KR20060022693A - 산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 특히 완성되지 않은 롤 생성물의 형태로 되어 있는, 납-산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질(6), 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 분리기 물질(6)은 미공성 막(1) 형태의 제1층과 평면의 플리스 물질(7) 형태의 적어도 하나의 제2층을 포함한다. 열가소성 물질로 구성된 미공성 막(1)의 적어도 하나의 면에는, 기본 막 시트상에 증가된 막 두께를 갖는 영역을 형성하는 다수의 돌기(2, 2')가 제공된다. 평면의 플리스 물질(7)이 용접 이음부(8)의 영역내에 스며들지 않으면서 적어도 기본 막 시트의 표면 레벨에 위치하는 방식으로, 플리스 물질(7)이 초음파 용접에 의해 막(1)에 용접된다.
분리기 물질, 미공성 막, 기본 막 시트, 평면의 플리스 물질, 용접

Description

산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질{Seperator material for forming a separator for an acid accumulator}
본 발명은 납-산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질 및 이러한 분리기 물질의 제조방법에 관한 것이다.
산 축전지에서, 분리기는, 판(plate)들사이의 직접적인 접촉으로 판들 사이의 금속성 전도를 방지하기 위해, 다른 극성의 인접한 전극 판들 사이에 위치하여 특히 전기 절연체로서 작용한다. 그러나, 동시에 분리기는 전극 사이의 전해질내 이온 전류 흐름을 허용해야 한다. 이러한 여러가지 기능들을 충족시키기 위해, 분리기는 통상적으로 미공성 막(microporous film)을 포함하며, 예를 들어 수지상 성장(dendritic growth) 혹은 판으로부터 분리되는 입자에 의한 판들 사이의 전기적 단락(short circuit)을 방지하기 위해 미공성 막의 구멍은 가능한 한 작아야 하고, 축전지의 내부 저항을 최소화하기 위해서 미공성 막의 공극률(porosity)은 가능한 한 커야만 한다. 같은 이유로, 또한 분리기는 구조상 가능한 한 얇은 것이 바람직하다.
이러한 분리기는 일반적으로 축전지의 수명을 넘어 활성 전해질내에서 견딜 수 있는 열가소성 재료 형태의 산화-안정성 물질로부터 제조된다. 분리기는 일반적으로, 예를 들면, 측면에서의 폴딩(folding)과 용접(welding)에 의해, 양(positive) 또는 음(negative)의 전극 판이 삽입된 포켓(pocket) 형태로 만들어진다.
사용시, 산소가 충전 작동 도중 양(positive)의 판에서 발생되는데, 이는 분리기 물질을 공격하여 마침내 판들 사이에서 단락이 발생할 만큼 분리기 물질을 손상시킬 수 있다. 이러한 이유로, 많은 경우에, 적어도 양의 전극 판과 분리기 기본 시트의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 분리기의 적어도 하나의 면에는 스페이서로 작용하는 리브(rib) 혹은 솟은 영역(raised area)이 제공된다.
리브와 유사한(rib-like) 스페이서의 많은 다양한 배치가 종래 기술에서 이미 알려져 있다. 분리기의 전체 길이에 걸쳐 있으며 규칙적인 간격, 예를 들어 6 내지 13mm의 간격으로 위치해 있는 많은 수직의 리브들을 가지고 있는 분리기가 알려져 있다. 따라서, 시동 배터리(starter battery)용의 전형적인 분리기는 대략 160mm의 폭에 걸쳐 약 12 내지 25 개의 리브를 포함한다. 미국특허 제 5,558,952 호의 분리기에서는, 연속적인 리브가 비연속적인 리브로 대체되어 있다.
분리기는, 상기 언급한 과제를 충족시킬 뿐만 아니라, 일반적으로 축전지의 작용 능력에 중요한 더 많은 기능들을 가진다. 따라서, 전극 판의 활성 물질의 화학적 구성은 축전지의 충전과 방전의 주기 동안 주기적으로 바뀌게 된다. 이러한 변화와 외부 영향의 결과로서, 예를 들어 기계적 충격이나 진동으로, 일부 활성 물질은 특히 양(positive)의 판에서 떨어질 수 있다. 특히 양 전극으로부터의 활성 물질의 부수적인 손실은 축전지의 충전 능력을 점차 감소시키게 된다. 더욱이, 떨어진 활성 물질은 축전지 셀의 바닥에서 침전물로서 수집될 수 있고, 결국에는 특히 시트 분리(sheet separation)의 경우, 다른 극성을 갖는 전극들 사이에서 단락이 발생하여 축전지의 빠른 고장에 이르게 된다. 미공성 막과 양의 판 사이에 위치하여 압축된, 예를 들어 유리 섬유 플리스, 폴리에스테르 플리스, 또는 폴리에스테르 섬유와 유리 섬유의 혼합물의 플리스와 같은 플리스 물질(fleece material)로 활성 물질이 떨어지는 단점을 방지하는 것이 알려져 있다. 이러한 방식으로 축전지의 주기 안정성(cycle stability)이 향상될 수 있다.
