JP2002523880A - Lead-acid separator and cells and batteries using such a separator - Google Patents

Lead-acid separator and cells and batteries using such a separator

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JP2002523880A
JP2002523880A JP2000566913A JP2000566913A JP2002523880A JP 2002523880 A JP2002523880 A JP 2002523880A JP 2000566913 A JP2000566913 A JP 2000566913A JP 2000566913 A JP2000566913 A JP 2000566913A JP 2002523880 A JP2002523880 A JP 2002523880A
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ローレンス,マイケル・エム
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ジーエヌビー・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーの製造で使用される、このようなセル及びバッテリーの性能を高めることができるセパレータを提供する。 【解決手段】 密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーの使用寿命についての性能を、2箇月でのロードセル圧力が少なくとも約6.0、飽和特性及び層理特性の変化が約10%以下、最大孔径が約15μm以下であり且つ平均孔径が約2.8μm以下、を含む予め選択された特性を持つセパレータを使用することによって向上させる。 (57) Abstract: There is provided a separator used in the production of sealed lead-acid battery cells and batteries, which can enhance the performance of such cells and batteries. SOLUTION: The performance of the sealed lead-acid battery cell and the battery in terms of service life is as follows: the load cell pressure in at least two months is at least about 6.0; The enhancement is achieved by using a separator having preselected properties that include a size of 15 μm or less and an average pore size of about 2.8 μm or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、鉛蓄電池セル及びバッテリーに関し、更に詳細には、このようなセ
ル及びバッテリーの製造で使用されるセパレータに関する。
The present invention relates to lead-acid battery cells and batteries, and more particularly to separators used in the manufacture of such cells and batteries.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

「産業用バッテリー」用途と呼ばれることが多い様々な用途では、従来のフラ
デッド電解質鉛蓄電池セル及びバッテリー又は密封型鉛蓄電池セル及びバッテリ
ーが使用される。密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーは、多くの場合、VRLA
(「バルブ調節式鉛蓄電池(valve−regulated lead−ac
id)」セル及びバッテリーと呼ばれる。据え置き型バッテリーの用途では、鉛
蓄電池セル及びバッテリーは、停電時に待機電力を提供する。この種の用途では
、このようなセル及びバッテリーは、代表的には、一定の予め設定された電圧で
浮動充電することによって、完全に充電された状態に維持され、いつでも使用で
きる状態になっている。据え置き型バッテリーは、例示として、電気通信、ユー
ティリティ、商業的ビルディングの緊急照明用、ケーブルテレビシステム用待機
電力として、及びコンピューターバックアップ電力用停電時電源を含む様々な用
途で、待機用に又は作動電力用に使用されている。
In various applications, often referred to as "industrial battery" applications, conventional flooded electrolyte lead-acid cells and batteries or sealed lead-acid cells and batteries are used. Sealed lead-acid battery cells and batteries are often VRLA
("Valve-regulated lead-ac
id) "cells and batteries. In stationary battery applications, lead-acid cells and batteries provide standby power in the event of a power outage. In such applications, such cells and batteries are typically kept fully charged and ready for use by floating charging at a constant, preset voltage. I have. Stationary batteries can be used for standby or operating power in a variety of applications including, for example, telecommunications, utilities, emergency lighting in commercial buildings, standby power for cable television systems, and power outages for computer backup power. Used for

【0003】 鉛蓄電池セル及びバッテリーが使用される他の用途には、第1等級乃至第3等
級の範囲のトラック、様々な自動案内車輛、鉱山用車輛、及び鉄道機関車の車輛
にセル又はバッテリーからなるアレイが動力を提供する、様々な動力用途が含ま
れる。動力車輛に対する性能必要条件は、据え置き型電源に対する性能必要条件
と大幅に異なる。据え置き型の電力用途では、使用中の放電深さが比較的浅く、
放電回数が少ない。これは、多くのバッテリーが浮動充電されるためである。こ
れとは全く異なり、動力用途は、所定期間に亘って連続的に周期的に比較的深く
放電することを必要とする。確かに、第1等級乃至第3等級のトラックに対する
一般的な必要条件は、8時間単位でセル又はバッテリーアッセンブリが80%の
放電深さで電力を送出できなければならないということ、及びこうした性能が1
年に300サイクル必要とされ、こうした条件の下で4年又は5年の有用使用寿
命を持つということである。
[0003] Other applications in which lead-acid cells and batteries are used include cells in the range of first to third grade trucks, various autonomous vehicles, mining vehicles, and railway locomotive vehicles. Various power applications are included in which an array of provides power. The performance requirements for powered vehicles are significantly different from the performance requirements for stationary power sources. In stationary power applications, the discharge depth during use is relatively shallow,
The number of discharges is small. This is because many batteries are floatingly charged. In contrast, power applications require a continuous, relatively deep discharge over a period of time. Indeed, a general requirement for first to third grade trucks is that the cell or battery assembly must be able to deliver power at 80% discharge depth in eight hour increments, and such performance must be met. 1
300 cycles per year are required, which means that they have a useful service life of 4 or 5 years under these conditions.

【0004】 これらの多くの用途について、必要条件が大幅に変化するため、鉛蓄電池セル
及びバッテリーの製造には非常に大きな問題点があり、大きな壁が立ちはだかっ
ている。このため、特定の用途を満たす注文設計が大部分となっている。
[0004] Due to the drastic changes in requirements for many of these applications, the manufacture of lead-acid battery cells and batteries presents tremendous challenges and has created significant barriers. For this reason, most custom designs satisfy specific applications.

【0005】 その結果、鉛蓄電池セル/バッテリーの製造者は、様々な電気的性能の判断基
準を満たそうとする試みで、一連のセル及びバッテリー群を開発しなければなら
なかった。このような判断基準は様々であり、場合によっては、大型のセルを並
列に、直列に、又は並列及び直列を併用して接続し、満足のいく電源/エネルギ
源提供することを必要とした。
As a result, lead-acid battery cell / battery manufacturers have had to develop a series of cells and battery groups in an attempt to meet various electrical performance criteria. Such criteria varied, and in some cases required the connection of large cells in parallel, in series, or a combination of parallel and series to provide a satisfactory power / energy source.

【0006】 更に、場合によっては空間上の必要条件が非常に厳しく、寸法上の必要条件が
厳密に定められる。必要なセルを収容するため、多くの種類の鋼製トレー等が使
用されている。
Further, in some cases, space requirements are very strict, and dimensional requirements are strictly defined. Many types of steel trays and the like are used to accommodate the necessary cells.

【0007】 一連のセル及びバッテリー群を得るためには、特定用途用の個々のセルについ
ての容量及び他の電気的性能の必要条件を満たすことができるように、様々な大
きさのグリッドが必要とされる。VRLAセルに使用された一つの方法は、容量
及び他の電気的性能の必要条件を満たすため、幅が本質的に一定であるが個々の
高さ及び特定のセルで使用されるプレートの数が異なる一連のグリッドを提供す
ることである。この方法は、有効な解決策であるが、上文中に論じたように、立
てなければならない方策を講じるものではない。
To obtain a series of cells and battery groups, grids of various sizes are needed to meet the capacity and other electrical performance requirements for individual cells for a particular application It is said. One method used for VRLA cells is to maintain the essentially constant width but individual height and number of plates used in a particular cell to meet the requirements of capacity and other electrical performance. To provide a different set of grids. While this is a valid solution, it does not take the steps that must be taken, as discussed above.

【0008】 このようなVRLAセルの内部形体は、様々に変化させることができる。一般
的には、このようなセルは、マックレルランド等に賦与された米国特許第3,3
62,861号に開示されている。かくして、周知のように、このようなセルは
高度に吸収性のセパレータを使用し、必要な電解質がセパレータ及びプレートに
吸収されている。このようなセルは、通常は、セル内の内部圧力を調節するよう
に設計されたバルブによって大気からシールされており、有効「酸素再結合サイ
クル」と呼ばれる状態を提供する(このため、「シールされた」という用語及び
「バルブ調節式」という用語並びに「再結合」という用語が使用される)。
The internal configuration of such a VRLA cell can be varied in various ways. Generally, such cells are disclosed in U.S. Pat.
No. 62,861. Thus, as is well known, such cells use highly absorbent separators, with the necessary electrolyte absorbed into the separators and plates. Such cells are typically sealed from the atmosphere by a valve designed to regulate the internal pressure within the cell, providing a condition called an effective "oxygen recombination cycle" (hence the "sealing" The terms "performed" and "valve-regulated" and "recombination" are used).

