CN107431173B - 包含无机颗粒的电池隔离件 - Google Patents

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Abstract

一般性地提供了电池隔离件。在一些实施方案中，电池隔离件可包括非织造网，所述非织造网包含多个无机颗粒(例如，二氧化硅)。在一些实施方案中，非织造网可包含多根相对粗的玻璃纤维(例如，平均直径大于约1.5微米)，例如，以使非织造网具有特定的最大孔径和中值孔径。具有本文所述特征的无机颗粒与非织造网的组合可以表现出提高的电解质分层距离和/或减少的电解质填充时间。在一些实施方案中，可以实现这样的改善，同时对电池隔离件和/或整个电池的另外的特性具有相对最小的或者没有不利影响。

Description

包含无机颗粒的电池隔离件
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)没有不利影响。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/或运行期间出现裂纹或破裂。电池隔离件还在确定电池的组装速度以及使用期间的性能方面发挥作用。例如，在组装期间，可将酸电解质填充到电池容器中，并且隔离件的结构可以影响电池中电解质的填充速度和分布(例如，分层)。虽然存在许多电池隔离件，但是改善电解质的保持和/或改进电池的形成将是有益的。
发明内容
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。
在一组实施方案中，提供了一系列电池隔离件。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1.5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50重量％的量存在；和多个无机颗粒，其中所述非织造网的最大孔径为至少约8微米并且小于或等于约25微米，以及其中所述非织造网的中值孔径为至少约2.5微米并且小于或等于约6微米。
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1.5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50重量％的量存在；多个无机颗粒；其中所述非织造网的酸分层距离(acid stratificationdistance)小于或等于约5cm；以及其中所述非织造网的酸填充时间(acid filling time)小于或等于约200秒。
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是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2是示出根据一组实施方案的包含多根纤维和多个无机颗粒的非织造网的截面的示意图；
图3A是根据一组实施方案的用于确定非织造网的酸填充时间的测试装置的照片；
图3B是根据一组实施方案的用于确定非织造网的酸分层距离的测试装置的照片；
图4是示出根据一组实施方案的电池布置的示意图；
图5是根据一组实施方案的示例性电池隔离件的最大孔径、中值孔径和最小孔径的图；
图6是根据一组实施方案的图5中的示例性电池隔离件的酸分层距离和酸填充时间的图；以及
图7是根据一组实施方案的其中一些包含无机颗粒的示例性电池隔离件的最大孔径、中值孔径和最小孔径的图；
图8是根据一组实施方案的图7中的示例性电池隔离件的酸分层距离和酸填充时间的图。
具体实施方式
提供了电池隔离件。在一些实施方案中，本文所述电池隔离件可包括非织造网，所述非织造网包含多个无机颗粒(例如，二氧化硅)。在一些实施方案中，非织造网可包含多根相对粗的玻璃纤维(例如，平均直径大于约1.5微米)，例如，以使非织造网具有特定的最大孔径和/或中值孔径。具有本文所述特征的无机颗粒与非织造网的组合可以表现出减少的电解质分层和/或减少的电解质填充时间。在一些实施方案中，可以实现这样的改善，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。本文所述电池隔离件可以良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，在电极之间存在电池隔离件可影响电池性能(例如，电阻)。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，由于被电池隔离件占据的体积，电池隔离件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、容量)。
用于形成电池(例如铅酸电池)的制造方法通常包括酸电解质填充步骤。隔离件的孔结构可以影响酸填充的速度和/或所产生电池的性能。通常期望具有能够允许酸电解质快速扩散到隔离件中并且允许电解质与电极接触的隔离件(例如，孔径相对较大的隔离件)。还期望具有快的电池组装速度并且防止电池中的缺陷(例如，来自由酸在电池和/或隔离件中的不均匀分布引起的氢短缺(hydro short))。然而，当铅酸电池循环时，硫酸(H2SO4)分子往往积累在隔离件的底部，导致整个隔离件中电解质(例如，酸电解质)浓度的不均匀分布，也称为酸分层。酸分层通常导致腐蚀和/或电池性能劣化，并且减少电池寿命。因此，需要解决酸分层与酸填充时间之间的平衡的改进电池隔离件。
如上所述，在一些实施方案中，本文所述的包括非织造网的电池隔离件可具有相对快的电解质(例如，酸)填充时间和相对小的电解质(例如，酸)分层距离(在60分钟内酸电解质置换隔离件中的低密度酸的距离的度量，如以下更详细描述的)。相对快的填充时间和/或相对小的分层距离可至少部分地受无机颗粒(例如，能够增强酸的吸收)的表面积和/或隔离件的孔径(例如，最大孔径、中值孔径)影响。通常，在所有其他因素相同的情况下，相对小的酸分层距离与较小的孔有关，而相对快的酸填充时间与较大的孔有关。期望特性的这种组合通常难以在单一隔离件中实现。如本文所述，在一些实施方案中，无机颗粒的并入能够实现增加的酸吸收，得到相对低的酸分层距离，同时可以调节电池隔离件的孔径(例如，最大孔径、中值孔径)以实现相对快的酸填充时间。
包括非织造网的电池隔离件的一个非限制性实例示意性地示于图1中。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包含多根玻璃纤维。非织造网还可包含多个无机颗粒，例如二氧化硅颗粒。在一些实施方案中，电池隔离件可以是单个层(例如，隔离件不包括图1中的层7)。例如，电池隔离件可由单个非织造网形成。
在另一些实施方案中，电池隔离件可包括多个层。例如，除非织造网6之外，电池隔离件还可包括可与非织造网相邻(例如，接触非织造网的一侧)的任选的层7(例如，附加层)。该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)，其中至少一个非织造网包含多个无机颗粒，如本文所述。
在一些实施方案中，一个或更多个任选的层(例如，附加层)可以是非织造网。任选的层/附加层的非限制性实例包括纤维网，例如包含多根玻璃纤维的非织造网，所述非织造网在一些实施方案中还可包含多个无机颗粒，而在另一些实施方案中可基本上不含无机颗粒。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。
应理解，附图中所示的层的配置仅为举例，并且在另一些实施方案中，包括其他配置的层的电池隔离件可以是可能的。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。
