月,方法3测定的非织造网(和/或电池隔离件)的基重除以根据BCIS 03-A,2009年9月,方法10在10kPa下测定的非织造网(和/或电池隔离件)的总厚度来测量。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的内部体积孔隙率可大于或等于约80%,大于或等于约82%,大于或等于约84%,大于或等于约86%,大于或等于约88%,大于或等于约90%,大于或等于约92%,大于或等于约94%,或者大于或等于约96%。在一些情况下,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的内部体积孔隙率可小于或等于约99%,小于或等于约98%,小于或等于约96%,小于或等于约94%,小于或等于约92%,小于或等于约90%,小于或等于约88%,小于或等于约86%,小于或等于约84%,或者小于或等于约82%。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约80%且小于约98%,大于或等于约90%且小于约96%)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的总体积孔隙率可大于或等于约80%,大于或等于约82%,大于或等于约84%,大于或等于约86%,大于或等于约88%,大于或等于约90%,大于或等于约92%,大于或等于约94%,或者大于或等于约96%。在一些情况下,总体积孔隙率可具有小于或等于约99%,小于或等于约98%,小于或等于约96%,小于或等于约94%,小于或等于约92%,小于或等于约90%,小于或等于约88%,小于或等于约86%,小于或等于约84%,或者小于或等于约82%的体积孔隙率。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约80%且小于约98%,大于或等于约80%且小于约98%)。其他范围也是可能的。
电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)可表现出适于离子传导的中值流量孔径。在一些实施方案中,非织造网和/或电池隔离件的中值流量孔径可小于或等于约60微米,小于或等于约50微米,小于或等于约45微米,小于或等于约40微米,小于或等于约30微米,小于或等于约25微米,小于或等于约20微米,小于或等于约15微米,小于或等于约10微米,或者小于或等于约5微米,小于或等于约3微米,小于或等于约2微米,小于或等于约1微米,小于或等于约0.8微米,小于或等于约0.5微米,或者小于或等于约0.2微米。在另一些实施方案中,中值流量孔径可大于或等于约0.1微米,大于或等于约0.2微米,大于或等于约0.5微米,大于或等于约0.8微米,大于或等于约1微米,大于或等于约2微米,大于或等于约5微米,大于或等于约10微米,大于或等于约15微米,大于或等于约20微米,大于或等于约25微米,大于或等于约30微米,大于或等于约35微米,大于或等于约50微米,或者大于或等于约60微米。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约0.1微米且小于或等于约60微米,大于或等于约0.2微米并且给小于或等于约30微米)。中值流量孔径的其他值和范围也是可能的。如本文所测定的,中值流量孔径根据标准BCIS-03A,2009年9月,方法6来测量。
在一些实施方案中,本文所述的非织造网和/或电池隔离件可具有期望的机械强度特性。例如,非织造网和/或电池隔离件的强度可足以用作叶片隔离件和/或包套隔离件。在一些实施方案中,电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)在机器方向上的拉伸强度可大于或等于约10kg/cm2,大于或等于约15kg/cm2,大于或等于约20kg/cm2,大于或等于约30kg/cm2,大于或等于约40kg/cm2,大于或等于约50kg/cm2,大于或等于约60kg/cm2,大于或等于约70kg/cm2,或者大于或等于约75kg/cm2。在一些情况下,在机器方向上的拉伸强度可小于或等于约80kg/cm2,小于或等于约70kg/cm2,小于或等于约60kg/cm2,小于或等于约50kg/cm2,小于或等于约40kg/cm2,小于或等于约30kg/cm2,小于或等于约20kg/cm2,或者小于或等于约15kg/cm2。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约10kg/cm2且小于或等于约80kg/cm2,大于或等于约15kg/cm2且小于或等于约60kg/cm2)。在机器方向上的拉伸强度可使用标准BCIS 03B,2010年3月修订,方法4进行测定。