KR20200010588A - 개선된 납축 전지 세퍼레이터, 전지 및 관련된 방법 - Google Patents
개선된 납축 전지 세퍼레이터, 전지 및 관련된 방법 Download PDFInfo
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Abstract
개선된 납축 전지용 세퍼레이터가 본 명세서에 개시된다. 상기 세퍼레이터는 다공성 막, 고무, 및 하나 이상의 성능 향상 첨가제, 포지티브 및/또는 네거티브 리브, 및/또는 낮은 산 침출성 총 유기 탄소를 포함할 수 있다.
Description
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 개선된 침수형 납축 전지, 구체적으로 강화된 침수형 납축 전지("EFBs")와 같은, 납축 전지용 세퍼레이터, 및 겔 및 흡수성 유리 매트("AGM") 전지와 같은, 다양한 다른 납축 전지에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 개선된 세퍼레이터, 전지 세퍼레이터, EFB 세퍼레이터, 전지, 셀, 시스템, 이를 포함하는 방법, 이를 사용하는 차량, 이를 제조하는 방법, 이의 용도, 및 이들의 임의의 조합에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에는 전지 수명 향상; 전지 고장 감소; 수분 손실 감소; 산화 안정성 향상; 부동 전류를 향상, 유지 및/또는 낮추는 것; 충전 종료("EOC") 전류 개선; 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전히 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압 감소; 내부 전기 저항 최소화; 전기 저항을 낮추는 것; 습윤성 증가; 전해질에 담금 시간을 낮추는 것; 전지 형성 시간 감소; 안티몬 중독 감소; 산 층화 감소; 납축 전지의 산 확산 개선 및/또는 균일성 개선; 및 이들의 임의의 조합을 위한 방법, 시스템, 및 전지 세퍼레이터가 개시된다.
적어도 바람직한 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 납축 전지용 세퍼레이터에 관한 것이며 상기 세퍼레이터는 고무, 라텍스 및/또는 개선된 성능 향상 첨가제 및/또는 코팅을 포함한다. 하나 이상의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 개시된 세퍼레이터는 골프 카트(때때로 골프 카로 지칭 됨)와 같은 움직이는 기계(motive machine); 인버터; 및 태양 광 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템과 같은, 재생 가능 에너지 시스템 및/또는 대체 에너지 시스템;과 같은 딥 사이클링 어플리케이션에 유용하다. 상기 개시된 세퍼레이터는 또한 상기 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 동작이 전지 어플리케이션의 일부인 전지 시스템에 유용하다. 다른 구체적인 실시예에서, 상기 개시된 세퍼레이터는 전지 시스템에서 사용될 수 있고 상기 첨가제 및/또는 합금(안티몬이 주요 실시예)은 전지의 수명 및/또는 성능을 강화시키기 위해 및/또는 전지의 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동 능력을 향상시키기 위해 전지에 첨가되었다.
전지 세퍼레이트는 누전을 방지하기 위하여 전지의 양극과 음극 또는 판을 분리하는 데 사용된다. 이러한 전지 세퍼레이터는 이온이 양극과 음극 사이 또는 플레이트들 사이를 통과 할 수 있도록 전형적으로 다공성이다. 자동차 전지 및/또는 산업용 전지 및/또는 딥 사이클 전지와 같은, 납축 축전지에서, 전지 세퍼레이터는 전형적으로 다공성 폴리에틸렌 세퍼레이터; 일부 경우에, 이러한 세퍼레이터는 백웹 및 상기 백웹의 한쪽 또는 양쪽에 서있는 복수의 리브를 포함할 수 있다. 참조: Besenhard, J. O., Editor, Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany (1999), Chapter 9, pp. 245-292. 자동차 전지용 일부 세퍼레이터는 연속 길이로 만들고, 롤링하며, 이어서 접고, 모서리를 따라 밀봉하여, 전지용 전극을 수용하는 파우치 또는 엔벨로프(envelope)를 형성하였다. 산업(또는 트랙션(traction) 또는 딥 사이클 저장) 전지용 특정 세퍼레이터는 전극 판(조각 또는 잎)과 거의 같은 사이즈로 절단하였다.
납축 전지의 전극은 종종 비교적 높은 안티몬 함량을 가지는 납 합금으로 만들어진다. 부분 충전 상태("PSOC")에서 작동하는 전지는 산 층화에 적합한 경향이 있다. 이 상태에서, 전지 하단의 전해질 내에 더 많은 산이 농축되고, 전지 상단의 전해질에 더 많은 물이 농축된다. 납은 물에 용해되어 용액에 들어간다. 그러나, 납은 산에 침전되어 고체 결정을 형성한다. 따라서, 산 층화는 덴드라이트(dendrite)를 형성하는 황산 납(Pb2SO4) 결정 형성을 유도하는 경향이 있다. 산 층화가 없어도, 방전 중에 산이 고갈되어 합금 납이 용액으로 들어가고, 충전 사이클 동안 산이 회복됨에 따라 결정으로 침전될 수 있다.
이들 결정이 충분히 큰 사이즈로 형성될 때, 덴드라이트는 세퍼레이터를 통해 구멍을 찢거나 뚫고 음극을 양극에 연결하기 위한 브릿지를 형성하여, 쇼트를 초래할 수 있다. 이로 인해 전압 방전, 충전 허용을 방해를 받거나 치명적인 고장이 발생하여 전지가 작동하지 않을 수 있다. 전지의 성능과 수명이 모두 손상된다.
적어도 특정 어플리케이션 또는 전지의 경우, 개선 된 사이클 수명, 감소된 산 층화, 및/또는 감소된 덴드라이트 형성을 제공하는 개선된 분리막이 여전히 필요하다. 보다 구체적으로, 개선된 세퍼레이터, 및 개선된 세퍼레이터를 포함하는 개선된 전지(예를 들어, 부분 충전 상태에서 작동하는 전지)에 대한 필요성이 남아 있으며, 이는 납축 전지의 전지 수명 향상, 전지 고장 감소, 산화 안정성 향상; 부동 전류를 향상, 유지 및/또는 낮추는 것, 충전 종료("EOC") 전류 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전히 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압 감소, 내부 전기 저항 증가 최소화, 전기 저항을 낮추는 것, 안티몬 중독 감소, 산 층화 감소, 산 확산 개선, 및/또는 균일성 개선을 제공한다.
하나 이상의 실시예의 세부 사항은 아래의 상세한 설명에서 설명한다. 다른 특징, 목적, 및 이점은 상세한 설명 및 청구 범위로부터 명백할 것이다. 적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 상기 문제 또는 요구를 해결할 수 있다. 적어도 특정 목적, 측면, 또는 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 예를 들어, 감소된 산 층화를 갖고, 덴드라이트의 형성을 완화시키며, 및/또는 개선된 사이클링 성능을 가지는 전지를 제공함으로써 전술한 문제를 극복하는 개선된 세퍼레이터 및/또는 전지를 제공할 수 있다.
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규 또는 개선된 세퍼레이터, 셀, 전지, 시스템, 및/또는 이러한 신규 세퍼레이터, 셀, 및/또는 베터리의 제조 방법 및/또는 용도에 관한 것이다. 하나 이상의 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 평판 전지, 관형 전지, 침수형 납축 전지, 강화 침수형 납축 전지("EFB"), 딥 사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 인버터 전지, 태양 광 또는 풍력 발전 축전지, 차량 전지, 시동 점등 점화("SLI") 차량 전지, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 오토바이 전지, 모든 지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기 인력거 전지, 전기 자전거 전지용 신규 또는 개선된 전지 세퍼레이터, 및 / 또는 이러한 개선된 세퍼레이터, 셀, 전지, 시스템 등의 제조 방법 및/또는 용도에 관한 것이다. 또한, 납축 전지의 전지 성능 및 수명 향상, 전지 고장 감소, 산 층화 감소, 덴드라이트 형성 완화, 산화 안정성 개선, 부동 전류를 향상, 유지, 및/또는 낮추는 것, 충전 종료 전류 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전히 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압 감소, 내부 전기 저항 감소, 안티몬 중독 감소, 습윤성 증가, 산 확산 개선, 및/또는 균일성 개선 및/또는 사이클 성능 개선을 위한 방법, 시스템 및 전지 세퍼레이터가 본 명세서에 개시된다. 하나 이상의 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 개선된 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 신규 세퍼레이터는 감소된 전기 저항, 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 개선된 필러, 증가된 습윤성, 증가된 산 확산성, 네거티브 교차 리브(negative cross rib) 등을 포함한다.
적어도 하나의 매우 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 세퍼레이터에 관한 것이고 상기 신규 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하, 보다 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하, 보다 더 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하거나 또는 가지며, 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 네거티브 리브로서 복수의 리브, 바람직하게 TD 또는 교차 MD 네거티브 미니 리브, 및 보다 더 바람직하게 네거티브 교차 리브를 디자인하고 최적화되어 덴드라이트 형성 및 성장을 감소시켰다.
이들 및 다른 목적을 달성하기 위해, 특정 선택된 실시예에서, 다공성 막 및 선택적인 섬유 매트(다공성 막에 적층 또는 인접)를 가지는 세퍼레이터는 세퍼레이터가 사이에 배치된 음극 및 양극을 가지는 EFB 또는 딥 사이클 전지와 같은 납축 전지에 사용되는 것이 제안된다. 다공성 막 또는 섬유 매트 중 하나 또는 둘다는 천연 및/또는 합성 고무 및 다공성 막 또는 섬유 매트의 어느 한 측면의 적어도 일부에 함침되거나 또는 코팅되는 적어도 하나의 성능 향상 첨가제로 제공될 수 있다. 추가로, 상기 다공성 막은 이들의 어느 한쪽 또는 양쪽에, 다양한 패턴 및 방향으로, 리브가 제공될 수 있다.
선택된 실시예에 따르면, 향상되거나 또는 신규한 전지 세퍼레이터는 이들의 적어도 일부로부터 복수의 리브를 구비한 백웹을 가지는 다공성 막이 제공된다. 상기 다공성 막은 중합체, 필러, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 가소제, 및 선택적인 고무를 가질 수 있다. 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하, 보다 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하, 보다 더 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 가질 수 있다.
선택된 실시예의 개선은 양극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 포지티브리브로서 복수의 리브 중 적어도 일부를 제공할 수 있고, 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 네거티브 리브로서 복수의 리브 중 적어도 일부를 제공할 수 있으며, 또는 실시예는 양 및 네거티브 리브 모두 제공될 수 있다. 상기 양 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 양쪽 모두는 제 1 측면 모서리에서 제 2 측면 모서리로 균일하게 연장되거나 연장되지 않을 수 있다. 상기 포지티브 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 양쪽 모두는 또한 상부 모서리에서 하부 모서리로 균일하게 연장되거나, 연장되지 않을 수 있다. 상기 포지티브 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 또는 둘다는 디자인되고, 최적화되어 덴드라이트 형성 및 성장을 감소시킬 수 있다.
특정 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 세트 중 어느 하나는 다음 중 어느 하나일 수 있다: 솔리드 리브, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브, 불연속 리브, 불연속 피크, 불연속 돌출부, 각진 리브, 대각선 리브, 선형 리브, 상기 다공성 막의 기계 방향으로 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 다공성 막의 교차 기계 방향으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 디스크리트 티스(discrete teeth), 톱니형 리브(toothed rib), 세레이션(serration), 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement), 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 연속 사인파 리브, 불연속 사인파 리브, S 형 리브, 연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 브로큰 불연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 칼럼(column), 미니 칼럼(column), 다공성, 비다공성, 교차 리브, 미니 리브, 교차 미니 리브 및 이들의 조합.
선택된 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 세트 중 어느 하나는 브로큰 리브일 수 있고, 상기 리브는 상기 세퍼레이터의 모서리 내에 포함되는 분리된 말단 지점을 가지며 임의의 다른 리브와 분리된다.
상기 브로큰 리브는 상기 세퍼레이터가 내부에 배치되며, 전지의 시작 및 정지 운동에 평행하게 위치하는, 상기 전지의 이동 중에, 전지에서 산 혼합을 향상시키기 위하여 각도 배향에 의해 형성될 수 있다.
상기 각도 배향은 기계 방향(MD)에 대해 정의될 수 있고, 상기 각도 배향은 0도(0°) 초과 내지 180도(180°) 미만, 또는 180도(180°)초과 내지 360도(360°) 미만의 각도일 수 있다. 상기 리브의 각도 배향은 복수의 리브를 통해 변할 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 복수의 리브 세트를 가질 수 있고, 상기 각 리브 세트는 다른 리브 세트와 비교하여 상이하거나 또는 동일한 각도 배향을 가질 수 있다. 다른 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 및/또는 네거티브 리브는 0도(0°) 내지 360도(360°) 사이의 각도 배향을 가질 수 있다.
선택된 실시예에서, 상기 포지티브 리브는 약 50 μm 내지 약 2.0 mm의 리브 높이를 가질 수 있다. 또한, 상기 포지티브 리브의 적어도 일부는 약 300 μm 내지 약 750 μm의 베이스 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 포지티브 리브의 적어도 일부는 약 400 μm 내지 약 500 μm의 제 2 베이스 폭을 가질 수 있다. 상기 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 적어도 일부가 실질적으로 직선이고 서로에 대해 실질적으로 평행인 경우, 이들은 약 50 μm 내지 약 20 mm의 간격을 가질 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 네거티브 리브는 상기 포지티브 리브의 높이에 비해 약 5.0% 이하 내지 약 100% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 전지 세퍼레이터는 약 5.0 μm 내지 약 2.0 mm의 높이 범위의 네거티브 리브를 가질 수 있다. 예시적인 네거티브 리브는 약 5 μm 내지 약 500 μm의 베이스 폭을 가질 수 있다. 본 발명의 측면은 다음 중 하나 이상을 포함 할 수 있는 조성물을 가지는 상기 세퍼레이터 또는 다공성 막을 제공한다: 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE"), 페놀 수지, 폴리 염화 비닐("PVC"), 고무, 합성 목재 펄프("SWP"), 리그닌, 유리 섬유, 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유, 고무, 및 이들의 조합.
본 발명의 개선은 다음 중 하나 이상일 수 있는 고무를 제공한다: 가교 결합 고무, 비가교 결합 고무, 경화 고무, 미경화 고무, 천연 고무, 라텍스, 합성 고무, 및 이들의 조합. 본 발명의 다른 개선은 다음 중 하나 이상일 수 있는 고무를 제공한다: 메틸 고무, 폴리부타디엔, 하나 이상의 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로르하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노르보르넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 공중합체 고무, 및 이들의 조합. 또한, 상기 공중합체 고무는 다음 중 어느 하나 이상일 수 있다: 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무(EPM 및 EPDM), 에틸렌/비닐 아세테이트 고무, 및 이들의 조합.
선택된 실시예에서, 상기 고무는 약 1 중량% 내지 약 6 중량%, 바람직하게 약 3 중량%, 바람직하게 약 6 중량%, 보다 바람직하게 약 3 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 고무는 상기 세퍼레이터의 다른 기본 재료와 혼합될 수 있고, 또는 상기 세퍼레이터 또는 다공성 막의 하나 이상의 표면 중 적어도 일부에 코팅될 수 있다. 코팅된 경우, 고무는 액체 슬러리로서 도포되고 건조될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음 중 어느 하나 이상일 수 있는 필러를 가질 수 있다: 실리카, 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 알루미나; 활석; 생선 가루, 생선 뼈 가루, 및 이들의 조합. 또한, 상기 실리카는 약 21:100 내지 35:100, 약 23:100 내지 약 31:100, 약 25:100 내지 약 29:100, 및 대안적으로 적어도 약 27:100 이상의 범위 내일 수 있는, 29Si-NMR에 의해 측정된, OH:Si 기의 분자 비율을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 필러는, 높은 구조적 형태를 가지는 예시적인 필러를 제공할 수 있다. 본 발명의 개선은, 다음 중 적어도 하나 이상을 특징으로 하는 예시적인 필러를 제공할 수 있다: 5 μm 이하의 평균 입경을 가짐; 100 m2/g 이상의 표면적을 가짐; 150 ml/100 mg 이상의 오일 흡착력을 가짐; 및 이들의 조합.
상기 세퍼레이터 또는 다공성 막은 예를 들어, 약 2.0:1.0과 같은, 약 2.0:1.0 내지 약 4.0:1.0; 대안적으로 약 2.6:1.0; 및 또한 대안적으로 약 3.5:1.0;의 필러 대 중합체(필러:중합체) 중량비를 가질 수 있고; 2.6:1.0과 같은, 약 2.0:1.0 내지 약 3.0:1.0의 중량 기준으로 필러 대 필러 및 고무의 조합(필러: 중합체 및 고무)을 가질 수 있다.
예시적인 다공성 막은 약 50 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게 약 75 μm 내지 약 250 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 200 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 150 μm, 그리고 가장 바람직하게 약 75 μm 내지 약 125 μm의 백웹 두께를 가질 수 있다,
본 발명의 개시에 따른 예시적인 세퍼레이터는 약 100 μm 내지 약 1.0 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 850 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 650 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 450 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 250 μm, 그리고 가장 바람직하게 약 100 μm 내지 약 150 μm의 전체 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 다음 중 하나 이상일 수 있는 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 제공할 수 있다: 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화 방지제, 및 이들의 조합. 개선은 다음 중 하나 이상인 예시적인 계면활성제를 제공한다: 비이온성 계면활성제, 이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 이들의 조합. 또한, 예시적인 성능 향상 첨가제는 리튬 이온, 알루미늄 이온, 또는 둘 다를 가질 수 있다.
