CN1679184A - 隔板、具有隔板的电池和隔板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于电池的隔板，该隔板包括无机纤维形成的板状结构，其不同之处在于，所述隔板浸渍有胶体无机纳米微粒的分散体，当溶剂干燥时，使富含于所述纤维的交叉点中的所述微粒形成粘接剂。本发明还涉及包括高压作用于活性材料上的隔板的电池以及制作所述隔板的方法。

Description

隔板、具有隔板的电池和隔板的制作方法
发明领域
本发明涉及用于电池的隔板和具有至少一个这种隔板的电池，本发明还涉及这种隔板的制作方法。
背景技术
用于发动引擎、照明、备用电源等的电池为能量存储在电极中的电化学电源。这些电极构成包括至少一个阴极(连接于电池正极柱的正极)、至少一个阳极(连接于电池负极柱的负极)和电解质的电化学系统。
最常见的用于上述目的的存储系统是铅蓄电池和镍镉电池。其他若干系统还在发展中，例如，替代NiCd电池的Ni-MH。所述电池系统具有水基电解质，但其他系统需要有机电解质，甚至有一些电池具有熔融盐。
例如，如果通过强大的机械力将同一个电池中的阴极和阳极压制在一起，就会发生短路。短路可能强大到发生爆炸。因此，几乎在所有情况下，隔离壁总是置于每个阴极和阳极之间。该隔离壁(隔板)必须具有电学非导电性，但又必须为多孔的，其多孔程度使电流可以相对不受限制地在各电极之间通过。
在一些结构中，隔板可占据电极间整个间距，尤其当该间距较小时。在一些系统例如铅蓄电池中，电解质参与电池反应，且硫酸量必须调节到希望能从电池中提取的容量。因此，可使该电极间距格外大，而且可能有必要制造具有肋条的隔板。所提供的这些肋条的高度和结构可使其支撑所述电极。具有水基电解质的电池所需的隔板的典型孔隙率可为50-75％。
隔板中的材料根据电解质的组成而不同。PVC由于其在酸性和碱性电解质中都具有稳定的化学性能而成为一种常用的材料。在更先进的、在高温状态工作的电池中，可使用例如氮化硼毡。在有些情况下，设置电极使其呈液态，例如，NaS电池，当电解质由固体Al2O3组成时撤除隔板。
有一种特殊材料已用于铅蓄电池。即，抗化学腐蚀玻璃(C-glass)的微细纤维形成为厚度为0.5mm-2mm、孔隙率约95％的垫。这种垫可包含大量酸性电解质但易于压缩在一起。这样，例如，仅需约80kPa的压力就可以将厚度为1mm的玻璃绒隔板(AGM-隔板；AGM＝吸收性玻璃垫)压缩为0.5mm。
AGM隔板的两种特性使其在铅蓄电池中很有用。如果放置该隔板使其靠着正极的活性材料，则该隔板可防止松动微粒从电极上掉落到蓄电池容器的底部，如果掉落，短路相对更容易在所述底部发生。
第二种有利特性是使硫酸也分布于隔板的孔中的能力(也若该隔板未被酸完全饱和时)。这种特性使在充电过程中形成于正极的氧有可能通过隔板并在负极上还原为水——即所谓氧气复合。
特别在免维护铅蓄电池中，这些优点得到利用，因为这可使电池只用一个阀而封闭，其中该阀在气压太高的情况下打开。而且这也可达到更高的单位体积容量，因为电极下方的所谓沉积物空间以及电极上方的空间已被大大消除。
对于电池的需求和应用使电池出现了很多不同的结构。关于铅蓄电池有两大类型：具有膏剂、呈平板状正极的电池和具有管状正极的电池。后者将正极活性材料(PAM)封闭在多孔容器内，而且PAM围绕铅或铅合金制成的集流体。围绕PAM的管道本身就是对于这些物质的支撑。由于中心导流体腐蚀并形成体积大于铅的二氧化铅，PAM产生一定的压缩。众所周知，以循环次数测量的这些管状电极的寿命长于具有膏剂的平板状电极。其原因被认为是由于所述膨胀而产生的压力。
随着铅蓄电池中电极的反复放电，会出现活性材料的膨胀，电极在其多孔性程度变得更高的同时不同粒子之间的接触变弱。这种膨胀会继续进行，并伴随多次放电，直到内部的微粒接触被阻断为止。