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件和/或非织造网的穿刺强度(或耐穿刺性)可大于或等于约1N,大于或等于约1.5N,大于或等于约2N,大于或等于约3N,大于或等于约5N,大于或等于约8N,大于或等于约10N,大于或等于约12N,或者大于或等于约15N。在一些情况下,穿刺强度(或耐穿刺性)可小于或等于约20N,小于或等于约18N,小于或等于约15N,小于或等于约12N,小于或等于约10N,小于或等于约8N,小于或等于约5N,或者小于或等于约3N。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约1N且小于或等于约20N,大于或等于约1.5N且小于或等于约15N)。穿刺强度可使用方案BCIS 03B,2010年3月修订,方法9进行测定。耐穿刺性可使用BCIS 03B,2010年3月修订,方法10进行测定。在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)的穿刺强度(或耐穿刺性)。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)或者本文所述的附加层的Gurley刚度可大于或等于约500mg,大于或等于约800mg,大于或等于约1,000mg,大于或等于约1,250mg,大于或等于约1,500mg,大于或等于约1,750mg,大于或等于约2,000mg,大于或等于约2,500mg,大于或等于约3,000mg,大于或等于约3,500mg,或者大于或等于约4,000mg。在一些情况下,Gurley刚度可小于或等于约5,000mg,小于或等于约4,500mg,小于或等于约4,000mg,小于或等于约3,500mg,小于或等于约3,000mg,小于或等于约2,500mg,小于或等于约2,000mg,小于或等于约1,800mg,小于或等于约1,500mg,小于或等于约1,200mg,或者小于或等于约1,000mg。上述范围的组合也是可能的(例如,大于或等于约500mg且小于或等于约5000mg,大于或等于约800至小于或等于约1200mg)。Gurley刚度可使用TAPPI T543 om-94在机器方向上进行测定。
在一些实施方案中,包括包含一种或更多种化学添加剂的非织造网、一个或更多个非平坦层和/或合适的孔结构的电池隔离件可具有增强的电池性能。
在一些实施方案中,本文所述的包括电池隔离件和/或电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网)的电池可具有相对低的电阻。例如,在一些实施方案中,电阻可小于或等于约1Ω·cm2,小于或等于约0.8Ω·cm2,小于或等于约0.6Ω·cm2,小于或等于约0.4Ω·cm2,小于或等于约0.2Ω·cm2,小于或等于约0.1Ω·cm2,小于或等于约0.08Ω·cm2,小于或等于约0.06Ω·cm2,小于或等于约0.04Ω·cm2,小于或等于约0.02Ω·cm2,小于或等于约0.01Ω·cm2,小于或等于约0.008Ω·cm2,或者小于或等于约0.005Ω·cm2。在某些实施方案中,电阻可大于或等于约0.001Ω·cm2,大于或等于约0.003Ω·cm2,大于或等于约0.005Ω·cm2,大于或等于约0.008Ω·cm2,大于或等于约0.01Ω·cm2,大于或等于约0.05Ω·cm2,大于或等于约0.08Ω·cm2,大于或等于约0.1Ω·cm2,大于或等于约0.3Ω·cm2,大于或等于约0.5Ω·cm2,或者大于或等于约0.8Ω·cm2。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约0.001Ω·cm2且小于或等于约1Ω·cm2,大于约0.01Ω·cm2且小于或等于约0.5Ω·cm2)。其他范围也是可能的。电阻可根据标准IS 6071-1986或标准BCIS-03B方法3来测量。
在一些实施方案中,电池隔离件的每单位厚度的电阻可小于或等于约0.15(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.12(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.1(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.09(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.08(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.07(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.06(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.05(Ω·cm2)/mm,小于或等于约0.04(Ω·cm2)/mm,或者小于或等于约0.03(Ω·cm2)/mm。