예시적인 실시예는 적어도 약 0.5 g/m2 내지 약 6 g/m2, 및 대안적으로 약 0.5 g/m2 내지 약 3 g/m2의 양으로 계면활성제를 제공할 수 있다. 상기 성능 향상 첨가제는 예를 들어, 상기 다공성 막 또는 세퍼레이터의 적어도 일부에 코팅될 수 있고, 상기 다공성 막 또는 세퍼레이터의 적어도 일부 내 함침될 수 있고, 또는 상기 다공성 막의 압출(extrusion) 전에 상기 중합체 및 필러와 혼합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 예를 들어, 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일, 및 이들의 조합일 수 있는 가공 가소제를 가지는 다공성 막 또는 세퍼레이터를 제공한다. 상기 가소제는 상기 다공성 막의 압출 전 상기 중합체, 필러, 및 선택적인 성능 향상 첨가제 의 혼합에 전형적으로 첨가된다. 압출 후, 가소제의 일부는 공지된 수단에 의해 추출될 수 있다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 세퍼레이터에는 어떤 방식으로 세퍼레이터에 접착 또는 결합될 수 있거나 또는 단순히 이에 인접하게 배치될 수 있는 섬유 매트가 추가로 제공된다. 상기 매트는 다음 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다: 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 또는 이들의 조합. 또한, 상기 매트는 부직포, 직포, 메쉬, 플리스(fleece), 네트, 또는 이들의 조합일 수 있다.
예시적인 세퍼레이터는 종래의 세퍼레이터에 비해 더 낮은 전기 저항("ER")과 같은 증가된 성능 파라미터를 나타낼 수 있다. 예를 들어, ER은 약 65 mΩ·cm2 이하, 바람직하게 약 50 mΩ·m2 이하, 및 가장 바람직하게 약 35 mΩ·cm2 이하일 수 있다,
예시적인 세퍼레이터는 상기 세퍼레이터의 포지티브 측면 및 네거티브 측면 중 하나 또는 둘 다에전도성층이 제공될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터는 40 시간에서 약 200% 이상의 내산화성을 가질 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터는 다양한 형상 및/또는 구성을 취할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 세퍼레이터는 다음 중 어느 하나일 수 있다: 절단 조각, 포켓(pocket), 슬리브(sleeve), 랩(wrap), 엔벨로프(envelope), 하이브리드 엔벨로프(hybrid envelope), S-위브(S- weave) 세퍼레이터, 또는 사이드 폴드(side fold)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 또한 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 세퍼레이터를 이용하는 전지를 제공한다. 예를 들어, 상기 전지는 평판 전지, 침수형 납축 전지(flooded lead acid battery), 강화 침수형 납축 전지("EFB"), 딥 사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동 점등 점화("SLI") 차량 전지, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 오토바이 전지, 모든 지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기 선박용 전지, 전기 자전거 전지, 무정전 전원 공급 장치("UPS") 전지, 또는 태양 광 또는 풍력 발전 또는 다른 재생 가능 에너지 저장 시스템 전지와 같은 납축 전지일 수 있다. 예시적인 전지는 약 1% 내지 약 99%, 및 가능하게 약 1% 내지 약 50%, 및 추가로 가능하게 약 50% 내지 약 99%의 방전 깊이를 갖는 부분 충전 상태로 사용될 수 있다. 상기 전지는 이동 중, 정지 중에, 에너지 저장 시스템 어플리케이션에서; 재생 가능 에너지 저장 시스템 어플리케이션에서; 무정전 전원 공급 장치 어플리케이션에서; 에너지 비축 시스템(energy reserve system) 어플리케이션에서, 백업 전력 어플리케이션에서, 사이클링 어플리케이션, 및 이들의 조합에서 사용될 수 있다.
다른 실시예는 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 전지를 이용하는 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 에너지 저장 시스템; 재생 가능 에너지 저장 시스템; 무정전 전원 공급 장치; 에너지 비축 시스템, 전력 백업 시스템, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 자동차, 트럭, 오토바이, 모든 지형 차량, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량, 선박, 전기 인력거 전지, 전기 세발 자전거 및 전기 자전거 전지와 같은 차량을 더 포함할 수 있다.
특정 바람직한 실시예에서, 본 개시 또는 발명은 딥 사이클 전지 산업에서 이전에 충족되지 않은 요구를 해결하기 위해 개선된 전지 세퍼레이터(폴리에틸렌과 같은, 중합체의 다공성 막에 일정량의 성능 향상 첨가제 및 리브를 가지는 세퍼레이터 )와 함께 예상치 못한 방식으로, 구성 및 물리적 특성 및 특징이 상승적으로(synergistically) 조합하는, 또는 특정 실시예에서, 최근 많은 딥 사이클 전지 어플리케이션에서 사용되는 공지된 플랙시블 성능을 충족시키는, 플랙시블 전지 세퍼레이터를 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 본 발명의 세퍼레이터는 전통적으로 딥 사이클 전지와 함께 사용되는 세퍼레이터보다 시간이 지남에 따라 더 강력하고(robust), 덜 깨지기 쉬우며(fragile), 덜 부서지기 쉬우며(less brittle), 더 안정적(저하에 취약)이다. 본 발명의 플랙시블, 성능 향상 첨가제-함유 및 리브 보유 세퍼레이터는 종래의 세퍼레이터의 능력과 폴리에틸렌-기반 세퍼레이터의 원하는 강력한 물리적 및 기계적 특성을 결합하는 동시에, 이를 이용하는 전지 시스템의 성능을 향상시킨다.
도 1a 내지 1c는 본 개시의 예시적인 전지 세퍼레이터의 기본적인 물리적 특성을 나타낸다.
도 2a 내지 2b는 어느 리브의 편평한 백웹 공간(void)을 포함하는, 백웹의 네거티브 표면 상에 상이한 리브를 구비한 다양한 예시적인 세퍼레이터, 및 덴드라이트 성장에 대한 이들의 영향을 도시한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 다양한 예시적인 리브 형상을 나타낸다.
도 4a 내지 4e는 본 개시의 예시적인 전지 세퍼레이터의 다양한 리브 패턴의 일반적인 묘사를 도시한다.
도 5는 초음파 처리 전 및 후의 실리카 사이즈를 도시하고, 초음파 처리 전 및 초음파 처리 30 초 및 60 초 후 새로운 실리카 및 표준 실리카의 입자 사이즈 분포를 추가로 나타낸다.
도 6a는 연신 테스트(elongation test) 샘플의 개략적인 렌더링이다.
도 6b는 연신 테스트(elongation test)를 위한 샘플 홀더를 도시한다.
도 2a 내지 2b는 어느 리브의 편평한 백웹 공간(void)을 포함하는, 백웹의 네거티브 표면 상에 상이한 리브를 구비한 다양한 예시적인 세퍼레이터, 및 덴드라이트 성장에 대한 이들의 영향을 도시한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 다양한 예시적인 리브 형상을 나타낸다.
도 4a 내지 4e는 본 개시의 예시적인 전지 세퍼레이터의 다양한 리브 패턴의 일반적인 묘사를 도시한다.
도 5는 초음파 처리 전 및 후의 실리카 사이즈를 도시하고, 초음파 처리 전 및 초음파 처리 30 초 및 60 초 후 새로운 실리카 및 표준 실리카의 입자 사이즈 분포를 추가로 나타낸다.
도 6a는 연신 테스트(elongation test) 샘플의 개략적인 렌더링이다.
도 6b는 연신 테스트(elongation test)를 위한 샘플 홀더를 도시한다.
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 상기 문제 또는 요구를 해결할 수 있다. 적어도 특정 목적, 측면, 또는 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 예를 들어, 감소된 산 층화를 갖고, 데트라이트의 형성을 완화시키며, 및/또는 개선된 사이클링 성능을 가지는 전지를 제공함으로써 전술한 문제를 극복하는 개선된 세퍼레이터 및/또는 전지를 제공할 수 있다.
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규 또는 개선된 세퍼레이터, 셀, 전지, 시스템, 및/또는 이러한 신규 세퍼레이터, 셀, 및/또는 베터리의 제조 방법 및/또는 용도에 관한 것이다. 하나 이상의 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 평판 전지, 관형 전지, 침수형 납축 전지, 강화 침수형 납축 전지("EFB"), 딥 사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 인버터 전지, 태양 광 또는 풍력 발전 축전지, 차량 전지, 시동 점등 점화("SLI") 차량 전지, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 오토바이 전지, 모든 지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기 인력거 전지, 전기 자전거 전지용 신규 또는 개선된 전지 세퍼레이터, 및/또는 이러한 개선된 세퍼레이터, 셀, 전지, 시스템 등의 제조 방법 및/또는 용도에 관한 것이다. 또한, 납축 전지의 전지 성능 및 수명 향상, 전지 고장 감소, 산 층화 감소, 덴드라이트 형성 완화, 산화 안정성 개선, 부동 전류를 향상, 유지, 및/또는 낮추는 것, 충전 종료 전류 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전히 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압 감소, 내부 전기 저항 감소, 안티몬 중독 감소, 습윤성 증가, 산 확산 개선, 및/또는 균일성 개선 및/또는 사이클 성능 개선을 위한 방법, 시스템 및 전지 세퍼레이터가 본 명세서에 개시된다. 하나 이상의 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 개선된 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 신규 세퍼레이터는 감소된 전기 저항, 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 개선된 필러, 증가된 습윤성, 증가된 산 확산성, 네거티브 교차 리브(negative cross rib) 등을 포함한다.
적어도 하나의 매우 구체적인 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 세퍼레이터에 관한 것이고 상기 신규 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하, 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하, 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하거나 또는 가지며, 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 네거티브 리브로서 복수의 리브, 바람직하게 TD(또는 교차 MD) 네거티브 미니 리브, 및 보다 더 바람직하게 네거티브 교차 리브(NCR)를 디자인하고 최적화되어, 강도를 더하고, 산 층화를 줄이며, 가스 방출을 돕고 및/또는 덴드라이트 형성 및 성장을 감소시켰다.
물리적 설명
예시적인 세퍼레이터에는 약 5 μm 미만, 바람직하게 약 1 μm 미만의 기공을 가지는 미세기공(microporous) 막, 메조기공(mesoporous) 막, 또는 약 1 μm 초과의 기공을 가지는 마크로기공(macroporous) 막과 같은 다공성 막의 웹이 제공될 수 있다. 상기 다공성 막은 바람직하게는 최대 100 ㎛ 미만의 미크론(micron), 및 특정 실시예에서 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 공극 사이즈를 가질 수 있다. 특정 실시예에서 본 명세서에 기재된 분리막의 다공성은 50% 초과 내지 60%일 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 상기 다공성 막은 편평할 수 있고 또는 이들의 표면으로부터 연장하는 리브를 가질 수 있다. 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터는 다양한 치수로 정의 될 수 있으며, 이는 이하에서 상세히 설명될 것이다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 백웹 두께(TBACK), 총 두께(TTOTAL), 포지티브 리브 높이(HPOS), 포지티브 리브 베이스 폭(WPOSBASE), 선택적인 제 2 포지티브 리브 베이스 폭(W'POSBASE)(도 1d에 도시 됨), 포지티브 리브 피치(PPOS), 네거티브 리브 높이(HNEG), 네거티브 리브 베이스 폭(WNEGBASE), 네거티브 리브 베이스 폭(WNEGBASE), 및 네거티브 리브 피치(PNEG)를 가질 수 있다.
이제 도 1a 내지 1c를 참조하면, 예시적인 세퍼레이터(100)에는 다공성 막(102)의 웹이 제공된다. 상기 세퍼레이터(100) 및 막(102)은 기계 방향("MD") 및 교차 기계 방향("CMD"), 및 상부 모서리(101) 및 하부 모서리(103)(둘 다 실질적으로 CMD에 평행), 및 측면 모서리(105a, 105b) (둘 다 실질적으로 MD에 평행)을 가진다.
도 1a를 참조하면, 세퍼레이터(100)는 세퍼레이터(100)가 전지(미도시) 내에 배치될 때 양극(미도시)을 마주하기 때문에 명명된 포지티브 표면에 제공된다. 도 1a는 상기 세퍼레이터의 포지티브 표면을 나타낸다. 1 차 또는 포지티브 리브(104) 중 하나 이상의 세트가 제공될 수 있고 다공성 막(102)의 포지티브 표면 중 적어도 일부로부터 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 리브(104)는 고체이고 상기 막(102)에 실질적으로 길이방향으로 배치되며, 이는 세퍼레이터 MD와 평행하다. 상기 포지티브 리브(104)는 또한 측면 모서리(105a)에서 측면 모서리(105)로 전체 세퍼레이터 폭(W)을 균일하게 가로 질러 연장되는 것으로 설명되는데, 이는 "범용 프로파일(universal profile)"로 공지되었다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터는 세퍼레이터(100)가 사용될 전지의 유형에 따라, 적어도 선택된 실시예에서 약 40 mm 내지 약 170 mm의 범위에 있을 수 있는 폭(W)을 갖는다.
도 1b를 참조하면, 세퍼레이터(100)는 상기 세퍼레이터(100)가 전지(미도시) 내에 배치될 때 음극(미도시)을 마주하기 때문에 명명된 네거티브 표면에 제공된다. 도 1b는 상기 세퍼레이터의 네거티브 표면을 나타낸다. 2 차 또는 네거티브 리브(106) 중 하나 이상의 세트가 제공될 수 있고 다공성 막(102)의 네거티브 표면 중 적어도 일부로부터 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 리브(104)는 고체이고 단단하고 포지티브 리브(104)와 직교(orthogonal )하는 방향으로 배치되며, 이는 실질적으로 세퍼레이터 CMD와 평행하다. 이와 같이, 리브는 가로방향으로(transversely), 측면방향으로(laterally) 배치된다고 불리울 수 있고, 또는 교차 리브 또는 네거티브 교차 리브("NCR" 또는 "NCRs")로 지칭 될 수 있다. 그러나, 상기 네거티브 리브(106)는 상기 포지티브 리브(104)와 직교할 필요는 없다. 이들은 동일하거나 또는 상이한 패턴에서, 사이즈가 동일하거나, 더 크거나, 더 작거나, 또는 이들의 조합일 수 있다.
납은 물 환경에서 용액으로 들어간 다음 산에 침전될 것이다. 전형적인 납축 배터리는 약 1.28의 비중(specific gravity)을 갖는 황산 용액의 전해질을 갖는다. 납축 전지는 방전 사이클 동안 산이 고갈될 수 있고, 전해질에서 산이 반응에서 소비되는 것 및 상기 전해질은 전해질은 더 높은 수분 함량(즉, 더 낮은 비중)으로 남겨진다는 것을 의미한다. 또한, 부분 충전 상태("PSOC")에서 작동하는 전지는 산 층화에 발생되기 쉽다. 산 층화는 전해질 용액에서 산(물보다 밀도가 높음)이 상기 전지의 하부에 떨어지고 모여서 상기 전지의 상단에 상기 전해질의 수분 함량이 더 높은 상태이다. 전지가 과충전되거나 또는 충전 용량이 100%에 가까운 상태로 유지될 때 산층화가 완화될 수 있다.
골프 카트, 지게차, 전기 인력거, 전기 자전거, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 등에 사용되는 것과 같은 딥 사이클 전지는 부분 충전 상태에서 거의 일정하게 작동한다. 이러한 전지는 ISS 전지를 제외하고는 충전하기 전에 8 내지 12 시간 이상 방전된 상태로 사용된다. 또한, 전지 작동자는 서비스를 받기 전 전지를 과충전하지 않을 수 있다. ISS 전지는 방전주기및 짧은 간헐적 충전주기를 경험하고, 일반적으로 완전히 충전되거나 과충전되는 경우는 거의 없다. 이 전지 및 다른 전지들은, 모두 산 기아(acid starvation), 산 층화, 또는 둘 다에 취약하다. 따라서, 이들 전지는 전해질이 높은 수분 함량을 가지는 기간(또는 전지 내 영역)에 종속된다. 이들 전지는 또한 더 높은 산 농도를 가지는 기간(또는 전지 내 영역)에 종속된다. 따라서, 전극의 납은 전해질 내에서 용액으로 들어가 황산 납(Pb2SO4) 결정을 석출시킬 기회를 가진다. 시간이 지남에 따라 그리고 많은 방전 및 충전 사이클을 거쳐, 황산 납 결정이 상기 음극의 표면에 형성되어 스스로 덴 드라이트를 형성하게된다.
심각하거나 또는 큰 덴드라이트는 세퍼레이터를 통해 굽기에 충분히 크고, 양극과 음극을 연결하며, 전지 셀을 단락시킨다. 이로 인해 전지가 완전히 고장 나거나 또는 최소한의 성능 저하를 이끌고 배터리 수명이 단축될 수 있다.