【0009】 再結合バッテリーセパレータ材料(場合によっては、「RBSMs(Reco
mbinant battery separator materials)
」と呼ばれる)は、従来、高度に吸収性のガラスファイバマットでできていた。
この種のセパレータは、所望量の電解質を保持する上で適当な吸収性を有し、酸
素再結合サイクルを促進できる孔空所を備えている。様々な適当なガラスファイ
バマットが商業的に入手可能であり、VRLAセル及びバッテリーで使用されて
いる。
[0009] Recombination battery separator materials (sometimes referred to as "RBSMs (Reco
mbinant battery separator materials)
) Were conventionally made of highly absorbent glass fiber mats.
This type of separator has adequate absorption to hold the desired amount of electrolyte and has pores that can facilitate the oxygen recombination cycle. A variety of suitable glass fiber mats are commercially available and are used in VRLA cells and batteries.

【0010】 このようなガラスファイバマットが広範に使用されているにも拘わらず、様々
な目的を満足させるものと考えられるこの他の再結合バッテリーセパレータ材料
を開発する多くの努力がなされてきた。バジャーに賦与された米国特許第4,9
08,282号には、再結合セル及びバッテリー用の満足のいくセパレータ材料
を提供するための従来技術における多くの様々な試みが記載されている。それに
も拘わらず、バジャーは、電解質で飽和させたときに未充填の空所が残り、全て
の空所を充填するのに十分な量の電解質をセパレータが保持できないためにこれ
らの空所を通ってガスが一方のプレートから別のプレートに伝達されるセパレー
タは、従来、提案されてこなかったと述べている(第2コラムの第20行目乃至
第26行目参照)。
[0010] Despite the widespread use of such glass fiber mats, many efforts have been made to develop other recombination battery separator materials that are believed to satisfy various purposes. US Patent No. 4,9, issued to Badger
08,282 describes many different attempts in the prior art to provide satisfactory separator materials for recombination cells and batteries. Nevertheless, the badger passes through these voids when saturated with electrolyte, leaving unfilled voids, and the separator cannot hold enough electrolyte to fill all the voids. It is stated that separators in which gas is transferred from one plate to another have not heretofore been proposed (see the second column, lines 20-26).

【0011】 更に詳細には、バジャーは、全体に二種類のファイバを含むセパレータを開示
する。第1ファイバ組は、電解質に対するセパレータの吸収性を90%以上にし
、第2ファイバ組は、電解質に対する吸収性が異なり、80%以下である。第1
及び第2のファイバは、セパレータ全体の吸収性が75%乃至95%になるよう
な比率で存在すると開示されている。詳細には、二つの異なる等級のガラスファ
イバの混合物、即ち、細断ガラスストランドの一つの等級及びポリエチレンファ
イバの特定等級でできたセパレータが開示されている。
More specifically, Badger discloses a separator comprising two types of fibers in its entirety. The first fiber set has a separator absorbency of 90% or more for the electrolyte, and the second fiber set has a different absorbency for the electrolyte of 80% or less. First
And the second fiber is disclosed as being present in a proportion such that the overall separator absorbency is between 75% and 95%. In particular, a separator made of a mixture of two different grades of glass fiber, one grade of chopped glass strands and a particular grade of polyethylene fiber is disclosed.

【0012】 RBSMを提供するための従来技術の別の試みは、コノ等に賦与された米国特
許第4,216,280号である。米国特許第4,216,280号には、結合
剤を使用せずにシート形状に絡み合わされたガラスファイバからなり、第1及び
第2のガラスファイバ部分を有するセパレータが開示されている。第1部分は、
ファイバ直径が1μm以下のガラスファイバでできており、第2部分は、ファイ
バ直径が5μm以上で平均ファイバ長が少なくとも5mmのガラスファイバを使
用する。このようなセパレータは、電解質を高度に保持し、機械的強度が良好で
あり、形状回復性が良好であると述べられている。
Another prior art attempt to provide an RBSM is US Pat. No. 4,216,280 to Kono et al. U.S. Pat. No. 4,216,280 discloses a separator comprising glass fibers entangled in sheet form without the use of a binder and having first and second glass fiber portions. The first part is
The second portion is made of glass fiber having a fiber diameter of 1 μm or less, and the second portion uses a glass fiber having a fiber diameter of 5 μm or more and an average fiber length of at least 5 mm. It is stated that such separators retain electrolytes to a high degree, have good mechanical strength, and have good shape recovery properties.

【0013】 RBSMを提供するための従来技術の更に別の試みは、ハセガワ等に賦与され
た米国特許第4,367,271号である。かくして、米国特許第4,367,
271号の「従来の技術」には、結合剤として役立つ合成樹脂と混合したガラス
ファイバを含む一つの従来技術の提案が述べられているが、提案された別の種類
では、ガラスファイバを合成樹脂モノフィラメントファイバと混合することが含
まれる。ハセガワ等は、このような従来技術の方法は、液体吸収性を大幅に低下
させ、機械的強度の向上が小さいため、不適切であると述べている。米国特許第
4,367,271号には、液体吸収性が高く、高強度であり、取り扱いが容易
なセパレータを提供すると述べられている。このようなセパレータ材料は、米国
特許第4,367,271号によれば、フィブリル状に形成された、「フリーネ
ス(freeness)」が350cc又はそれ以下の合成ファイバを約10重
量%又はそれ以下混合した、比面積が1m2 /g又はそれ以上のガラスファイバ
を使用するプロセスによって製造される。
[0013] Yet another prior art attempt to provide an RBSM is US Patent No. 4,367,271 to Hasegawa et al. Thus, US Pat. No. 4,367,
No. 271, "Prior Art" describes one prior art proposal which includes glass fibers mixed with a synthetic resin which serves as a binder, but another type proposed proposes that glass fibers be made of synthetic resin. Mixing with a monofilament fiber is included. Hasegawa et al. State that such prior art methods are inadequate due to a significant reduction in liquid absorbency and little improvement in mechanical strength. U.S. Pat. No. 4,367,271 states that it provides a separator with high liquid absorption, high strength and easy handling. According to U.S. Pat. No. 4,367,271, such a separator material is composed of about 10% by weight or less of fibril-shaped synthetic fibers having a "freeness" of 350 cc or less. It is manufactured by a process using a glass fiber having a specific area of 1 m 2 / g or more.

【0014】 この分野でのこの従来技術の努力にも拘わらず、VRLAセル及びバッテリー
の使用寿命中に、特に、必要な使用寿命が比較的長い場合に生じる大きな問題点
を解決できるセパレータ材料が未だに必要とされている。先ず第1に、上述のよ
うに、この分野での第1の解決方法は、幅が一定のグリッドであるけれどもグリ
ッドの高さ及びプレートの数が容量及び他の電気的性能の必要条件を提供するよ
うに変化するグリッドを使用する一連のセル及びバッテリー群を提供することで
ある。この種のセルでは、及び高さが比較的大きい多くのセルでは、特に、使用
寿命が比較的長く、例えば10年又は20年程度であるように設計された産業用
セルでは、「ドライアウト(dry out)」が大きな問題となってきている
。このような「ドライアウト」は、電解質が失われることによって、セルの飽和
が不均等であることによって、RBSMの剥離によって、又はこれらの組み合わ
せによって起こる。「ドライアウト」が発生する理由には、RBSMが適切な弾
性を欠いていること及び/又はセル頂部からセル底部までの飽和度の相違が生じ
ることが含まれる。更に、電解質の層理(stratification)によ
り、陰極プレートの硫酸化やプレートの頂部から底までが不均等に使用されるこ
と等の様々な問題点が生じる。
[0014] Despite this prior art effort in this field, separator materials are still available that can solve the major problems that arise during the service life of VRLA cells and batteries, especially when the required service life is relatively long. is needed. Firstly, as mentioned above, the first solution in this field is a grid of constant width, but the height of the grid and the number of plates provide capacitance and other electrical performance requirements. To provide a series of cells and batteries that use a changing grid. In this type of cell, and in many cells that are relatively high in height, especially in industrial cells designed to have a relatively long service life, for example, on the order of 10 or 20 years, the "dryout ( dry out) "has become a major problem. Such "dryout" can occur due to loss of electrolyte, uneven cell saturation, RBSM exfoliation, or a combination thereof. Reasons for "dryout" include the lack of adequate elasticity of the RBSM and / or a difference in the degree of saturation from cell top to cell bottom. In addition, the stratification of the electrolyte causes various problems, such as sulfation of the cathode plate and uneven use of the plate from top to bottom.

【0015】 セルのドライアウトと関連しているであろう別の問題点は、セルが適切に圧縮
された状態が失われることである。更に詳細には、周知のように、VRLAに満
足のいく電気的性能を提供するには、セルプレートとセパレータとの間をぴった
りと接触させる必要がある。このような接触は、代表的には、セルの寿命に亘っ
て満足のいく接触を維持する試みで、セパレータをセル内で20%(圧縮を受け
ていない状態での厚さに基づいて)又はそれ以上圧縮することによって提供され
る。
[0015] Another problem that may be associated with cell dryout is that the cell loses its properly compressed state. More specifically, as is well known, providing a VRLA with satisfactory electrical performance requires close contact between the cell plate and the separator. Such contact is typically achieved by maintaining the separator in the cell at 20% (based on uncompressed thickness) or in an attempt to maintain satisfactory contact over the life of the cell. Provided by further compression.