문헌(DE 29 24 239 C2)에는, 분리기로서 사용하기 위한 미공성 적층(laminated) 물질이 기재되어 있다. 적층 물질은 미공성의 열가소성 혹은 열 경화성(heat-curable)의 제1층, 또는 100% 폴리에스테르 섬유로 구성되는 부직포 섬유 그물(non-woven fibre web)의 제2층으로 전체가 적층되고 열에 의해 결합된, 열경화성의(thermosetting) 중합체 물질을 포함한다. 상기 적층(laminating)은 종래의 트윈-롤 캘린더(twin-roll calender)에서 폴리에스테르 섬유 그물(web)과 압출된 (extruded) 미공성의 물질이 동시에 끼워진 롤 닙(roll nip)으로, 두개의 롤의 작용에 의해 형성할 수 있다. 다른 방식으로, 적층은 또한 트리플-롤 캘린더(triple-roll calender)에서 형성할 수 있다. 이러한 과정은 실행하기 어려우며 모든 용도에 적합하지는 않다. 따라서, 예를 들어, 리브(rib)가 제공되고 사용되는 동안 양의 전극을 마주하는 미공성 물질의 면에 쉬운 방식으로 폴리에스테르 섬유 그물을 적층하는 것, 혹은 두 개의 구성요소중에서 하나를 분리하여 그것들을 재사용 하는 것은 불가능하다. 또한 분리기의 문제없는(problem-free) 용접력(weldability)과 플리스 물질을 절약하기 위한 이유로 관행적으로 사용되는, 몇 개의 분리기 폭을 가지는 분리기의 동시 압출에 의해서는 폴리에스테르 섬유 그물이 분리기보다 폭이 좁은 분리기를 제조하는 것은 어렵다. 마지막으로, 섬유 그물에 결합되기 위해서, 중합체 물질은 예를 들어 용액 상태로 또는 교차결합 되지 않은(non-crosslinked) 상태로 남아 있어야 하며, 따라서 캘린더를 통과할 때 섬유 그물로 스며들 수 있다.
문헌(DE 33 35 547 C1)은 분리기 포켓을 형성하는 용접 가능한 평면의 그물(web) 물질을 제안하고 있다. 그물 물질은 플리스 물질이 예를 들면 접착(gluing)에 의해 발라진 그물(web)의 형태로 된 막 물질을 포함한다. 플리스 물질는 유리 섬유 플리스 또는 폴리에스테르 플리스가 될 수 있다. 측면에 용접에 의해 포켓을 형성하도록 하기 위해서, 막 물질의 가장자리 영역이 플리스에 의해 덮이지 않도록 플리스층의 측면이 선택된다.
안정적이며 영구적이고 제조 과정에서 다루기 쉬운 미공성의 막에 플리스를 고정하기 위해, 선행 기술에서는 대부분의 경우에 두 개의 구성요소가 서로 접착된다. 이러한 접착(gluing)과 특히 사용될 접착제의 계량은 해결하기 어려운 것으로 입증되었다. 한편, 사용한 접착제의 양이 너무 적으면 연관된 플리스의 지지(hold)가 너무 낮을 위험이 있고, 사용하는 접착제의 양이 너무 많으면 접착제가 플리스를 통해 스며들 수 있어, 제조의 다음 과정에서 형성되는 분리기 롤(rolls)이 달라붙어서 사용할 수 없게 된다. 이러한 이유로, 플리스는 최소 약 0.3mm의 두께(100cm2의 측정 영역에 대해 10N의 부하를 가지고 측정된다)를 가지는 것이 필요하다. 질과 경제상의 손해 없이 더 얇으면서 덜 비싼 재료를 사용하는 것은 불가능했다. 더욱이 만약 접착제를 사용할 때 사용되는 양이 너무 많다면, 축전기의 전기의 저항이 증가하고, 특정 접착제는 전해질을 오염시켜 축전기의 전기적 특성을 불량하게 하는 단점을 가지고 있다. 막에 변형이나 구멍을 만드는, 위에서 언급한 캘린더 작업(calendering)에 의한 적층(lamination) 혹은 두 개의 톱니 바퀴들 간에 압축 용접과 같이 플리스를 미공성 막에 접착하는 기계적인 처리는 대안이 될 수 없다. 왜냐하면, 이러한 방법으로는 충분히 높은 처리 속도를 달성할 수 없으며, 충분히 강한 결합(bonding)이 압축 용접에 의해서는 달성될 수 없기 때문이다.