在某些实施方案中,电阻可大于或等于约0.02(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.03(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.04(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.05(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.06(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.07(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.08(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.09(Ω·cm2)/mm,大于或等于约0.1(Ω·cm2)/mm,或者大于或等于约0.12(Ω·cm2)/mm。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约0.02(Ω·cm2)/mm且小于或等于约0.07(Ω·cm2)/mm,大于约0.02(Ω·cm2)/mm且小于或等于约0.04(Ω·cm2)/mm)。其他范围也是可能的。电阻可根据标准IS 6071-1986或标准BCIS-03B方法3来测量。
在一些实施方案中,本文所述的电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网和/或整个电池隔离件)可具有相对长的寿命(例如,长的无故障时间)。在一些实施方案中,电池隔离件的无故障时间可大于或等于约5小时,大于或等于约10小时,大于或等于约25小时,大于或等于约50小时,大于或等于约100小时,大于或等于约250小时,大于或等于约500小时,大于或等于约750小时,大于或等于约1,000小时,大于或等于约1,250小时,大于或等于约1,500小时,或者大于或等于约1,750小时。在某些实施方案中,电池隔离件的无故障时间可小于或等于约2,000小时,小于或等于约1,750小时,小于或等于约1,500小时,小于或等于约1,250小时,小于或等于约1,000小时,小于或等于约750小时,小于或等于约500小时,小于或等于约250小时,小于或等于约100小时,或者小于或等于约50小时。上述范围的组合也是可能的(例如,大于约5小时且小于或等于约2,000小时,大于约100小时且小于或等于约1,000小时)。其他值也是可能的。电池隔离件的无故障时间可根据标准IS6071-1986来测量。故障定义为在电池隔离件两侧测量的电压达到0V时的时间。
在一些实施方案中,在用17%放电深度的部分充电状态(即,PSOC)进行18周循环测试(1530次循环)之后,包括本文所述的电池隔离件和/或电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网)的电池的容量损失可小于20小时容量的30%,小于20小时容量的25%,小于20小时容量的20%,小于20小时容量的18%,小于20小时容量的15%,小于20小时容量的12%,或者小于20小时容量的10%。17%放电深度的PSOC可根据VRLA SLI电池(AGM)要求和测试,VDA要求规范AGM:2010年3月,方法9.9.3进行测量,例如,使用100AH容量的欧洲H8号电池。
在一些实施方案中,本文所述的包括本文所述的电池隔离件和/或电池隔离件的一个或更多个层(例如,非织造网)的电池在50%充电状态和0℃下可接受(即,充电接受能力)大于或等于约5A/100AH的容量,大于或等于约10A/100AH的容量,大于或等于约15A/100AH的容量,大于或等于约20A/100AH的容量,大于或等于约25A/100AH的容量,大于或等于约35A/100AH的容量,大于或等于约40A/100AH的容量,或者大于或等于约45A/100AH的容量,例如,在14.4V下充电10分钟之后。在一些情况下,充电接受能力可小于或等于约50A/100AH的容量,小于或等于约45A//100AH的容量,小于或等于约40A/100AH的容量,小于或等于约35A/100AH的容量,小于或等于约30A/100AH的容量,小于或等于约25A/100AH的容量,小于或等于约20A/100AH的容量,或者小于或等于约15A/100AH的容量。上述范围的组合也是可能的。充电接受能力(即,充电期间电池接受的充电的有效量)可根据VRLA SLI电池(AGM)要求和测试,VDA要求规范AGM:2010年3月,方法9.5进行测量,例如,使用100AH容量的欧洲H8号电池。