본 발명자들은 덴드라이트가 음극 상에 형성되기 시작하고 양극을 향해 성장한다는 가설을 세웠다. 본 발명자들은 또한 상기 세퍼레이터의 상기 다공성 내지 미세 다공성 구조가 스캐폴드(scaffold) 중 어떤 것으로서 역할을 하여, 황산 납 결정이 형성될 구조를 제공한다는 가설을 세웠다. 황산 납 결정이 음극 상에 형성되기 시작하면서, 세퍼레이터에 부착하여 그들 스스로 쌓을 수 있다. 시간이 지남에 따라, 상기 결정은 세퍼레이터의 다공성 구조를 채우고 작은 덴드라이트를 형성하여 미세 단락(micro-short)을 유발하여 전지의 성능을 방해하고 전체 전지 고장을 초래할 수 있다. 본 발명자들은 세퍼레이터 및 전극 사이, 바람직하게 세퍼레이터 및 음극 사이의 접촉을 줄임으로써, 이 문제에 대한 해결책을 제안하나, 접촉 면적은 또한 세퍼레이터 및 양극 사이에서 감소될 수 있다. 세퍼레이터 및 전극 사이의 접촉을 줄이는 것은 또한 산 층화를 감소시키는 것, 산 혼합을 향상시키는 것, 플레이트 또는 전극 옆의 산 저장소를 향상시키는 것, 가스를 방출하는 것, 플레이트를 가로 질러 보다 균일한 전하를 제공하는 것, 및 이들의 조합을 도울 수 있다.
도 2a 내지 2c는 덴트라이트의 다양한 시나리오를 도시한다. 도 2a 내지 2c는 음극(202) 및 양극(204) 사이에 배치된 세퍼레이터(100)의 다양한 실시예들이다. 모든 세퍼레이터는 포지티브 리브(104)를 가지나, 오직 도 2bB 및 2c는 음극(106)을 가지는 세퍼레이터(100)을 나타낸다. 본 발명자들은 세퍼레이터 (100)가 음극(202)과 더 많이 접촉할수록 덴드라이트(206)는 다공성 구조 내에서 형성되고 성장할 가능성이 더 크다고 생각한다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 상기 웹백(102)은 상기 음극(202)과 마주하는 편평한 표면을 가진다. 그리고 본 발명자들의 가설에 따르면, 덴드라이트(206)는 세퍼레이터(100) 내에서 상기 음극(202) 및 양극(204) 사이에 다리를 성장시키고 형성할 많은 기회를 가진다. 도 2b는 네거티브 교차 리브(106)을 가지는 세퍼레이터(100)를 나타내고, 따라서, 상기 세퍼레이터(100) 및 상기 음극(202) 사이의 접촉 면적을 감소시키고, 덴드라이트(206)가 세퍼레이터(100) 내에서 형성 및 성장하고 2 개의 전극(202, 204) 사이에 다리를 형성할 기회가 더 적다. 도 2c에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(100)는 도 2b에 나타낸 것 보다 더 적은 네거티브 교차 리브(106)가 제공되고, 그들은 또한 도 2b에 도시된 것보다 더 멀리 떨어져 있고 더 크다. 따라서 상기 세퍼레이터(100) 및 상기 음극(202) 사이에 훨씬 적은 접촉을 제공하고, 따라서 덴드라이트(206)가 상기 음극(202) 및 상기 양극(204)로부터 다리를 형성할 수 있는 훨씬 적은 기회를 제공한다. 본 발명자들의 가설에 따르면, 상기 리브(106) 및 상기 전극(202) 사이의 접촉을 불연속적으로 또는 어떤 방식으로 끊어지게함으로써 덴드라이트(206) 성장을 위한 훨씬 적은 기회를 달성할 수 있다. 이는 불연속, 브로큰, 톱니형 또는 리브의 다른 형태를 제공함으로써 달성될 수 있고, 상기 리브(106)가 상기 전극(202)의 표면과 접촉하지 않는 부분이 존재하며, 상기 포지티브 리브(104)에 동일한 처리가 또한 적용될 수 있다.
리브
상기 리브(104, 106)는 균일한 세트, 교대 세트(alternating set), 또는 솔리드, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속, 불연속, 각진, 선형, 상기 세퍼레이터의 MD에서 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향(CMD)으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향(CMD)으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 연장하는 교차 리브, 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement) 또는 배틀먼트형 리브, 곡선형 또는 사인파, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 모양으로 배치된, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 다공성, 비다공성, 미니 리브 또는 교차 미니 리브, 및 또는 등의 혼합 또는 조합, 및 이들의 조합일 수 있다. 또한, 상기 리브(104, 106)는 상기 포지티브 측면, 상기 네거티브 측면, 또는 포지티브 측면으로부터 또는 내로 연장될 수 있다.
도 3a 및 3b는 전극(202/204)(양극 또는 음극)에 인접하는 리브(104/106)(포지티브 리브 또는 네거티브 리브)가 놓인 세퍼레이터 백웹(102)의 예시적인 실시 예를 나타낸다. 리브(104/106)(포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브)의 특정 예시적인 실시예는 일반적으로 리브 베이스 폭(WBASE) 및 리브 높이(HRIB)를 가지는 삼각형 형상(도 3a), 또는 일반적으로 리브 베이스 폭(WBASE) 및 리브 높이(HRIB)를 가지는 반원 형상(도 3b)을 가질 수 있다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 삼각형 형상은 등변(equilateral), 이등변(isosceles) 또는 부등변(scalene)과 같은, 단일 리브 베이스 폭(WBASE)을 가지는 임의의 삼각형 형상일 수 있다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 반원 형상은 또한 단일 리브 베이스 폭(WBASE)을 가지는 타원형(elliptical), 타원형(oval) 또는 타원형(ovoid)일 수 있다. 상기 형상의 목적은 상기 세퍼레이터 및 상기 전극(202/204) 사이의 접촉을 감소시키 위한 것 일 수 있다.
도 3c는 일반적으로 반원 형상을 가지는 리브(104/106)을 나타낸다. 이 실시예에서, 상기리브(104/106)에는 제 1 리브 베이스 폭(WBASE)이 제공되고, 상기 리브(104)의 넥(neck) 또는 넥킹(necking) 부분으로 생각될 수있는 선택적인 제 2 리브 베이스 폭(W'BASE)이 추가로 제공된다. 도 3d는 일반적으로 단일 리브 베이스 폭(WBASE)을 가지는 이등변 삼각형 형상을 가지는 리브(104/106)를 나타낸다. 예시적인 세퍼레이터는 형상, 베이스 폭(WBASE W'BASE) 및 리브 높이(HRIB)의 임의의 혼합을 가질 수 있다.
이제 도 4a 내지 4e를 참조하면, 상이한 리브 프로파일을 갖는 리브형 세퍼레이터의 몇몇 실시예를 나타낸다. 도시된 리브는 포지티브 리브(104) 인 것이 바람직할 수 있다. 도 4a 내지 4c의 각진 리브 패턴은 특정 전지에서 산 충화를 감소 시키거나 제거하는데 도움을 줄 수있는 Daramic® RipTideTM 산 혼합 리브 프로파일이 아마 선호될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 리브는 상기 세퍼레이터 MD에 비해 각도 배향으로 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib)일 수 있다. 상기 각도 배향은 0도(0°) 초과 내지 180도(180°) 미만 또는 180도(180°)초과 내지 360도(360°) 미만의 각도일 수 있다.
또한 도 4a 내지 4c에 나타낸 바와 같이, 리브는 다양한 각도 배향 및 상기 세퍼레이터 상에 위치하는 각각의 세트를 가지는 하나 이상의 리브 세트를 가질 수 있다. 상기 네거티브 면(negative face)은 리브(부드러운), 동일한 리브, 더 작은 리브, 길이방향 미니 리브, 교차 미니 리브 또는 NCRs, 대각선 리브, 또는 이들의 조합을 가질 수 없다.
도 4d는 길이방향으로 톱니 모양(serrated)의 립 패턴의 프로파일을 나타낸다. 도 4e는 대각선 오프셋(offset) 리브 패턴의 프로파일을 도시한다. 상기 네거티브면은 리브(부드러운), 동일한 리브, 더 작은 리브, 길이방향 미니 리브, 교차 미니 리브 또는 NCRs, 대각선 리브, 또는 이들의 조합을 가질 수 없다.
상기에 개시된 바와 같이, 상기 리브는 측면 모서리에서 측면 모서리로, 상기 세퍼레이터의 폭을 균일하게 교차하여 연장할 수 있다. 이는 보편적인 프로파일로 잘 알려졌다. 대안 적으로, 상기 세퍼레이터는 상기 측면 패널에 배치된 작은쪽의 리브(minor rib)를 가지는 상기 측면 모서리에 인접한 측면 패널을 가질 수 있다.
이러한 작은쪽의 리브(minor rib)는 제 1 리브보다 더 가깝게 이격될 수있고 더 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 작은쪽의 리브(minor rib)는 상기 1차 리브의 높이의 25% 내지 50%일 수 있다. 상기 측면 패널은 대안적으로 편평할 수 있다. 상기 측면 패널은 아래에 기재된 세퍼레이터를 둘러쌀 때 수행된 바와 같이 상기 세퍼레이터의 모서리를 상기세퍼레이터의 다른 모서리로 밀봉하는 것을 도울 수 있다.
선택된 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브의 적어도 일부는 바람직하게 약 50 μm 내지 약 2.0 mm의 높이를 가질 수 있다(도 1c의 HPOS). 일부 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 높이(HPOS)는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm, 1.8 mm, 또는 2.0 mm일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 높이(HPOS)는 약 2.0 mm, 1.8 mm, 1.6 mm, 1.4 mm, 1.2 mm, 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 높이(HPOS)는 약 2.0 mm, 1.8 mm, 1.6 mm, 1.4 mm, 1.2 mm, 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다.
특정 선택된 실시예에서, 상기 포지티브 리브는 바람직하게 약 300 μm 내지 약 750 μm의 베이스 폭(도 1c의 WPOSBASE)을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 베이스 폭은 약 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 또는 750 μm일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 베이스 폭은 약 750 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 또는 300 μm 이하일 수 있다.
선택된 실시예에서, 상기 포지티브 리브는 약 400 μm 내지 약 500 μm의베이스 폭(목과 같은) 근처에 제 2 폭(W'POSBASE)를 가질 수 있다.
상기 포지티브 리브의 일부가 실질적으로 직선이고 다른 하나와 실질적으로 평행하다면, 이들은 약 50 μm 내지 약 20 mm의 간격 길이 또는 피치(도 1c의 PPOS)를 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 피치는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 4.0 mm, 또는 5.0 mm, 6.0 mm, 7.0 mm, 8.0 mm, 9.0 mm, 또는 10.0 mm, 11.0 mm, 12.0 mm, 13.0 mm, 14.0 mm, 또는 15.0 mm, 16.0 mm, 17.0 mm, 18.0 mm, 19.0 mm, 또는 20.0 mm일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 피치는 약 20.0 mm, 19.0 mm, 18.0 mm, 17.0 mm, 또는 16.0 mm, 15.0 mm, 14.0 mm, 13.0 mm, 12.0 mm, 또는 11.0 mm, 10.0 mm, 9.0 mm, 8.0 mm, 7.0 mm, 또는 6.0 mm 5.0 mm, 4.0 mm, 3.0 mm, 2.0 mm, 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다.
선택된 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브 리브의 적어도 일부는 바람직하게 상기 포지티브 리브의 높이의 약 5% 내지 약 100%의 높이를 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브 리브 높이는 상기 포지티브 리브 높이에 비해 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 95%, 또는 100%일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브 리브 높이는 상기 포지티브 리브 높이에 비해 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 또는 5% 이하일 수 있다.
선택된 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브리브의 적어도 일부는 바람직하게 약 5 μm 내지 약 1.0 mm의 높이(도 1c의 HNEG)를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 네거티브 리브 높이(HNEG)는 약 5 μm, 10 μm, 25 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm, 1.8 mm, 또는 2.0 mm일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 포지티브 리브 높이(HNEG)는 약 2.0 mm, 1.8 mm, 1.6 mm, 1.4 mm, 1.2 mm, 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm., 25 μm, 10 μm, 또는 5 μm 이하일 수 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브 리브의 적어도 일부는 바람직하게 약 5 μm 내지 약 1.0 mm의 베이스 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 네거티브 베이스 폭은 약 5 μm, 10 μm, 25 μm, 25 μm, 75 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, 400 μm, 450 μm, 500 μm, 550 μm, 600 μm, 650 μm, 700 μm, 750 μm, 800 μm, 850 μm, 900 μm, 950 μm, 또는 1.0 mm일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 네거티브 베이스 폭은 약 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 150 μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm, 25 μm, 10 μm, 또는 5 μm 이하일 수 있다.
상기 네거티브 리브의 일부가 실질적으로 직선이고 다른 하나와 실질적으로 평행하다면, 이들은 약 50 μm 내지 약 20.0 mm의 간격 길이 또는 피치(도 1b의 PNEG)를 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 네거티브 리브 피치는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 4.0 mm, 또는 5.0 mm, 6.0 mm, 7.0 mm, 8.0 mm, 9.0 mm, 또는 10.0 mm, 11.0 mm, 12.0 mm, 13.0 mm, 14.0 mm, 또는 15.0 mm, 16.0 mm, 17.0 mm, 18.0 mm, 19.0 mm, 또는 20.0 mm일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 네거티브 리브 피치는 약 20.0 mm, 19.0 mm, 18.0 mm, 17.0 mm, 또는 16.0 mm, 15.0 mm, 14.0 mm, 13.0 mm, 12.0 mm, 또는 11.0 mm, 10.0 mm, 9.0 mm, 8.0 mm, 7.0 mm, 또는 6.0 mm 5.0 mm, 4.0 mm, 3.0 mm, 2.0 mm, 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 다공성 막의 적어도 일부는 길이방향 또는 가로 또는 교차-리브로 네거티브리브를 가질 수 있다. 상기 네거티브 리브는
상기 세퍼레이터의 상부 모서리에 대해 평행할 수 있거나, 또는 그 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 네거티브 리브는 상기 상부 모서리에 대하여 약 0°, 5°, 15°, 25°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 또는 90°로 배향될 수 있다. 상기 교차 리브는 상기 상부 모서리에 대하여 약 0° 내지 약 30°, 약 30° 내지 약 45°, 약 45° 내지 약 60°, 약 30° 내지 약 60°, 약 30° 내지 약 90°, 또는 약 60° 내지 약 90°로 배향될 수 있다.
특정 예시적인 실시예는 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브를 가질 수 있다. 존재하는 경우, 이는 약 50 μm 내지 약 1.0 mm의 평균 팁 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 팁 길이는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm 이상일 수 있다. 또한, 이는 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다.
상기 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 적어도 일부는 약 50 μm 내지 약 1.0 mm의 평균 기본 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 기본 길이는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm일 수 있다. 또한, 이는 약 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하 일 수 있다.
상기 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 적어도 일부는 약 50 μm 내지 약 1.0 mm의 평균 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 높이는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm일 수 있다. 또한, 이는 약 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다. 상기 세레이션(serration) 높이가 상기 리브 높이와 동일한 실시예에서, 상기 세레이션형 리브는 또한 돌출부로 지칭될 수 있다. 이러한 범위는 산업용 트랙션 형 시동/정지 전지용 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 여기서 상기 세퍼레이터의 총 두께(TTOTAL)는 전형적으로 약 1 mm 내지 약 4 mm일 수 있으며, 자동차 시동/정지 전지뿐만 아니라, 여기서 상기 세퍼레이터의 총 두께(TTOTAL)는 약간 작을 수 있다(예를 들어, 전형적으로 약 0.3 mm 내지 약 1 mm).
상기 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 적어도 일부는 약 100 μm 내지 약 50 mm의 칼럼(column)내 기계 방향으로 평균 중심 간 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 중심 간 피치는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm 이상일 수 있고, 유사한 증분으로 최대 50 mm일 수 있다. 또한, 이는 약 50 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm 이하일 수 있고, 유사한 증분으로 최대 50 mm일 수 있다. 또한, 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 인접한 칼럼(column)은 기계 방향 또는 오프셋(offset)으로 동일한 위치에 동일하게 배치될 수 있다. 오프셋 구성에서, 인접한 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브는 기계 방향으로 다른 위치에 배치된다.
상기 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 적어도 일부는 약 0.1:1.0 내지 약 500:1.0의 평균 높이 대 베이스 폭 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 높이 대 베이스 폭 비율은 약 0.1:1.0, 25:1.0, 50:1.0, 100:1.0, 150:1.0, 200:1.0, 250:1.0, 300:1.0, 350:1, 450:1.0, 또는 500:1.0일 수 있다. 또한, 상기 평균 높이 대 베이스 폭 비율은 약 500:1.0, 450:1.0, 400:1.0, 350:1.0, 300:1.0, 250:1.0, 200:1.0, 150:1.0, 100:1.0, 50:1.0, 25:1.0, 또는 0.1:1.0 이하일 수 있다.
상기 세레이션(serration) 또는 세레이션형 리브의 적어도 일부는 약 1,000:1.0 내지 약 0.1:1.0의 평균 베이스 폭 대 팁 폭 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 베이스 폭 대 팁 폭 비율은 약 0.1:1.0, 1.0:1.0, 2:1.0, 3:1.0, 4:1.0, 5:1.0, 6:1.0, 7:1.0, 8:1.0, 9:1.0, 10:1.0, 15:1.0, 20:1.0, 25:1.0, 50:1.0, 100:1.0, 150:1.0, 200:1.0, 250:1.0, 300:1.0, 350:1.0, 450:1.0, 500:1.0, 550:1.0, 600:1.0, 650:1.0, 700:1.0, 750:1.0, 800:1.0, 850:1.0, 900:1.0, 950:1.0, 또는 1,000:1.0일 수 있다. 또한, 상기 평균 베이스 폭 대 팁 폭 비율은 약 1,000:1.0, 950:1.0, 900:1.0, 850:1.0, 800:1.0, 750:1.0, 700:1.0, 650:1.0, 600:1.0, 550:1.0, 500:1.0, 450:1.0, 400:1.0, 350:1.0, 300:1.0, 250:1.0, 200:1.0, 150:1.0, 100:1.0, 50:1.0, 25:1.0, 20:1.0, 15:1.0, 10:1.0, 9:1.0, 8:1.0, 7:1.0, 6:1.0, 5:1.0, 4:1.0, 3:1.0, 2:1.0, 1.0:1.0, 또는 0.1:1.0 이하일 수 있다.