도 1은 평면의 플리스 물질을 적용하기 전의 미공성 시트의 단면의 리브들이 제공된 한 면의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 선 II-II을 따라, 평면의 플리스 물질을 미공성 막에 적용한 경우의 미공성 시트의 단면을 나타낸다.
본 발명의 목적은 미공성 막의 제1층과 평면 플리스 물질의 제2층을 포함하는 분리기를 제조함으로써, 비용을 많이 들이지 않고서도 단순하게 분리기를 제조하여 위에서 언급된 단점들을 제거하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 제한 없이 사용이 간편한 분리기의 제조방법을 제공하는 것이다.
독립항인 특허 청구항 1 과 청구항 19의 특징들은 이들 목적을 달성하기 위한 것이다. 발명의 이점에 관한 설명은 위 독립항과 관련한 종속항들 각각에 관련된 내용이다.
본 발명에 따르면, 납-산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질은,특히 미완성의 롤(unfinished rolled) 형태의 제품에 있어서, 미공성의 시트(microporous sheet) 형태의 제1층과 평면의 플리스 물질로 구성된 적어도 하나의 제2층을 포함하여 구성된다. 미공성의 시트는 열가소성 물질로 만들어지고 적어도 하나의 면에 다수의 돌기를 가진다. 여기에서 돌기는 단단하고 바람직하게는 기본 시트(basic sheet)와 일체로(integrally) 형성되어, 증가된 두께의 시트 영역을 형성하게 된다. 이러한 결합에서 시트의 면과 직각을 이룬 미공성 시트의 횡단면 치수는 돌기에서부터 떨어진 시트 두께(즉, 기본 시트의 두께), 돌기의 영역에서의 시트 두께와 돌기의 높이(즉, 돌기 영역에서의 시트 두께와 돌기에서부터 떨어진 시트 두께 간의 차이)에 의해 특징지어질 수 있다. 평면의 플리스 물질는 활성의(aggressive) 축전지 환경과 융화되는 부직포 물질을 포함할 수 있다. 이러한 플리스 물질는 적어도 돌기를 가진 시트의 면위에 위치한다. 만약 시트가 양쪽 면에 돌기를 가진다면, 플리스 물질는 양쪽 면에 또는 하나의 면에만 위치할 수 있다. 플리스 물질는, 플리스 물질과 시트 사이에서 용접 이음에 의해 시트에 고정되어, 평면의 플리스 물질는 용접 이음부 영역에서 적어도 기본 시트의 표면의 레벨에 있으며(즉, 돌기 없는 영역에서 시트 표면의 레벨) 그 밑으로는 내려가지 않는다. 이는 시트에 마주하고 있는 평면의 플리스 물질의 표면은 용접 이음의 영역에서 기본 시트의 표면의 레벨보다 아래에 위치하지 않는 것을 의미한다. 여기에서 용접 이음은 해당 평면 플리스 물질이 위치한 시트 면에 만들어진다. 여기서, 평면 플리스 물질이 시트의 적어도 몇 개의 돌기에 용접 이음에 의해 결합된다면, 용접 이음은 각각 시트의 돌기에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이러한 기술은, 이하에서 상세하게 설명하는, 매우 얇은 플리스 물질을 미공성 시트에서의 약한 지점 및 구멍을 발생하는 위험 없이 초음파 용접(ultrasonic welding)에 의해 미공성의 시트에 고정시킬 수 있다는 장점을 가진다. 이러한 장점은 생산 환경에서 매우 높은 처리 속도를 가져오고, 바람직하게는 0.25mm 보다 얇은 두께를 가지는, 특히 0.1 내지 0.25mm 사이의 두께를 가지는, 얇은 플리스를 사용할 수 있기 때문에 더 적은 양의 플리스(fleece)를 필요하게 된다. 본 발명의 분리기 물질(separator materials)은 이러한 방식으로 알려진 물질들보다 비용이 덜 들게 제조할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 몇 개의 돌기는, 수직으로 뻗어 있고 분리기 물질의 전체 길이에 걸쳐 있는 리브들(ribs)로 구성되며 비연속적이거나 연속적일 수 있다. 