在一些实施方案中,在大于或等于约10%的充电状态下,在大于或等于约15%的充电状态下,在大于或等于约20%的充电状态下,在大于或等于约25%的充电状态下,在大于或等于约30%的充电状态下,在大于或等于约35%的充电状态下,在大于或等于约40%的充电状态下,在大于或等于约50%的充电状态下,在大于或等于约60%的充电状态下,或者在大于或等于约75%的充电状态下,包括本文所述的电池隔离件的电池的动态充电接受能力(即,在不同的充电状态下的充电接受能力)可为1A/AH总电池容量(20小时)。在一些情况下,在小于或等于约80%的充电状态下,在小于或等于约70%的充电状态下,在小于或等于约60%的充电状态下,在小于或等于约50%的充电状态下,在小于或等于约45%的充电状态下,在小于或等于约40%的充电状态下,在小于或等于约35%的充电状态下,在小于或等于约30%的充电状态下,在小于或等于约25%的充电状态下,在小于或等于约20%的充电状态下,或者在小于或等于约15%的充电状态下,动态充电接受能力可为1A/AH总电池容量(20小时)。上述范围的组合也是可能的。动态充电接受能力可根据VRLA SLI电池(AGM)要求和测试,VDA要求规范AGM:2010年3月,方法9.6进行测量。
应理解,虽然上述的一些参数和特征是关于非织造网进行描述的,但是相同的参数和特征(包括这些参数和特征的值和范围)也可适用于包括非织造网的电池隔离件。
在一些实施方案中,本文所述的隔离件可用于电池(例如,铅酸电池)中。电池可包括负极板、正极板和设置在负极板与正极板之间的电池隔离件(例如,包括本文所述的非织造网)。
应理解,本文中没有明确讨论的电池的其他组件可以是常规的电池组件。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,在容器格式化电池(containerformatted battery)中,极板可以包括包含导电材料的栅极,所述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(例如)、层压材料和复合材料。栅极通常糊贴有活性材料。经糊贴的栅极通常通过称为“成型”的工艺转换成正极电池极板和负极电池极板。成型包括使电流通过交替的正极板和负极板以及在相邻极板之间的隔离件的组合件,同时使所述组合件在合适的电解质中(例如,以使所糊贴的氧化物转化为活性材料)。
作为具体实例,正极板可包含二氧化铅作为活性材料,负极板可包含铅作为活性材料。极板还可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)、红铅(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。膨胀剂的组分可预混合或不预混合。膨胀剂是可从例如Hammond Lead Products(Hammond,IN)和Atomized Products Group,Inc(Garland,TX)市购的。
市售的膨胀剂的一个实例是膨胀剂(Atomized Products Group,Inc.)。在某些实施方案中,膨胀剂、金属硫酸盐和/或石蜡存在于正极板中而不存在于负极板中。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成。
可以使用任何期望的技术组装电池。例如,可将隔离件包裹在极板(例如,正极板、负极板)周围。然后使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。电池隔离件可作为例如如图5A和图5C说明性示出的叶片隔离件,或者如图5B和图5D说明性示出的包套隔离件(即,隔离件在三个侧面上是密封的)使用。图5是示出电池隔离件120和极板125的截面的示意图。作为本文所使用的术语,各隔离件的厚度130和总厚度135也示于图5A至图5D中。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,即,在将隔离件放置到壳体中之后使隔离件的厚度减小。然后将电解质(例如,硫酸)设置在壳体中。应理解,图5所示的电池隔离件的形状(例如,平坦的、非平坦的)是非限制性的并且本文所述的电池隔离件可具有任何合适的形状。即,电池隔离件可为图5C至图5D中所示的平坦的或者图5A至图5B中所示的非平坦的,并且非平坦的电池隔离件可具有与图5A至图5D中说明性示出的隔离件120相同或不同的形状。在一些实施方案中,可在隔离件中使用平坦层和非平坦层的组合。