백웹 두께
일부 실시예에서, 상기 다공성 세퍼레이터 막은 약 50 μm 내지 약 1.0 mm의 백웹 두께(TBACK)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 백웹 두께(TBACK)는 약 50 μm, 75 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1.0 mm일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 백웹 두께(TBACK)는 약 1.0 mm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있다. 그러나 특정 실시예에서, 50 μm 이하의 매우 얇고 편평한 백웹 두께 또는 더 얇은 두께, 예를 들어, 약 10 μm 내지 약 50 μm 두께가 제공된다.
엔벨로프(Envelope)/형태(Form)
상기 세퍼레이터(100)는 편평한 시트, 잎(leaf) 또는 잎(leaves), 랩(wrap), 슬리브(sleeve), 또는 엔벨로프 (envelope) 또는 포켓(pocket) 세퍼레이터로 제공될 수 있다. 예시적인 엔벨로프(envelope) 세퍼레이터는 상기 양극과 마주하는 두 개의 내부 측면 및 음극과 인접하여 마주하는 두 개의 외부 측면을 가지는 세퍼레이터와 같은 양극("포지티브 엔벨로핑(enveloping) 세퍼레이터")을 엔벨로프(envelope)할 수 있다. 또한, 또 다른 예시적인 엔벨로프(envelope) 세퍼레이터는 상기 음극과 마주하는 두 개의 내부 측면 및 양극과 인접하여 마주하는 두 개의 외부 측면을 가지는 세퍼레이터와 같은 음극("네거티브 엔벨로핑(enveloping) 세퍼레이터")을 엔벨로프(envelope)할 수 있다.
이런 엔벨로프된(enveloped) 세퍼레이터에서, 상기 하부 모서리(103)는 접히거나 밀봉된 주름 모서리일 수 있다. 또한, 상기 측면 모서리(105a, 105b)는 연속적으로 또는 간헐적으로 밀봉된 솔기(seam) 모서리일 수 있다. 상기 모서리는 접착제, 열, 초음파 용접, 및/또는 등, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 결합 또는 밀봉될 수 있다.
특정 예시적인 세퍼레이터는 하이브리드 엔벨로프(envelope)를 형성하도록 처리될 수 있다. 상기 하이브리드 엔벨로프(envelope)는 엔벨로프(envelope)를 형성하기 위하여 상기 세퍼레이터 시트를 반으로 접고 상기 세퍼레이터 시트의 모서리를 함께 결합하기 전, 동안 또는 후에 하나 이상의 슬릿 또는 개구를 형성함으로써 제공될 수있다. 상기 개구의 길이는 상기 전체 모서리 길이의 적어도 1/50th, 1/25th, 1/20th, 1/15th, 1/10th, 1/8th, 1/5th, 1/4th, 또는 1/3rd일 수 있다. 상기 개구의 길이는 상기 전체 모서리 길이의 적어도 1/50th 내지 1/3rd, 1/25th 내지 1/3rd, 1/20th 내지 1/3rd, 1/20th 내지 1/4th, 1/15th 내지 1/4th, 1/15th 내지 1/5th 또는 1/10th 내지 1/5th일 수 있다. 상기 하이브리드 엔벨로프(envelope)는 1-5, 1-4, 2-4, 2-3 또는 2 개구를 가질 수 있고, 이는 상기 하부 모서리의 길이를 따라 동일하게 배치되거나 배치되지 않을 수 있다.
상기 엔벨로프(envelope) 코너(corner)에는 개구부가 없는 것이 좋다. 세퍼레이터를 접고 밀봉한 후에 슬릿을 절단하여 엔벨로프(envelope)를 제공하거나, 상기 엔벨로프(envelope)에 상기 다공성 막을 형성하기 전에 슬릿을 형성할 수 있다.
세퍼레이터 어셈블리 구성의 일부 다른 예시적인 실시예는 포함한다: 양극을 마주하는 상기 리브(104); 음극을 마주하는 상기 리브(104); 음극 또는 양극 엔벨로프(envelope); 음극 또는 양극 슬리브, 음극 또는 양극 하이브리드 엔벨로프(envelope); 엔벨로프(envelope) 또는 슬리브될 수 있는 두 전극, 및 이들의 임의의 조합.
조성물
특정 실시예에서, 다공성 막을 포함할 수 있는 상기 개선된 세퍼레이터는 다음으로 제조될 수 있다: 천연 또는 합성 기본 재료(base material); 가공 가소제; 필러; 천연 또는 합성 고무(들) 또는 라텍스, 및 하나 이상의 기타 첨가제 및/또는 코팅, 및/또는 등.
기본 재료(base material)
특정 실시예에서, 예시적인 천연 또는 합성 기본 재료(base material)는 다음을 포함할 수 있다: 중합체; 열가소성 중합체; 페놀 수지; 천연 또는 합성 고무; 합성 목재 펄프; 리그닌; 유리 섬유; 합성 섬유; 셀룰로오스 섬유; 및 이들의 임의의 조합. 특정 바람직한 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 열가소성 중합체로부터 제조된 다공성 막 일 수 있다. 예시적인 열가소성 중합체는, 원칙적으로, 납축 전지에 사용하기에 적합한 모든 내산성 열가소성 재료를 포함할 수있다. 특정 바람직한 실시예에서, 예시적인 열가소성 중합체는 폴리비닐 및 폴리레핀을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 폴리비닐은, 예를 들어, 폴리염화비닐("PVC")을 포함할 수 있다. 특정 바람직한 실시예에서, 상기 폴리올레핀은, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-부텐 공중합체, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 바람직하게 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 예시적인 천연 또는 합성 고무는 예를 들어, 라텍스, 비가교 또는 가교 고무, 부스러기(crumb) 또는 분쇄(ground) 고무, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수있다.
폴리올레핀
특정 실시예에서, 상기 다공성 막층은 바람직하게 폴리올레핀, 구체적으로 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게, 상기 폴리에틸렌은 고분자량 폴리에틸렌("HMWPE")이다(예를 들어, 적어도 600,000의 분자량을 가지는 폴리에틸렌). 보다 더 바람직하게, 상기 폴리에틸렌은 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")이다. 예시적인 UHMWPE는 점도계로 측정하고 Margolie의 방정식으로 계산된 것으로 적어도 1,000,000, 특히 4,000,000 초과, 및 가장 바람직하게 5,000,000 내지 8,000,000의 분자량을 가질 수 있다. 또한, 예시적인 UHMWPE는 표준 하중 2,160 g을 사용하여 ASTM D 1238(조건 E)에 명시된대로 측정된 실질적으로 0의 표준 하중 용융 지수를 가질 수 있다. 또한, 예시적인 UHMWPE는 30℃에서 100 g의 데칼린 중 0.02g의 폴리올레핀의 용액에서 측정된 바와 같이, 600 ml/g 이상, 바람직하게 1,000 ml/g 이상, 보다 바람직하게 2,000 ml/g 이상, 및 가장 바람직하게 3,000 ml/g 이상의 점도 수를 가질 수 있다.
고무
본 명세서에 개시된 상기 신규 세퍼레이터는 라텍스 및/또는 고무를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 고무는 고무, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 가교 또는 비가교 고무, 경화 또는 미경화 고무, 부스러기(crumb) 또는 분쇄(ground) 고무, 또는 이들의 혼합물을 기술해야한다. 예시적인 천연 고무는 다양한 공급 업체로부터 상업적으로 구입할 수 있는 하나 이상의 폴리이소프렌 블렌드를 포함할 수 있다. 예시적인 합성 고무는 메틸 고무, 폴리부타디엔, 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로로하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노보넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무 및 실리콘 고무 및 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무("EPM" 및 "EPDM") 및 에틸렌/비닐 아세테이트 고무와 같은 공중합체 고무를 포함할 수 있다. 상기 고무는 가교 고무 또는 비가교 고무일 수 있고; 특정 바람직한 실시예에서, 상기 고무는 비가교 고무이다. 특정 실시예에서, 상기 고무는 가교 및 비가교 고무의 블렌드일 수 있다.
가소제
특정 실시예에서, 예시적인 가공 가소제는 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일, 및 이들의 임의의 조합일 수 있다.
필러
상기 세퍼레이터는 높은 구조적 형태를 가지는 필러를 포함할 수 있다. 예시적인 필러는 다음을 포함할 수 있다: 실리카, 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 고도로 부서지기 쉬운 실리카; 알루미나; 활석; 생선 가루; 생선 뼈 가루; 탄소; 카본 블랙; 등, 및 이들의 조합. 특정 바람직한 실시예에서, 상기 필러는 하나 이상의 실리카이다. 높은 구조적 형태는 증가된 표면적을 의미한다. 상기 필러는 예를 들어, 100 m2/g, 110 m2/g, 120 m2/g, 130 m2/g, 140 m2/g, 150 m2/g, 160 m2/g, 170 m2/g, 180 m2/g, 190 m2/g, 200 m2/g, 210 m2/g, 220 m2/g, 230 m2/g, 240 m2/g, 또는 250 m2/g 초과의 높은 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 필러(예를 들어, 실리카)는 100 내지 300 m2/g, 125 내지 275 m2/g, 150 내지 250 m2/g, 또는 바람직하게 170 내지 220 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 높은 구조적 형태는 제조 방법에서 더 많은 오일을 보유하기 위해 상기 필러를 허용한다.
예를 들어, 높은 구조적 형태를 가지는 필러는 예를 들어, 약 150 ml/100 g, 175 ml/100 g, 200 ml/100 g, 225 ml/100 g, 250 ml/100 g, 275 ml/100 g, 300 ml/100 g, 325 ml/100 g, 또는 350 ml/100 g 초과의 높은 수준의 오일 흡수력을 가진다. 일부 실시예에서 상기 필러(예를 들어, 실리카)는 200 내지 500 ml/100 g, 200 내지 400 ml/100 g, 225 내지 375 ml/100 g, 225 내지 350 ml/100 g, 225 내지 325 ml/100 g, 바람직하게 250 내지 300 ml/100 g의 오일 흡수력을 가질 수 있다. 일부 경우에, 266 ml/100 g의 오일 흡수력을 가지는 실리카 필러가 사용된다. 이러한 실리카 필러는 5.1 %의 수분 함량, 178 m2/g의 BET 표면적, 23 ㎛의 평균 입자 사이즈, 0.1 %의 체(sieve) 잔여 230 메쉬 값 및 135 g/L의 벌크 밀도를 갖는다.
본 명세서에 나타낸 상기 유형의 예시적인 납산 전지 세퍼레이터를 형성할 때 비교적 높은 수준의 오일 흡수력 및 비교적 높은 수준의 가소제에 대한 친화력(예를 들어, 미네랄 오일)을 갖는 실리카는 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌) 및 상기 가소제의 혼합물에 바람직하게 분산될 수 있다. 종래에, 일부 세퍼레이터는 다량의 실리카를 사용하여 이러한 세퍼레이터 또는 막을 제조 할 때 실리카 응집에 의해 발생되는 분산성이 좋지 않다는 것을 경험하였다. 본 명세서에 도시되고 기재된 본 발명의 세퍼레이터의 적어도 일부에서, 상기 폴리에틸렌과 같은 상기 폴리올레핀은 시시 케밥(shish-kebab) 구조를 형성하는데, 이는 상기 용융된 폴리올레핀을 냉각할 때 상기 폴리올레핀의 분자 운동을 억제하는 실리카 응집 또는 응집체가 거의 없기 때문이다. 이 모든 것은 상기 결과적인 세퍼레이터 막을 통한 이온 투과성을 향상하는데 기여하며, 시시 케밥(shish-kebab) 구조 또는 형태의 형성은 전체적으로 낮은 ER 세퍼레이터가 생산되는 동안 기계적 강도가 유지되거나 심지어 향상됨을 의미한다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 필러(예를 들어, 실리카)는 25 μm 이하, 일부 경우에, 22 μm, 20 μm, 18 μm, 15 μm, 또는 10 μm 이하의 평균 입경 사이즈를 가진다. 일부 경우에, 상기 필러 입자의 평균 입자 사이즈는 15 내지 25 μm이다. 상기 실리카 필러의 입자 사이즈 및/또는 상기 실리카 필러의 표면적은 상기 실리카 필러의 오일 흡수력에 기여한다. 최종 생성물 또는 세퍼레이터의 실리카 입자는 상기 기재된 사이즈 내에 속할 수 있다. 그러나, 원료로 사용되는 초기 실리카는 하나 이상의 응집체(agglomerates) 및/또는 응집체(aggregates)로 제공될 수 있으며 약 200 μm 이상의 크기를 가질 수 있다.
일부 바람직한 실시예에서, 본 발명의 세퍼레이터를 제조하기 위해 사용된 상기 실리카는 납축 전지 세퍼레이터를 제조하기 위하여 이전에 사용된 실리카 필러에 비해 증가된 양 또는 많은 수의 표면 실란올 기(표면 하이드 록실기)를 가진다. 예를 들어, 본 명세서의 특정 바람직한 실시예로 사용될 수 있는 상기 실리카 필러는 실란올 보다 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상 또는 35% 이상, 및/또는 공지된 폴리올레핀 납축 전지 세퍼레이터를 제조하는데 사용되는 공지된 실리카 필러와 비교된 하이드록실 표면 기를 가지는 실리카 필러일 수 있다.
실란올기(Si-OH) 대 초기 실리콘(Si)의 비(Si-OH)/Si는 예를 들어, 다음과 같이 측정될 수 있다.
1. 폴리올레핀 다공성 막(특정 본 발명의 막이 본 발명에 따른 특정 종류의 오일-흡수 실리카를 포함하는 경우)을 동결 분쇄하고, 고체 상태 핵 자기 공명 분광법(29Si-NMR)을 위한 분말형 샘플을 제조한다.
2. 분말형 시료에 대해 29Si-NMR을 수행하고, 하이드록실기에 직접 결합하는 Si 스펙트럼 강도(스펙트럼: Q2 및 Q3) 및 산소 원자에만 직접 결합하는 Si 스펙트럼 강도(스펙트럼: Q4)를 포함하는 스펙트럼을 관찰하고, 상기 각 NMR 피크 스펙트럼의 분자 구조는 다음과 같이 기술될 수 있다:
● Q2: (SiO)2 - Si* - (OH)2: 2 개의 하이드록실 기를 가짐
● Q3: (SiO)3 - Si* - (OH): 1 개의 하이드록실 기를 가짐
● Q4: (SiO)4 - Si*: 모든 Si 결합은 SiO이다.
상기 Si*는 NMR 관찰에 의해 입증된 요소이다.
3. 관찰에 사용되는 29Si-NMR의 조건은 다음과 같다:
● 기기: Bruker BioSpin Avance 500
● 공명 주파수: 99.36 MHz
● 샘플량: 250 mg
● NMR 튜브: 7 mφ
● 관찰 방법: DD/MAS
● 펄스 폭: 45°
● 반복 시간: 100 sec
● 스캔: 800
● 매직 앵글 스피닝(Magic Angle Spinning): 5,000 Hz
● 화학적 이동 기준: -22.43 ppm의 실리콘 고무 (외부 기준)
4. 수치적으로, 상기 스펙트럼의 피크를 분리하고, Q2, Q3 및 Q4에 속하는 각 피크의 면적 비율을 계산한다. 이 후, 상기 비율에 기초하여, Si에 직접 결합하는 하이드록실기(-OH)의 몰비를 계산한다. 수치적 피크 분리 조건은 다음과 같은 방식으로 수행된다:
● 피팅 영역: -80 내지 -130 ppm
● 초기 피크 상단: 각각 Q2의 경우 -93ppm, Q3의 경우 -101ppm, Q4의 경우 -111ppm.
● 초기 전체 폭의 최대 절반: 각각 Q2의 경우 400Hz, Q3의 경우 350Hz, Q4의 경우 450Hz.
● 가우스 함수 비율: 초기 상태에서 80 %, 장착시 70 내지 100 %.
5. 따라서 Q2, Q3 및 Q4의 피크 면적비(전체는 100)는 피팅에 의해 얻어진 각각의 피크에 기초하여 계산된다. 상기 NMR 피크 면적은 각각의 실리케이트 결합 구조의 분자 수에 대응하였다(따라서, Q4 NMR 피크의 경우, 4 개의 Si-O-Si 결합이 실리케이트 구조 내에 존재하고; Q3 NMR 피크의 경우, 하나의 Si-OH 결합이 존재하는 동안 3 개의 Si-O-Si 결합이 실리케이트 구조 내에 존재하며; Q2 NMR 피크의 경우, 2 개의 Si-OH 결합이 존재하는 동안 2 개의 Si-O-Si 결합이 실리케이트 구조 내에 존재한다). 따라서, Q2, Q3 및 Q4의 하이드록실기(-OH)의 각 수에는 각각 둘(2) 하나(1) 및 영(0)이 곱해진다. 이 세 가지 결과는 요약된다. 합산된 값은 Si에 직접 결합하는 하이드 록실기(-OH)의 몰비를 나타낸다.