包含无机颗粒的非织造网的非限制性实例示于图2A至2C中。无机颗粒的实例在下文提供。如图2A中示意性地示出的，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)。
如本文所述，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导致非织造网的表面积增加而不显著改变非织造网的体积孔隙率。与不含无机颗粒的类似非织造网(所有其他因素相同)相比，所产生的非织造网可以具有对电解质提高的润湿性，并且可以吸收更多的电解质。因此，与不含无机颗粒的类似非织造网(所有其他因素相同)相比，包含无机颗粒的非织造网可以具有减小的酸分层距离。在一些实施方案中，无机颗粒可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，煅制二氧化硅、沉淀二氧化硅、胶体二氧化硅)、粘土、滑石、硅藻(例如，硅藻土)、沸石及其组合。在某些实施方案中，无机颗粒(例如，二氧化硅)是研磨的、熔融的和/或团聚的。在一些实施方案中，无机颗粒是基本上无孔的。然而，在一些情况下，无机颗粒可以是多孔的。如以下更详细描述的，对于某些电池类型而言，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。另外，无机颗粒可以是化学惰性的且热稳定的。
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3重量％，大于或等于约5重量％，大于或等于约7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％，或者大于或等于约25重量％。在一些情况下，非织造网和/或电池隔离件中的无机颗粒的重量百分比可小于或等于约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7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3重量％且小于约30重量％，大于或等于约5重量％且小于约15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是基于干固体的，并且可以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。在某些实施方案中，具有高表面积的无机颗粒可抵抗在电池充电期间可能发生的酸的分层或成层。
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可选择成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100m2/g，大于或等于约200m2/g，大于或等于约300m2/g，大于或等于约400m2/g，大于或等于约500m2/g，大于或等于约600m2/g，大于或等于约700m2/g，大于或等于约750m2/g，或者大于或等于约800m2/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850m2/g，小于或等于约750m2/g，小于或等于约700m2/g，小于或等于约600m2/g，小于或等于约500m2/g，小于或等于约400m2/g，小于或等于约300m2/g，或者小于或等于约200m2/g。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约100m2/g且小于或等于约850m2/g，大于或等于约300m2/g且小于或等于约750m2/g，大于或等于约200m2/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700m2/g)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，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粒径(例如，平均直径或平均最大截面尺寸)可例如大于约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14微米，大于或等于约16微米，或者大于或等于约18微米。颗粒的平均粒径可例如小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，小于或等于约16微米，小于或等于约14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，小于或等于约4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0.5微米，小于或等于约0.1微米，或者小于或等于约0.05微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.05微米且小于或等于约20微米，大于或等于约1微米且小于或等于约18微米)。其他范围也是可能的。本领域技术人员将能够选择用于确定平均粒径的合适的方法，包括例如，激光衍射。例如，在激光衍射方法中，颗粒被激光束(例如，He-Ne激光束)穿过并测量激光的散射，其中粒径与光散射的强度成正比并且与激光束的角度成反比。
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重量损失小于颗粒总重量的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重量损失百分比(例如，酸重量损失％＝[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，总重量损失小于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(例如，形成可随后进行干燥的湿料)。
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％的碱(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。
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3mm至约25mm(例如，约6mm，或约12mm)。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7mm，或者小于或等于约5mm。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3mm，大于或等于约5mm，大于或等于约10mm，大于或等于约12mm，大于等于约15mm，或者大于或等于约20mm。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3mm且小于约25mm)。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(例如，不管玻璃纤维是微玻璃的、短切原丝的还是另一类型的)的平均直径可大于或等于约1.5微米，大于或等于约2微米，大于或等于约2.5微米，大于或等于约3微米，大于或等于约4.5微米，大于或等于约5微米，大于或等于约6微米，大于或等于约7微米，或者大于或等于约9微米。在一些情况下，非织造网中的玻璃纤维的平均直径可具有小于或等于约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6微米，小于或等于约5微米，小于或等于约4.5微米，小于或等于约3微米，小于或等于约2.5微米，或者小于或等于约2微米的平均纤维直径。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1.5微米且小于或等于约10微米，大于或等于约2微米且小于或等于约9微米，大于或等于约2微米且小于或等于约5微米，大于或等于约2.5微米且小于或等于约4.5微米)。