电解质可以包含其他组成,例如,电解质可以包含除硫酸以外的液体,例如氢氧化物(例如,氢氧化钾)。在一些实施方案中,电解质包含一种或更多种添加剂,包括但不限于有机聚合物和木质素和/或有机分子、磷酸、以及铁螯合物和镁盐或螯合物的混合物。在一些实施方案中,电解质是硫酸。在一些实施方案中,硫酸的比重为1.21g/cm3至1.32g/cm3,或1.28g/cm3至1.31g/cm3。在某些实施方案中,硫酸的比重为1.26g/cm3。在某些实施方案中,硫酸的比重为约1.3g/cm3
在一些实施方案中,电池隔离件(包括本文所述的非织造网)可用于铅酸电池,包括阀控式电池(例如,吸收性玻璃垫电池)和富液式电池的(flooded battery)。例如,在一些实施方案中,电池隔离件可用于富液式电池应用。在一些这样的实施方案中,电池隔离件可为包裹在一个或更多个极板(例如,正极板,正极板和负极板)周围的包套隔离件。在一些这样的实施方案中,电池隔离件可包括与包含玻璃纤维和树脂的网/层结合的非织造网。在一些这样的情况下,电池隔离件可包裹在极板周围,使得玻璃层面向极板和/或与极板相接触。在另一些情况下,电池隔离件可包裹在极板周围,使得玻璃层在与极板相对的一侧上。玻璃层可用于稳定电极中的活性材料并且使脱落最小化。在某些实施方案中,电池隔离件不包括包含玻璃纤维和树脂的网。在一些这样的实施方案中,本文所述的非织造网中的玻璃纤维可用于稳定电极中的活性材料并且使脱落最小化。在本文所述的电池隔离件用于富液式电池的一些实施方案中,极板可包括嵌入到该极板上的玻璃层,所述玻璃层用于减少极板的脱落和/或可包含增加极板导电性的基于碳的添加剂(例如,石墨烯、石墨)和/或具有高的表面积(例如,大于或等于约500m2/g且小于或等于约5,000m2/g)。本文所述的包套电池隔离件可包裹在这种极板周围。在一些实施方案中,碳浸渍的非织造网可与极板相邻。在一些实施方案中,电池隔离件可用于在电解质溶液中包含多种添加剂的富液式电池。
如本文所述,非织造网可形成电池隔离件的全部或一部分。在一些实施方案中,一个或更多个附加层或组件与非织造网一起包括在内(例如,设置成与非织造网相邻、接触非织造网的一侧或两侧)。在一些情况下,附加层是纤维层。纤维附加层的非限制性实例包括熔喷层、湿法成网层(例如,玻璃纤维湿法成网层)、纺粘层、挤出层或电纺丝层。在一些实施方案中,根据实施方案的多个非织造网可层叠在一起,形成用于电池隔离件的多层片材。在另一些实施方案中,附加层可为非纤维层,例如,该层可为通过挤出工艺形成的聚合物层(例如,膜,如PE膜)。其他构造也是可能的。
在一些实施方案中,网的两个或更多个层可分别形成,并通过任何合适的方法(如层压、排序或使用粘合剂)进行组合。两个或更多个层可使用不同的工艺或相同的工艺形成。例如,每个层可独立地通过湿法成网工艺、非湿法成网工艺或任何其他合适的工艺形成。
在一些实施方案中,两个或更多个层可通过相同的工艺形成。在一些情况下,两个或更多个层可同时形成。
不同的层可通过任何合适的方法粘合在一起。例如,层可通过粘合剂粘合和/或在任一侧彼此熔融粘合。也可使用层压和压延工艺。在一些实施方案中,附加层可通过增加的流浆箱或涂布机由任何类型的纤维或纤维共混物形成并适当地粘合到另一层。
电池隔离件可包括任何合适数目的层,例如,至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个层。在一些实施方案中,电池隔离件可包括多至10个层。
本文所述的非织造网可使用合适的工艺来制造,例如湿法成网工艺。一般地,湿法成网工艺包括将一种或更多种类型的纤维混合在一起;例如,可将一种类型的玻璃纤维与另一种类型的玻璃纤维和/或不同类型的纤维(例如,合成纤维)混合在一起以提供纤维浆料。所述浆料可为例如水基浆料。在某些实施方案中,纤维在混合在一起之前任选地分开或组合地储存在各种储存罐中。
例如,第一纤维可在一个容器中混合并制浆在一起,并且第二纤维可在一个单独的容器中混合并制浆。随后,第一纤维和第二纤维可一起组合成单一的纤维混合物。适当的纤维可在混合在一起之前和/或之后通过碎浆机进行处理。在一些实施方案中,纤维的组合在混合在一起之前通过碎浆机和/或储存罐进行处理。可以理解,还可向混合物中引入其他组分(例如,无机颗粒)。此外,应理解,纤维类型的其他组合可用于纤维混合物,例如本文所述的纤维类型。
在某些实施方案中,通过湿法成网工艺形成两个或更多个层。例如,可以将在溶剂(例如,水性溶剂,如水)中包含纤维的第一分散体(例如,纸浆)施加到造纸机(例如,长网造纸机或圆形造纸机或回转造纸机)中的网输送带上以形成由网输送带支撑的第一层。在第一层沉积在网上的同时或在此之后将在溶剂(例如,水性溶剂,如水)中包含纤维的第二分散体(例如,另一种纸浆)施加到第一层上。在上述过程期间持续地向第一纤维分散体和第二纤维分散体施加真空以从纤维中移除溶剂,从而产生包括第一层和第二层的制品。然后将如此形成的制品进行干燥,并且如果需要的话,通过使用已知方法进一步加工以形成多层非织造网。