그물(web) 형태의 분리기 물질에 대해 수직 방향(vertical direction)은 그물(web)의 방향이다. 여기에서, 바람직하게는 리브들 중 하나가 시트의 측면 가장자리 영역의 하나에 세워지고 플리스 물질은 두 개의 측면 리브를 지나는(run) 용접 솔기(weld seam)에 의해 시트의 측면에서 시트에 결합된다. 여기에서, 용접 과정 동안 용접중인 특정 리브가 완전히 사라지는 일이 발생할 수 있어서 플리스 물질은 용접 솔기 부분에서 막 기본 시트의 표면 레벨에 있어야 한다는 데에 주의해야 한다. 바람직한 용접에서, 용접 솔기는 가능한 한 분리기 물질의 가장자리에 가까워야 한다. 그러나, 바람직하게는 이들 가장자리 부분의 폭이 각각 5.5 내지 9.5mm 사이가 되는 측면에서, 분리기 물질의 용접에 의한 포켓 형성을 용이하게 하기 위해서, 시트의 좁은 가장자리 부분을 플리스 물질로 덮지 않는 것이 좋다는 것에 주의해야 한다. 두 측면의 리브는 연속적인 리브가 되는 것이 바람직하다. 용접 솔기는 바람직하게는 연속적이지만, 또한 비연속적일 수도 있다.
시트와 플리스 물질이 서로 단지(only) 스폿 용접(spot-welded)되는 것 또한 가능하다.
바람직하게는, 미공성 시트는 폴리올레핀으로 만들어진다. 여기에서, 폴리올레핀은 적어도 300,000의 분자량을 가지며, 정상적인 조건하에서 융점 지수(melt index)가 실질적으로 0이며, 600ml/g 이상의 점도(viscosity)를 가진다면 특히 바람직하다. 적합한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이고, 특히 실리카 충전재(filler content of silica)를 가지는 폴리에틸렌이다.
미공성 시트의 구멍의 적어도 50%는 0.5㎛ 이하의 지름을 가지는 것이 또한 바람직하다. 또한 돌기가 없는 부분에서 미공성 시트가 0.1 내지 0.6mm의 두께를 가진다면 바람직하며, 0.15 내지 0.25mm라면 더욱 바람직하고, 약 0.2mm의 두께라면 가장 바람직하다.
플리스 물질은, 예를 들어, 실질적으로 유리 섬유로 구성되거나 더 바람직하게는 사실상 폴리에스테르 섬유로 구성될 수 있다. 유리 섬유와 폴리에스테르 섬유의 혼합물을 포함하는 플리스 물질이 바람직하며, 특히 혼합물에서 유리 섬유의 함량은 70 중량% 를 넘지 않으면 특히 바람직하다. 이들은 다루기 쉽고 자르기 쉬우며 가장자리를 깨끗하게 자를 수 있다는 이점을 가진다. 플리스 물질이 0.1 내지 0.25mm(100cm2의 측정 범위에 대한 10N의 부하를 가지고 측정된다)의 두께를 가진다면 더욱 바람직하다. 그러나, 또한 축전지에서 활성(aggressive) 환경에서 안정적이고 미공성의 막과 용접될 수 있는 다른 플리스 물질을 사용하는 것도 가능하다.
이러한 분리기 물질은 본 발명에 따라 먼저 상기 언급한 미공성 막을 제공하고, 막의 각각의 면에 대해 상기에서 설명한 평면의 플리스 물질 중 하나를 제공하여 제조할 수 있다. 평면의 플리스 물질 또는 평면의 플리스 물질들을 돌기를 가지는 막의 면위에 놓고 몇 개의 막의 돌기와 용접하여 평면의 플리스 물질이 용접 이음의 부분에서 적어도 막 기본 시트 표면의 레벨에 위치하게 하고 그 아래로는 내려가지 않게 한다. 용접하는 동안, 해당 돌기는 적어도 일부분 용해되어 어떤 환경하에서 이들 돌기 물질은 본래의 돌기 영역을 벗어날 수 있으며, 예를 들어, 돌기 높이의 감소와 같은 형태의 변화를 유발할 수 있다. 여기에서 플리스 물질은 용접하기 전에 시트에 완전히 놓일 필요가 없다. 오히려 미공성 막과 적어도 하나의 플리스 물질은 섹션별로(in sections) 놓일 수 있으며, 또는 연속적으로 점진적으로 섹션별로 또는 연속적으로 용접될 수 있다. 양호한 결합(bond)을 얻기 위하여 평면의 플리스 물질을 용접 전에 막의 돌기에 누르는(press) 것이 바람직하다.