在一些实施方案中，非织造网中的玻璃纤维(例如，不管玻璃纤维是微玻璃的、短切原丝的还是另一类型的)的平均长度可小于或等于约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可大于或等于约0.05mm，大于或等于约0.1mm，大于或等于约0.3mm，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，或者大于等于约20mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1mm且小于约25mm，大于或等于约0.3mm且小于约20mm，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(例如，不管玻璃纤维是微玻璃的、短切原丝的还是另一类型的)。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％，大于或等于约90重量％，或者大于或等于约95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97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％，或者小于或等于约60重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于约50重量％且小于或等于约97重量％，大于约60重量％且小于或等于约97重量％，大于约70重量％且小于或等于约97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，非织造网包含约0重量％至约30重量％的短切原丝玻璃纤维和含有微玻璃纤维的剩余部分。例如，在一些实施方案中，非织造网包含大于或等于约0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％，或者大于或等于约25重量％的短切原丝玻璃纤维，和含有微玻璃纤维的剩余部分。在某些实施方案中，非织造网包含小于或等于约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％的短切原丝玻璃纤维，和含有微玻璃纤维的剩余部分。上述范围的组合也是可能的(例如，大于约0重量％且小于或等于约30重量％的短切原丝玻璃纤维，大于约5重量％且小于或等于约10重量％的短切原丝玻璃纤维)。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短切原丝玻璃纤维。
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。合成纤维可包括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(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、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、丙烯酸类、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4重量％，大于或等于约5重量％，大于或等于约10重量％，或者大于或等于约15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20重量％，小于或等于约10重量％，小于或等于约5重量％，或者小于或等于约4重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于约0重量％且小于或等于约20重量％，大于约1重量％且小于或等于约20重量％，大于约4重量％且小于或等于约15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2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，或者大于或等于约50mm。在一些情况下，合成纤维的平均长度可小于或等于约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1mm且小于或等于约12mm，大于或等于约3mm且小于或等于约15mm)。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的(即，具有单一组成)或多组分的(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鞘式配置(例如，第一材料可为包围第二材料(芯材料)的鞘材料)，并列式配置(例如，第一材料可布置成与第二材料相邻)，橘瓣式(segmented-pie)布置(例如，不同材料可以以楔形配置彼此相邻布置)，三叶式布置(例如，叶的端部可具有不同于该叶的材料)以及一种组分在不同组分中的局部区域的布置(例如，“海岛型(islands-in-the-sea)”)。
在一些实施方案中，对于芯鞘型配置，多组分纤维(如双组分纤维)可包括第一材料的鞘，所述鞘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，构成鞘的第一材料可熔化(例如，可表现出相变)，而构成芯的第二材料保持不变(例如，可不表现出相变)。例如，多组分纤维的外鞘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，纤维的外鞘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、PBT/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4重量％，大于或等于约5重量％，大于或等于约10重量％，或者大于或等于约15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20重量％，小于或等于约10重量％，小于或等于约5重量％，或者小于或等于约4重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于约0重量％且小于或等于约20重量％，大于约4重量％且小于或等于约15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)。
在一些实施方案中，非织造网可包含一种或更多种另外类型的纤维。一种或更多种另外的纤维可包含天然纤维(例如，纤维素)、碳纤维、纳米纤维和/或原纤化纤维。在一些实施方案中，非织造网中的一种或更多种另外的纤维的重量百分比可为0重量％，大于或等于约0.5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5重量％，或者大于或等于约7重量％。在某些实施方案中，非织造网中的一种或更多种另外的纤维的重量百分比可小于或等于约10重量％，小于或等于约7重量％，小于或等于约5重量％，小于或等于约2重量％，小于或等于约1重量％，或者小于或等于约0.5重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5重量％且小于或等于约10重量％，大于或等于约1重量％且小于或等于约5重量％)。