如对于管状电极的描述，可通过在充电过程中向电极表面施加机械压力来抵消上述效应。然而，应允许一定程度的膨胀，以高效地利用活性材料。通过AGM隔板中玻璃纤维的弹簧效应，这种类型隔板可很好地适用于这个目的。然而，当为了使电池的内部阻抗最小化而更多地要求制作尽可能薄的隔板时，这种隔板就会被就压缩在一起以致弹簧效应停止。高于80kPa的压力不常见。薄的(压制在一起的)隔板，即，0.5mm左右的隔板带来枝晶造成短路的风险。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术的问题，具体地是提高隔板材料的稳定性和可操作性以及电池的容量和寿命。
该目的通过各个独立权利要求的特征部分所描述的特性、在上述的隔板和电池中达到的。
根据本发明的隔板可在组装过程中经受大的机械压力，而其结构不会毁坏。
本发明的不同之处在于，隔板中的纤维连接在一起，使得该隔板可以经受机械载荷而不会在该载荷解除的情况下丧失基本保持其原来厚度的能力。本发明还有一个目的就是，纤维相互之间不发生移动。此外，本发明涉及制造可经受最高达300kPa的载荷的隔板。
本发明的另一个不同之处在于，纤维的连接是通过富含、浓缩纳米微粒、并在液相(溶剂)干燥以及随后粘结在一起并将这些纤维在交叉点上连接在一起来获得。
根据本发明，通过添加所述纳米微粒在水或另一种溶剂中的分散体的方式，向隔板提供所述纳米微粒，此后该隔板干燥。由此，形成了在纤维的交叉点上微粒间的稳定和持久的粘结，该粘结可抵抗讨论中的电池中的电解质的攻击。
胶体纳米微粒这个术语指的是具有在纳米范围内小尺寸的微粒，以至于该微粒在所使用的液体中保持分散状态以形成稳定的胶体。该微粒的小尺寸也有益于真正形成上述稳定和持久的粘结。
通过带电荷的具有表面结合基团的所述微粒的表面，这些微粒会在分散于液相(溶剂)时会相互排斥。在去除该溶剂时，所述微粒会相互靠近而且会靠近所述纤维，并在分开的微粒之间会形成粘结桥，这导致本发明的稳定性。
向隔板提供包括所述胶体纳米微粒、并具有优选地为SiO2的粘结剂的浸渍液体，以实现对隔板的浸渍。
本发明特别适用于向电极和隔板施加高的机械压力的情况。本发明可适用于所有具有隔板的电池，但这里描述的尤其是用于循环寿命长的双极铅蓄电池。
除所述干燥过程之外，通过对已强化的隔板在大约300-700℃温度下进行热处理，导致在交叉点上的材料的刚性的大大增加以及因此引起的隔板稳定性的增加。
特别是，该无机纤维由玻璃制成，而玻璃是一种经济的且技术上有用的材料。尤其是根据本发明的隔板可以包括AGM材料。通过进一步添加水溶液中包括SiO2的分散体，获得一种其本身紧密粘结于纤维中的玻璃之上的材料以及经济、易于操作的分散体。
通过包括占隔板总重量的约20％-60％的粘结剂，实现强度和弹性之间的良好平衡。在优选包括占隔板总重量的约25％-45％的粘结剂时可加强这种平衡。
本发明也涉及电池，优选为双极铅蓄电池，该双极蓄电池用根据上述所述的隔板组装并优选地处于高压之下。
通过本发明的其他方面能获得更多的优点。
从JP2001283810先前知道，通过用包含分散的微粒的液体浸渍AGM隔板以获得具有置于玻璃纤维之间的微粒的隔板，以此阻隔枝晶穿透。隔板因此可制得薄于传统隔板。然而纤维的交叉点上不富含浸渍材料。关于柔性的增加或隔板本身可抵抗高压，并未指出。
Brecht(美国专利5,091,275 1992年2月25日)描述了使隔板适应于(小)电极距离的另一种方法。向隔板提供水溶液中的胶体SiO2粘结剂和硫酸盐。在压缩状态下干燥该隔板，这样SiO2和硫酸盐结合成为凝结物。安装隔板到电池中的两电极之间，而且在加入酸时，溶解所述粘结剂。因此，隔板膨胀，使电极和隔板之间产生良好接触。然而，从该文件可确知，这种凝结物在供应酸之后溶解且未将玻璃纤维粘结在一起。
此处论及的未经处理的AGM隔板(AGM＝吸收性玻璃垫)包含100％的具有高化学强度的玻璃。90％的该材料的纤维直径可小于1μm。由未处理AGM构成的隔板机械性能差、抗扯强度低，尤其是在硫酸或水(湿强度)已注入的时候。未处理AGM隔板中可观察到一定的柔性：当该隔板上有重量施加并继而减除该重量时，在该所加的负载不至于重到使玻璃纤维断裂的情况下，不久之后该隔板可恢复其初始厚度。