바람직하게는, 용접은 초음파 용접으로 수행된다. 전기 에너지가 용접에 필요한 열로 직접 전환되는 열용접(thermowelding) 처리에 의한 용접 역시 가능하다.
본 발명에 따른 바람직한 시트와 플리스 물질의 경우에 있어서, 적어도 90m/min의 처리 속도, 바람직하게는 적어도 100m/min의 처리 속도를 허용하며, 오랜 가열과 냉각 시간 없이 짧은 반응 시간으로 처리가 가능하므로 초음파 용접이 바람직하다.
미공성 시트의 적어도 몇몇의 돌기가 0.5 내지 0.6mm의 높이를 가지고 용접이 이들 돌기에서 이루어진다면 더욱 바람직하다. 여기에서 용접하는 동안 돌기의 높이가 감소할 수 있다.
플리스 물질은 바람직하게는 0.1 내지 0.25mm의 두께를 가진다.
본 발명은 다음에서 도면의 도움과 함께 바람직한 실시예들에 의해 더욱 상세하게 설명된다.
도1의 평면도에 나타난 미공성 막(1)은 가운데 영역(4)에서 수직방향으로 있으며 폭을 따라 일정한 간격으로 분포된 다수의 연속적인 리브(2, 2')를 가진다. 이러한 예에서, 리브들 간의 거리는 12.5mm가 되며 11개의 리브가 제공된다. 그러 나, 리브가 더 많거나 적을 수도 있고/있거나 거리가 더 길거나 짧을 수도 있다. 측면 가장자리 영역(5)에서, 각각의 경우에 막(1)은 다수의 더욱 빽빽한 간격의 수직의 리브(3)를 가진다. 이러한 예에서는, 측면 가장자리 영역(5)은 cm당 6개의 리브를 포함하는데, 그러나 이러한 수가 역시 더 크거나 작을 수도 있다.
측면 가장자리 영역(5)의 리브(3)의 수는 따라서 예를 들어, 더 커서 문헌(EP 0 899 801 A1)에서 설명된 것처럼 대략 적어도 cm당 10내지 12개가 될 수 있다. 그러나, 더 적은 수의 리브(3)을 제공하거나 전체적으로 리브(3) 없이도 가능하다. 수직 방향으로 세우는 리브(3) 대신에, 예를 들어, 문헌(US 5,716,734)에서 설명된 것과 같이, 다수의 짧은, 수직으로 간격을 둔 수평면상의 또는 각이 있는 리브, 혹은 문헌(US 5,588,952)에 설명된 것과 같이, 이들이 교차한 빽빽한 간격의 수직 리브와 수직으로 간격을 둔 리브의 조합이 제공될 수 있다. 마지막으로, 리브(3) 대신에 증가된 두께의, 예를 들어, 문헌(EP 0 484 295 B1)에서 설명된 것과 같이 가운데 영역(4)와 비교된 두 배 증가된 두께의, 가장자리 영역(5)을 제공하는 것 역시 가능하다.
시트(1)의 가운데 영역(4)에 나타난 리브(2, 2')의 배치와 구성은 단순히 예로 나타낸 것이다. 따라서, 연속적인 리브(2, 2')는 비연속적인 리브로 대체될 수 있다. 문헌(US 5,588,952)에는, 1cm를 넘지 않는, 바람직하게는 0.5cm를 넘지 않는 길이를 가지고, 적어도 단면들 길이의 두 배가 되는, 단면들 사이의 중간영역을 가 지는 비연속적인 리브를 나타낸다. 대안으로, 수직의 리브(2, 2')에 더하여, 미공성 시트(1)는 문헌(US 5,776,630)에서 설명된 것처럼 또한 가로(transverse) 방향으로 뻗는(run) 다수의 연속적인 리브를 가질 수 있다. 문헌(WO 01/13442)에는 규칙적으로 적어도 하나의 면에 배치된 다수의 마디와 같은(burl-like) 돌기(못)(studs)와 가운데 영역에서 적어도 하나 바람직하게 2 내지 4개의 연속적이고 수직인 리브를 가진 미공성 시트 형태의 분리기가 설명되어 있다. 막(1)의 가운데 영역(4)의 각각의 가장자리 부분에 바람직하게 연속적으로 수직으로 지나는(run) 경우의 각각에 적어도 하나의 리브(2')를 사용하는 것이 바람직하다. 이미 기술한 바와 같이, 단지 예로서 주어지는 도 1과 2에 보이는 막의 특성에 따라, 가운데 영역(4)에서 리브 및/또는 돌기에 관해 언급한 어떠한 실시예라도 측면 가장자리 영역(5)에서의 리브 및/또는 돌기에 관해 언급된 실시예와 당연히 접목될 수 있다. 그러나, 가운데 영역(4)과 측면 가장자리 영역(5)에서 수직 방향으로 세우는 연속의 리브(2, 2', 3)를 가지는 도 1 및 도 2에서 나타난 실시예가 바람직하다.