【0016】 かくして、考えることができるように、及び改良RBSMを提供しようとする
多くの従来の試みにも拘わらず、満足のいく解決策を得るためにこのような材料
についての多くの広範に亘る必要条件をどのように組み合わせるのかについての
理解が基本的に欠けていることがわかる。これは、予想使用寿命が10年又はそ
れ以上であるRBSMについて特にいえることである。従って、RBSM候補の
相対的な効率をどのように評価するのかについての理解、並びにVRLAセル及
びバッテリーの予想使用寿命についての性能を改良できるこのような材料を提供
すること、の両方が明らかに必要とされている。
Thus, as can be envisioned, and despite many prior attempts to provide improved RBSMs, there is a wide range of such materials for obtaining a satisfactory solution. It turns out that the understanding of how to combine the requirements is basically lacking. This is especially true for RBSMs with an expected service life of 10 years or more. Therefore, there is clearly a need for both an understanding of how to evaluate the relative efficiency of RBSM candidates and providing such materials that can improve the performance for the expected service life of VRLA cells and batteries. It has been.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

従って、本発明の目的は、密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーについての電気
的性能を高めることができるセパレータを使用する、このようなセル及びバッテ
リーを提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide such cells and batteries that use a separator that can enhance the electrical performance of the sealed lead-acid battery cells and batteries.

【0018】 別の更に重要な目的は、使用寿命に亘る電解質の層理に対する抵抗を高めるこ
とができる、大型VRLAセル及びバッテリー用のセパレータを提供することで
ある。
[0018] Another and more important objective is to provide a separator for large VRLA cells and batteries that can increase the resistance to electrolyte stratification over its useful life.

【0019】 本発明の別の目的は、密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーの使用寿命について
の性能を改善するように予め選択されたセパレータ弾力性を備えたセパレータを
持つ、このようなセル及びバッテリーを提供することである。
Another object of the present invention is to provide such cells and batteries having separators with preselected separator resiliency to improve the service life performance of the sealed lead-acid battery cells and batteries. To provide.

【0020】 本発明の他の目的は、セル及びバッテリーの組み立てを容易にするように機械
的強度を高めた、このような密封型鉛蓄電池セル及びバッテリー用のセパレータ
を提供することである。
It is another object of the present invention to provide such a sealed lead-acid battery cell and battery separator having enhanced mechanical strength to facilitate cell and battery assembly.

【0021】 本発明の更に他の目的は、VRLAセル及びバッテリー用の適当なセパレータ
材料を選択する上で有用な試験方法を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a test method useful in selecting a suitable separator material for VRLA cells and batteries.

【0022】 本発明のこの他の目的及び利点は、以下の説明を読み進むに従って明らかにな
るであろう。本発明を主に密封型鉛蓄電池セルでの使用に関して説明するけれど
も、本発明は、有利には、開示の種類のセパレータが有用な任意の他の用途で使
用できるということは理解されるべきである。
[0022] Other objects and advantages of the invention will become apparent as the following description proceeds. Although the present invention will be described primarily with reference to use in a sealed lead-acid battery cell, it should be understood that the present invention may advantageously be used in any other application where a separator of the disclosed type is useful. is there.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】 本発明は、一般的には、予め選択された性質及び組成を持つセパレータを使用
することによって、密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーの使用寿命についての性
能が高めることができるという発見に基づいて予想される。更に詳細には、特定
の性質を特定の方法で組み合わせることによって、予想使用寿命についての性能
が改善されたVRLAセル及びバッテリーを提供するセパレータ材料が提供され
るということがわかっている。かくして、優れたセパレータ材料が、このような
材料が、予め選択された多孔度特性及び孔径特性及び坪量と予め選択された弾力
性及び飽和特性及び層理特性とを兼ね備えている場合に得られるということがわ
かっている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention generally relates to the use of separators having preselected properties and compositions to enhance the service life of sealed lead-acid storage cells and batteries. Expected based on the discovery that can be. More specifically, it has been found that combining certain properties in a certain manner provides a separator material that provides VRLA cells and batteries with improved performance for expected service life. Thus, an excellent separator material is obtained when such a material combines preselected porosity, pore size and basis weight with preselected resiliency, saturation and stratification properties. I know that.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

図1は、本発明による例示の鉛蓄電池セルを示す。セル1は、複数の陽極プレ
ート14及び陰極プレート16の夫々を収容した容器即ちハウジング12を有す
る。図示のように、セルは、複数の陽極プレート及び陰極プレートを含む。勿論
、セルは、特定の用途で所望の容量及び他の電気的性能特性を提供するのに必要
な数のプレートを使用できる。
FIG. 1 shows an exemplary lead-acid battery cell according to the present invention. The cell 1 has a container or housing 12 containing a plurality of anode plates 14 and cathode plates 16, respectively. As shown, the cell includes a plurality of anode and cathode plates. Of course, the cell can use as many plates as needed to provide the desired capacity and other electrical performance characteristics for a particular application.

【0025】 本発明によれば、プレート14、16は、以下に論じるように予め選択された
特性を持つ吸収体セパレータ18によって離間されている。好ましい実施例では
、セパレータは、セルが誤って短絡しないようにするため、電極を僅かに越えて
延びている。更に、セパレータは、図1に示すように、U形折畳み体20を使用
することによって、プレート周囲に折畳まれており且つプレート間に配置されて
いる。
According to the present invention, the plates 14, 16 are separated by an absorber separator 18 having preselected properties as discussed below. In a preferred embodiment, the separator extends slightly beyond the electrodes to prevent the cells from accidentally shorting. In addition, the separator is folded around the plates and placed between the plates by using a U-shaped fold 20, as shown in FIG.

【0026】 プレート14、16は、好ましくは、容器12内にぴったりと嵌まっている。
即ち、電極及びセパレータは、容器を逆様にしても組み立てられた状態にとどま
らなければならない。確かに、周知のように、セル形体により、プレート及びセ
パレータは適切に圧縮され且つ良好に接触した状態を維持する。これはセルの電
気的性能を高めるためである。好ましくは、図1に示すように、セパレータ及び
プレートは、互いに緊密に接触するように圧縮されている。適当には、セル内の
セパレータの厚さを、代表的には、未圧縮の厚さの少なくとも約20%乃至25
%程度にすることによって、適切に圧縮できる。プレートは、導電性ストラップ
22によって互いに接続されており、従来の手段によって外部端子24、26に
接続されている。
The plates 14, 16 preferably fit snugly within the container 12.
That is, the electrodes and separator must remain assembled even if the container is inverted. Indeed, as is well known, the cell configuration ensures that the plate and separator are properly compressed and in good contact. This is to improve the electrical performance of the cell. Preferably, as shown in FIG. 1, the separator and the plate are compressed so that they are in intimate contact with each other. Suitably, the thickness of the separator in the cell is typically at least about 20% to 25% of the uncompressed thickness.
By setting it to about%, it can be compressed appropriately. The plates are connected to each other by conductive straps 22 and to external terminals 24, 26 by conventional means.

【0027】 プレートの厚さは、セルの所期の用途に応じて変化する。有用な範囲の一例は
、約1.27mm乃至約7.62mm(約0.050インチ乃至約0.300イ
ンチ)或いはそれ以上である。
The thickness of the plate will vary depending on the intended use of the cell. One example of a useful range is from about 0.050 inch to about 0.300 inch (about 1.27 mm to about 7.62 mm) or more.

【0028】 好ましくは、容器は、周知の効率的な酸素再結合サイクルを提供するため、通
常は、使用環境からシールされている。使用された容器は、セルの充電中に放出
されたガスの圧力に耐えることができなければならない。容器の内側の圧力は、
例えば3.447kPa乃至68.947kPa(0.5psig乃至10ps
ig)のゲージ圧のレベルに達する。放出通気は、低圧自動再シール逃がしバル
ブ、例えばバルブ28等によって提供される。このようなバルブの例は、米国特
許第4,401,730号に記載されている。
Preferably, the container is typically sealed from the environment of use to provide a known and efficient oxygen recombination cycle. The container used must be able to withstand the pressure of the gas released during charging of the cell. The pressure inside the container is
For example, 3.447 kPa to 68.947 kPa (0.5 psig to 10 ps)
ig) gauge pressure level is reached. Discharge ventilation is provided by a low pressure self-resealing relief valve, such as valve 28. An example of such a valve is described in U.S. Pat. No. 4,401,730.