然而对于干隔板和湿隔板加载荷有一定的不同。湿隔板会在其后一定程度上弹性相对较小，在生产中加于电极和隔板的压力将会减小。
如上所述，隔板的柔性对于电池寿命和容量都是相当重要的。隔板在电池寿命期间应能维持高且稳定的压力施加于活性材料之上，但同时具有容许放电后的活性材料膨胀的柔性。此后，在开始加载荷时，隔板应弹回，以实现将活性材料压缩到初始厚度。本发明旨在获得这种柔性。
隔板通常通过制孔物质的混合由塑料制成。玻璃纤维隔板可与有机物质结合。然而，应该避免与PbO2接触的有机化合物，因为这些化合物随后会氧化成为CO2，而CO2使阀控电池中的氧气复合困难。根据本发明，只使用无机化合物作为隔板材料以及浸渍剂(粘结剂)。
为获得具有一定柔性和高孔隙率且机械强度好的隔板，根据本发明的优选实施例，使用以纳米微粒形式的胶体SiO2的分散体来浸渍AGM隔板。
商标名称为BINDZIL和NYACOL的产品分别由EKA Chemicals用不同浓度和不同微粒大小的SiO2制成。这里所选的BINDZIL30/220其微粒直径为15nm，但本发明并不因此而只限于该品质定义或生产厂家，也涉及其他种类的分散胶体纳米微粒。
用于所述隔板的基本材料中的玻璃纤维疏松地卷绕布置并给予隔板一定的柔性，在施加压力下伸直玻璃丝(glass tread)时产生该柔性。通过分散体提供于隔板的SiO2微粒会在干燥时在交叉点上将纤维粘结在一起，因此实现刚性的增加和抵抗机械压力的能力的增强。然而，由于并非隔板中的所有纤维都以此方式粘结，部分柔性保留。
BINDZIL 30/220是一个SiO2含量为30％的溶液，在浸渍之前稀释为包含10-50％BINDZIL30/220的溶液，(对应于3.5-16.4重量％的SiO2)，优选地含，20％的BINDZIL30/220(对应于6.9重量％的SiO2)或其近似值。所述溶液以例如约10ml/100cm2的量提供于隔板厚度约0.85mm的隔板。可以改变所提供溶液的体积，该体积当然要依赖于隔板的厚度。使用通过稀释15％-35％、优选地为25-30％的BINDZIL 30/220而获得的溶液已经证明是有优势的，因为其在刚性、柔性和剩余孔隙率之间实现了一种优选的平衡，而该平衡适用于大多数的应用。
在约110℃的温度干燥之后，浸渍前作为织物软而有柔性的隔板现在变硬，但仍具有一定柔性。继续升温到至少300℃并最高达至约700℃可生产出刚性很高的隔板。以此方式浸渍的隔板在组装电池时现在可作为平板进行操作。在玻璃纤维的情况下，特别是在约500℃的区域内的温度具有优势，因为温度更高时，玻璃会受到负面影响。
上述限定的百分数与BINDZIL30/220有关。有一种更实用的方法是限定所加的粘结剂的百分数，即干SiO2的量。因此，在表1中，“％BINDZIL”也记作“克SiO2/克玻璃”。AGM隔板中的孔隙率高(约95-96％)，所加材料对其影响极小。这里也显示SiO2量和孔隙率的关系。
                       表1
BINDZIL   表面重量    粘结剂    SiO2/玻璃 孔隙率
(％)*)    (g/m2)    (％)      (g/g)      (％)
0         132         0         0          95
10        168         21        0.27       94.6
20        204         35        0.54       93.2
50        312         58        1.36       89
*)涉及在水溶液中的％BINDZIL30/220，例如20％＝20mlBINDZIL+8+ml aq.dest.