可使用用于制造纤维浆料的任何合适的方法。在一些实施方案中,向浆料中添加另外的添加剂以便于加工。还可将温度调节到合适的范围,例如,33oF至100oF(例如,50oF至85oF)。在一些情况下,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类似的设备,例如,水力碎浆机、成形机或流浆箱、干燥机和任选的转换器。在一些情况下,非织造网也可以用实验室手抄纸模具来制造。如以上所讨论的,可在一个或更多个碎浆机中制备浆料。在将浆料在碎浆机中适当地混合之后,可将浆料泵送到流浆箱中,其中浆料可与或可不与其他浆料组合。可添加或可不添加其他添加剂。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0.5重量%。
在一些情况下,可根据需要调节纤维浆料的pH。例如,浆料的纤维可在酸性或中性条件下分散。
在将浆料运送到流浆箱之前,浆料可任选地通过离心净浆器和/或压力筛以除去未纤维化材料。浆料可或可不通过附加设备如精研机或高频疏解机(deflaker),以进一步增强纤维的分散。例如,高频疏解机可用于平滑或去除在形成纤维浆料期间的任何点可能出现的块或突起。然后可使用任何合适的设备(例如,长网造纸机、回转造纸机、桶形/圆形造纸机、或斜网长网造纸机)将纤维以适当的速率收集到筛或网上。
如本文所述,在一些实施方案中,将粘合剂树脂(其可任选地包含一种或更多种化学添加剂)添加至预形成的纤维层(例如,通过湿法成网工艺形成的预形成的非织造网)。例如,当纤维层沿着适当的筛或网通过时,使用合适的技术向纤维层中添加包含在粘合剂树脂中的可为单独的乳液形式的不同组分(例如,化学添加剂、无机颗粒、橡胶)。在一些情况下,粘合剂树脂的各组分在与其他组分和/或纤维层组合之前被混合成乳液。可使用例如重力和/或真空将包含在树脂中的组分拉过纤维层。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送入纤维层中。在一些实施方案中,可在将纤维浆料引入流浆箱中之前将树脂施加到纤维浆料中。例如,可将树脂引入(例如,注入)纤维浆料中并用纤维浸渍和/或沉淀在纤维上。
在非织造网形成期间或之后,可根据多种已知技术进一步加工非织造网。任选地,附加层可以使用诸如层压、共打褶或排序的工艺形成和/或添加到非织造网中。例如,在一些情况下,通过湿法成网工艺使两层形成为复合材料制品,然后通过任何合适的工艺(例如,层压、共打褶或排序)将该复合材料制品与第三层组合。可以理解,通过本文描述的工艺形成的非织造网或复合材料制品不仅可基于各纤维层的组分也可根据使用适当组合的具有不同特性的多个纤维层的影响来进行适当地调整,以形成具有本文所述特性的非织造网。
在一些实施方案中,可对非织造网进行后处理,例如使其经受本文所述的成型工艺。
实施例
以下实施例旨在举例说明本发明的某些实施方案,但不解释为限制性的,并且不例示本发明的全部范围。
实施例1
该实施例证实:与a)与包括没有硫酸盐的隔离件但是在电解质(水)中包含硫酸盐离子的类似电池和b)常规电池隔离件相比,包括包括在非织造网中包含硫酸钠盐的非织造网的电池隔离件的电池中的枝晶形成减少(例如,在将隔离件引入到电池中之前)。该实施例还证实:与中值流量孔径相对较小的常规聚乙烯电池隔离件相比,包括包括包含玻璃纤维并且中值流量孔径大于0.5微米的非织造网的电池隔离件的电池中的枝晶形成减少,无论电池隔离件在非织造网或在电解质中是否包含硫酸盐。
电池隔离件1的非织造网包含约20%玻璃纤维、约20%聚酯纤维、约15%树脂和约45%沉淀二氧化硅。电池隔离件1的非织造网的中值流量孔径大于0.5微米(例如,约2微米)。将不同量的硫酸钠添加到电池隔离件1(例如,非织造网)和/或添加到电解质(水)中。电池隔离件2的非织造网包含约1%硫酸钠、约18.5%玻璃纤维、约10%聚酯纤维、约14%树脂、约18%双组分纤维、约6%橡胶和约32.5%沉淀二氧化硅。常规电池隔离件(即,电池隔离件3)是包含40%沉淀二氧化硅、45%聚乙烯聚合物和15%油的经挤出的(非纤维)聚乙烯隔离件。经挤出的(非纤维)聚乙烯隔离件的中值流量孔径小于0.3微米(例如,约0.2微米)。
将电池隔离件暴露于电镀条件并且如本文所述地测定击穿电压。结果示于表1中。
表1:多种电池隔离件的击穿电压
结果示出,向纤维网中添加硫酸钠有益于防止铅枝晶短路。结果表明,以0.12%的浓度限定地向隔离件内部添加硫酸钠(隔离件2)与向电解质中直接添加0.5%硫酸钠(隔离件1)在相对低BDV的损失%方面一样有效。此外,当硫酸钠存在于电解质和非织造网两者中时,击穿电压没有损失(隔离件2)。
结果还示出,与具有较小的中值流量孔径(例如,小于0.3微米)的常规聚乙烯电池隔离件(隔离件3)相比,包括包含玻璃纤维且中值流量孔径大于0.5微米的非织造网的电池隔离件(隔离件1)具有较少的枝晶形成。无论电池隔离件1在非织造网或电解质中是否包含硫酸盐,与常规聚乙烯电池隔离件(隔离件3的BDV的损失为88%或82%)相比,这些隔离件的BDV的损失%较低(例如,在非织造网或电解质中不包含任何硫酸盐的电池隔离件为70%;在非织造网中包含硫酸盐的电池隔离件为78%和33%;以及在电解质中包含硫酸盐的电池隔离件为47%和25%)。