在其中非织造网/隔离件包含无机颗粒(例如，二氧化硅颗粒)的某些实施方案中，非织造网/隔离件可包含助留剂。助留剂可帮助将无机颗粒保留在非织造网中。可以使用多种类型的助留剂。助留剂可以是阳离子的、阴离子的或非离子的。助留剂的非限制性实例包括胶体二氧化硅、氯化铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、阳离子或阴离子改性的聚丙烯酰胺、瓜尔胶(例如，经胺处理的阳离子瓜尔胶)、淀粉(例如，阴离子氧化淀粉)、以及非离子聚合物材料如聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷。其他助留剂也是可能的。
非织造网/隔离件中存在的助留剂的量可为例如非织造网/隔离件总重量的至少约0.02重量％，至少约0.04重量％，至少约0.05重量％，至少约0.1重量％，至少约0.15重量％，至少约0.2重量％，至少约0.3重量％，至少约0.4重量％，或者至少约0.5重量％。在某些实施方案中，非织造网/隔离件中存在的助留剂的量可为非织造网/隔离件总重量的小于或等于约1重量％，小于或等于约0.5重量％，小于或等于约0.4重量％，小于或等于约0.3重量％，小于或等于约0.2重量％，小于或等于约0.15重量％，小于或等于约0.1重量％，小于或等于约0.05重量％，或者小于或等于约0.05重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，约0.02重量％至约0.5重量％)。其他范围也是可能的。非织造网和/或电池隔离件中的助留剂的重量百分比是基于干固体的。
可以以任何合适的方式将助留剂添加至纤维网。在一些实施方案中，在非织造网形成期间将助留剂添加至纤维浆料中。在一些实施方案中，在非织造网形成期间可将一种或更多种在上述范围内的助留剂添加至纤维浆料中，并且重量百分比可以基于浆料中存在的固体。
如本文所述，在一些实施方案中，本文所述的非织造网(例如，包含多根玻璃纤维和多个无机颗粒的非织造网)具有期望的酸填充时间(例如，酸电解质填充电池隔离件的时间)。在一些实施方案中，酸填充时间小于或等于约200秒，小于或等于约150秒，小于或等于约100秒，小于或等于约75秒，或者小于或等于约50秒。在某些实施方案中。酸填充时间大于或等于约30秒，大于或等于约50秒，大于或等于约75秒，大于或等于约100秒，或者大于或等于约150秒。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约30秒且小于或等于约200秒，大于或等于约50秒且小于或等于约150秒)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，通过将在机器方向上切割的6.0英寸(在机器方向(MD)上测量的)x 1.9英寸的样品非织造网/隔离件竖立地放置在两个板(例如，聚碳酸酯板)之间并用垫片包围(例如，使得酸不超出非织造网的侧面)来测量酸填充时间。示例性的测试装置示于图3A中。板之间的空间(即，在由垫片限定的区域内并且其中存在样品)的入口靠近样品的顶部，并且出口靠近样品的底部。板以一定距离隔开，使得隔离件样品的平均密度为约200g/m2/mm。例如，可如下将板隔开：首先确定获得约200g/m2/mm的平均密度所需的隔离件的厚度，并将特定厚度的填隙片(shim)放置在板之间以维持该厚度。将酸填充到该入口中，使得酸接触样品的上边缘。然后在出口施加真空(530mm Hg的压力)。酸填充时间通过酸经过样品垂直地移动6英寸所需的时间量来确定。在看到酸离开竖立样品的底部时停止计时。该测试在环境压力和约15℃至25℃的温度下进行。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网(例如，包含多根玻璃纤维和多个无机颗粒的非织造网)具有特定的酸吸收容量。如本文所使用的酸吸收容量被测量为对于非织造网的每单位重量，非织造网吸收的酸的重量(以克计)。在一些实施方案中，非织造网的酸吸收容量大于或等于约7g酸/g非织造网，大于或等于约7.5g酸/g非织造网，大于或等于约8g酸/g非织造网，大于或等于约8.5g酸/g非织造网，大于或等于约9g酸/g非织造网，或者大于或等于约9.5g酸/g非织造网。在某些实施方案中，非织造网的酸吸收容量小于或等于约10g酸/g非织造网，小于或等于约9.5g酸/g非织造网，小于或等于约9g酸/g非织造网，小于或等于约8.5g酸/g非织造网，小于或等于约8g酸/g非织造网，或者小于或等于约7.5g酸/g非织造网。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约7g酸/g非织造网且小于或等于约10g酸/g非织造网，大于或等于约8g酸/g非织造网且小于或等于约9.5g酸/g非织造网)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，如下测量酸吸收容量：制备非织造网的样品，测量非织造网的干重，并且将非织造网浸入酸电解质(比重为1.28g/cm3的硫酸溶液)中(例如，约15分钟)，使得电解质被吸收。将样品从酸电解质中移出，通过用镊子将样品悬挂并使过量的酸从样品中滴出而将过量的电解质移除。在电解质不再从网中滴出之后1分钟，对非织造网称重。酸吸收容量是非织造网的湿重(例如，非织造网和所吸收的酸电解质)与干重之差除以非织造网的干重。该测试在环境压力和约15℃至25℃的温度下进行。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网(例如，包含多根玻璃纤维和多个无机颗粒的非织造网)具有特定的酸分层距离。酸分层距离是在60分钟内(例如，同时在压缩下)酸电解质置换非织造网中的比重为1.1g/cm3的硫酸溶液的距离的度量。在一些实施方案中，非织造网的酸分层距离大于或等于约0.5cm，大于或等于约1cm，大于或等于约2cm，大于或等于约3cm，或者大于或等于约4cm。在某些实施方案中，非织造网的酸分层距离小于或等于约5cm，小于或等于约4cm，小于或等于约3cm，小于或等于约2cm，或者小于或等于约1cm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5cm且小于或等于约5cm，大于或等于约1cm且小于或等于约3cm)。其他范围也是可能的。
如本文所确定的，如下测量酸分层距离：首先将非织造网/隔离件的8.5英寸(在MD上测量的)x1.5英寸的样品浸入比重为1.1g/cm3的硫酸溶液中约1分钟，例如，直至非织造网被该酸浸透。然后将浸透的样品笔直地垂直取向地放入两个板(例如，聚碳酸酯板)之间并用垫片包围(例如，使得酸不超出样品的侧面)，使得样品的上表面在板的顶部是可及的。示例性的测试装置示于图3B中。板以一定的距离隔开，使得隔离件样品的平均密度为约240g/m2/mm。例如，可如下将板隔开：首先确定获得约240g/m2/mm的平均密度所需的隔离件的厚度，并且将特定厚度的填隙片放置在板之间以维持该厚度。将体积为10mL至25mL的酸电解质(包含可溶性染料的比重为约1.28g/cm3的硫酸)引入在板之间的非织造网顶部的可及区域中，直至酸电解质正好接触样品的上边缘。确定60分钟之后酸电解质向下移动(置换非织造网内的初始酸)的距离(即，酸分层距离)。如果酸电解质移动的距离存在变化(例如，跨越样品的宽度的变化)，则使用最高距离和最低距离的中点来计算酸分层距离。该测试在环境压力和约15℃至25℃的温度下进行。