在所示例子以及通常状况下本文已讨论了作为隔板材料的微玻璃。有时也由其他矿物纤维的基础上生产隔板。这些可以以同样方式用胶体SiO2粘结在一起，但也可以用Al2O3，Al(OH)3，TiO2的胶体微粒粘结在一起，此外，大多数其他金属氧化物也是适合的粘结剂，也因此包括于本发明之中。例如Al2O3纤维通过胶体SiO2也可通过Al(OH)3和TiO2粘结。可使用纤维材料-浸渍剂/粘结剂的大量其他组合，并包含于本发明中。
用于胶体SiO2的溶剂为pH值约9.0的水。也可能使用有机溶剂，也包括于本发明之中。
铅蓄电池可排列成使PAM经受一定的机械压力，该机械压力可抵抗PAM的膨胀。在施加压力于PAM的同时，同样的压力也作用于负极活性材料(NAM)。该NAM在充电状态下由多孔铅组成并且比PAM软，因此如果不采取措施NAM的厚度将减少。为了弥补这一缺陷，根据本发明，阴极包含一个压力吸附板栅。
已知有最高达80kPa的压力作用于位于PAM和NAM之间的AGM隔板上的电池。根据本发明，可以将作用于具有浸渍的AGM式隔板的电极上的高机械作用压力与负极处的抗压装置组合在一起。该装置可以是压铸的板栅或双极电池的中间壁突起。在普通电池中，在负极上的该压力通常没问题，因为NAM沿负极板栅外缘提供于其上。
具体实施方式
这里将结合旨在以大电流放电和充电的双极铅蓄电池描述本发明的应用。然而这并使本发明限于这一实施例，因为考虑到本发明首先可适应于其他各种结构的铅蓄电池，也适应于其他类型的电池。附图说明：
图1：双极电池的示意图；
图2：为增加和减少负载的情况下浸渍和不浸渍的AGM隔板进行压缩的图；
图3：负极上用于抗压的板栅；
图4：半-双极电池单元；
图5：具有根据本发明的隔板的双极电池的寿命；
图6a：未处理玻璃纤维垫中的玻璃纤维的电子显微镜照片，和
图6b：根据本发明的SiO2如何在玻璃纤维垫中将玻璃纤维粘结在一起的电子显微镜照片。
下面关于形成于电池隔板中的玻璃纤维的论述也适用于可形成纤维的其他无机化合物。
本发明涉及用于电池的增强隔板、具有所述隔板的电池和生产该种隔板的方法。这种电池可以在电极上作用约80-250kPa的机械压力，具有在负极部分的抗压装置，优选地为塑料。所述隔板会承受所述压力而不使材料发生断裂，且具有一定的柔性。
与完全放电约0.5-1分钟的放电时间相应的大电流电池应该具有较短的电极距离，以使铅蓄电池内部的内压较低。此外，电池的电极和其他部件的结构应保证实现电极表面上的电流的均匀分布。这种电池的优选的实施例可以为双极结构，如在美国专利No.5,510,211中已知的例子。该电池构造为适于所述充电和放电状态。已显示的是，至少为150kPa但优选地为200kPa的机械压力使电池具有较长的使用寿命。本发明的描述会与所述专利相关，但因此不必限于所述结构。
根据图1，用于双极电池的电极1包括电子传导壁6，该壁的两侧各有PAM 5和NAM 7。每个双电极1，特别是根据所述美国专利No.5,510,211电池中的双电极1，安装于框架2，构造框架2使其为隔板4提供空间。五个双电极和两个单极终端电极2共同形成12V双极电池。壁6包括多孔化学盘(例如20×15cm)，其孔隙以铅或铅合金充满，以实现导电性。
将包括氧化铅、水、硫酸以及所谓膨胀剂(expander)的混合物的负极物质以湿润状态涂覆于灌铅陶瓷盘的一侧上，该盘具有减轻压力的板栅(参见图3，9涉及用于在结构10中容纳活性物质的空间)，涂覆厚度约1mm，且不超过板栅的厚度。
正极物质可包括水和预先制备的四碱式硫酸铅(4PbO.PbSO4)的混合物，且添加于双极电极的另一侧，紧贴灌铅多孔陶瓷盘。干燥后，进行化成过程，其中，负极物质转化为多孔Pb，正极物质转化为多孔PbO2，转换方式是本技术的人员所熟知的。
使用BINDZIL30/220，制备略大于电极表面、厚度为0.85mm的隔板4，如下面的例子所描述。在110℃下干燥隔板过夜。在将隔板置于每个电极之间的组装过程中，将隔板通过压力压缩至0.7mm。