특정 실시예에서, 상기 실리카는 29Si-NMR에 의해 측정된 Si에 대한 OH 기의 분자 비를 갖고, 이는 약 21:100 내지 35:100, 일부 바람직한 실시예에서 약 23:100 내지 약 31:100, 특정 바람직한 실시예에서, 약 25:100 내지 약 29:100, 및 다른 바람직한 실시예에서 적어도 약 27:100 이상의 범위 내일 수 있다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 기재된 필러의 사용은 압출 단계 동안 더 많은 비율의 가공 오일의 사용을 허용한다. 상기 세퍼레이터의 다공성 구조가 형성될 때, 압출한 후 오일을부분적으로 제거하여 초기 흡수된 오일의 양이 많을수록 다공성이 커지거나 공극 부피가 커진다. 가공 오일은 압출 단계의 필수 구성 요소이지만, 오일은 상기 세퍼레이터의 비전도성 구성 요소이다. 세퍼레이터의 잔류 오일은 양극과 접촉할 때 산화로부터 상기 세퍼레이터를 보호한다. 가공 단계에서 정확한 양의 오일은 종래 세퍼레이터의 제조에서 제어될 수 있다.
일반적으로 말하면, 종래 세퍼레이터는 50 내지 70 중량% 가공 오일, 일부 실시예에서, 55 내지65 중량%, 일부 실시 예에서, 60 내지 65 중량%, 및 일부 실시예에서, 약 62% 중량% 가공 오일을 사용하여 제조된다. 약 59% 미만으로 오일을 감소시키는 것은 압출기 구성 요소에 대한 마찰 증가로 인해 연소를 일으키는 것으로 알려졌다. 그러나, 상기 규정된 양보다 오일을 많이 증가 시키는 것은 건조 단계 동안 수축이 일어나 치수 불안정성을 야기할 수 있다.
오일 함량을 증가시키기위한 이전의 시도는 오일 제거 동안 기공 수축 또는 응축을 초래했지만, 본 명세서에 기재된 바와 같이 제조된 세퍼레이터는 오일 제거 동안 수축 및 응축을 최소화한다. 따라서, 공극 크기 및 치수 안정성을 손상시키지 않으면서 공극률을 증가시켜 전기 저항을 감소시킬 수있다.
특정 선택된 실시예에서, 상기 기재된 필러의 사용은 완성된 세퍼레이터에서 최종 오일 농도를 감소시킨다. 오일은 비전도체이므로, 오일 함량을 줄이면 세퍼레이터의 이온 전도성이 증가하고 세퍼레이터의 ER을 낮추는 데 도움이된다. 따라서, 최종 오일 함량을 감소시킨 세퍼레이터는 효율을 증가시킬 수 있다. 특정 선택된 실시예에서는 20% 미만, 예를 들어, 약 14% 내지 20%, 및 일부 특정 실시예에서, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6% 또는 5% 미만(중량 기준)의 최종 가공 오일 함량을 가지는 세퍼레이터가 제공된다.
상기 필러는 전해질 이온의 수화 구체(hydration sphere)라 불리는 것을 추가로 감소시켜, 상기 막을 가로 지른 이동을 향상시킴으로써, 강화 침수형 전지 또는 시스템과 같은, 상기 전지의 전체 전기 저항 또는 ER을 다시 한번 낮출 수있다.
상기 필러(filler) 또는 필러(fillers)는 상기 세퍼레이터를 가로 지르는 전해질 및 이온의 흐름을 용이하게하는 다양한 종(예를 들어, 금속과 같은, 극성 종)을 포함할 수 있다. 또한 이러한 세퍼레이터가 강화 침수형 전지와 같은 침수형 전지에 사용되므로 전체 전기 저항이 감소한다.
필러(예를 들어, 실리카)는 나트륨과 같은, 미량 원소를 포함할 수 있다. 본 발명자들은 나트륨의 감소가 콜드 크랭킹 증폭기(cold-cranking amps, "CCA")를 증가시킬 수 있음을 발견 하였다. 예를 들어, 나트륨이 60%(중량 기준) 감소된 예시적인 세퍼레이터(일반적으로 시판되는 세퍼레이터에 비해)는 CCA가 10% 증가한다. 완성된 세퍼레이터 시트에서 이러한 감소 된 나트륨의 양은 0.020 g/m2 내지 0.060 g/m2 이하의 범위일 수있다.
파쇄
특정 선택된 실시예에서, 상기 필러는 알루미나, 활석, 실리카 또는 이들의 조합일 수있다. 일부 실시예에서, 상기 필러는 침전된 실리카일 수 있고, 일부 실시예에서, 상기 석출된 실리카가 비정질 실리카이다. 일부 실시예에서, 상기 세퍼레이터의 전체에 필러의 미세한 분산을 허용하는 실리카의 응집체(aggregates) 및/또는 응집체(agglomerates)를 사용하는 것이 바람직하고, 이에 따라 비틀림(tortuosity) 및 전기 저항이 감소된다. 특정 바람직한 실시예에서, 상기 필러(예를 들어, 실리카)는 높은 수준의 파쇄성(friability)을 특징으로 한다. 우수한 파쇄성은 상기 세퍼레이터를 통한 다공성 및이에 따른 전체 이온 전도성을 향상시켜 상기 다공성 막의 압출 동안 상기 중합체 전체에 상기 필러의 분산을 향상시킨다.
파쇄성은 실리카 입자 또는 재료(응집체(aggregates) 또는 응집체(agglomerates))의 능력, 경향(tendency) 또는 성향(propensity)으로 측정되어 더 작은 크기 및 더 분산성 입자, 조각 또는 성분으로 분해될 수 있다. 도 5의 좌측에 도시된 바와 같이, 새로운 실리카는 표준 실리카보다 더 파쇄되기 쉽다(초음파 처리의 30 초 후 및 60 초 후 더 작은 조각으로 분해됨). 예를 들어, 상기 새로운 실리카는 0 초 초음파 처리에서 24.90 um, 30 초에서 5.17 um 및 60 초에서 0.49 um의 50% 부피 입자 직경을 가졌다. 따라서, 30 초 동안 초음파 처리하면 사이즈(직경)가 50% 이상 감소하고 60 초에서 50% 부피 실리카 입자의 사이즈(직경)가 75% 이상 감소되었다. 따라서, "높은 파쇄성"의 하나의 가능한 바람직한 정의는 초음파 처리 30 초에서 평균 사이즈(직경)가 적어도 50% 감소 및 실리카 입자의 60 초 초음파 처리에서 평균 사이즈(직경)가 적어도 75 % 감소될 수 있다(또는 막을 형성하기 위한 수지 실리카 혼합물의 가공에서). 적어도 특정 실시예에서는, 파쇄성에서 보다 파쇄되기 쉬운 실리카를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 파쇄되기 쉬우며 두 모드를 갖거나(bi-modal) 또는 세 모드를 갖는(tri-modal) 것과 같은 멀티 모드를 갖는(multi-modal) 실리카를 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 표준 실리카는 파쇄성 또는 입자 사이즈 분포에서 단일 모드를 갖는갖는 것으로 나타나고, 상기 새로운 실리카는 보다 파쇄되기 쉬운 것으로 나타나는 동안, 30 초 초음파 처리에서 두 모드를 갖고(bi-modal)(2 피크) 및 60 초 초음파 처리에서 세 모드를 갖는(tri-modal)(3 피크) 것으로 나타난다. 이러한 파쇄되기 쉽고 멀티 모드를 갖는(multi-modal) 입자 사이즈 실리카 또는 실리카들은 강화된 막 및 세퍼레이터 특성을 제공할 수 있다. 상기 특징 중 하나 이상을 가지는 필러의 사용은 더 높은 최종 다공성을 가지는 세퍼레이터의 제조를 가능하게 한다. 본 명세서에 기재된 상기 세퍼레이터는 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 또는 70% 초과의 최종 다공성을 가질 수 있다. 다공성은 기체 흡수 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 다공성은 BS-TE-2060에 의해 측정될 수 있다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 다공성 세퍼레이터는 약 1 μm, 0.9 μm, 0.8 μm, 0.7 μm, 0.6 μm, 0.5 μm, 또는 0.1 μm 이하의 평균 기공 사이즈를 유지하는 동안 더 큰 비율의 더 큰 기공을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터는 가공 오일 및 필러 뿐만 아니라 임의의 원하는 첨가제와 혼합된 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")과 같은 폴리에틸렌으로 구성된다. 적어도 하나의 다른 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터는 가공 오일 및 활석과 혼합된 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 구성된다. 적어도 하나의 다른 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터는 가공 오일 및 실리카, 예를 들어, 침강 실리카, 예를 들어, 비정질 실리카와 혼합된 UHMWPE로 구성된다. 이어서, 상기 첨가제는 상기 기재된 하나 이상의 기술을 통해 상기 세퍼레이터에 적용될 수 있다.
전기 저항을 낮추고 콜드 크랭킹 증폭기(cold cranking amps)를 증가시키는 것 외에도, 선호하는 세퍼레이터는 다른 이점을 제공하도록 설계되었다. 조립과 관련하여, 상기 세퍼레이터는 가공 장비를 통해 보다 쉽게 통과하고, 따라서 보다 효율적으로 제조된다. 고속 조립 및 수명 후 단락을 방지하기 위하여, 표준 PE 세퍼레이터와 비교될때 상기 세퍼레이터는 탁월한 천공 강도 및 내산화성을 갖는다. 감소된 전기 저항 및 증가된 콜드 크랭킹 증폭기(cold cranking amps)와 결합하여, 전지 제조업체는 이 새로운 세퍼레이터를 사용하여 전기 성능이 향상되고 지속적인 전지를 찾을 수 있다.
첨가제/계면활성제
특정 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 상기 세퍼레이터 또는 다공성 막에 첨가된 하나이상의 성능 향상 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 성능 향상 첨가제는 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화 방지제, 및/또는 등, 및 이들의 임의의 조합일 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 첨가제 계면활성제는 이온성, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면활성제일 수 있다. 특정 실시예에서 본 명세서에 기재된, 감소된 양의 음이온 또는 비이온 계면활성제는 본 발명의 다공성 막 또는 세퍼레이터에 첨가된다. 적은 양의 계면활성제로 인해, 바람직한 특징은 낮아진 총 유기 탄소("TOCs") 및/또는 낮아진 휘발성 유기 화합물("VOCs")을 포함할 수 있다.
특정 적합한 계면활성제는 비이온성인 반면에 다른 적합한 계면활성제는 음이온성이다. 상기 첨가제는 단일 계면활성제 또는 둘 이상의 계면활성제의 혼합물 일 수 있고, 예를 들어 둘 이상의 음이온성 계면활성제, 둘 이상의 비이온성 계면활성제, 또는 적어도 하나의 이온성 계면활성제 및 적어도 하나의 비이온성 계면활성제일 수 있다. 특정 적합한 계면활성제는 6 미만, 바람직하게 3 미만의 HLB 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 세퍼레이터와 함께 이들 특정 적합한 계면활성제의 사용은 수분 손실 감소, 안티몬 중독 감소, 사이클링 개선, 부동 전류 감소, 부동 잠재력 감소 및/또는 등, 또는 납축 전지에 대한 이들의 임의의 조합으로 구성된 납축 전지에 사용될 때, 세퍼레이터를 더욱 개선시킬 수 있다. 적합한 계면활성제는 알킬 설페이트의 염; 알킬아릴설포네이트 염; 알킬페놀-알킬렌 옥사이드 부가 생성물; 비누; 알킬-나프탈렌-설포네이트 염; 음이온성 설포-숙신산과 같은, 하나 이상의 설포 숙신산; 설포-숙신산 염의 디알킬 에스테르; 아미노 화합물(1 차, 2 차, 3 차 아민, 또는 4 차 아민); 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체; 다양한 폴리에틸렌 옥사이드; 및 모노 및 디 알킬 포스페이트 에스테르의 염과 같은 계면활성제를 포함한다.
특정 예시적인 실시예에서, TOC 수준은 최종 세퍼레이터의 kg 당 mg에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 TOC 수준은 자외선("UV") 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액을 사용함으로써 측정될 수 있다. 이러한 TOC 수준은 바람직하게 약 2,000 mg/kg 이하의 범위 내, 및 보다 바람직하게 약1,500 mg/kg 이하, 또는 심지어 약 1,000 mg/kg 이하의 범위 내이다.
특정 예시적인 실시예에서, 상기 성능 첨가제는 습윤제일 수 있다. 상기 습윤제의 양은 다음 절차에 의해 찾을 수 있다.
● 샘플 폭에 걸쳐 8 개의 조각을 120 mm x 120 mm 간격으로 균일하게 자른다. 105°C 내지 110°C(220°F 내지 230°F) 순환 공기 오븐에서 적어도 5 분 동안 샘플을 건조시키고, 오븐에서 꺼내며, 상기 샘플의 무게를 빠르게 측정하여, 수분 흡수를 방지하였다(g의 X1 = 오일 포함).
● 샘플 조각을 넣고 - 이들을 느슨하게 접으며 - 속슬렛(Soxhlet) 추출 장치(또는 속스덤(Soxtherm))에 넣고 활발하게 끓는 헥산으로 적어도 60 분동안 추출한다. 상기 추출기에서 상기 샘플 조각을 제거하고 통풍이 잘되는 후드 아래에서 5 분간 공기 건조시킨다. 105°C 내지 110°C(220°F 내지 230°F) 순환 공기 오븐에서 적어도 5 분 동안 상기 샘플을 건조시키고, 오븐에서 꺼내며 상기 샘플의 무게를 빠르게 측정하여 수분 흡수를 방지하였다(g의 X2 = 오일 없음).
● 상기 헥산이 추출된 샘플을 다시 속슬렛(Soxhlet) 추출기(또는 속스덤(Soxtherm))에 넣고 활발하게 끓는 이소프로판올에서 적어도 60 내지 90 분 동안 추출한다. 속슬렛(Soxhlet)에서 완전히 둥근 바닥 플라스크로 이소프로판올을 따라 버린다.
● 감압 하에 상기 이소프로판올을 증발시켜 증발 속도를 높인다. 이소프로판올을 완전히 제거한 후, 플라스크(flask)를 10 분 동안 105°C 오븐에 넣어 마지막 미량의 수분을 제거한다. 냉각 후, 이를 용해시키고 몇몇의 5 ml부의 클로로포름(각 CCl4)으로 헹굼으로써 잔류물을 25 ml 부피 플라스크로 옮긴다. 부피 플라스크 내 최종 용액을 25 ml까지 클로로포롬을 희석한다.
● 특정 IR 분광 광도계에 대한 지침에 따라 백그라운드 스팩트럼에 대해 하나의 샘플 용액, 하나의 순수한 클로로포름(각 CCl4)이 있는 셀 세트를 채우고, 4000 내지 600 cm-1 범위의 스캔을 실행한다.
● 상기 얻어진 스펙트럼에 이상이 없는 것으로 나타나는 경우, 1051 cm-1에서의 흡수 밴드는 전산화 분광 광도계에 의해 자동 계산을 수행하여 샘플 용액에서 습윤제 양의 g(= X3) 계산에 사용된다.
● X3/X1 * 100 = 오일을 함유하는 샘플에서 오일이 함유된 샘플의 습윤제의 %(중량 기준)
● X3/X2 * 100 = 오일을 함유하지 않는 샘플에서 오일이 없는 샘플의 습윤제의 %(중량 기준)
특정 실시예는 약 0.60% 이하의 ?윤제 함량을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 첨가제는 화학식 I의 화합물로 나타낼 수 있다.
[화학식 I]
이 경우:
● R은 산소원자에 의해 차단될 수 있는 10 내지 4200개의 탄소 원자, 바람직하게 13 내지 4200 개를 갖는 선형 또는 비방향족 탄화수소 라디칼이고;
● 
, 
, 또는 
, 바람직하게 H이고, 상기 k = 1 또는 2이며;
● M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온, H+ 또는 NH4 +이고, 모든 변수 M이 동시에 H+를 의미하는 것은 아니며;
● n = 0 또는 1이고;
● m = 0 또는 10 내지 1,400의 정수이며;
● x = 1 또는 2이다.
화학식 Ⅰ에 따른 화합물에서 산소 원자 대 탄소 원자의 비는 1:1.5 내지 1:30의 범위이고 m 및 n은 동시에 0 일 수 없다. 그러나, 바람직하게 변수 n 및 m 중 하나만이 0과 다르다. 비방향족 탄화수소 라디칼은 방향족기를 포함하지 않거나 그 자체가 하나를 나타내는 라디칼을 의미한다. 탄화수소 라디칼은 산소 원자에 의해 차단될 수 있다(즉, 하나 이상의 에테르기를 포함).
R은 바람직하게 산소 원자에 의해 차단될 수 있는 직쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소 라디칼이다. 포화되고, 가교되지 않은 탄화수소 라디칼이 매우 특히 바람직하다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이, R은 특정 실시예에서 방향족 고리 함유일 수 있다.