实施例2
该实施例证实,与包含橡胶的常规电池隔离件相比,包括包含橡胶的非织造网的电池隔离件的耗水量减少。与包含橡胶的常规的经挤出的(非纤维)聚乙烯隔离件(即,实施例1的电池隔离件3)相比,包括包含橡胶的非织造网的电池隔离件(即,实施例1的电池隔离件2)具有较低的耗水量。
电池隔离件的耗水量使用包括5个铅二氧化物正电极和6个铅负电极的2V(75Ah)电池单元来测量。正电极栅包含2.5%的锑。电极大小为:正电极124mm×142mm×2.5mm,负电极124mm×142mm×2.2mm。正电极重约245g,负电极重约210g。电池单元中硫酸(1.27g/cc密度)的体积为约787cm3。使用测试方案IEC 60095进行测试。简言之,在充电之前对电化学电池单元进行称重。然后使电化学电池单元在40℃下在14.4V下充电500小时的时间。在测试结束时记下电池单元的重量。
表2:多种电池隔离件的耗水量
隔离件详情 耗水量g/Ah
电池隔离件2 2.5
电池隔离件3 3.3
实施例3
该实施例描述了单层波纹状电池隔离件和多层波纹状电池隔离件的机械特性和性能特性。形成其中附加层的数量和类型不同的包括波纹层的五种多层电池隔离件。与平坦的单层电池隔离件相比,包括波纹层的电池隔离件具有增加的总体积孔隙率和强度,同时保持相似的电阻。
平坦的电池隔离件是包含约20%玻璃纤维、约20%聚酯纤维、约15%树脂和约45%沉淀二氧化硅的非织造网。
实验A中的电池隔离件包括粘合至附加层1的波纹状形式的平坦非织造网。该平坦层通过使平坦非织造网经过两个加热的波纹辊之间而波纹化。这两个辊被布置成使得迫使层进入凹槽中的辊的齿互相啮合。附加层1是使用耐酸共聚物胶乳制备的包含约24.5%玻璃纤维、约15%聚酯纤维、约10%树脂和约50.5%沉淀二氧化硅的湿法成网非织造网。附加层1的基重为约120g/m2且厚度为约0.3mm。
在实验B中,电池隔离件包括粘合至附加层2的实验A的波纹状非织造网。附加层2是包含玻璃纤维和粘合剂树脂的湿法成网玻璃垫。该玻璃垫在3.5kPa下的基重为50g/m2且厚度为0.4。
在实验C中,电池隔离件包括实验A的波纹状非织造网,该波纹状非织造网的两侧均粘合至实验A中使用的附加层1。
在实验D中,电池隔离件包括实验A的波纹状非织造网,该波纹状非织造网的两侧均粘合至实验B中使用的附加层2。
在实验E中,电池隔离件包括实验A的波纹状非织造网,该波纹状非织造网的一侧粘合至实验B中使用的附加层2并且另一侧粘合至实验A中使用的附加层1。
表1中示出了各电池隔离件的各种特性。
表1:多种电池隔离件的特性
测试 单位 平坦隔离件 A B C D E
总厚度 Mm 1.6 2.81 3.15 3.18 3.48 5.92
基重 g/m2 230 313 280 454 311 781
表观密度 g/m2/mm 143 111 88 143 88 131
总孔隙率 57 68 66 69 74 73
电阻 Ω·cm2 0.1 0.102 0.113 0.124 0.105 0.185
电阻/厚度 Ω·cm2/mm 0.063 0.036 0.036 0.039 0.030 0.031
穿刺强度 N 7.99 11.54 10.64 16.44 17.7 21.64
包括波纹层的各电池隔离件具有增加的总体积孔隙率和穿刺强度,同时具有与平坦的单层电池隔离件相似的电阻。来自实验A、B、D和E的各电池隔离件具有比平坦的单层电池隔离件更低的表观密度。

Claims (22)

1.一种电池隔离件,包括:
非织造网,所述非织造网包含:
平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于所述非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;以及
一种或更多种硫酸盐,其中在与电池电解质接触之前,所述一种或更多种硫酸盐以大于或等于所述电池隔离件的约0.1重量%且小于或等于30重量%的量存在。
2.一种电池隔离件,包括:
非织造网,所述非织造网包含:
平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于所述非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;以及
一种或更多种抗氧化剂,其中所述抗氧化剂以大于或等于所述电池隔离件的约0.05重量%且小于或等于约5重量%的量存在。
3.一种电池隔离件,包括:
非织造网,所述非织造网包含:
平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于所述非织造网的约2重量%且小于或等于约95重量%的量存在;