在化成和清洗之后，安装终端电极与极柱、双极电极和隔板一起成为一堆，并借助拉杆压缩到200kPa的压力。
可选用其他压力，其中，在图2所描述的浸渍液体中用更多或更少量的BINDZIL浸渍隔板。该图显示压缩作为压力负载的函数。负载采用约25-50kPa的压力逐级增加，直到隔板完全压缩。此后，对隔板进行逐级卸载，这样，厚度增加。
从该图可明显看出，非浸渍隔板在约15kPa下已压缩至0.7mm，而具有20％BINDZIL(＝0.42g SiO2/克玻璃)时达到100kPa，具有50％BINDZIL(1.05g/g)时达到约180kPa。为了通过非浸渍隔板达到250kPa的压力，需要有两个隔板，每个厚度为0.85mm，压缩至0.7mm。
在另一个优选的实施例中，见图4，分两半生产双极电极。一半包括该双极电极的正极部分，活性材料涂覆于灌铅陶瓷盘之上；另一半包括负极部分，活性材料涂覆于具有减轻压力板栅的含铅铜板10。
电极的两半各包括于一个框架之中，放置在一起形成容纳隔板的空间。根据本发明的浸渍了BINDZIL的隔板4放置于这些电极之间。所述隔板的厚度为例如0.85mm，如果浸渍的量为50％BINDZIL，将其压缩至0.7mm需要200kPa的压力。通过热压对具有隔板的电极进行密封，或者以本技术人员所熟知的其他任何方式密封，成为一个2V的单元。将该单元和任意数目通过同样方式生产的单元置于一起成为一堆，并通过拉杆使它们相互靠近，这样可实现所有单元间的良好的电接触。
参见图6b，通过电子显微镜观察可清晰看出，干燥的SiO2锁定了玻璃纤维的大多数交叉点。这种锁定出人意料地稳定，可能是因为基本材料和提供的悬浮液具有相同的基本组成。化学稳定性也很高：用30％BINDZIL 30/220溶液(对应于0.52g/g)浸渍一个AGM，在湿润状态下将其按90°折叠若干次，并在110℃下干燥整夜。然后将该样品在密度为1.30的硫酸中放置12个月。此后，观察不到形状或抗压能力的变化。作为对照，在图6a中，显示了未处理状态下的相应的玻璃纤维结构。
实施例1
将电极表面积为16.6cm2的两个4V双极电池分别与：(A)两个AGM型的厚度均为0.85mm的浸渍隔板；和(B)一个AGM型、厚度0.85mm并由27％BINDZIL浸渍的隔板进行安装。将两个电池的隔板压缩至0.7mm(电极距离)，前者压力为250kPa，后者为150kPa。电池循环如下：以5.4A放电10s+以2.16A充电25s+5s静止等，历时20小时，其中在4小时期间完全充电。此后，循环继续。每隔一个星期以0.3A进行放电以确定容量。放电时间作为循环次数的函数如图5所示。从图中可清楚看出，根据本发明的电池与更传统的电池相比其使用寿命上存在相当大的差异。实际上，一个处理过的隔板也优于两个未处理过的隔板。
实施例2
将通过AGM型20.5×13.5cm×0.85mm厚度的未浸渍隔板制造的具有27％BINDZIL的隔板置于穿孔铝板之上，该铝板略大于该隔板。通过将27ml BINDZIL30/220稀释到100ml来制备BINDZIL溶液。提供26g该溶液于隔板，从中心到边缘部分。最后，倾斜放置具有隔板的铝板，且沿上部边缘涂覆另1g该溶液。用与其上置有隔板的铝板相同类型的铝板覆盖隔板。在110℃的温度在炉中对该隔板进行整夜干燥。

Claims (18)

1.一种用于电池的隔板，包括无机纤维形成的板状结构，其特征在于，所述隔板浸渍有胶体无机纳米微粒的分散体，当溶剂干燥时，使所述纤维的交叉点中的所述微粒富集形成粘接剂。
2.根据权利要求1的隔板，其特征在于，在300-700℃的温度对该隔板进行热处理，以获得更大的刚性。
3.根据权利要求1或2的隔板，其特征在于，所述无机纤维包括玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维组成的组中的任何材料。