图4示出了示例性电池布置的截面。图4示出了包括平坦电池隔离件70(例如，包括本文所述的非织造网)的电池布置的截面，所述平坦电池隔离件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。在图4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。
在一些实施方案中，包括包含多个无机颗粒的非织造网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(basis weight)可为约25g/m2至约500g/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，大于或等于约350g/m2，或者大于或等于约400g/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500g/m2，小于或等于约430g/m2，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500g/m2，大于或等于约80g/m2且小于或等于约430g/m2)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，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)的比表面积可为约1m2/g至约100m2/g。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)的比表面积可大于或等于约1m2/g，大于或等于约2m2/g，大于或等于约5m2/g，大于或等于约10m2/g，大于或等于约20m2/g，大于或等于约50m2/g，或者大于或等于约75m2/g。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)的比表面积可小于或等于约100m2/g，小于或等于约75m2/g，小于或等于约50m2/g，小于或等于约20m2/g，小于或等于约10m2/g，小于或等于约5m2/g，或者小于或等于约2m2/g。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1m2/g且小于或等于约100m2/g，大于或等于约5m2/g且小于或等于约75m2/g)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，非织造网和/或电池隔离件的比表面积根据BCIS-03A，2009年9月，方法8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压力进行确定。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5mm。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，大于或等于约2.5mm，大于或等于约3mm，大于或等于约3.5mm，大于或等于约4mm，或者大于或等于约4.5mm。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5mm，小于或等于约4.5mm，小于或等于约4mm，小于或等于约3.5mm，小于或等于约3mm，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5mm，大于约0.1mm且小于或等于约4mm)。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)的厚度可变化，例如约0.05mm至约30mm。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0.5mm，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压力进行确定。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网和/或电池隔离件的密度可为例如约100g/m2/mm至约250g/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)的密度可小于或等于约小于或等于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，或者小于或等于约125g/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)的密度可大于或等于约100g/m2/mm，大于或等于约150g/m2/mm，或者大于或等于约200g/m2/mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约100g/m2/mm且小于或等于约250g/m2/mm，大于或等于约125g/m2/mm且小于或等于约200g/m2/mm)。其他范围也是可能的。如本文所确定的，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)的密度通过根据BCIS-03A，2009年9月，方法3确定的非织造网(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下确定的非织造网(和/或电池隔离件)的厚度进行测量。
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)可具有合适的最大孔径。如本文所述，纤维网的最大孔径可影响酸填充时间和/或酸分层距离。在一些实施方案中，非织造网和/或电池隔离件的最大孔径可小于或等于约25微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，小于或等于约16微米，小于或等于约14微米，小于或等于约12微米，或者小于或等于约10微米。在另一些实施方案中，最大孔径可大于或等于约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14微米，或者大于或等于约16微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约8微米且小于或等于约18微米，大于或等于约10微米且小于或等于约16微米)。最大孔径的其他值和范围也是可能的。如本文所确定的，最大孔径使用液体孔隙率法根据标准BCIS-03A，2009年9月，方法6进行测量。
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)可表现出合适的中值孔径，例如，对于离子传导合适的中值孔径。在一些实施方案中，非织造网和/或电池隔离件的中值孔径可小于或等于约7微米，小于或等于约6.5微米，小于或等于约6微米，小于或等于约5.5微米，小于或等于约5微米，小于或等于约4.5微米，小于或等于约4微米，小于或等于约3.5微米，或者小于或等于约3微米。在另一些实施方案中，中值孔径可大于或等于约2.5微米，大于或等于约3微米，大于或等于约3.5微米，大于或等于约4微米，大于或等于约5微米，或者大于或等于约6微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2.5微米且小于或等于约4.5微米，大于或等于约3微米且小于或等于约4微米)。中值孔径的其他值和范围也是可能的。如本文所确定的，中值孔径根据标准BCIS-03A，2009年9月，方法6进行测量。