多根合成纤维,其中所述合成纤维以大于或等于所述非织造网的约1重量%且小于或等于约80重量%的量存在;
多个无机颗粒,其中所述无机颗粒是耐硫酸的,以及其中所述无机颗粒以大于或等于所述非织造网的约10重量%且小于或等于约80重量%的量存在于所述非织造网中;以及
一种或更多种橡胶,其中所述一种或更多种橡胶以大于或等于所述电池隔离件的约3重量%且小于或等于约80重量%的量存在于所述电池隔离件中。
4.一种电池隔离件,包括:
非织造网,所述非织造网包含:
平均直径大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米的多根玻璃纤维,其中所述玻璃纤维以大于或等于所述非织造网的约2重量%且小于或等于约100重量%的量存在;
其中所述电池隔离件的中值流量孔径大于或等于约0.5微米且小于或等于约30微米,以及
其中所述电池隔离件的击穿电压的损失百分比小于或等于约80%。
5.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含多根合成纤维,其中所述合成纤维以大于或等于所述非织造网的约1重量%且小于或等于约80重量%的量存在。
6.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含多根合成纤维,其中所述合成纤维以大于或等于所述非织造网的约5重量%且小于或等于约50重量%的量存在。
7.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含多个无机颗粒,其中所述无机颗粒是耐硫酸的,以及其中所述无机颗粒以大于或等于所述非织造网的约30重量%且小于或等于约60重量%的量存在。
8.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网还包含粘合剂树脂。
9.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含一种或更多种硫酸盐,其中所述一种或更多种硫酸盐以大于或等于所述非织造网的约0.5重量%且小于或等于5重量%的量存在。
10.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含一种或更多种抗氧化剂,其中所述抗氧化剂以大于或等于所述非织造网的约0.1重量%且小于或等于约1重量%的量存在。
11.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述非织造网包含一种或更多种橡胶,其中所述一种或更多种橡胶以大于或等于所述非织造网的约2重量%且小于或等于约20重量%的量存在。
12.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件为铅酸电池隔离件。
13.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述橡胶为天然橡胶。
14.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述橡胶为颗粒形式。
15.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中耐硫酸的无机颗粒的表面积大于或等于约10m2/g且小于或等于约2000m2/g。
16.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件的厚度大于或等于约0.1mm且小于或等于约1mm。
17.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件的中值流量孔径大于或等于约0.2微米且小于或等于约30微米。
18.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件的中值流量孔径大于或等于约1微米且小于或等于约30微米。
19.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件的穿刺强度大于或等于约1.5N且小于或等于约15N。
20.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其中所述电池隔离件的拉伸强度大于或等于约15kg/cm2且小于或等于约60kg/cm2
21.根据任一前述权利要求所述的电池隔离件,其击穿电压的损失百分比小于或等于约80%、小于或等于约70%、小于或等于约60%、或者小于或等于约50%。
22.一种铅酸电池,包括根据任一前述权利要求所述的电池隔离件。
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