4.根据权利要求1、2或3的隔板，其特征在于，所述粘结剂包括SiO2、Al2O3，Al(OH)3、TiO2组成的组中的任何材料。
5.根据以上任意权利要求的隔板，其特征在于，所述粘结剂占隔板总重量的约20％-60％。
6.根据权利要求5的隔板，其特征在于，所述粘结剂占隔板总重量的约25％-45％。
7.具有正极和负极、隔板和电解质的电池，其特征在于，包括至少一个根据任意权利要求1-6中的隔板。
8.根据权利要求7的电池，其特征在于，在其电极上施加至少100kPa的压力安装所述电池，压力优选地为150-250kPa。
9.根据权利要求7或8的电池，其特征在于，粘结剂已提供于所述隔板，所提供的量使隔板在80-250kPa的外部作用压力之下可以压缩至厚度的约80％。
10.根据权利要求7、8或9的双极电池，其特征在于，减轻压力的板栅置于每个负极中。
11.根据任意权利要求7-10的电池，其特征在于，包括具有硫酸电解质的铅蓄电池。
12.用于电池的隔板的制备方法，其中使用包含无机纤维的盘状结构，其特征在于，所述隔板浸渍有胶体无机纳米微粒的分散体，当溶剂干燥时，在所述纤维的交叉点中富集所述微粒以形成粘接剂。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，通过在升温状态下的干燥以实现对溶剂的干燥。
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，在干燥该溶剂之后，使所述隔板在300-700℃的温度进行热处理，以在所述交叉点上获得该粘结的更大刚性。
15.根据权利要求12、13或14的方法，其特征在于，所使用的无机纤维包括玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维组成的组中的任何材料。
16.根据任意权利要求12-15中的方法，其特征在于，所使用的粘结剂选自SiO2、Al2O3，Al(OH)3、TiO2组成的组。
17.根据任意权利要求12-16中的方法，其特征在于，使用占隔板总重量约20-60％的粘结剂。
18.根据任意权利要求12-17中的方法，其特征在于，使用占隔板总重量约25-45％的粘结剂。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101341611A (zh) * 2005-12-21 2009-01-07 Eff能源股份公司 用于产生蓄电池的方法和装置以及蓄电池
CN102388484A (zh) * 2009-04-17 2012-03-21 卡尔·弗罗伊登伯格公司 不对称的隔板
CN102903880A (zh) * 2012-10-26 2013-01-30 夏伟绩 阀控式铅蓄电池用超细玻璃纤维胶体复合隔板的制作方法
CN103305862A (zh) * 2012-03-13 2013-09-18 温州大学 高碱化度聚合氯化铝及Al13氯化物的电化学生产装置及其制造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7112389B1 (en) * 2005-09-30 2006-09-26 E. I. Du Pont De Nemours And Company Batteries including improved fine fiber separators
US9190648B2 (en) * 2007-06-01 2015-11-17 Daramic Llc Lead-acid battery separator having enhanced stiffness
MX2011001606A (es) * 2008-08-14 2012-02-28 Aic Blab Company Dispositivos y metodos para baterias acidas de plomo.