【0029】 容器12には電解質も入っている。好ましくは、電解質は、陽極活性材料及び
陰極活性材料のセパレータ内に吸収されている。電解質は、代表的には硫酸であ
り、その比重は、一例として約1.270乃至約1.340の範囲内であり、或
いは特定の用途について適当であると考えられるそれ以上の比重を持つ。
The container 12 also contains an electrolyte. Preferably, the electrolyte is absorbed in a separator of the anodic and cathodic active materials. The electrolyte is typically sulfuric acid, having a specific gravity in the range of about 1.270 to about 1.340, by way of example, or having a higher specific gravity deemed appropriate for the particular application.

【0030】 プレートの大きさは、セルに対して必要とされる性能の電気的必要条件に応じ
て変化させることができる。例えば、陽極プレートの大きさは、通常は、58ア
ンペア時(AH)乃至98AH、108AH、188AH、及びこれ以上の範囲
に合わせて定められる。
The size of the plates can be varied depending on the electrical requirements of the performance required for the cell. For example, the size of the anode plate is typically sized from 58 amp-hours (AH) to 98 AH, 108 AH, 188 AH, and more.

【0031】 例示の実施例では、セルの高さは71.12cm(28インチ)以上であって
もよい。確かに、セルが多くの用途について必要とするセパレータは、厚さが約
1.016mm乃至約3.429mm(約0.04インチ乃至約0.135イン
チ)であり、高さが71.12cm(28インチ)、場合によってはこれ以上で
ある。
In an exemplary embodiment, the height of the cell may be greater than 28 inches (71.12 cm). Indeed, the separator that the cell requires for many applications is about 1.016 mm to about 3.429 mm (about 0.04 inch to about 0.135 inch) thick and 71.12 cm ( 28 inches), and in some cases more.

【0032】 本発明の予め選択された特性を持つセパレータを使用することにより、密封型
鉛蓄電池セル及びバッテリーの内部形体を所望のように変化させることができる
ということは理解されよう。様々な種類の密封型鉛蓄電池セル及びバッテリーが
周知であり、使用されている。
It will be appreciated that the use of the preselected separator of the present invention allows the internal configuration of the sealed lead-acid battery and battery to be varied as desired. Various types of sealed lead-acid battery cells and batteries are well known and in use.

【0033】 本発明によれば、所望の使用寿命中に高い性能を提供するため、セパレータの
特定の特性及び性能を予め選択する必要があるということがわかっている。「予
め選択する」という用語及び「予備選択」という用語は、セパレータの指定され
た性質が、密封型セル及びバッテリーの組み立て前に決定されており、セルで使
用されるセパレータ材料がこのような性質を持つことが知られているということ
を意味する。こうした知識は、セパレータの製造者又は使用者が試験を行うこと
によって得ることができる。更に、プロセスパラメータの再現性がひとたび確か
められた場合には、所望の予め選択された性質について再試験を行う必要がない
ということは理解されよう。
According to the present invention, it has been found that certain properties and performance of the separator need to be pre-selected in order to provide high performance during the desired service life. The terms "pre-select" and "pre-select" are used when the specified properties of the separator are determined prior to assembly of the sealed cell and battery, and the separator material used in the cell is such a property. Is known to have Such knowledge can be obtained by testing by the manufacturer or user of the separator. Further, it will be appreciated that once the reproducibility of the process parameters has been ascertained, it is not necessary to retest the desired preselected properties.

【0034】 本発明の一つの特徴は、予め選択された弾力性により、性能を使用寿命に亘っ
て高めることができるように、RBSMの弾力性を適切に評価する試験技術を提
供することである。更に詳細には、弾力性の経時的低下を連続的に計測し、使用
寿命に亘ってセル内で圧縮状態を維持するRBSMの能力を予想するロードセル
試験を開発した。
One feature of the present invention is to provide a test technique that properly evaluates the elasticity of an RBSM so that performance can be enhanced over a service life with preselected elasticity. . More specifically, a load cell test was developed that continuously measures the decrease in elasticity over time and predicts the RBSM's ability to maintain compression within the cell over its useful life.

【0035】 本発明で使用されたロードセル試験は、セパレータ試料(適当な電解質が試験
試料に飽和度95%で吸収されており、最初に20%圧縮されている)がロード
セルに及ぼす圧力の量を計測する。時間に対して計測した圧力のグラフを作成す
る。所定時間経過後、及ぼされた圧力が一定になる。
The load cell test used in the present invention measures the amount of pressure exerted on a load cell by a separator sample (appropriate electrolyte has been absorbed by the test sample at 95% saturation and initially compressed by 20%). measure. Create a graph of measured pressure against time. After a lapse of a predetermined time, the applied pressure becomes constant.

【0036】 本発明によれば、有用なセパレータ材料は、2箇月でのロードセル圧力が少な
くとも約6.0、好ましくは少なくとも約6.5又は7.0、場合によってはそ
れ以上、少なくとも約8.0である。
According to the present invention, useful separator materials have a load cell pressure at two months of at least about 6.0, preferably at least about 6.5 or 7.0, and sometimes higher, at least about 8. 0.

【0037】 7.62cm×7.62cm(3インチ×3インチ)に切断することによって
試験試料を準備する。試験試料の実際の厚さを、再結合マットの厚さを計測する
ためのTMIゲージ及びBCI試験手順(BCI法第3−006乃至9)を使用
して、任意の三つの箇所で決定する。次いで試料をミリグラム単位で計量する(
sep )。
A test sample is prepared by cutting 3 inches × 3 inches (7.62 cm × 7.62 cm). The actual thickness of the test sample is determined at any of three points using a TMI gauge to measure the thickness of the recombination mat and the BCI test procedure (BCI Method 3-006-9). The sample is then weighed in milligrams (
W sep ).

【0038】 飽和度95%を達成するための1.31硫酸の量を以下のように決定する。 (1)ヘリウム比重壜法を使用し、試験試料の真の密度Dhpを決定する。 (2)再結合マットについてBCI手順を使用して坪量bwを決定する(方法A
)。 (3)20%圧縮された状態での試料厚さで坪量を除することによって、圧縮状
態(即ちバッテリーに適用された状態)での材料の密度Da を決定する。 (4)20%圧縮された状態での100%分離の値(K)を以下のように得る。
[0038] The amount of 1.31 sulfuric acid to achieve 95% saturation is determined as follows. (1) Determine the true density D hp of the test sample using the helium pycnometer method. (2) Determine basis weight bw using recombination mat using BCI procedure (Method A)
). (3) Determine the density D a of the material in the compressed state (ie, applied to the battery) by dividing the grammage by the sample thickness in the 20% compressed state. (4) A value (K) of 100% separation in a state of being compressed by 20% is obtained as follows.

【0039】[0039]

【式1】 (Equation 1)

【0040】 ここで、Dacidは酸の比重である。 (5)次いで、飽和度95%を達成するための酸の量W1 を以下のように決定す
る。
Here, D acid is the specific gravity of the acid. (5) is then determined as follows amount W 1 of acid to achieve saturation of 95%.

【0041】 W1 =Wsep ×K×0.95 次いで、酸の量W1 をセパレータ試料に加え、試料を0.0762mm(0
.003インチ)のポリエチレンフィルム又は袋に入れ、試料に余分な空気が入
らないようにし且つ空所空間がないように縁部を互いにヒートシールする。任意
のポリエチレンフィルム又は袋を使用できるが、水蒸気透過性が十分に低く、2
箇月に亘る試験中に失われる電解質を電解質の総重量の0.20%以下にするフ
ィルム又は袋を使用するのが好ましい。
W 1 = W sep × K × 0.95 Then, the amount of acid W 1 was added to the separator sample, and the sample was 0.0762 mm (0 mm).
. 003 inch) polyethylene film or bag, heat-sealing the edges together so that no excess air enters the sample and there is no void space. Any polyethylene film or bag can be used, but has a sufficiently low water vapor permeability
It is preferred to use a film or bag that reduces the electrolyte lost during the months of testing to less than 0.20% of the total weight of the electrolyte.

【0042】 準備した試料を試験するため、試料を固定具のアルミニウム製のベースプレー
トの中央に置く。試験試料の上に固定具(15.24cm×15.24cm×1
.27cm(6インチ×6インチ×0.5インチ)のポリカーボネート製スラブ
)を置く。次いで、ロードセル(LBC−014ボタンを持つLCAA−100
、オメガ社)をトッププレートの上に置き、トッププレート上でボタンのバラン
スをとる。次いで、ロードセルのベースを、試料に対して試料厚さの80%に機
械加工した、ポリカーボネートの厚さに対して0.1016mm(0.004イ
ンチ)を持つスペーサと固定具のトッププレートが接触するまで締め付ける。
To test the prepared sample, place the sample in the center of the aluminum base plate of the fixture. A fixture (15.24 cm × 15.24 cm × 1) was placed on the test sample.
. Place a 27 cm (6 inch × 6 inch × 0.5 inch) polycarbonate slab). Next, load cells (LCAA-100 with LBC-014 button)
, Omega) on the top plate and balance the buttons on the top plate. The base of the load cell was then machined to 80% of the sample thickness for the sample, the spacer having 0.1016 mm (0.004 inch) for the thickness of the polycarbonate and the top plate of the fixture were in contact. Tighten up to

【0043】 集められたデータは、ロードセルボタンが経時的に検出した圧力の連続プロッ
トである。2箇月の試験時間は、試料を評価するために選択された時間であり、
適当であると考えられる場合には、短くしてもよい。
The data collected is a continuous plot of the pressure detected by the load cell button over time. The two month test time is the time selected to evaluate the sample,
If deemed appropriate, it may be shortened.