미공성 시트(1)는, 본 발명에 따른 모든 미공성의 시트에 대해 바람직한 것으로서, 산 축전지의 활성 환경에서 매우 안정적인, 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 또는 이의 혼합물과 같은 플라스틱으로부터, 혹은 다른 적합한 물질로부터 제조된다. 바람직한 물질는 폴리올레핀, 예를 들어 폴리프로필렌, 에틸렌/부탄 공중합체, 및 바람직하게는, 폴리에틸렌, 더 바람직하게는 높은 분자량의 폴리에틸렌, 즉, 적어도 300,000, 특히 600,000 이상의 분자량을 가진 폴리에틸렌, 더욱 더 바람직하게는 초고(ultra-high)분자량의 폴리에틸렌, 즉, 적어도 1,000,000, 특히 4,000,000 이상, 더욱 특별하게는 5,000,000 이상의 분자량[점도(viscometry)로 측정되고 마골리에(Margolie)의 수학식(Hosef Berzen, CZ Chemie-Technik, volume 3 1974, no.4, p.129)에 따라 계산된다]을 가지는 폴리에틸렌, 실질적으로 0[2,160g의 기준 부하를 이용하여 ASTM D1238 (조건 E)에 따라 측정된다]의 융점 지수와, 600ml/g 이상의 점도(viscosity number), 더 바람직하게는 1,000ml/g 이상, 더욱 더 바람직하게는 2,000ml/g 이상이며, 가장 바람직하게는 3,000ml/g 이상[130℃의 100ml 데칼린(decalin)에서 0.02g의 폴리올레핀 용액을 사용하여 계산된다]의 점도를 가진다.
미공성 시트(1)는, 본 발명에 따른 모든 미공성 시트에 대해 바람직한 것으로서, 8 내지 100 부피%의 폴리올레핀, 0 내지 40 부피%의 가소화제와 0 내지 92 부피%의 비활성 충진제 물질(inert filler material)의 균질 혼합물이다. 바람직한 충진제는 세분된 실리콘 이산화물(silicon dioxide)이다. 바람직한 가소화제는 기름(oil)이며, 특히 광물성 기름(mineral oil) 또는 그것으로부터 얻어진 가공 기름(process oil)이다. 가소화제가 중합체, 충진제와 가소화제의 혼합물로부터 가장 쉽게 제거될 수 있는 구성요소이기 때문에 막을 다공성으로 하는 데 적합하다. 미공성 막의 마지막 성분은 본래의 혼합물과 구성 또는 추출된 구성요소에 따라 달라진다. 이러한 유형의 물질들은 선행 기술, 예를 들어 미국특허 제 3,351, 495호에서 알려지고 기술되어 있다.
미공성 시트(1)와 같은 본 발명에 따른 미공성 시트의 구멍의 크기는 바람직하게는 지름이 1㎛ 보다 작다. 바람직하게, 구멍의 50% 이상이 0.5㎛ 또는 그보다 작은 지름을 가진다. 여기에서, 적어도 90%의 구멍이 0.7㎛보다 작은 지름을 가진다면 특히 바람직하다.
도 2는 완성된 분리기 물질(6)을 관통한 단면을 보여주는데, 평면 플리스 물질(7)을 적용한 미공성 시트(1)를 관통한 단면을 말하는 것이다. 측면 가장자리 영역(5)에서의 리브(3)는 막(1)의 가운데 영역(4)에서 리브(2, 2')보다 매우 낮은 높이를 가진다. 도시된 막(1)이 단지 하나의 면에 리브(2, 2')를 가지긴 해도, 리브(2, 2') 및/또는 리브(3)가 또한 다른 면에 제공되는 것이 가능하다.