전지 세퍼레이터의 제조를 위한 화학식 Ⅰ의 화합물의 사용을 통해, 이들은 산화 파괴로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
전지 세퍼레이터는 하기 화학식 Ⅰ에 따른 화합물을 포함하는 것이 바람직하다:
● R 은 10 내지 180, 바람직하게 12 내지 75, 및 매우 바람직하게 14 내지 40의 탄소 원자를 가지는 탄화수소 라디칼이고, 이는 1 내지 60, 바람직하게 1 내지 20, 및 매우 바람직하게 1 내지 8의 산소 원자, 특히 바람직하게 화학식 
의 탄화수소 라디칼에 의해 차단될 수 있으며, 여기서:
○ R2 는 10 내지 30의 탄소 원자, 바람직하게 12 내지 25, 특히 바람직하게 14 내지 20의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, 상기 R2는 방향족 고리를 함유하는 것과 같이 선형 또는 비선형일 수 있으며:
○ P는 0 내지 30, 바람직하게 0 내지 10, 특히 바람직하게 0 내지 4의 정수이고;
○ q는 0 내지 30, 바람직하게 0 내지 10, 특히 바람직하게 0 내지 4의 정수이며;
○ p 및 q의 합이 0 내지 10, 특히 0 내지 4인 화합물이 특히 바람직하고;
● n = 1이고;
● m = 0이다.
화학식 
는 또한 대괄호 안의 기의 순서가 도시된 것과 다른 화합물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 본 발명에 따르면 괄호 안의 라디칼이 (OC2H4) 및 (OC3H6)기를 교대로 형성하는 화합물이 적합하다.
R2가 10 내지 20, 바람직하게 14 내지 18의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 라디칼인 첨가제가 특히 유리한 것으로 입증되었다. OC2H4는 바람직하게는 OCH2CH2를 나타내고, OC3H6는 OCH(CH3)2 및/또는 OCH2CH2CH3을 나타낸다.
바람직한 첨가제로서, 특히 바람직한 알코올(p=q=0; m=0), 1차 알코올이 언급될 수 있고, 지방 알코올에톡실레이트(p=1 내지 4, q=0), 지방 알코올 프로폭실레이트(p=0; q=1 내지 4) 및 1차 알코올의 지방 알코올 알콕실레이트(p=1 내지 2; q=1 내지 4) 에톡실레이트가 바람직하다. 지방 알코올 알콕실레이트는 예를 들면 상응하는 알코올과 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드의 반응을 통해 접근할 수 있다.
물 및 황산에 용해되지 않거나 단지 어려운 m=0 유형의 첨가제가 특히 유리한 것으로 입증되었다.
또한 화학식 Ⅰ에 따른 화합물을 포함하는 첨가제가 바람직하다:
● R은 20 내지 4,200, 바람직하게 50 내지 750, 및 매우 바람직하게 80 내지 225의 탄소 원자를 갖는 알칸 라디칼이고;
● M은 알카리 금속 또는 알카리 토금속 이온, H+ 또는 NH4 +이며, 특히 Li+, Na+ 및 K+와 같은 알카리 금속 이온 또는 H+이고, 모든 변수 M이 동시에 H+를 의미하는 것은 아니며;
● n = 0이고;
● m 은 10 내지 1400의 정수이며;
● x = 1 또는 2이다.
염 첨가제
특정 실시예에서, 적합한 첨가제는 특히, 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 및 아크릴산-메타아크릴산 공중합체를 포함할 수 있고, 이의 산기는 바람직하게 40%, 특히 바람직하게80%까지 적어도 부분적으로 중화된다.
백분율은 산 기의 수를 지칭한다. 완전히 염 형태로 존재하는 폴리(메트)아크릴산이 매우 특히 바람직하다. 적합한 염은 Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Zn, 및 암모늄(NR4, 상기 R은 수소 또는 탄소 작용기임)을 포함한다. 폴리(메트)아크릴산은 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 및 아크릴산-메타아크릴산 공중합체를 포함할 수 있다. 폴리(메트)아크릴산이 바람직하고 특히 평균 몰 질량(Mw)가 1,000 내지 100,000 g/mol, 특히 바람직하게 1,000 내지 15,000 g/mol 및 특히 더 바람직하게 1,000 내지 4,000 g/mol인 폴리아크릴산이 바람직하다. 상기 폴리(메트)아크릴 산 중합체 및 공중합체의 몰 중량은 상기 중합체(피켄처(Fikentscher)의 상수)의 수산화 나트륨 용액으로 중화된 1% 수용액의 점도를 측정함으로써 확인된다.
또한 (메트)아크릴산의 공중합체, 그 밖에 공 단량체로서 에틸렌, 말레산, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및/또는 에틸헥실 아크릴레이트를 포함하는 (메트)아크릴산의 공중합체가 적합하다. 공중합체는 40 중량% 이상 및 바람직하게 80 중량% 이상의 (메트)아크릴산 단량체를 포함하는 것이 바람직하고; 상기 백분율은 단량체 또는 중합체의 산 형태를 기준으로 한다. 상기 폴리아크릴산 중합체 및 공중합체를 중화시키기 위해, 수산화 칼륨 및 특히 수산화 나트륨과 같은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 수산화물이 특히 적합하다. 또한, 상기 세퍼레이터를 향상시키기 위한 코팅 및/또는 첨가제는, 예를 들어, 금속 알콕시드를 포함할 수 있고, 상기 금속은, 단지 실시예로서(제한하려는 것은 아님), Zn, Na 또는 Al 일 수 있고, 단지 실시예로서, 소듐 에톡시드일 수 있다.
일부 실시예에서, 다공성 폴리올레핀 다공성 막은 이러한 층의 한쪽 또는 양쪽에 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 계면활성제 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 코팅은 예를 들어, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 공개 제2012/0094183호에 기재된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 이러한 코팅은, 예를 들어, 상기 전지 시스템의 과충전 전압을 감소시켜 그리드 부식을 줄이면서 전지 수명을 연장시키고 건조 및/또는 수분 손실을 방지할 수 있다.
비율
특정 선택된 실시예에서, 상기 막은 약 5 내지 15 중량% 중합체, 일부 경우에, 약 10 중량% 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌), 약 10 내지 75 중량% 필러(예를 들어, 실리카), 일부 경우에, 약 30 중량% 필러, 및 약 10 내지 85 중량% 가공 오일, 일부 경우에, 약 60 중량% 가공 오일을 결합함으로써 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 필러 함량은 감소되고, 상기 오일 함량은 더 높으며, 예를 들어, 약 61 중량%, 62 중량%, 63 중량%, 64 중량%, 65 중량%, 66 중량%, 67 중량%, 68 중량%, 69 중량% 또는 70 중량% 초과이다. 상기 필러:중합체 비율(중량 기준)은 약(또는 이들 특정 범위 사이일 수 있음) 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4.0:1. 4.5:1, 5.0:1, 5.5:1 또는 6:1과 같을 수 있다. 상기 필러:중합체 비율(중량 기준)은 약 1.5:1 내지 약 6:1, 일부 경우에, 2:1 내지 6:1, 약 2:1 내지 5:1, 약 2:1 내지 4:1, 및 일부 경우에, 약 2:1 내지 약 3:1일 수 있다. 상기 필러, 상기 오일, 및 중합체의 양은 모두 전기 저항성, 평량, 내천공성, 굽힘 강성, 내산화성, 다공성, 물리적 강도, 비틀림성, 등과 같은 작업성(runnability) 및 바람직한 세퍼레이터 특성에 대해 모든 균형을 이룬다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 다공성 막은 가공 오일 및 침강 실리카와 혼합된 UHMWPE를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 다공성 막은 가공 오일 및 침강 실리카와 혼합된 UHMWPE를 포함할 수 있다. 상기 혼합물은 또한 상기 세퍼레이터 기술에서 일반적인 소량의 다른 첨가제 또는 작용제를 포함할 수 있다(예를 들어, 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, 및/또는 등, 및 이들의 임의의 조합). 특정 예에서, 상기 다공성 중합체 층은 8 내지 100 부피%의 폴리올레핀, 0 내지 40 부피%의 가소제 및 0 내지 92 부피%의 불활성 필러 재료의 균질 혼합물일 수 있다. 바람직한 가소제는 석유 오일이다. 상기 가소제는 중합체-필러-가소제 조성물로부터, 용매 추출 및 건조에 의해, 제거하기 가장 쉬운 성분이기 때문에, 상기 전지 세퍼레이터에 다공성을 부여하는데 유용하다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 기재된 상기 다공성 막은 라텍스 및/또는 천연 고무, 합성 고무 또는 이들의 혼합물인 고무를 포함할 수 있다. 천연 고무는 다양한 공급 업체로부터 상업적으로 이용할 수 있는 하나 이상의 폴리 이소프렌의 블랜드를 포함할 수 있다. 예시적인 합성 고무는 메틸 고무, 폴리부타디엔, 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로로하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노보넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무 및 실리콘 고무 및 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무("EPM" 및 "EPDM") 및 에틸렌/비닐 아세테이트 고무와 같은 공중합체 고무를 포함할 수 있다. 상기 고무는 가교 고무 또는 비가교 고무일 수 있고; 특정 바람직한 실시예에서, 상기 고무는 비가교 고무이다. 특정 실시예에서, 상기 고무는 가교 및 비가교 고무의 블렌드일 수 있다. 상기 고무는 상기 최종 세퍼레이터 중량(고무 및/또는 라텍스를 포함하는 상기 폴리올레핀 세퍼레이터 시트 또는 층의 중량)에 대하여 약 1 중량%, 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 또는 10 중량%의 양으로 상기 세퍼레이터에 존재할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 고무는 약 1 중량% 내지 약 6 중량%, 약 3 중량%, 및 약 6 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 다공성 막은 필러 대 중합체 및 고무(필러:중합체 및 고무) 약 2.6:1.0의 중량비를 가질 수 있다. 상기 고무, 필러, 오일, 및 중합체의 양은 모두 전기 저항성, 평량, 내천공성, 굽힘 강성, 내산화성, 다공성, 물리적 강도, 비틀림성, 등과 같은 작업성(runnability) 및 바람직한 세퍼레이터 특성에 대해 모든 균형을 이룬다.
폴리에틸렌 및 필러(예를 들어, 실리카)를 포함하는 본 발명에 따라 제조된 다공성 막은, 전형적으로 잔류 오일 함량을 갖고; 일부 실시예에서, 이러한 잔류 오일 함량은 상기 세퍼레이터 막의 총 중량의 약 0.5% 내지 약 40%이다(일부 경우에, 상기 세퍼레이터 막의 총 중량의 약 10 내지 40%, 및 일부 경우에, 총 중량의 약 20 내지 40%).
본 명세서에서 특정 선택된 실시예에서는, 상기 세퍼레이터 내 상기 잔류 오일 함량의 일부 내지 전부는 계면활성제와 같은, 친수성-친유성 균형("HLB")이 6 미만인 계면활성제와 같은, 또는 비이온성 계면활성제와 같은 보다 많은 성능 향상 첨가제의 첨가로 대체될 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제와 같은, 비이온성 계면활성제와 같은 성능 향상 첨가제는 상기 다공성 세퍼레이터 막의 총 중량의 잔류 오일 함량의 모든 양에 대하여 최대 0.5%까지 (예를 들어, 최대 20% 또는 30% 또는 심지어 40%) 포함할 수 있고, 이에 의해 상기 세퍼레이터 막 내 상기 잔류 오일을 부분적으로 또는 완전히 대체한다.
전도성 층
전도성 층은 예시적인 전지 세퍼레이터(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 전도성 층은 바람직하게 전지의 양극과 첩촉하도록 구성될 수 있다(미도시). 상기 전도성 층은 전극으로 및 전극으로부터 전류의 새로운 경로를 제공하기 위한 것일 수 있다(미도시). 상기 전도성 층은 납, 금, 안티몬, 비소, 아연, 바륨, 베릴륨, 리튬, 마그네슘, 니켈, 알루미늄, 은, 주석 및 이들의 조합 합금, 또는 탄소 섬유, 흑연, 탄소 나노 튜브, 벅민스터풀러렌(Buckminsterfullerene) (또는 버키볼(bucky-ball)), 및 이들의 조합을 포함하는 임의의 전도성 재료로 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소 나노 튜브 또는 버키볼(bucky-ball)은 바인더로 매체(medium)에 분산되고 전지 세퍼레이터 상에 칠해질 수 있다. 상기 전도성 층은 상기 양극 전도체보다 내부식성이 더 높은 임의의 전도성 재료로 만들어질 수 있고, 따라서 상기 양극 전도체의 전도성 능력이 저하될 때 전도성층을 따라 상기 양극 전도체로서 기능을 한다. 상기 전도성 층은 0.8% 내지 1.17% 주석, 및 영(0) 초과 내지 0.015% 은을 갖는 납계 합금일 수 있다. 상기 전도성 층은 0.02% 내지 0.06% 칼슘, 0.3% 내지 3% 주석, 및 0.01% 내지 0.05% 은을 갖는 납계 합금일 수 있다. 상기 전도성 층은 스트립(strip), 스크린(screen), 포일(foil), 실(thread), 와이어(wire), 코팅(coating), 등, 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 상기 전도성층은 임의의 두께, 예를 들어, 약 3 μm의 두께일 수 있다. 상기 전도성 층은 접착제, 고온 용융, 페인팅, 등을 포함하는 임의의 수단에 의해 상기 전지 세퍼레이터 상에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 층은 미국 특허 제9,564,623호에 기재된 바와 같을 수 있고, 이는 그 전문이 참조로 본 명세서에 포함된다.
핵 생성(nucleation) 첨가제
특정 실시예에서, 세퍼레이터는 핵 생성(nucleation) 첨가제 및/또는 코팅의 형태에 성능 향상 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제는 바람직하게 상기 전지 전해질에서 안정할 수 있고, 상기 전해질 내에 추가로 분산될 수 있다. 예시적인 핵 생성(nucleation) 첨가제 및/또는 코팅의 형태는 탄소, 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 높은 표면적 카본 블랙, 그래핀, 높은 표면적 그래핀, 키첸 블랙(keitjen black), 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노 튜브, 오픈 셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 벅민스터풀러렌(Buckminsterfullerene)(버키볼(Bucky Ball)), 수성 탄소 현탁액, 및 이들의 조합과 같은 탄소일 수 있거나 또는 포함할 수 있다. 이 많은 형태의 탄소 이외에, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제 및/또는 코팅은 또한 바륨 설페이트(BaSO4)를 단독으로 또는 탄소와 조합하여 포함하거나 합유할 수 있다.
상기 핵 생성(nucleation) 코팅은 슬러리 코팅, 슬롯 다이 코팅, 스프레이 코팅, 커튼 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 또는 진공 증착 또는 화학 기상 증착("CVD")과 같은 수단에 의해 최종 세퍼레이터에 적용될 수 있다. 또한, 상기 첨가제 및/또는 코팅은 직포 또는 부직포의 탄소 종이로서 제공될 수 있고, 세퍼레이터 및 전극(들) 사이 및 밀접하게 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 핵 생성(nucleation) 첨가제 및/또는 코팅은 세퍼레이터 내에, 또는 상기 세퍼레이터의 전극과 마주하는 하나 또는 둘의 표면에 있을 수 있다. 전형적으로, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제의 코팅 또는 층은 상기 음극과 마주하는 표면 상에만 있을 수 있다. 그러나, 이것은 상기 양극과 마주하는 표면, 또는 양면 상에 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제는 기본 재료(base material)의 압출 혼합물에 첨가될 수 있고 상기 세퍼레이터로 압출될 수 있으며, 또는 상기 세퍼레이터 상에 층으로서 공 압출될 수 있다. 압출 혼합물에 포함될 때, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제는 5 내지 75 중량%만큼 상기 실리카 필러의 일부를 대체할 수 있다. 예를 들어, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제는 약 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 또는 약 75 중량%일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 핵 생성(nucleation) 첨가제는 약 75 중량%, 70 중량%, 65 중량%, 60 중량%, 55 중량%, 50 중량%, 45 중량%, 40 중량%, 35 중량%, 30 중량%, 25 중량%, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 또는 약 5 중량% 이하일 수 있다.
제조
일부 실시예에서, 예시적인 다공성 막은 압출기에서 구성 요소들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 약 30 중량% 필러와 약 10 중량% UHMWPE, 및 약 60% 가공 오일은 압출기에서 혼합될 수 있다. 상기 예시적인 다공성 막은 가열된 압출기를 통해 상기 구성 요소를 통과시키고, 압출기에 의해 생성된 상기 압출물을 다이 및 2 개의 가열된 프레스 또는 캘린더 스택 또는 롤에 의해 형성된 닙으로 통과시켜 연속 웹을 형성함으로써 제조될 수 있다.
웹으로부터 상당한 양의 가공 오일은 용매를 사용하여 추출될 수 있고, 이어서 건조에 의해 용매를 제거할 수 있다. 이어서 상기 웹을 미리 정해진 폭의 레인으로 절단한 다음 롤에 감을 수 있다. 또한, 상기 프레스 또는 캘린더 롤에는 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 리브, 그루브(groove), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 및/또는 등을 부여하는 다양한 그루브(groove) 패턴이 새겨질 수 있다.
고무로 제조
일부 실시예에서, 예시적인 다공성 막은 압출기에 구성 요소를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 약 5 내지 15 중량% 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌), 약 10 내지 75 중량% 필러(예를 들어, 실리카), 약 1 내지 50 중량% 고무 및/또는 라텍스, 및 약 10 내지 85% 가공 오일은 압출기에서 혼합될 수 있다. 상기 예시적인 다공성 막은 가열된 압출기를 통해 상기 구성 요소를 통과시키고, 상기 압출기에 의해 생성된 상기 압출물을 다이 및 2 개의 가열된 프레스 또는 캘린더 스택 또는 롤에 의해 형성된 닙으로 통과시켜 연속 웹을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 웹으로부터 상당한 양의 상기 가공 오일은 용매를 사용하여 추출될 수 있다. 이어서 상기 웹을 건조시키고 미리 정해진 폭의 레인으로 슬릿(slit)한 다음 롤에 감을 수 있다. 또한, 상기 프레스 또는 캘린더 롤에는 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 리브, 그루브(groove), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 및/또는 등을 부여하는 다양한 그루브(groove) 패턴이 새겨질 수 있다. 상기 고무, 필러, 오일, 및 중합체의 양은 모두 전기 저항성, 평량, 내천공성, 굽힘 강성, 내산화성, 다공성, 물리적 강도, 비틀림성, 등과 같은 작업성(runnability) 및 바람직한 세퍼레이터 특성에 대해 모든 균형을 이룬다.