【0044】 本発明の別の特徴によれば、使用されたセパレータの性質は、飽和特性及び層
理特性のうちの少なくとも一方、好ましくは両方についての分散が10%以下で
あり、更に好ましくは約2%以下であるように予め選択されなければならない。
これらの特性を維持することは、使用中に直立状態で機能するように設計された
任意のVRLAセル又はバッテリーについて必要であり、背の高いセル、即ち2
5.4cm(10インチ)を越える高さを持つセパレータを必要とするセルにと
って特に重要である。
According to another feature of the invention, the properties of the separator used are such that the variance for at least one of the saturation properties and the stratification properties, preferably both, is less than 10%, more preferably about 10%. Must be preselected to be less than 2%.
Maintaining these properties is necessary for any VRLA cell or battery designed to function upright during use and requires a tall cell, ie, 2
Of particular importance for cells that require a separator having a height greater than 5.4 cm (10 inches).

【0045】 飽和特性及び層理特性を試験するため、7.62cm×27.94cm(3イ
ンチ×11インチ)の矩形を切り出す。選択された試料片の厚さ及び試料のミリ
グラム単位の重量を、ロードセル試料に関して行ったのと同様に決定する。同様
に、ロードセル試料で行われたのと同様に、負荷試験について説明したプロトコ
ルを使用し、飽和度95%を達成するために加える必要がある1.31硫酸のグ
ラム数を決定する。
To test for saturation and bedding properties, a 7.62 cm × 27.94 cm (3 inch × 11 inch) rectangle is cut out. The thickness of the selected coupon and the weight of the sample in milligrams are determined as done for the load cell sample. Similarly, use the protocol described for the load test, as was done with the load cell samples, and determine the number of grams of 1.31 sulfuric acid that needs to be added to achieve 95% saturation.

【0046】 次いで、必要量の電解質を試料に加えた後、上文中にロードセル試料で説明し
たように、試料を0.0762mm(0.003インチ)ポリエチレンフィルム
に再び封入し、縁部をヒートシールする。次いで、かくして封入された試料を重
ね、飽和−層理試験固定具に入れる。この試験固定具は、15.24cm×60
.96cm×1.27cm(6インチ×24インチ×0.5インチ)の前後のポ
リカーボネートスラブを含む。一方のスラブには、8.89cm(3.5インチ
)の銀/溝が2.54cm(1インチ)毎にレーザーで切り込んである。スラブ
には、保持機構即ちナット及びボルト用の孔が9.525cm(3/8インチ)
の等間隔で設けられている。セパレータは、スリットが設けられたスラブの底ス
リットと整合している。特に試料の厚さについて上文中に説明したように機械加
工されたスペーサが、ボルトに加えられている。次いで、他方のスラブを、ガイ
ド用ボルトを使用してセパレータ試料の上に置く。次いで固定具の上側をナット
を使用してスペーサに締め付ける。
Next, after the required amount of electrolyte was added to the sample, the sample was re-encapsulated in a 0.0762 mm (0.003 inch) polyethylene film and heat sealed at the edges, as described above for the load cell sample. I do. The samples thus encapsulated are then stacked and placed in a saturation-stratification test fixture. The test fixture was 15.24 cm x 60
. Includes a 6 inch x 24 inch x 0.5 inch (about 96 cm x 1.27 cm) polycarbonate slab. One slab had 3.5 inches of silver / grooves laser cut every 2.54 cm (1 inch). The slab has holes for retaining mechanisms, ie nuts and bolts, 3/8 inch.
Are provided at equal intervals. The separator is aligned with the bottom slit of the slab provided with the slit. In particular, machined spacers have been added to the bolts as described above for the sample thickness. The other slab is then placed on the separator sample using guide bolts. The upper side of the fixture is then tightened to the spacer using a nut.

【0047】 セットアップを2 箇月に亘って放置する。放置時間の後、固定具のスリットを
ガイドとして使用し、セパレータ試料を2.54cm×7.62cm(1インチ
×3インチ)の小片に切断する。プラスチック上の各小片に番号を順次付ける。
次いで、数を記したプラスチックシースを傷付けることなく各小片を計量する。
次いで、各試料について、ライヒェルト−ユング屈折計を使用して比重を検査し
、試料を対応する数が記してあるビーカー(250mlのビーカー)内に置く。
このデータに基づいて酸の比重とセルの高さとの関係を決定し、これが層理を決
定する。
The setup is left for two months. After the standing time, the separator sample is cut into 2.54 cm x 7.62 cm (1 inch x 3 inch) pieces using the slits of the fixture as a guide. Each piece on the plastic is numbered sequentially.
Each piece is then weighed without damaging the numbered plastic sheath.
Each sample is then checked for specific gravity using a Reichert-Jung refractometer and the sample is placed in a beaker (250 ml beaker) with the corresponding number.
Based on this data, the relationship between the specific gravity of the acid and the cell height is determined, which determines the stratification.

【0048】 夫々の飽和度を決定するため、各プラスチック片を乾燥払拭し、計量する。プ
ラスチックの重量を2.54cm×7.62cm(1インチ×3インチ)のセパ
レータ/シース片から差し引くことによって試料の湿潤重量Ww を決定できる。
次いで、簡単な浸透法を使用して試料片を脱イオン水で濯ぐ。次いで、浴のpH
を監視し、pHが4.5以上(又は使用された脱イオン水のpH)になるまで約
4倍乃至5倍にする。浸透後、試料をオーブンに入れ、ビーカーから取り出し、
印を付けたアルミニウム製の計量ディッシュに置く。オーブンは、24時間に亘
って120℃に維持され、対流がない。次いで試料をオーブンから取り出し、冷
却するまでデシケータ内に置く。次いで試料をミリグラム単位で計量し、乾燥試
料重量Wd を提供する。試料の剥離が起こった場合には、これを乾燥重量に加え
なければならない。
To determine the respective degree of saturation, each plastic piece is wiped dry and weighed. By subtracting the weight of the plastic from the separator / sheath piece 2.54 cm × 7.62 cm (1 inches × 3 inches) can determine the wet weight W w of the sample.
The specimen is then rinsed with deionized water using a simple permeation method. Then the pH of the bath
And about 4-5 times until the pH is above 4.5 (or the pH of the deionized water used). After infiltration, place sample in oven, remove from beaker,
Place on the marked aluminum weighing dish. The oven is maintained at 120 ° C. for 24 hours with no convection. The sample is then removed from the oven and placed in a desiccator until cooled. Then weighed sample in milligrams, to provide a dry sample weight W d. If sample detachment occurs, this must be added to the dry weight.

【0049】 セパレータ試料の湿潤重量Ww からセパレータ試料の乾燥重量Wd を差し引く
ことによって、各試料の酸の重量Wa を決定する。
The weight W a of the acid of each sample is determined by subtracting the dry weight W d of the separator sample from the wet weight W w of the separator sample.

【0050】 次いで、飽和度が100%である場合にセパレータ試料がどれ程の量を保持す
るのかに基づいて、酸のグラムでの量Aを計算する。この計算は、上文中に説明
したように決定されたKを使用し、その後、セパレータ試料の乾燥重量Wd を乗
じる。
The quantity A in grams of acid is then calculated based on how much the separator sample holds when the saturation is 100%. This calculation uses the K determined as previously described, then, multiplied by the dry weight W d of the separator samples.

【0051】 A=K×Wd この計算を各セパレータ片について実行する。A = K × W d This calculation is performed for each separator piece.

【0052】 次いで、試料に保持された実際の酸Wa を100%飽和させた重量Aで除し、
100を乗じることによって、各セパレータ片の飽和レベルを計算する。
[0052] Then, the actual acid W a which is held in the sample divided by 100% saturated allowed weight A,
Calculate the saturation level of each separator piece by multiplying by 100.