在一些实施方案中，本文所述的包括非织造网的电池隔离件包含多个无机颗粒(例如，二氧化硅)并且具有在特定范围内的最大孔径和中值孔径的组合。在一组实施方案中，电池隔离件和/或非织造网的最大孔径为约8微米至约18微米(例如，最大孔径为约10微米至约16微米)并且中值孔径为约2.5微米至约4.5微米(例如，中值孔径为约3微米至约4微米)，但是其他范围(例如，以上所述的那些)也是可能的。该电池隔离件和/或非织造网可以表现出相对快的酸填充时间和/或相对低的酸分层距离(例如，与具有不同的最大孔径和/或中值孔径的电池隔离件和/或非织造网，和/或基本上不含无机颗粒的电池隔离件和/或非织造网(所有其他因素相同)相比)。电池隔离件和/或非织造网的酸填充时间可为例如小于或等于约200秒，和/或酸分层距离可为例如小于或等于约5cm。
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，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)在机器方向上的干拉伸强度可大于或等于约0.2lbs/in，大于或等于约0.5lbs/in，大于或等于约1lb/in，大于或等于约2lbs/in，大于或等于约5lbs/in，大于或等于约10lbs/in，大于或等于约12lbs/in，或者大于或等于约15lbs/in。在一些情况下，在机器方向上的干拉伸强度可小于或等于约20lbs/in，小于或等于约15lbs/in，小于或等于约12lbs/in，小于或等于约10lbs/in，小于或等于约5lbs/in，小于或等于约2lbs/in，小于或等于约1lb/in，或者小于或等于约0.5lbs/in。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5lbs/in且小于或等于约20lbs/in，大于或等于约1lb/in且小于或等于约15lbs/in)。在机器方向上的干拉伸强度可使用标准BCIS 03B，2010年3月修订，方法4进行确定。
在一些实施方案中，本文所述的电池隔离件和/或非织造网的戳穿强度(puncturestrength)(或耐戳穿性)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，戳穿强度(或耐戳穿性)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5N且小于或等于约15N)。戳穿强度可使用方案BCIS 03B，2010年3月修订，方法9进行确定。
在一些实施方案中，本文所述的电池隔离件和/非织造网的压力损失可小于或等于约30％，小于或等于约25％，或者小于或等于约20％。在某些实施方案中，本文所述的电池隔离件和/非织造网的压力损失可大于或等于约15％，大于或等于约20％，或者大于或等于约25％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约15％且小于或等于约30％，大于或等于约15％且小于或等于约25％)。其他范围也是可能的。可如下确定压力损失：将10cm x 10cm的非织造网/隔离件样品放入塑料袋(例如，12cm x 12cm)中，向(干)非织造网/隔离件样品施加30kPa的初始压力5分钟(例如，通过将塑料袋放入由计算机操作的板之间并用板向非织造网/隔离件样品施加外力(例如，30kPa))。将仪器进行校准以将袋的厚度考虑在内。向袋中添加约20mL电解质(比重为1.28g/cm3的硫酸溶液)，同时保持板之间的距离。停止向样品施加30kPa压力，并且在保持板之间的距离的同时，测量1小时后由板施加在样品上的压力(例如，通过位于一个板之后的测压元件(load cell)进行)。该测试在环境压力和约15℃至25℃的温度下进行。压力损失百分比(即压力损失)计算为100％x(30-1小时后记录的以kPa计的压力)/30。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网和/或电池隔离件在压缩压力(例如，在10kPa至50kPa进行压缩)的循环下可具有损失厚度的趋势。厚度损失百分比是非织造网和/或电池隔离件的弹性的一般度量，涉及在施加的压力被移除之后非织造网和/或电池隔离件恢复至其初始厚度(或体积)的能力。通常，厚度损失百分比越低，非织造网和/或电池隔离件的弹性越大。在一些实施方案中，电池的性能可受非织造网/隔离件的弹性的影响，其中非织造网和/或电池隔离件的弹性越大(例如，厚度损失百分比越低)，包括该非织造网/隔离件的电池的性能越好。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网和/或电池隔离件在10kPa压力下的厚度损失百分比小于或等于约30％，小于或等于约26.7％，小于或等于约23.4％，小于或等于约20.1％，小于或等于约16.8％，或者小于或等于约13.5％。在一些实施方案中，非织造网和/或电池隔离件在10kPa压力下的厚度损失百分比大于或等于约1％，大于或等于约5％，大于或等于约10％，大于或等于约13.5％，大于或等于约16.8％，大于或等于约20.1％，大于或等于约23.4％，或者大于或等于约26.7％。上述范围的组合也是可能的(例如，小于或等于约30％且大于或等于约10％，小于等于约16.8％且大于或等于约10％)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，本文所述的非织造网和/或电池隔离件在50kPa压力下的厚度损失百分比小于或等于约15％，小于或等于约10％，小于或等于约7.8％，小于或等于约6.1％，小于或等于约4.5％，或者小于或等于约2.8％。在一些实施方案中，非织造和/或电池隔离件在50kPa压力下的厚度损失百分比大于或等于约1.2％，大于或等于约2.8％，大于或等于约4.5％，大于或等于约6.1％，或者大于或等于约10％。上述范围的组合也是可能的(例如，小于或等于约7.8％且大于或等于约1.2％，大于或等于约1.2％且小于或等于约6.1％)。其他范围也是可能的。
如本文所使用的，如下确定非织造网/隔离件的厚度损失百分比：将10cm x 10cm的样品非织造网/隔离件放入塑料袋(例如，12cm x 12cm)中，向袋中添加酸电解质(比重为1.28g/cm3的硫酸)使得非织造网/隔离件被完全浸透(例如，15mL至30mL)。将仪器进行校准以将袋的厚度考虑在内。通过压缩测试仪将塑料袋压缩至约10kPa，然后在约10kPa至约50kPa间循环20个周期(其中每个周期180秒)。如下计算在特定压力(例如，10kPa或50kPa)下的厚度变化百分比：取得非织造网/隔离件在特定压力(例如，10kPa或50kPa)下在第20个周期的厚度与非织造网/隔离件在特定压力(例如，10kPa或50kPa)下在第1个周期的厚度之差，所述差除以非织造网/隔离件在特定压力(例如，10kPa或50kPa)下在第1个周期的厚度，并且乘以100％。该测试在环境压力和约15℃至25℃的温度下进行。