상기 압출기의 구성 요소에 첨가되는 것에 더하여, 특정 실시예는 고무를 압출 후 다공성 막에 결합시킨다. 예를 들어, 상기 고무는 하나 또는 두 측면 상에, 바람직하게 고무 및/또는 라텍스, 선택적으로, 실리카, 및 물을 포함하는 액체 슬러리로 상기 음극과 마주하는 측면에 코팅된 후 건조될 수 있고, 이어서 이 재료의 필름은 예시적인 다공성 막의 표면에 형성된다. 이 층의 습윤성을 향상시키기 위해, 납축 전지에 사용하기 위해 공지된 습윤제가 상기 슬러리에 첨가될 수 있다. 특정 실시예에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 슬러리는 또는 하나 이상의 성능 향상 첨가제를 포함할 수 있다. 건조 후, 다공성 층 및/또는 필름은 상기 세퍼레이터의 표면 상에 형성되고, 이는 다공성 막에 매우 잘 접착되며, 전기 저항을 전혀 증가시키지 않을 경우에만 증가한다. 상기 고무가 첨가된 후, 기계 프레스 또는 캘린더 스택 또는 롤을 사용하여 추가로 압축될 수 있다. 상기 고무 및/또는 라텍스를 적용하는 다른 가능한 방법은 딥 코팅, 롤러 코팅, 스프레이 코팅 또는 커튼 코팅에 의해 상기 세퍼레이터의 하나 이상의 표면, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 고무 및/또는 라텍스 슬러리를 적용하는 것이다. 이러한 공정은 가공 오일이 추출되기 전 또는 후에, 또는 레인으로 슬릿되기 전 또는 후에 발생할 수 있다. 상기 본 발명의 추가 실시예는 함침 및 건조에 의해 상기 막 상에 고무를 침착시키는 것을 포함한다.
성능 향상 첨가제로 제조
특정 실시예에서, 성능 향상 첨가제 또는 성능 향상제(예를 들어, 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 산화 방지제, 및/또는 등, 및 이들의 조합)는 또한 상기 압출기 내 다른 구성 요소와 함께 혼합될 수 있다. 이어서, 본 개시에 따른 다공성 막은 상기 시트 또는 웹의 형상으로 압출될 수 있고, 실질적으로 상기 기재된 것과 동일한 방식으로 마무리될 수 있다.
특정 실시예에서, 그리고 상기 압출기에 첨가하는 것에 부가하여 또는 대안적으로, 상기 첨가제(additive) 또는 첨가제(additives)는 예를 들어, 완료될 때, 상기 세터레이터 다공성 막에 공급될 수 있다(예를 들어, 대량의 상기 가공 오일을 추출한 후, 및 상기 고무의 도입 전 또는 후에). 특정 바람직한 실시예에 따르면, 상기 첨가제 또는 상기 첨가제의 용액(예르 들어, 수용액)은 하나 이상의 상기 세퍼레이터의 표면에 적용된다. 변이체(variant)는 상기 가공 오일 추출에 사용된 용매에 가용성인 비내열성(non-thermostable) 첨가제(additive) 및 첨가제(additives)의 적용에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 상기 첨가제를 위한 용매로서 특히 적합한 것은 메탄올 및 에탄올과 같은 저분자량 알코올뿐만 아니라, 이들 알코올과 물의 혼합물이다. 상기 적용은 상기 음극과 대면하는 측면, 상기 양극과 대면하는 측면 상에, 또는 상기 세퍼레이터의 두 측면 상에 일어날 수 있다. 상기 적용은 또한 용매 욕조(solvent bath)에서 상기 기공 형성제(예를 들어, 가공 오일)의 추출 중에 일어날 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 상기 세퍼레이터가 제조되기 전 상기 압출기에 첨가된 계면활성제 코팅 또는 성능 향상 첨가제와 같은 성능 향상 첨가제의 일부(또는 둘 다)는 전지 시스템에서 안티몬과 결합하여 제조되고 이를 불활성화시킬 수 있으며 및/또는 이와의 화합물을 형성할 수 있고 및/또는 상기 전지의 머드 레스트(mud rest)로 이를 떨어뜨릴 수 있으며 및/또는 이것이 상기 음극에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 상기 계면활성제 또는 첨가제는 상기 전해질, 상기 유리 매트, 상기 전지 케이스, 페이스팅 페이퍼(pasting paper), 페이스팅 매트(pasting mat), 및/또는 등, 또는 이들의 조합에 첨가될 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 첨가제(예를 들어, 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물)는 적어도 0.5 g/m2, 1.0 g/m2, 1.5 g/m2, 2.0 g/m2, 2.5 g/m2, 3.0 g/m2, 3.5 g/m2, 4.0 g/m2, 4.5 g/m2, 5.0 g/m2, 5.5 g/m2, 6.0 g/m2, 6.5 g/m2, 7.0 g/m2, 7.5 g/m2, 8.0 g/m2, 8.5 g/m2, 9.0 g/m2, 9.5 g/m2 or 10.0 g/m2 또는 심지어 약 25.0 g/m2까지의 밀도 또는 애드-온 레벨(add-on level)로 존재할 수 있다. 상기 첨가제는 0.5 내지 15 g/m2, 0.5 내지 10 g/m2, 1.0 내지 10.0 g/m2, 1.5 내지 10.0 g/m2, 2.0 내지 10.0 g/m2, 2.5 내지 10.0 g/m2, 3.0 내지 10.0 g/m2, 3.5 내지 10.0 g/m2, 4.0 내지 10.0 g/m2, 4.5 내지 10.0 g/m2, 5.0 내지 10.0 g/m2, 5.5 내지 10.0 g/m2, 6.0 내지 10.0 g/m2, 6.5 내지 10.0 g/m2, 7.0 내지 10.0 g/m2, 7.5 내지 10.0 g/m2, 4.5 내지 7.5 g/m2, 5.0 내지 10.5 g/m2, 5.0 내지 11.0 g/m2, 5.0 내지 12.0 g/m2, 5.0 내지 15.0 g/m2, 5.0 내지 16.0 g/m2, 5.0 내지 17.0 g/m2, 5.0 내지 18.0 g/m2, 5.0 내지 19.0 g/m2, 5.0 내지 20.0 g/m2, 5.0 내지 21.0 g/m2, 5.0 내지 22.0 g/m2, 5.0 내지 23.0 g/m2, 5.0 내지 24.0 g/m2, 또는 5.0 내지 25.0 g/m2 사이의 밀도 또는 애드-온 레벨(add-on level)로 상기 세퍼레이터에 존재할 수 있다.
적용은 또한 상기 첨가제 또는 상기 첨가제의 용액(용매 욕조(solvent bath) 첨가)에 전지 세퍼레이터를 담그고 필요할 경우 상기 용매를 제거함으로써(예를 들어, 건조함으로써) 수행될 수 있다. 이런 방식으로 상기 첨가제의 적용은 예를 들어, 막 제조 중에 종종 적용되는 추출과 조합될 수 있다. 다른 바람직한 방법은 첨가제로 표면을 분무하거나, 상기 세퍼레이터의의 표면에 하나 이상의 첨가제를 딥 코팅, 롤러 코팅, 또는 커튼 코팅하는 것이다. 본 명세서에 기재된 특정 실시예에서, 감소된 양의 이온성, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면활성제는 본 발명의 세퍼레이터에 첨가된다. 이러한 경우에, 바람직한 특징은 (소량의 계면 활성제 때문에) 낮아진 총 유기 탄소 및/또는 낮아진 휘발성 유기 화합물을 포함할 수 있고, 이러한 실시예에 따른 바람직한 본 발명의 세퍼레이터를 제조할 수 있다.
섬유 매트와 결합
특정 실시예에서, 본 개시에 따른 예시적인 세퍼레이터는 향상된 위킹(wicking) 특성 및/또는 향상된 습윤 또는 전해질 유지 특성을 갖는 섬유 층 또는 섬유 매트와 같은 다른 층에 결합될 수 있다(적층 또는 다른). 상기 섬유 매트는 유리 섬유, 또는 합성 섬유, 합성 섬유 또는 유리 및 합성 섬유 또는 종이와의 혼합물로 제조된 플리스(fleece) 또는 직물, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성된 직포, 부직포, 플리스(fleece), 메쉬, 네트, 단층, 다층(상기 각 층은 상기 다른 층과 동일하거나, 유사하거나, 다른 특성을 가질 수 있음)일 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 섬유 매트(적층 또는 다른)는 추가 재료의 담체로서 사용될 수 있다. 상기 추가 재료는 예를 들어, 고무 및/또는 라텍스, 선택적으로 실리카, 물 및/또는 본 명세서에 기재된 다양한 첨가제와 같은, 하나 이상의 성능 향상 첨가제 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 재료는 슬러리 형태로 전달될 수 있고, 이어서 상기 섬유 매트의 하나 이상의 표면 상에 코팅되어 필름을 형성하거나 섬유 매트에 침지 및 함침시킬 수 있다.
섬유 층이 존재하면, 다공성 막은 상기 섬유층보다 더 큰 표면적을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 상기 다공성 막 및 상기 섬유 층을 결합하면, 상기 섬유 층은 상기 다공성 층을 완전히 커버하지 못한다. 상기 막 층의 적어도 2개의 대향하는 모서리 영역은 커버되지 않은채로 존재하여, 포켓 또는 엔벨로프 및/또는 등의 선택적 형성을 용이하게 하는 열 밀봉을 위한 모서리를 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 섬유 매트는 적어도 100 μm, 일부 실시예에서, 적어도 약 200 μm, 적어도 약 250 μm, 적어도 약 300 μm, 적어도 약 400 μm, 적어도 약 500 μm, 적어도 약 600 μm, 적어도 약 700 μm, 적어도 약 800 μm, 적어도 약 900 μm, 적어도 약 1 mm, 적어도 약 2 mm, 및 등의 두께를 가질 수 있다. 후속적으로 적층된 세퍼레이터는 조각으로 절단될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 섬유 매트는 상기 다공성 막의 리브된 표면에 적측된다. 특정 실시예에서, 본 명세서에서 기재된 상기 개선된 세퍼레이터를 구비한 취급 및/또는 조립 이점을 전지 제조자에게 제공하여, 이것이 롤 형태(roll form) 및/또는 절단된 조각 형태(cut piece form)로 공급될 수 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 상기 개선된 세퍼레이터는 하나 이상의 섬유 매트 등의 추가 없이 독립형 세퍼레이트 시트 또는 층일 수 있다. 상기 섬유 매트가 상기 다공성 막에 적층되는 경우, 이들은 접착제, 열, 초음파 용접, 압축, 및/또는 등, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 함께 결합될 수 있다. 또한, 상기 섬유 매트는 PAM 또는 NAM 보유 매트일 수 있다.
평량(Basis Weight)
특정 선택된 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 g/m2의 단위로 측정된 평량(또한 면적 무게(area weight)로 지칭됨)을 특징으로 할 수 있다. 예시적인 세퍼레이터는 감소된 평량을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 예시적인 세퍼레이터는 약 90 g/m2 내지 약 140 g/m2의 평량을 가질 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 상기 평량은 약 90 g/m2, 100 g/m2, 110 g/m2, 120 g/m2, 130 g/m2, 또는 140 g/m2일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 평량은 140 g/m2, 130 g/m2, 120 g/m2, 110 g/m2, 100 g/m2, 90 g/m2 이하일 수 있다. 예시적인 세퍼레이터는 바람직하게 약 90 g/m2 내지 약 130 g/m2 이하, 및 바람직하게 약 90 g/m2 내지 약 120 g/m2 이하의 평량을 가질 수 있다.
상기 평량은 단순히 샘플을 계량한 후, 해당 값을 해당 샘플의 면적으로 나누어 측정된다. 예를 들어, 1.0 m x 1.0 m 샘플을 채취하여 무게를 측정한다. 상기 면적은 리브, 그루브(grove), 엠보스먼트(embossment), 등에 관계없이 계산된다. 예를 들어, 리브된 세퍼레이터의 1.0 m x 1.0 m 샘플은 편평한 세퍼레이터의 1.0 m x 1.0 m 샘플과 동일한 면적을 가질 것이다.
전기 저항(Electrical Resistance)
특정 선택된 실시예에서, 상기 기재된 세퍼레이터는 감소된 전기 저항을 나타낸다. 예를 들어, 예시적인 세퍼레이터는 약 20 mΩ·cm² 내지 약 200 mΩ·cm²의 전기 저항("ER")을 가질 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 상기 세퍼레이터는 약, 20 mΩ·cm², 30 mΩ·cm², 40 mΩ·cm², 50 mΩ·cm², 60 mΩ·cm², 80 mΩ·cm², 100 mΩ·cm², 120 mΩ·cm², 140 mΩ·cm², 160 mΩ·cm², 180 mΩ·cm² 또는 200 mΩ·cm²의 ER을 가질 수 있다.
다른 선택된 실시예에서, 상기 ER은 약 200 mΩ·cm², 180 mΩ·cm², 160 mΩ·cm², 140 mΩ·cm², 120 mΩ·cm², 100 mΩ·cm², 80 mΩ·cm², 60 mΩ·cm², 50 mΩ·cm², 40 mΩ·cm², 30 mΩ·cm² 또는 20 mΩ·cm² 이하일 수 있다. 그러나, ER이 mΩ·cm² 보다 훨씬 낮을 수도 있다. 다양한 실시예에서, 본 명세서에 기재된 상기 세퍼레이터는 상기 동일한 두께의 공지된 세퍼레이터에 비해 약 20% 이상의 ER 감소를 나타낸다.
예를 들어, 공지된 세퍼레이터 60 mΩ·cm²의 ER 값을 가질 수 있고; 따라서, 동일한 두께의 본 발명에 따른 세퍼레이터는 약 48 mΩ·cm² 미만의 ER 값을 가질 것이다.
본 발명에 따른 ER 시험 평가용 샘플 세퍼레이터를 시험하기 위해서는, 우선 이를 제조하여야 한다. 이렇게 하기 위해, 샘플 세퍼레이터를 바람직하게 탈염수의 욕조에 담그고, 이후 물을 끓여 이후 끓는 탈염수 욕조에서 10 분 후에 상기 세퍼레이터를 제거한다. 제거 후, 과량의 물은 상기 세퍼레이터에서 떨고, 이후 27℃±1℃에서 1.280의 비중을 가지는 황산 욕조에 둔다. 상기 세퍼레이터를 황산 욕조에 20 분 동안 담근다. 이후 상기 세퍼레이터는 전기 저항에 대해 시험될 준비가 된다.
산화 안정성
특정 선택된 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 개선되고 높은 내산화성을 특징으로 할 수 있다. 내산화성은 상기 납축 전지 전해질에 장시간 노출시킨 후, 교차 기계 방향으로 샘플 세퍼레이터 표본의 연신에서 측정된다. 예를 들어, 예시적인 세퍼레이터는 40 시간에서 약 150% 이상, 200% 이상, 250% 이상, 300% 이상, 350% 이상, 400% 이상, 450% 이상, 또는 500% 이상의 연신을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 40 시간에서 약 200% 이상의 바람직한 내산화성 또는 연신을 가질 수 있다.
내산화성에 대한 샘플을 테스트하기 위해, 예시적인 세퍼레이터의 샘플 표본(400)을 먼저 일반적으로 도 6a에 도시된 바와 같은 형상으로 절단한다. 이후 상기 표본(400)은 일반적으로 도 6b에 도시된 바와 같은 샘플 홀더에 위치시킨다.
제 1 샘플 세트는 파단하는 연신율(%)을 위해, 영(0) 시간에서, 건조 테스트되었다. 상기 연신율은 도 6a의 지점 A 및 B로부터 측정된 50 mm 거리에 기초된다. 예를 들어, 지점 A 및 B가 300%의 거리로 신장되면, A 및 B 사이의 최종 거리는 150 mm가 될 것이다.
연신 테스트(elongation test)는 짧은 시간 내에 사이클링 전지에서 전해질에 대해 장시간 노출을 시뮬레이션하도록 설계된다. 상기 샘플(400)을 먼저 이소프로판올에 완전히 침지시키고, 배수한 후 1 내지 2 초 동안 물에 침지시켰다. 이어서, 상기 샘플을 전해질 용액에 침지시켰다. 상기 용액은 360 ml의 1.28 비중 황산, 35 ml의 1.84 비중 황산, 이어서 105 ml의 35% 과산화수소를, 순서대로, 첨가함으로써 제조된다. 상기 용액을 80℃로 유지하고 상기 샘플을 용액에 장시간 침지시켰다. 샘플은 20 시간, 40 시간, 60 시간, 80 시간, 등과 같은 일정한 시간 간격으로 연신율에 대해 테스트될 수 있다. 이 간격으로 테스트하기 위해, 상기 샘플(400)을 80℃의 전해질 욕조(electrolyte bath)에서 제거하고, 산이 제거될 때까지, 미지근한 수돗물에 위치시킨다. 이 후 연신율을 테스트할 수 있다.