【0053】 飽和%=Wa /A×100 このデータから、セルの高さに対する飽和%を決定できる。試験で説明したセ
パレータ試料の試料高さは27.94cm(11インチ)であるけれども、試料
の高さは、特定のVRLAセル又はバッテリーに必要な高さに増大できるという
ことは理解されなければならない。このような場合、飽和特性及び層理特性は、
好ましくは、上文中に説明した範囲内になければならない。
Saturation% = W a / A × 100 From this data, the saturation% with respect to the cell height can be determined. Although the sample height of the separator samples described in the test is 27.94 cm (11 inches), it should be understood that the sample height can be increased to the height required for a particular VRLA cell or battery. . In such a case, the saturation characteristics and the bedding characteristics
Preferably, it should be within the range described above.

【0054】 一般的には、上文中に説明したこの試験手順では、材料の上から下まで、比重
に相違がない。これと同じ手順を、証明のため、試験を受けたセルからのセパレ
ータ材料について使用し、飽和度並びに比重の変化を観察する。
In general, in this test procedure described above, there is no difference in specific gravity from top to bottom of the material. This same procedure is used for the separator material from the cell under test for proof and observe the changes in saturation as well as specific gravity.

【0055】 セパレータ特性のうちの一つの予め選択されたセパレータ特性の組は、孔径特
性である。更に詳細には、本発明によれば、平均孔径が約1.0μm乃至2.2
μmで変化する。更に、最大分布孔径は、好ましくは、約1.0μm乃至2.5
μmで変化する。平均孔径及び最大分布孔径は、自動毛管流ポロメーター(ポー
ラス・マテアリアル社のモデルCFP1100AEX)を使用して決定される。
適当なパラメータは、以下の通りである。パルス幅=1秒、最大圧力=68.9
47kPa(10PSI)、及び最大流=20000cc/m。孔径分布は、乾
燥状態及び乾燥状態の両方のガスの流量の関係を使用する商業的に入手可能なP
MIソフトウェアによって、圧力−孔径の関係から計算される。更に、最大孔径
が15μm以下、更に好ましくは約14μm以下、更に好ましくは約10μm以
下のセパレータを使用するのが好ましいということがわかっている。
One pre-selected set of separator properties of the separator properties is pore size properties. More specifically, according to the present invention, the average pore size is between about 1.0 μm and 2.2.
It changes in μm. Further, the maximum distribution pore size is preferably about 1.0 μm to 2.5 μm.
It changes in μm. The average pore size and maximum distribution pore size are determined using an automatic capillary flow porometer (Porous Material Model CFP1100AEX).
Suitable parameters are as follows: Pulse width = 1 second, maximum pressure = 68.9
47 kPa (10 PSI) and maximum flow = 20000 cc / m. The pore size distribution is determined by the commercially available P using the relationship of both dry and dry gas flow rates.
Calculated from pressure-pore size relationship by MI software. It has further been found that it is preferred to use a separator having a maximum pore size of 15 μm or less, more preferably about 14 μm or less, and even more preferably about 10 μm or less.

【0056】 孔径分布は、飽和度の相違が発生しないようにするRBSMの能力を予想する
上で使用できる。平均孔径が2.8μm以上である場合には、セパレータの高さ
が僅か12.7cm又は15.24cm(5インチ又は6インチ)のセルの場合
でも、飽和度の相違を生じる傾向がある。かくして、このような好ましい平均孔
径及び最大孔径分布の特性を持つセパレータは、使用中の性能を向上するという
ことがわかった。このような向上した性能は、アスペクトが比較的高く、直立位
置で使用されるようになったセルについて特に明らかである。しかしながら、パ
ンケーキ状で、即ち側部と側部とを向き合わせて位置決めされた状態で使用され
るようになった場合でも、このようなセパレータを使用できる。かくして、これ
らの特性が、十分な酸素再結合サイクルを提供するのを補助すると考えられる。
The pore size distribution can be used in predicting the RBSM's ability to prevent saturation differences from occurring. When the average pore size is 2.8 μm or more, even if the separator height is only 12.7 cm or 15.24 cm (5 inches or 6 inches), the difference in saturation tends to occur. Thus, it has been found that separators having such preferred average pore size and maximum pore size distribution characteristics improve in-use performance. Such improved performance is particularly evident for cells that have a relatively high aspect and are now being used in an upright position. However, such separators can be used even when they are used in a pancake shape, that is, in a state where the sides are positioned facing each other. Thus, these properties are believed to assist in providing a sufficient oxygen recombination cycle.

【0057】 多くの用途について、正規化した坪量(RBSMは、以下に論じるようにポリ
マーファイバを含む)は、少なくとも好ましくは150g/m2 /mm以上であ
り、約170g/m2 /mm乃至200g/m2 /mmである。このような坪量
は、上文中に言及したBCI技術によって決定できる。
For many applications, the normalized basis weight (RBSM includes polymer fibers as discussed below) is at least preferably 150 g / m 2 / mm or more, and from about 170 g / m 2 / mm to 200 g / m 2 / mm. Such a basis weight can be determined by the BCI technique mentioned above.

【0058】 理解されるように、正規化した坪量が高ければ高い程、比較的多くの材料が必
要とされる。従って、セパレータの価格が上昇する。しかしながら、更に好まし
いロードセル特性を得るという観点から、比較的高い坪量の材料を使用すると、
ロードセル特性は、正規化した坪量が低い材料と比較して高まるということがわ
かっている。
As will be appreciated, the higher the normalized basis weight, the more material is required. Therefore, the price of the separator increases. However, from the viewpoint of obtaining more preferable load cell characteristics, when a material having a relatively high basis weight is used,
It has been found that the load cell properties are enhanced as compared to materials having a lower normalized basis weight.

【0059】 本発明によるセパレータの多孔度に関し、多孔度が、適当な大きさの電解質リ
ザーバを提供する上で適当であることが必要とされる。かくして、多孔度は設計
上の事項となり、従って、多孔度が少なくとも約90%又は91%で、最大でも
93%程度のセパレータを使用するのが好ましい。
With regard to the porosity of the separator according to the present invention, it is necessary that the porosity be adequate to provide an appropriately sized electrolyte reservoir. Thus, porosity is a matter of design, and it is therefore preferred to use a separator having a porosity of at least about 90% or 91%, with a maximum of about 93%.

【0060】 本明細書中上文中に説明した予め選択された性質の所望の組み合わせを持つセ
パレータを提供する観点から、プラスチックファイバをセパレータの総重量に基
づいて約5%乃至最大約30%程度、好ましくは約12%以下含むガラスファイ
バマットを提供するのが望ましいということがわかっている。このようなセパレ
ータは、セパレータの原料となるスラリーに、選択された相対的な量及び種類の
ファイバを組み込むだけで、周知の従来のプロセスによって製造できる。確かに
、選択されたレベルのプラスチックファイバを組み込むことによって、ガラスだ
けしか含まないファイバと比較して性質が更に一貫しており且つ再現性のあるセ
パレータを提供することとなる。
In view of providing a separator having the desired combination of preselected properties described hereinabove, the plastic fibers may be provided in an amount from about 5% to up to about 30%, based on the total weight of the separator. It has been found desirable to provide a glass fiber mat that preferably contains no more than about 12%. Such separators can be manufactured by well-known conventional processes by simply incorporating selected relative amounts and types of fibers into the slurry from which the separator is made. Indeed, the incorporation of selected levels of plastic fibers will provide a separator that is more consistent and reproducible in properties as compared to fibers containing only glass.

【0061】 本発明のセパレータで使用されるプラスチックファイバは、好ましくは、ポリ
エステルファイバであり、更に好ましくは、ポリエチレンテレフタレートファイ
バである。このようなポリエステルファイバの適当な量は、セパレータの全重量
に基づいて約5%乃至約12%の範囲である。好ましいポリエステルファイバに
対する変形例として、任意の他の酸安定性ポリマーを使用できる。適当なファイ
バには、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィンが含まれる。この
ようなポリマーファイバを加えると、改善された負荷支持性によって決定された
RBSMの弾性が高まる。しかしながら、ポリマーファイバの含有量が高過ぎる
(50%又はそれ以上)場合には、負荷支持性が低下する。
[0061] The plastic fiber used in the separator of the present invention is preferably a polyester fiber, and more preferably a polyethylene terephthalate fiber. Suitable amounts of such polyester fibers range from about 5% to about 12% based on the total weight of the separator. As a variation on the preferred polyester fiber, any other acid stable polymer can be used. Suitable fibers include polyolefins such as polyethylene and polypropylene. The addition of such polymer fibers increases the RBSM's elasticity as determined by improved load bearing. However, if the content of polymer fibers is too high (50% or more), the load bearing capacity will be reduced.

