ES2600958T3 - Separador de baterías alcalinas y batería alcalina que usa separador - Google Patents

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Abstract

Un separador de baterías alcalinas que comprende al menos una capa basta y una capa densa más densa que la capa basta, comprendiendo la capa basta una fibra sintética alcalino-resistente, una fibra aglutinante alcalinoresistente y una fibra de celulosa alcalino-resistente, y que contiene la fibra de celulosa alcalino-resistente en la proporción del 25 al 65 % en peso en su interior, teniendo la fibra de celulosa alcalino-resistente de la capa basta un valor de refinado de 400 a 600 ml como un todo e incluyendo al menos dos clases de fibras de celulosa alcalino-resistentes que tienen diferentes refinados entre sí, en las que la diferencia de valor de refinado entre las fibras de celulosa alcalino-resistentes que tienen los valores de refinado más elevado y más bajo es de 300 a 700 ml, y la fibra de celulosa alcalino-resistente que tiene el valor de refinado más elevado tiene un valor de refinado de 600 ml o superior; comprendiendo la capa densa una fibra sintética alcalino-resistente, una fibra aglutinante alcalino-resistente y una fibra de celulosa alcalino-resistente, teniendo la fibra de celulosa alcalino-resistente de la capa densa, como un todo, un valor de refinado de 100 a 350 ml; y teniendo el separador un tamaño de poro máximo de 65 mm o menor, y una capacidad de absorción de líquidos de 5 g/g o superior en una solución acuosa de KOH al 34 %.