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)也可适用于包括所述非织造网的电池隔离件。
如上所述，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
Figure BDA0001426700360000221
)、层合件和复合材料。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，同时使所述组合件处于合适的电解质中(例如，以使所糊贴的氧化物转化为活性材料)。
作为具体实例，正极板可包含作为活性材料的二氧化铅，负极板可包含作为活性材料的铅。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。膨胀剂可商购自例如Hammond Lead Products(Hammond,IN)和Atomized Products Group,Inc(Garland,TX)。
市售的膨胀剂的一个实例是
Figure BDA0001426700360000222
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，可将隔离件切割成片并且可置于两个极板之间，或者可将隔离件卷绕在极板(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。在一些实施方案中，电池隔离件可作为叶片隔离件、包套隔离件和/或以卷绕配置(wound configuration)使用。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，本文所述的电池隔离件的形状(例如，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。
在一些实施方案中，与本文所述的电池隔离件一起使用的电解质是硫酸。在一些实施方案中，硫酸的比重为1.21g/cm3至1.32g/cm3(例如，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。尽管本文主要描述了基于硫酸的电解质，但是应理解，电解质可以包含其他组成。
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)。在阀控式铅酸(VRLA)电池中，例如，内部环境由用于排气的阀控制，随着压力累积，该阀排出电池中的气体(例如，氢气、氧气)。阀是压力释放阀，仅在内部电池压力达到阈值时打开。当电池中的内部压力低于该阈值时，该阀防止任何一种气体逸出。形成的O2可以从正电极向负电极扩散并与H2重组以形成水。在电池中氧和氢重组的能力控制电池性能的多个方面和安全性。纯氧和纯氢是易爆气体，因此重组对于避免易爆电池是重要的。氧和氢低水平的重组还对电池的充电接受能力产生负面影响。本文所述的电池隔离件可促进氧和/或氢的重组，并因此增加电池的效率和性能。
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(如层合、整理或通过使用粘合剂)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附在一起。例如，层可通过粘结剂粘附和/或在任一侧彼此熔融结合。也可使用层合和压延工艺。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附到另一层。
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7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(包括例如层合、热点结合、压延、超声处理)或者通过粘结剂接合，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。
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，电池隔离件可包括最多至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真空圆网抄纸机)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。应理解，在一些实施方案中，电池隔离件可以是没有连接附加层的单层的非织造网(例如，通过湿法成网工艺形成)。
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，33°F至100°F(例如，50°F至85°F)。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％。
在其中无机颗粒包含在纤维网中的一些实施方案中，可以以任何合适的量将无机颗粒添加至纤维浆料中。还可向浆料中添加附加组分(例如，一种或更多种助留剂)。在纤维浆料进入流浆箱之前，可在任何阶段将无机颗粒和/或附加组分添加至纤维浆料中。
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。浆料可通过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、真空圆网抄纸机、筒形/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。
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合、共打褶或整理的工艺形成和/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。
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
以下实施例说明了平均纤维直径和孔径(例如，最大孔径、中值孔径和最小孔径)对电池隔离件的酸分层距离和酸填充时间的影响。所测试的隔离件各自为具有表1所示纤维直径和基重的单层非织造网。隔离件不包含无机颗粒(例如，二氧化硅)。
表1：隔离件A至E的平均玻璃纤维直径和基重
平均纤维直径(微米) 基重(gsm)
隔离件A 2.48 200
隔离件B 2.78 200
隔离件C 2.09 220
隔离件D 1.61 200
隔离件E 1.50 200
如下形成隔离件：用典型的造纸工艺通过使玻璃纤维和其他组分分散在水中以形成湿料并将其转移至流浆箱以形成湿隔离件片。然后使湿片通过一系列加热的滚筒以烘干水，形成干的隔离件。所有的隔离件的基重在200gsm至220gsm的范围内。
图5绘制了隔离件的最大孔径、中值孔径和最小孔径。隔离件D和E由于形成该结构的玻璃纤维较细而通常具有较小的孔径。特别地，隔离件D和E的结构中存在的最大孔径小于10微米。其余隔离件(A至C)用平均直径大于2微米的玻璃纤维形成，并且最大孔径和中值孔径大于隔离件D和E的那些。特别地，这些隔离件A至C中存在的最大孔径大于10微米。
测量每个隔离件的酸分层距离和酸填充时间，并且绘制在图6中。用于测量酸填充时间和酸分层距离的测试装置分别示于图3A和图3B中。数据显示，最大孔径为12微米至20微米、中值孔径为4微米至6.5微米且平均纤维直径大于或等于约2微米的隔离件A、B和C，与最大孔径、中值孔径和/或平均纤维直径在这些范围之外的隔离件(隔离件D、E)相比，表现出更快的酸填充时间，但是具有更大的酸分层距离。该实施例说明了隔离件可以通过控制隔离件的孔径(例如，最大孔径和/或中值孔径)来实现相对快的酸填充时间，但是该隔离件可具有相对大的酸分层距离。