【0062】 ガラス/ポリマー母材で製造したRBSM材料は、負荷支持性/弾力性が優れ
ている。しかしながら、これらの材料は、疎水性であり、疎水性は、ポリマーの
含有量のパーセンテージと直接的に相関する。疎水性であるため、これらの材料
は、セルの上から下まで十分な同じ飽和レベルを維持するのが困難である平均孔
径を1.5μm以下に制御することによって、飽和の問題点を緩和できるが、こ
れは解決にはならない。所望であれば、このRBSM母材内に含まれるこのよう
なポリマーファイバを任意の周知の手段によって処理し、ポリエステルファイバ
の表面を、SO2 やSiO2 等の非プロトン型極性基及び他の非プロトン極性
基に変換する。このような周知の表面処理には、エステル交換、化学蒸着、グラ
フト、及び/又は化学レーザー処理が含まれる。ファイバ表面を改質して硫酸電
解質に対する湿潤性を高めることができる任意の手段を使用できる。ガラス/ポ
リマー材料内の微細なファイバのレベルを高めることは、飽和及び層理の問題点
に対する材料の抵抗を高めるのを補助する。
RBSM materials made from glass / polymer matrix have excellent load bearing / elasticity. However, these materials are hydrophobic, and hydrophobicity directly correlates with the percentage of polymer content. Due to their hydrophobicity, these materials can alleviate saturation problems by controlling the average pore size to 1.5 μm or less, where it is difficult to maintain the same saturation level well from top to bottom of the cell. But this is not the solution. If desired, such polymer fibers contained within the RBSM matrix may be treated by any known means to modify the surface of the polyester fiber to include aprotic polar groups such as SO2 and SiO2 and other aprotic polar groups. Convert to base. Such well-known surface treatments include transesterification, chemical vapor deposition, grafting, and / or chemical laser treatment. Any means that can modify the fiber surface to increase wettability to the sulfuric acid electrolyte can be used. Increasing the level of fine fibers in the glass / polymer material helps to increase the material's resistance to saturation and stratification issues.

【0063】 理解されるように、このような表面処理が必要であるかどうかは、セルの使用
寿命についての必要条件及びプラスチックファイバの全含有量で決まる。組み立
て後及び形成中にセルを約90%を越えるレベルに飽和させる場合、初期再結合
サイクルを補助するため、セパレータについて或る程度の疎水性が望ましい。こ
れは、浮動用途で特に重要である。ポリエステルを約5%程度しか使用しないセ
パレータは、処理を全く必要としない。パンケーキセル設計は、プラスチックフ
ァイバの含有量に拘わらず、プラスチックファイバに表面処理を施すことを全く
必要としない。
As will be appreciated, the need for such surface treatments will depend on the service life requirements of the cell and the total content of plastic fibers. When saturating the cell after assembly and during formation to levels above about 90%, some hydrophobicity of the separator is desirable to assist the initial recombination cycle. This is especially important in floating applications. Separators that use only about 5% polyester do not require any treatment. The pancake cell design does not require any surface treatment of the plastic fiber, regardless of the content of the plastic fiber.

【0064】 周知のように、現在使用されているRBSMの多くは、このようなRBSMの
表面積を約1.2m2 /g程度にするように混合された、粗いガラスファイバ及
び微細なガラスファイバの組み合わせを含む。用途によっては、微細なファイバ
の比率を最大100%まで高めるのが適当である。このように微細なファイバの
レベルを高めることは、セルが上から下まで均等に飽和した状態を維持し、層理
が起こらないようにするのに必要な予め選択された孔径必要条件を得るのを補助
する。これは、電気自動車(EV)や自転車の用途について重要である。100
%微細ファイバRBSMの平均孔径は、代表的には、1.5μm以下である。こ
れらの材料は、一般的には、十分なスプリングバック性を有する。しかしながら
、これらの材料の価格は、標準等級のRBSMの3倍乃至4倍である。
As is well known, many of the RBSMs currently in use consist of coarse and fine glass fibers mixed to make the surface area of such RBSMs on the order of about 1.2 m 2 / g. Including combinations. For some applications, it is appropriate to increase the proportion of fine fibers up to 100%. Increasing the level of such fine fibers will maintain the cells evenly saturated from top to bottom and provide the preselected pore size requirements necessary to prevent stratification. To assist. This is important for electric vehicle (EV) and bicycle applications. 100
The average pore diameter of the% fine fiber RBSM is typically 1.5 μm or less. These materials generally have sufficient springback properties. However, the cost of these materials is three to four times that of standard grade RBSM.

【0065】 本発明の別の特徴によれば、本発明のセパレータの性能は、適当なレベルのシ
リカを加えることによって高めることができる。このような追加は、セパレータ
の形成中又は形成後にいずれかに行うことができる。好ましくは、加えられたS
iO2 のレベルは、RBSMの重量に基づいて約5乃至約30の範囲である。
SiO2 を加えることにより「架橋」母材が提供され、即ちガラスファイバと
プラスチックファイバとの間に「糊付け」作用が提供される。更に、SiO2
イオンは、経時的に及び様々な温度条件の下でSiO2 をガラスファイバに優
先的に溶解させる。これは、ガラスファイバの強度及び一体性を保存する。しか
しながら、どのような機構であろうと、このようなシリカが含まれることにより
、酸湿潤性が高まるばかりでなく、使用中のセパレータの弾力性が維持されると
いうことがわかっている。更に、シリカを含むことにより、このようなセパレー
タの飽和状態を維持する能力が高められ、電解質がセルの上から下まで層理しな
いようにするということがわかっている。所望であれば、シリカ以外の充填材を
使用でき、特にこのような充填材が湿潤性を高め及び/又は飽和状態を維持し及
び/又は層理を阻止し及び/又は結果的に得られたセパレータの弾力性を高める
場合にシリカ以外の充填材を使用できる。勿論、任意のこのような充填材は、V
RLAセルの所望の性能に対して甚だしく有害であってはならない。
According to another feature of the present invention, the performance of the separator of the present invention can be enhanced by adding a suitable level of silica. Such additions can be made either during or after formation of the separator. Preferably, the added S
iO2 levels range from about 5 to about 30 based on the weight of the RBSM.
The addition of SiO2 provides a "crosslinked" matrix, i.e., a "glue" effect between the glass and plastic fibers. Furthermore, SiO2
The ions preferentially dissolve the SiO2 into the glass fiber over time and under various temperature conditions. This preserves the strength and integrity of the glass fiber. However, it has been found that the inclusion of such silica not only increases the acid wettability, but also maintains the elasticity of the separator during use, whatever the mechanism. Furthermore, it has been found that the inclusion of silica enhances the ability of such separators to maintain saturation and prevents the electrolyte from stratifying from top to bottom of the cell. If desired, fillers other than silica can be used, in particular such fillers enhance wettability and / or maintain saturation and / or inhibit stratification and / or result. Fillers other than silica can be used to increase the elasticity of the separator. Of course, any such filler is V
It should not be significantly detrimental to the desired performance of the RLA cell.

【0066】 更に、セパレータの一体性及び強度を改善するため、カップリング剤を使用し
てセパレータ内のファイバを結合して凝集性母材にすることができる。適当なカ
ップリング剤は、セル環境で安定していなければならず、セルの性能にとって有
害であってはならない。
Further, to improve the integrity and strength of the separator, the fibers in the separator can be combined into a coherent matrix using a coupling agent. Suitable coupling agents must be stable in the cell environment and must not be detrimental to cell performance.

【0067】 更に、特に使用寿命が長い用途では、セパレータの劣化による長期に亘る性能
の低下を阻止するか或いは少なくとも最小にするように、セル環境内でのRBS
Mの安定性及び一体性が重要事項となる。このようなセル環境では、長期に亘る
使用寿命中、ガラスファイバは、安定性及び一体性に関し、ポリマーファイバよ
りも優れている。
Furthermore, especially in applications with a long service life, the RBS in the cell environment should be such that long term performance degradation due to separator degradation is prevented or at least minimized.
The stability and integrity of M are important. In such a cellular environment, over a long service life, glass fibers are superior to polymer fibers in terms of stability and integrity.

【0068】 従って、本発明の一つの特徴によれば、多層二機能セパレータが使用される。
この目的のため、ガラスセパレータ層を陽極と隣接して位置決めし、所望の予め
選択された性質を持つガラス/ポリマー複合セパレータ層をガラスファイバ層と
隣接して位置決めし、所望の多孔度、弾力性、及び飽和特性及び層理特性を得、
ポリマー/添加剤を酸化による劣化から保護する。
Thus, according to one aspect of the invention, a multilayer bifunctional separator is used.
For this purpose, a glass separator layer is positioned adjacent to the anode, a glass / polymer composite separator layer having the desired preselected properties is positioned adjacent to the glass fiber layer, and the desired porosity, elasticity , And saturation and bedding properties,
Protects polymer / additive from oxidative degradation.

【0069】 各層の夫々の厚さは、適当であると考えられる必要な特性を満たすように所望
に応じて変化させることができる。これに関し、例として、一般的には、厚さの
大部分、全厚の最大約70%程度を複合セパレータ層が占めるのが望ましい。
The thickness of each of the layers can be varied as desired to meet the necessary properties deemed appropriate. In this regard, as an example, it is generally desirable that the composite separator layer occupy most of the thickness, up to about 70% of the total thickness.