Description

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alcalino-resistente (B) y una fibra de celulosa alcalino-resistente (B), con las fibras estando dispersadas en agua; y depositar una capa basta (A) preparada a partir de la lechada de capa basta y una capa densa (B) preparada a partir de la lechada de capa densa para formar una estructura de lámina integral.
La capa basta (A) y la capa densa (B) pueden depositarse de forma integral con una máquina de fabricación de papel multicapa. Como alternativa, cada una de la capa basta y la capa densa puede formarse por separado con una máquina de fabricación de papel, y posteriormente reunirse para formar una estructura de lámina integral. El separador puede comprender más de una de dicha capa basta (A) y/o más de una de dicha capa densa (B). Por ejemplo, puede proporcionarse una estructura de dos capas de capa basta/capa densa, una estructura de tres capas de capa basta/capa densa/capa basta, y una estructura de tres capas de capa densa/capa basta/capa densa.
Los ejemplos de tamices usados para máquinas de fabricación de papel incluyen un tamiz cilíndrico, un tamiz corto, y un tamiz continuo. Cuando se forma una lámina multicapa, estos tamices pueden usarse en solitario o como una combinación de al menos dos. Siempre que el separador resultante tenga un tamaño de poro máximo de 65 µmo menor, cualquier máquina o máquinas de fabricación de papel pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con las propiedades respectivas de la lechada de capa basta y la lechada de capa densa. Preferentemente, se usa una máquina de fabricación de papel de cilindro doble para formar una estructura multicapa que incluye una capa basta y una capa densa.
Si fuera necesario, depositar una capa basta (A) y una capa densa (B) puede incluir secado mediante, por ejemplo, un secador Yankee y/o puede incluir prensado con calor. El papel separador resultante puede tratarse de forma hidrófila con un tensioactivo, con el fin de mejorar la capacidad de absorción de líquidos (electrolitos).
(4) Características de un separador de baterías alcalinas
(4-1) Tamaño de poro
Un separador de baterías alcalinas de acuerdo con la presente invención tiene un tamaño de poro máximo de 65 µm
o menor, preferentemente 63 µm o menor, más preferentemente 61 µm o menor. Un valor inferior para el tamaño de poro máximo implica mayor densidad en el separador para prevenir eficazmente la penetración por dendritas. No obstante, dicho tamaño de poro máximo es, generalmente, de 30 µm o mayor.
El separador puede tener un tamaño de poro promedio de, por ejemplo, aproximadamente 5 a aproximadamente 30 µm, preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 25 µm.
La capa basta puede tener un tamaño de poro máximo de, por ejemplo, 200 µm o menor (por ejemplo, de 80 a 200 µm), preferentemente 195 µm o menor. Aunque la capa basta incluye una fibra de celulosa de grado de batido inferior que contribuye a un tamaño de poro relativamente grande, la capa basta se combina con una capa densa para reducir un tamaño de poro máximo de un separador como un todo.
El tamaño de poro máximo y el tamaño de poro promedio usados en el presente documento son valores que pueden medirse mediante los procedimientos descritos en la sección de ejemplos.
(4-2) Capacidad de absorción de líquidos (electrolitos)
Con el fin de conseguir retención de líquidos (electrolitos) satisfactoria, el separador debe tener una capacidad de absorción de líquidos (electrolitos) de 5 g/g o superior, preferentemente 5,5 g/g o superior, más preferentemente 6 g/g o superior. Aunque no hay ningún límite superior específico, la capacidad de absorción de líquidos (electrolitos) de un separador es generalmente de 20 g/g o inferior. La capacidad de absorción de líquidos (electrolitos) usada en el presente documento se refiere a un valor que puede medirse mediante los procedimientos descritos en los ejemplos.
(4-3) Permeabilidad al aire
Un separador de acuerdo con la presente invención aún puede conseguir buena capacidad anti-cortocircuitos y permeabilidad al aire relativamente alta debido a un tamaño de poro máximo relativamente pequeño, tal como se ha mencionado anteriormente. El separador puede tener una permeabilidad al aire de, por ejemplo, aproximadamente 5 a 40 cm3/cm2/s, preferentemente de aproximadamente 8 a 35 cm3/cm2/s, más preferentemente de aproximadamente 11 a 30 cm3/cm2/s. En particular, la permeabilidad al aire puede ser de 13 cm3/cm2/s o superior (por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 cm3/cm2/s). Dicha permeabilidad al aire puede reducir no solamente la resistencia interna de una batería, sino que también puede mejorar, por ejemplo, la permeabilidad de oxígeno gaseoso en una batería alcalina. La permeabilidad al aire usada en el presente documento se refiere a un valor que puede medirse mediante los procedimientos descritos en los ejemplos.
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fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 0 ml, dado que las fibras de celulosa alcalino-resistentes en este ejemplo comparativo estaban constituidas por una única fibra de celulosa.
(2) Un separador de baterías alcalinas se preparó de la misma manera que el del ejemplo 1, excepto que la lechada de capa basta preparada en la sub-sección anterior (1) se usó en su lugar. Las características de este separador se muestran en la tabla 2.
(Ejemplo comparativo 2)
Un separador de baterías alcalinas se preparó de la misma manera que el del ejemplo 1, excepto que las fibras de celulosa alcalino-resistentes usadas en la capa basta en el ejemplo 1 se sustituyeron por el 30 % en peso de LBKP mercerizadas de grado de batido inferior con un valor de CSF de 705 ml y el 15 % en peso de fibras de celulosa hiladas con disolvente de grado de batido superior (fibras de “Tencel” altamente batidas; 1,7 dtex x 2 mm fabricado por Lenzing) con un valor de CSF de 450 ml, de modo que las fibras de celulosa alcalino-resistentes como un todo tenían un valor de CSF de 659 ml, con una diferencia del grado de batido en valor de CSF entre fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 255 ml. Las características de este separador se muestran en la tabla 2.
(Ejemplo comparativo 3)
Un separador de baterías alcalinas se preparó de la misma manera que el del ejemplo 1, excepto que las fibras de celulosa alcalino-resistentes usadas en la capa basta en el ejemplo 1 se sustituyeron por el 30 % en peso de LBKP mercerizadas de grado de batido inferior con un valor de CSF de 400 ml y el 15 % en peso de fibras de celulosa hiladas con disolvente de grado de batido superior (fibras de “Tencel” altamente batidas; 1,7 dtex x 2 mm fabricado por) con un valor de CSF de 150 ml, de modo que las fibras de celulosa alcalino-resistentes como un todo tenían un valor de CSF de 322 ml, con una diferencia del grado de batido en valor de CSF entre fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 250 ml. Las características de este separador se muestran en la tabla 2.
(Ejemplo comparativo 4)
Un separador de baterías alcalinas se preparó de la misma manera que el del ejemplo 1, excepto que las fibras de celulosa alcalino-resistentes usadas en la capa basta en el ejemplo 1 se sustituyeron por el 13,5 % en peso de LBKP mercerizadas de grado de batido inferior con un valor de CSF de 705 ml y el 31,5 % en peso de fibras de celulosa hiladas con disolvente de grado de batido superior (fibras de “Tencel” altamente batidas; 1,7 dtex x 2 mm fabricado por Lenzing) con un valor de CSF de 150 ml, de modo que las fibras de celulosa alcalino-resistentes como un todo tenían un valor de CSF de 305 ml, con una diferencia del grado de batido en valor de CSF entre fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 555 ml. Las características de este separador se muestran en la tabla 2.
(Ejemplo comparativo 5)
Un separador de baterías alcalinas se preparó de la misma manera que el del ejemplo 1, excepto que las fibras de celulosa alcalino-resistentes usadas en la capa basta en el ejemplo 1 se sustituyeron por el 40,5 % en peso de LBKP mercerizadas de grado de batido inferior con un valor de CSF de 705 ml y el 4,5 % en peso de fibras de celulosa hiladas con disolvente de grado de batido superior (fibras de “Tencel” altamente batidas; 1,7 dtex x 2 mm fabricado por) con un valor de CSF de 150 ml, de modo que las fibras de celulosa alcalino-resistentes como un todo tenían un valor de CSF de 660 ml, con una diferencia del grado de batido en valor de CSF entre fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 555 ml. Las características de este separador se muestran en la tabla 2.
(Ejemplo comparativo 6)
(1) Preparación de una lechada de capa basta
Una lechada de capa basta se preparó a partir del 65 % en peso de fibras de referencia de alcohol polivinílico (vinylon “VPB033” fabricado por Kuraray Co., Ltd; 0,3 dtex x 2 mm), el 15 % en peso de fibras aglutinantes de alcohol polivinílico (aglutinante de vinylon “VPB105-1” fabricado por Kuraray Co., Ltd; 1,1 dtex x 3 mm), el 13 % en peso de LBKP mercerizadas de grado de batido inferior con un valor de CSF de 705 ml, y el 7 % en peso de fibras de celulosa hiladas con disolvente de grado de batido superior (fibras de “Tencel” altamente batidas; 1,7 dtex x 2 mm fabricado por Lenzing) con un valor de CSF de 150 ml, todas dispersadas en agua. Las fibras de celulosa alcalinoresistentes como un todo tenían un valor de CSF de 550 ml, con una diferencia del grado de batido en valor de CSF entre fibras de celulosa de grado de batido inferior y fibras de celulosa de grado de batido superior de 555 ml.
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