시트(1)의 기본 시트의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 0.6mm이며, 더욱 바람직하게 0.15 내지 0.25mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.2mm이다.
시트(1)의 가운데 영역(4)에서 리브(2. 2')는 평면 플리스 물질(7)과의 용접 전에, 바람직하게는 대략 0.3 내지 1.3mm의 높이를 가지고 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.9mm를 가진다. 만약 리브(2, 2')의 높이가 대략 0.5 내지 0.6mm라면 특히 바람직하다. 리브의 기본 폭은 약 0.5 내지 1.5mm이고 바람직하게는 0.6 내지 0.8mm가 된다. 도시된 바람직한 사다리꼴의 횡단면뿐만 아니라, 리브는 어떠한 적 합한 횡단면이든지, 예를 들어 원형, 직사각형, 삼각형의 횡단면을 가질 수 있다. 이러한 예로 들은 리브의 가능한 형태와 크기는 또한 위에서 언급한 모든 가능한 리브에 적용될 수 있다. 본 발명의 내용상 적합한 돌기의 형성을 위해, 약한 지점 혹은 구멍이 발생하는 위험 없이 시트와 플리스 물질의 용접이 가능하게 하기 위한 충분한 추가의(additional) 시트 물질을 제공하는 것이 결정적이다. 이러한 점에서, 추가의 시트 물질는 용접 이음이 기본 시트에 비해 두꺼운 시트 영역에서 이루어지거나 혹은 용접 후에 용접 이음의 부분으로부터 거의 완전히 제거된다고 할 수 있으며, 상기 플리스 물질는 이러한 영역에서 막 기본 시트의 표면의 레벨에 있으며 그 아래로 내려가지는 않는다. 용접 이음에 대하여, 돌기의 적합한 형태는 이 분야에 기술을 가진 사람이 쉽게 알아낼 수 있는 바와 같이, 막의 물질(material)과 크기(dimension), 플리스의 구성과 크기 및 선택한 용접 과정에 따라 달라진다.
도 2에서 알 수 있는 것처럼, 평면 플리스 물질(7)은 시트(1)에 위치한다. 플리스 물질(7)은 시트(1)의 전체 길이에 걸쳐 있는 두 개의 용접 솔기(8)에 의해 가장 바깥쪽의 두 개의 리브(2')에 결합된다. 용접 솔기(8)는 그의 전체 길이를 따라 리브(2')와 이어진다. 그러나, 개별적인 스폿-용접 지점을 따라 비연속적인 용접 솔기를 제공하는 것 또한 가능하다. 본 발명의 내용상 적합한 플리스 물질은, 예를 들어, 25 g/m2의 플리스 중량을 가지는 플리스, 80% PET 섬유와 20% PET 멜트 섬유(PET는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 약어이다)의 섬유 혼합물, 섬유의 평균 지름이 3 dtex이고 평균 섬유의 길이는 15mm이다.
도 2에서, 리브(2')는 돌기(2)와 같은 높이를 가진다. 상기 설명에 따르면, 그러나 용접은 돌기(2')의 높이가 돌기(2)와 비교해서 감소하는 일이 발생할 수 있다. 이러한 맥락으로, 돌기(2')의 높이는 또한 0까지 줄어들 수 있다.
용접은 초음파 용접에 의해 수행된다. 이러한 과정은 매우 이로운 방식으로 적어도 90m/min의 처리 속도를 허용한다. 리브의 다른 배치 및/또는 다른 유형의 돌기를 가지는 열가소성 미공성 막은 이러한 방식으로 플리스 물질에 결합될 수 있으며, 그러한 분리기 물질들은 마찬가지로 본 발명의 분리기 물질이다. 예를 들어, 상기 언급된 미공성 막들 모두는, 예를 들어, 문헌(EP 0 484 295 B1)에 공지되어 있는 두꺼운 가장자리 영역을 가지는 미공성 막은, 용접 솔기가 두꺼운 가장자리 영역에 쓰이는 경우에 사용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 열가소성 재료로 이루어져 있고, 기본 시트의 적어도 하나의 면위에 많은 돌기(2, 2')를 가지며, 각각의 돌기는 증가된 막 두께를 형성하는, 미공성 시트(1) 형태의 제1층, 및 돌기(2, 2')를 가지는 상기 시트(1)의 면위에 위치하는 평면의 플리스 물질(7) 형태의 적어도 하나의 제2층을 포함하며,
    적어도 하나의 평면의 플리스 물질(7)은 많은 용접 이음부(8)에 의해 상기 시트(1)에 결합되어 있어, 평면의 플리스 물질(7)은 용접 이음부(8)의 영역내 적어도 기본 시트의 표면에 위치하여 스며들지 않음을 특징으로 하는, 납-산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질.