【0070】 確かに、このような二機能セパレータは所望の利点を提供するが、VRLAセ
ルで使用されるセパレータは、所望であれば、予め選択された性質を持つ多数の
ガラス/ポリマーセパレータ層を含む。更に、上文中に説明した以外の空間的形
体を、セパレータの安定性が最も厳密に試験される領域であるセパレータ及び陽
極と隣接した界面全体に亘って使用できる。
Indeed, while such bifunctional separators provide the desired advantages, the separators used in VRLA cells can, if desired, include multiple layers of glass / polymer separators with preselected properties. Including. In addition, spatial features other than those described above can be used across the interface adjacent to the separator and anode, where the stability of the separator is most closely tested.

【0071】 かくして、上文中に説明した目的を達成する新規であり且つ改良されたセパレ
ータが提供されるということがわかる。確かに、本発明は、判断基準及び試験方
法を提供し、これらは、セパレータの性能を最初に予想できるようにすると考え
られる。本明細書中に特定的に例示し且つ説明した実施例の様々な追加の変更は
、特に本発明の教示に照らして、当業者に明らかである。本発明は、図示し且つ
説明した特定の形体に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲に
記載されている。
Thus, it can be seen that there is provided a new and improved separator that achieves the objects set forth above. Indeed, the present invention provides criteria and test methods, which are believed to allow the performance of the separator to be first predicted. Various additional modifications of the embodiments specifically illustrated and described herein will be apparent to those skilled in the art, especially in light of the teachings of the present invention. The present invention should not be construed as limited to the particular forms shown and described, but is described in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の鉛蓄電池セルの、内部構成要素を示すためにセルハウジングの一部が
取り除いてある斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a lead storage battery cell of the present invention, with a portion of a cell housing removed to show internal components.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 鉛蓄電池セル 12 ハウジング 14 陽極プレート 16 陰極プレート 18 セパレータ 20 U形折畳み体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lead storage battery cell 12 Housing 14 Anode plate 16 Cathode plate 18 Separator 20 U-shaped folded body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 1110 Centre Pointe Cu rve,Mendota Height s,Minnesota 55118,Uni ted States of Ameri ca Fターム(参考) 5H021 CC01 EE08 EE28 HH01 HH02 HH03 HH06 HH09 5H028 AA05 EE05 EE06 HH01 HH05──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 1110 Centre Point Curve, Mendota Heights, Minnesota 55118, United States of America F-term (Reference) HH05

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極プレート及び陰極プレート、及びこれらの正極プレート
と陰極プレートとの間の吸収体セパレータを持つ少なくとも一つのセルを含み、
前記セパレータは、2箇月でのロードセル圧力が少なくとも約6.0であるよう
に予め選択されている、バルブ調節式鉛蓄電池セル又はバッテリー。
1. At least one cell having a positive electrode plate and a negative electrode plate, and an absorber separator between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
The valve-regulated lead acid battery cell or battery wherein the separator is preselected to have a load cell pressure in at least two months of at least about 6.0.
【請求項2】 前記ロードセル圧力は少なくとも約6.5である、請求項1
に記載のセル又はバッテリー。
2. The load cell pressure of claim 1, wherein the load cell pressure is at least about 6.5.
A cell or a battery according to claim 1.
【請求項3】 前記ロードセル圧力は少なくとも約7.0である、請求項2
に記載のセル又はバッテリー。
3. The load cell pressure of claim 2, wherein said load cell pressure is at least about 7.0.
A cell or a battery according to claim 1.
【請求項4】 前記ロードセル圧力は少なくとも約8.0である、請求項3
に記載のセル又はバッテリー。
4. The load cell of claim 3, wherein the load cell pressure is at least about 8.0.
A cell or a battery according to claim 1.
【請求項5】 正極プレート及び陰極プレート、及びこれらの正極プレート
と陰極プレートとの間の吸収体セパレータを持つ少なくとも一つのセルを含み、
前記セパレータは、飽和特性及び層理特性の少なくとも一方の変化が約10%以
下であるように予め選択されている、バルブ調節式鉛蓄電池セル又はバッテリー
5. At least one cell having a positive electrode plate and a negative electrode plate, and an absorber separator between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
A valve-adjustable lead-acid battery cell or battery wherein the separator is preselected to have a change in at least one of saturation and stratification properties of about 10% or less.
【請求項6】 前記飽和特性及び前記層理特性の両方の変化が約10%以下
である、請求項5に記載のセル又はバッテリー。
6. The cell or battery of claim 5, wherein the change in both the saturation properties and the stratification properties is about 10% or less.
【請求項7】 前記変化は約5%以下である、請求項5に記載のセル又はバ
ッテリー。
7. The cell or battery of claim 5, wherein the change is less than about 5%.
【請求項8】 前記飽和特性及び前記層理特性の両方の変化が約5%以下で
ある、請求項7に記載のセル又はバッテリー。
8. The cell or battery of claim 7, wherein the change in both the saturation properties and the stratification properties is less than about 5%.
【請求項9】 前記変化は約2%以下である、請求項5に記載のセル又はバ
ッテリー。
9. The cell or battery of claim 5, wherein said change is less than about 2%.
【請求項10】 前記飽和特性及び前記層理特性の両方の変化が約2%以下
である、請求項9に記載のセル又はバッテリー。
10. The cell or battery of claim 9, wherein the change in both the saturation properties and the stratification properties is about 2% or less.
【請求項11】 正極プレート及び陰極プレート、及びこれらの正極プレー
トと陰極プレートとの間の吸収体セパレータを持つ少なくとも一つのセルを含み
、前記セパレータは、最大孔径が約15μm以下であり、平均孔径が約2.8以
下であり、多孔度が少なくとも約90%であるように予め選択されている、バル
ブ調節式鉛蓄電池セル又はバッテリー。
11. A cathode plate, a cathode plate, and at least one cell having an absorber separator between the cathode plate and the cathode plate, wherein the separator has a maximum pore size of about 15 μm or less, and an average pore size. Wherein the porosity is less than or equal to about 2.8 and the porosity is at least about 90%.
【請求項12】 最大孔径は約14μm以下である、請求項11に記載のセ
ル又はバッテリー。
12. The cell or battery according to claim 11, wherein the maximum pore size is about 14 μm or less.
【請求項13】 最大孔径は約10μm以下である、請求項12に記載のセ
ル又はバッテリー。
13. The cell or battery according to claim 12, wherein the maximum pore size is about 10 μm or less.
【請求項14】 バルブ調節式鉛蓄電池セル又はバッテリー用の吸収体セパ
レータ材料の適切性を予め決定するための方法において、提案された吸収体を選
択し、前記提案された吸収体を以下の試験プロトコル、即ち(1)ロードセル圧
力、(2)飽和特性及び層理特性、及び(3)最大孔径及び最小孔径のうち少な
くとも1つで試験し、前記提案された吸収体が、所定の予め選択された判断基準
を満たすかどうかを決定し、その後、前記予め選択された判断基準を満たさない
前記提案された吸収体を前記セル又はバッテリーで使用しない、方法。
14. A method for predetermining the suitability of an absorber separator material for a valve-adjustable lead-acid battery cell or battery, wherein the proposed absorber is selected and the proposed absorber is tested in the following manner. Testing at least one of the following protocols: (1) load cell pressure, (2) saturation and stratification properties, and (3) maximum and minimum pore size, and the proposed absorber is selected and pre-selected. Determining whether the proposed criterion is met, and then not using the proposed absorber in the cell or battery that does not meet the preselected criterion.
【請求項15】 前記ロードセル試験で使用された前記試験プロトコル及び
前記予め選択された判断基準は、2箇月でのロードセル圧力が少なくとも約6.
0であるということである、請求項14に記載の方法。
15. The test protocol and the pre-selected criteria used in the load cell test, wherein the load cell pressure in two months is at least about 6.
15. The method of claim 14, wherein said is zero.
【請求項16】 前記使用された前記試験プロトコルは飽和特性及び層理特
性であり、前記予め選択された判断基準は、これらの特性のうちの少なくとも一
方の変化が約10%以下であるということである、請求項14に記載の方法。
16. The test protocol used is a saturation property and a stratification property, and the pre-selected criterion is that a change in at least one of these properties is less than about 10%. The method of claim 14, wherein
【請求項17】 前記使用された前記試験プロトコルは最大孔径及び平均孔
径であり、前記予め選択された判断基準は、最大孔径が約15μm以下であり、
平均孔径が約2.8以下であるということである、請求項14に記載の方法。
17. The test protocol used is a maximum pore size and an average pore size, wherein the pre-selected criterion is that the maximum pore size is about 15 μm or less;
15. The method of claim 14, wherein the average pore size is no more than about 2.8.
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