KR101107075B1 (ko) * 2009-10-28 2012-01-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US9136516B2 (en) 2010-12-29 2015-09-15 Industrial Technology Research Institute Hybrid materials using ionic particles
DE102013204226A1 (de) * 2013-03-12 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Ableiter für einen elektrochemischen Energiespeicher
US10121607B2 (en) * 2013-08-22 2018-11-06 Corning Incorporated Ceramic separator for ultracapacitors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5699969A (en) * 1980-01-16 1981-08-11 Nippon Muki Kk Separator for battery
JPS5897261A (ja) * 1981-12-03 1983-06-09 Nippon Muki Kk 蓄電池用エンボス式セパレ−タ−
US5180647A (en) * 1989-09-18 1993-01-19 Evanite Fiber Corporation Battery separator and method of making same
US5091275A (en) * 1990-04-25 1992-02-25 Evanite Fiber Corporation Glass fiber separator and method of making
WO1998012759A1 (en) * 1996-09-20 1998-03-26 Johns Manville International, Inc. Resilient mat; a method of making the resilient mat and a battery including the resilient mat
GB9914499D0 (en) * 1999-06-22 1999-08-25 Johnson Matthey Plc Non-woven fibre webs

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101341611A (zh) * 2005-12-21 2009-01-07 Eff能源股份公司 用于产生蓄电池的方法和装置以及蓄电池
CN102388484A (zh) * 2009-04-17 2012-03-21 卡尔·弗罗伊登伯格公司 不对称的隔板
CN102388484B (zh) * 2009-04-17 2014-05-21 卡尔·弗罗伊登伯格公司 不对称的隔板
CN103305862A (zh) * 2012-03-13 2013-09-18 温州大学 高碱化度聚合氯化铝及Al13氯化物的电化学生产装置及其制造方法
CN102903880A (zh) * 2012-10-26 2013-01-30 夏伟绩 阀控式铅蓄电池用超细玻璃纤维胶体复合隔板的制作方法
CN102903880B (zh) * 2012-10-26 2015-08-19 夏伟绩 阀控式铅蓄电池用超细玻璃纤维胶体复合隔板的制作方法

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