  2. 제1항에 있어서, 평면의 플리스 물질(7)은 용접 이음부(8)에 의해 막(1)의 적어도 몇몇의 돌기(2')에 결합됨을 특징으로 하는 분리기 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 돌기(2, 2')는 수직으로 뻗어서 분리기 물질(6)의 전체 길이에 걸쳐 있는 리브(2, 2')임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  4. 제3항에 있어서, 수직으로 있는 리브(2, 2')는 분리기 물질(6)의 각각의 양쪽 가장자리 영역(5)에 리브(2')를 각각 포함하고, 용접 이음부(8)는 이들 양쪽 가장자리 리브(2')에 이어지는 용접 솔기(8)임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  5. 제4항에 있어서, 양쪽 측면의 리브(2')는 연속적인 리브이고 용접 솔기(8)는 연속적인 용접 솔기임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  6. 제4항에 있어서, 양쪽 측면의 리브(2')는 비연속적인 리브이고 용접 솔기(8)는 비연속적인 용접 솔기임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용접 이음부(8)는 스폿 용접 이음부(spot-welded joint)임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  8. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 미공성 시트(1)는 폴리올레핀으로 만들어짐을 특징으로 하는 분리기 물질.
  9. 제8항에 있어서, 폴리올레핀은 적어도 300,000의 분자량, 정상 조건하에서 실질적으로 0인 융점 지수, 및 600 ml/g 이상의 점도를 가짐을 특징으로 하는 분리기 물질.
  10. 제9항에 있어서, 폴리올레핀은 폴리에틸렌임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  11. 제10항에 있어서, 미공성 막(1)은 실리카 충전재를 가지는 폴리에틸렌으로부터 제조됨을 특징으로 하는 분리기 물질.
  12. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 미공성 막(1)의 기공의 적어도 50%는 0.5㎛ 이하의 지름을 가짐을 특징으로 하는 분리기 물질.
  13. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 미공성 시트(1)는 돌기(2, 2') 없는 영역에서 0.1 내지 0.6 mm의 두께를 가짐을 특징으로 하는 분리기 물질.
  14. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 플리스 물질(7)은 실질적으로 유리 섬유로 구성됨을 특징으로 하는 분리기 물질.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 플리스 물질(7)은 실질적으로 폴리에스테르 섬유로 구성됨을 특징으로 하는 분리기 물질.
  16. 제1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 플리스 물질(7)은 유리 섬유와 폴리에스테르 섬유의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 분리기 물질.
  17. 제16항에 있어서, 혼합물내 유리 섬유의 함량은 70 중량% 이하임을 특징으로 하는 분리기 물질.
  18. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 플리스 물질(7)은 0.1 내지 0.25mm의 두께를 가짐을 특징으로 하는 분리기 물질.
  19. (a) 열가소성 재료로 만들어지고 기본 시트의 적어도 하나의 면위에 많은 돌기(2,2')(각각의 돌기는 증가된 시트 두께를 형성한다)를 가지는 미공성 시트(1)를 제공하는 단계,
    (b) 적어도 하나의 평면의 플리스 물질(7)을 제공하는 단계,
    (c) 돌기(2, 2')를 가지는 상기 시트(1)의 면위에 적어도 하나의 플리스 물질(7)를 위치시키는 단계, 및
    (d) 상기 적어도 하나의 평면의 플리스 물질(7)을 상기 시트(1)의 적어도 몇 개의 돌기(2')와 용접하므로써, 평면의 플리스 물질(7)이 용접 이음부(8)의 영역내 적어도 막 기본 시트의 표면에 위치하여 스며들지 않도록 하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 납-산 축전지용 분리기를 형성하기 위한 분리기 물질(6)의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 용접은 초음파 용접에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 제조방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 미공성 시트(1)의 적어도 몇 개의 돌기(2, 2')는 0.5 내지 0.6mm의 높이를 가지고 상기 용접은 이러한 돌기(2')를 가지고 이 루어짐을 특징으로 하는 제조방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 플리스 물질(7)은 0.1 내지 0.25mm의 두께를 가짐을 특징으로 하는 제조방법.
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