实施例2
以下实施例说明了将无机颗粒并入隔离件中可以使包含不同纤维直径的隔离件的酸分层距离和酸填充时间减少。
图7绘制了多种隔离件的最大孔径、中值孔径和最小孔径，所述隔离件包括：隔离件B、具有两种不同比表面积的二氧化硅颗粒的隔离件B、隔离件C、具有二氧化硅颗粒的隔离件C、隔离件D和隔离件E。如实施例1中所述地制备隔离件B、C和D。这些隔离件的比表面积和平均玻璃纤维直径示于表2中。以与实施例1中描述的类似方式制备并入有二氧化硅颗粒的隔离件，不同之处在于在造纸工艺期间将二氧化硅颗粒添加至玻璃分散体中。
表2：隔离件的平均玻璃纤维直径、基重、比表面积和无机颗粒的重量％
Figure BDA0001426700360000271
可以看出，在隔离件B和隔离件C中并入二氧化硅一般地显著增加了隔离件的比表面积。如图7所示，包含二氧化硅的隔离件B和C的中值孔径倾向于各自小于不含二氧化硅的隔离件B和C。此外，具有二氧化硅的隔离件B和具有二氧化硅的隔离件C的孔大于隔离件D和E；特别地，这些经二氧化硅填充的隔离件中存在的最大孔比隔离件D和E中的那些大得多。
图8绘制了图7中所示的隔离件的酸分层距离和酸填充时间。用于测量酸填充时间和酸分层距离的测试装置分别示于图3A和图3B中。可以看出，包含二氧化硅的隔离件B和包含二氧化硅的隔离件C的酸分层距离与所有其他隔离件相比显著降低。实际上，与不含二氧化硅的隔离件B相比，具有二氧化硅的隔离件B(2)的酸分层距离下降3至6倍；对于具有二氧化硅的隔离件C，与不含二氧化硅的隔离件C相比，酸分层距离下降2倍。
如上所述，与不含二氧化硅的隔离件B和C相比，虽然如上所述将二氧化硅填充到隔离件B和C中显著降低了酸分层距离，但是隔离件中二氧化硅的存在仅稍微增加酸填充时间。与隔离件D和E相比，具有二氧化硅的隔离件B和C具有相当的或降低的酸分层距离和更快的酸填充时间。
总之，与不含二氧化硅颗粒的隔离件和/或平均纤维大小更小(和/或最大孔径和中值孔径更小)的隔离件相比，包含平均纤维直径大于2微米的玻璃纤维并且包含二氧化硅颗粒的隔离件具有降低的酸分层距离和相对低(更快)的酸填充时间。

Claims (26)

1.一种电池隔离件，包括：
非织造网，包含：
平均直径大于或等于1.5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50重量％的量存在；以及
多个无机颗粒，
其中所述非织造网的最大孔径为至少8微米且小于或等于25微米，以及
其中所述非织造网的中值孔径为至少2.5微米且小于或等于6微米。
2.一种电池隔离件，包括：
非织造网，包含：
平均直径大于或等于1.5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50重量％的量存在；
多个无机颗粒；
其中所述非织造网的最大孔径为至少8微米且小于或等于25微米；
其中所述非织造网的中值孔径为至少2.5微米且小于或等于6微米；
其中所述非织造网的酸分层距离小于或等于5cm；以及
其中所述非织造网的酸填充时间小于或等于200秒。
3.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述无机颗粒以大于或等于所述非织造网的3重量％且小于或等于所述非织造网的30重量％的量存在。
4.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多个无机颗粒包含二氧化硅。
5.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多个无机颗粒包含沉淀二氧化硅。
6.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多个无机颗粒的平均比表面积大于或等于100m2/g且小于或等于850m2/g。
7.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多个无机颗粒的平均粒径大于或等于0.01微米且小于或等于20微米。
8.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多根玻璃纤维的平均直径大于或等于2微米。
9.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述玻璃纤维以大于或等于所述非织造网的50重量％且小于或等于所述非织造网的97重量％的量存在。
10.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网还包含多根合成纤维，其中所述合成纤维以大于或等于0重量％且小于或等于20重量％的量存在于所述非织造网中。
11.根据权利要求10所述的电池隔离件，其中所述多根合成纤维包括双组分纤维。
12.根据权利要求1所述的电池隔离件，其中所述非织造网的酸分层距离小于或等于5cm。
13.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的酸吸收为至少7g酸/g非织造网且小于或等于10g酸/g非织造网。
14.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的酸填充时间小于或等于150秒。
15.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的厚度为至少0.05mm且小于或等于5mm。
16.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的表观密度为至少100gsm/mm且小于或等于250gsm/mm。
17.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的总体比表面积为至少1m2/g且小于或等于100m2/g。
18.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网在所述非织造网的机器方向(MD)上的拉伸强度大于或等于0.2lbs/in且小于或等于20lbs/in。
19.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的戳穿强度为至少1N且小于或等于20N。
20.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的压力保持为至少15％且小于或等于30％。
21.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网在10kPa下的厚度损失百分比小于或等于30％。
22.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网在50kPa下的厚度损失百分比小于或等于7.8％。
23.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述多个颗粒的酸重量损失小于20％。
24.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的最大孔径为至少8微米且小于或等于18微米。
25.根据权利要求1或2所述的电池隔离件，其中所述非织造网的中值孔径为至少2.5微米且小于或等于4.5微米。
26.一种铅酸电池，包括根据前述权利要求中任一项所述的电池隔离件。
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