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 전지 세퍼레이터, 저(low) ER 또는 고(high) 컨덕턴스(conductance) 세퍼레이터, 침수형 납축 전지와 같은, 개선된 납축 전지, 고 컨덕턴스(conductance) 전지, 및/또는 이러한 전지를 포함하는 개선된 차량, 및/또는 이러한 세퍼레이터 또는 전지의 제조 또는 사용 방법, 및/또는 이들의 조합에 관한 것이다. 적어도 특정 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 증가된 컨덕턴스를 나타내는 개선된 세퍼레이터를 포함하는 개선된 납축 전지에 관한 것이다.
결론
선택된 실시예에 따르면, 향상되거나 또는 신규한 전지 세퍼레이터는 이들의 적어도 일부로부터 복수의 리브를 구비한 백웹을 가지는 다공성 막이 제공된다. 상기 다공성 막은 중합체, 필러, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 가소제, 및 선택적인 고무를 가질 수 있다. 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하, 보다 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하, 보다 더 바람직하게, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 가질 수 있다.
선택된 실시예의 개선은 양극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 포지티브리브로서 복수의 리브 중 적어도 일부를 제공할 수 있고, 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면으로부터 연장하는 네거티브 리브로서 복수의 리브 중 적어도 일부를 제공할 수 있으며, 또는 실시예는 포지티브 및 네거티브 리브 모두 제공될 수 있다. 상기 포지티브 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 양쪽 모두는 제 1 측면 모서리에서 제 2 측면 모서리로 균일하게 연장되거나 연장되지 않을 수 있다. 상기 포지티브 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 둘다, 또는 양쪽 모두는 또한 상부 모서리에서 하부 모서리로 균일하게 연장되거나 연장되지 않을 수 있다. 상기 포지티브 및 네거티브 리브 중 어느 하나, 또는 둘다는 디자인되고, 최적화되어 덴드라이트 형성 및 성장을 감소시킬 수 있다.
특정 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 세트 중 어느 하나는 다음 중 어느 하나일 수 있다: 솔리드 리브, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브, 불연속 리브, 불연속 피크, 불연속 돌출부, 각진 리브, 대각선 리브, 선형 리브, 상기 다공성 막의 기계 방향으로 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 다공성 막의 교차 기계 방향으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 디스크리트 티스(discrete teeth), 톱니형 리브(toothed rib), 세레이션(serration), 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement), 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 연속 사인파 리브, 불연속 사인파 리브, S 형 리브, 연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 브로큰 불연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 칼럼(column), 미니 칼럼(column), 다공성, 비다공성, 교차 리브, 미니 리브, 교차 미니 리브 및 이들의 조합.
선택된 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 세트 중 어느 하나는 브로큰 리브일 수 있고, 상기 리브는 상기 세퍼레이터의 모서리 내에 포함되는 분리된 말단 지점을 가지며 임의의 다른 리브와 분리된다. 상기 브로큰 리브는 상기 세퍼레이터가 내부에 배치되며, 전지의 시작 및 정지 운동에 평행하게 위치하는, 상기 전지의 이동 중에, 전지에서 산 혼합을 향상시키기 위하여 각도 배향에 의해 형성될 수 있다.
상기 각도 배향은 기계 방향(MD)에 대해 정의될 수 있고, 상기 각도 배향은 0도(0°) 초과 내지 180도(180°) 미만, 또는 180도(180°)초과 내지 360도(360°) 미만의 각도일 수 있다. 상기 리브의 각도 배향은 복수의 리브를 통해 변할 수 있다. 특정 선택된 실시예에서, 예시적인 세퍼레이터는 복수의 리브 세트를 가질 수 있고, 상기각 리브 세트는 다른 리브 세트와 비교하여 상이하거나 또는 동일한 각도 배향을 가질 수 있다. 다른 예시적인 세퍼레이터에서, 포지티브 및/또는 네거티브 리브는 0도(0°) 내지 360도(360°) 사이의 각도 배향을 가질 수 있다.
선택된 실시예에서, 상기 포지티브 리브는 약 50 μm 내지 약 2.0 mm의 리브 높이를 가질 수 있다. 또한, 상기 포지티브 리브의 적어도 일부는 약 300 μm 내지 약 750 μm의 베이스 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 포지티브 리브의 적어도 일부는 약 400 μm 내지 약 500 μm의 제 2 베이스 폭을 가질 수 있다. 상기 포지티브 리브 및/또는 네거티브 리브의 적어도 일부가 실질적으로 직선이고 서로에 대해 실질적으로 평행인 경우, 이들은 약 50 μm 내지 약 20 mm의 간격을 가질 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 네거티브 리브는 상기 포지티브 리브의 높이에 비해 약 5.0% 이하 내지 약 100% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 전지 세퍼레이터는 약 5.0 μm 내지 약 2.0 mm의 높이 범위의 네거티브 리브를 가질 수 있다. 예시적인 네거티브 리브는 약 5 μm 내지 약 500 μm의 베이스 폭을 가질 수 있다. 본 발명의 측면은 다음 중 하나 이상을 포함 할 수 있는 조성물을 가지는 상기 세퍼레이터 또는 다공성 막을 제공한다: 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE"), 페놀 수지, 폴리 염화 비닐("PVC"), 고무, 합성 목재 펄프("SWP"), 리그닌, 유리 섬유, 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유, 고무, 및 이들의 조합.
본 발명의 개선은 다음 중 하나 이상일 수 있는 고무를 제공한다: 가교 결합 고무, 비가교 결합 고무, 경화 고무, 미경화 고무, 천연 고무, 라텍스, 합성 고무, 및 이들의 조합. 본 발명의 다른 개선은 다음 중 하나 이상일 수 있는 고무를 제공한다: 메틸 고무, 폴리부타디엔, 하나 이상의 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로르하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노르보르넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 공중합체 고무, 및 이들의 조합. 또한, 상기 공중합체 고무는 다음 중 어느 하나 이상일 수 있다: 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무(EPM 및 EPDM), 에틸렌/비닐 아세테이트 고무, 및 이들의 조합.
선택된 실시예에서, 상기 고무는 약 1 중량% 내지 약 6 중량%, 바람직하게 약 3 중량%, 바람직하게 약 6 중량%, 보다 바람직하게 약 3 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 고무는 상기 세퍼레이터의 다른 기본 재료와 혼합될 수 있고, 또는 상기 세퍼레이터 또는 다공성 막의 하나 이상의 표면 중 적어도 일부에 코팅될 수 있다. 코팅된 경우, 고무는 액체 슬러리로서 도포되고 건조될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음 중 어느 하나 이상일 수 있는 필러를 가질 수 있다: 실리카, 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 알루미나; 활석; 생선 가루, 생선 뼈 가루, 및 이들의 조합. 또한, 상기 실리카는 약 21:100 내지 35:100, 약 23:100 내지 약 31:100, 약 25:100 내지 약 29:100, 및 대안적으로 적어도 약 27:100 이상의 범위 내일 수 있는, 29Si-NMR에 의해 측정된, OH:Si 기의 분자 비율을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 필러는, 높은 구조적 형태를 가지는 예시적인 필러를 제공할 수 있다. 본 발명의 개선은, 다음 중 적어도 하나 이상을 특징으로 하는 예시적인 필러를 제공할 수 있다: 5 μm 이하의 평균 입경을 가짐; 100 m2/g 이상의 표면적을 가짐; 150 ml/100 mg 이상의 오일 흡착력을 가짐; 및 이들의 조합.
상기 세퍼레이터 또는 다공성 막은 예를 들어, 약 2.0:1.0과 같은, 약 2.0:1.0 내지 약 4.0:1.0; 대안적으로 약 2.6:1.0; 및 또한 대안적으로 약 3.5:1.0;의 필러 대 중합체(필러:중합체) 중량비를 가질 수 있고; 2.6:1.0과 같은, 약 2.0:1.0 내지 약 3.0:1.0의 중량 기준으로 필러 대 필러 및 고무의 조합(필러: 중합체 및 고무)을 가질 수 있다.
예시적인 다공성 막은 약 100 μm 내지 약 400 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 250 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 200 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 150 μm, 그리고 가장 바람직하게 약 100 μm 내지 약 100 μm의 백웹 두께를 가질 수 있다,
본 발명의 개시에 따른 예시적인 세퍼레이터는 약 100 μm 내지 약 1.0 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 850 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 650 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 450 μm, 바람직하게 약 100 μm 내지 약 250 μm, 그리고 가장 바람직하게 약 100 μm 내지 약 150 μm의 전체 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 다음 중 하나 이상일 수 있는 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 제공할 수 있다: 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화 방지제, 및 이들의 조합. 개선은 다음 중 하나 이상인 예시적인 계면활성제를 제공한다: 비이온성 계면활성제, 이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 이들의 조합. 또한, 예시적인 성능 향상 첨가제는 리튬 이온, 알루미늄 이온, 또는 둘 다를 가질 수 있다.
예시적인 실시예는 적어도 약 0.5 g/m2 내지 약 6 g/m2, 및 대안적으로 약 0.5 g/m2 내지 약 3 g/m2의 양으로 계면활성제를 제공할 수 있다. 상기 성능 향상 첨가제는 예를 들어, 상기 다공성 막 또는 세퍼레이터의 적어도 일부에 코팅될 수 있고, 상기 다공성 막 또는 세퍼레이터의 적어도 일부 내 함침될 수 있고, 또는 상기 다공성 막의 압출(extrusion) 전에 상기 중합체 및 필러와 혼합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 예를 들어, 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일, 및 이들의 조합일 수 있는 가공 가소제를 가지는 다공성 막 또는 세퍼레이터를 제공한다. 상기 가소제는 상기 다공성 막의 압출 전 상기 중합체, 필러, 및 선택적인 성능 향상 첨가제 의 혼합에 전형적으로 첨가된다. 압출 후, 가소제의 일부는 공지된 수단에 의해 추출될 수 있다.
일부 선택된 실시예에서, 상기 세퍼레이터에는 어떤 방식으로 세퍼레이터에 접착 또는 결합될 수 있거나 또는 단순히 이에 인접하게 배치될 수 있는 섬유 매트가 추가로 제공된다. 상기 매트는 다음 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다: 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 또는 이들의 조합. 또한, 상기 매트는 부직포, 직포, 메쉬, 플리스(fleece), 네트, 또는 이들의 조합일 수 있다.
예시적인 세퍼레이터는 종래의 세퍼레이터에 비해 더 낮은 전기 저항("ER")과 같은 증가된 성능 파라미터를 나타낼 수 있다.
예를 들어, ER은 약 65 mΩ·cm2 이하, 바람직하게 약 50 mΩ·cm2 이하, 및 가장 바람직하게 약 35 mΩ·cm2 이하일 수 있다,
예시적인 세퍼레이터는 상기 세퍼레이터의 포지티브 측면 및 네거티브 측면 중 하나 또는 둘 다에전도성층이 제공될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터는 40 시간에서 약 200% 이상의 내산화성을 가질 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터는 다양한 형상 및/또는 구성을 취할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 세퍼레이터는 다음 중 어느 하나일 수 있다: 절단 조각, 포켓(pocket), 슬리브(sleeve), 랩(wrap), 엔벨로프(envelope), 하이브리드 엔벨로프(hybrid envelope), S-위브(S- weave) 세퍼레이터, 또는 사이드 폴드(side fold)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 또한 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 세퍼레이터를 이용하는 전지를 제공한다. 예를 들어, 상기 전지는 평판 전지, 침수형 납축 전지(flooded lead acid battery), 강화 침수형 납축 전지("EFB"), 딥 사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동 점등 점화("SLI") 차량 전지, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 오토바이 전지, 모든 지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기 선박용 전지, 전기 자전거 전지, 무정전 전원 공급 장치("UPS") 전지, 또는 태양 광 또는 풍력 발전 또는 다른 재생 가능 에너지 저장 시스템 전지와 같은 납축 전지일 수 있다. 예시적인 전지는 약 1% 내지 약 99%, 및 가능하게 약 1% 내지 약 50%, 및 추가로 가능하게 약 50% 내지 약 99%의 방전 깊이를 갖는 부분 충전 상태로 사용될 수 있다. 상기 전지는 이동 중, 정지중에, 에너지 저장 시스템 어플리케이션에서; 재생 가능 에너지 저장 시스템 어플리케이션에서; 무정전 전원 공급 장치 어플리케이션에서; 에너지 비축 시스템(energy reserve system) 어플리케이션에서, 백업 전력 어플리케이션에서, 사이클링 어플리케이션, 및 이들의 조합에서 사용될 수 있다.
다른 실시예는 실질적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 전지를 이용하는 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 에너지 저장 시스템; 재생 가능 에너지 저장 시스템; 무정전 전원 공급 장치; 에너지 비축 시스템, 전력 백업 시스템, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 자동차, 트럭, 오토바이, 모든 지형 차량, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량, 선박, 전기 인력거 전지, 전기 세발 자전거 및 전기 자전거 전지와 같은 차량을 더 포함할 수 있다.
첨부된 청구범위의 조성물 및 방법은 본 명세서에 기재된 특정 조성물 및 방법에 의해 범위가 제한되지 않고, 이는 청구 범위의 몇몇 측면의 예시로서 의도되며, 기능적으로 동등한 임의의 조성물 및 방법은 청구 범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 도시되고 설명된 것들에 추가하여 조성물 및 방법의 다양한 변형이 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 명세서에 개시된 특정의 대표적인 조성물 및 방법 단계만이 구체적으로 기술되지만, 조성물 및 방법 단계의 다른 조합은 또한 구체적으로 언급되지 않더라도 첨부된 청구 범위의 범주내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 단계들, 요소들, 구성 요소들 또는 구성 요소들의 조합이 본 명세서에서 이하에서 명백하게 언급될 수 있지만, 명시적으로 언급되지 않았더라도, 단계들, 요소들, 구성 요소들 및 구성 요소들의 다른 조합들이 포함된다. 본 명세서에 사용된 용어 "포함하는(comprising)" 및 그의 변형은 용어 "포함하는(including)" 및 그의 변형과 동의어로 사용되며, 개방적이고 비제한적인 용어이다. "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)"이라는 용어가 본 명세서에서 다양한 실시예를 설명하기 위해 사용되었지만, "본질적으로 구성되는(consisting essentially of)" 및 "구성하는(consisting of)"이라는 용어는 보다 구체적인 실시예를 제공하기 위해 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)" 대신에 사용될 수 있고 또한 개시된다. 실시예 또는 달리 언급된 경우를 제외하고, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 성분, 반응 조건 등의 양을 나타내는 모든 숫자는 최소한으로 이해되어야 하며, 균등론(doctrine of equivalents)의 적용을 청구 범위의 범위로 제한하려는 시도가 아니라, 유효 자릿수와 일반적인 반올림 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
적어도 선택된 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시되거나 제공되는 측면 또는 목적은 신규하거나 개선된 세퍼레이터, 전지 세퍼레이터, 강화 침수형 전지 세퍼레이터, 전지, 셀이고, 및/또는 이러한 세퍼레이터, 전지 세퍼레이터, 강화 침수형 전지 세퍼레이터, 셀 및/또는 전지와 를 제조 및/또는 사용하는 방법이다. 적어도 특정 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 향상된 강화 침수형 전지용 전지 세퍼레이터에 관한 것이다. 또한, ER 감소, 천공 강도 개선, 세퍼레이터 CMD 강성 개선, 내 산화성 개선, 세퍼레이터 두께 감소, 평량(basis weight) 감소, 및 이들의 임의의 조합을 가지는 방법, 시스템, 및 전지 세퍼레이터가 본 명세서에 개시된다. 적어도 특정 실시예에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 강화 침수형 전지용 세퍼레이터에 관한 것으로 상기 세퍼레이터는 ER 감소, 천공 강도 개선, 세퍼레이터 CMD 강성 개선, 내 산화성 개선, 세퍼레이터 두께 감소, 평량(basis weight) 감소, 또는 이들의 임의의 조합에 관한 것이다. 적어도 특정 실시예에 따르면, 세퍼레이터는 ER 감소, 천공 강도 개선, 세퍼레이터 CMD 강성 개선, 내 산화성 개선, 세퍼레이터 두께 감소, 평량(basis weight) 감소, 및 이들의 임의의 조합을 포함하거나 또는 나타내는 것을 제공한다. 적어도 특정 실시예에 따르면, 세퍼레이터는 평판 전지, 관형 전지, 차량 SLI, 및 HEV ISS 어플리케이션, 딥 사이클 어플리케이션, 골프 카 또는 카트 및 전기 인력거 전지, 부분 충전 상태("PSOC")로 작동하는 전지, 인버터 전지; 및 재생 가능 에너지 원용 축전지, 및 이들의 임의의 조합용 전지 어플리케이션에 제공된다.
본 발명은 그 취지 및 그 본질적인 속성을 벗어나지 않고 다른 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서 전술한 명세서 보다는 첨부된 청구 범위를 참조해야 한다. 개시된 방법 및 시스템을 수행하는데 사용될 수 있는 구성 요소가 개시된다. 이들 및 다른 구성요소가 본 명세서에 개시되어 있고, 이들 구성요소의 조합, 서브 세트(subsets), 상호 작용(interactions), 그룹 등이 개시될 때, 각각의 다양한 개별 및 집합적 조합 및 이들의 치환에 대한 특정 참조는 명시적으로 개시되지 않을 수 있지만, 각각의 모든 방법 및 시스템에 대한 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 설명된다. 이는 개시된 방법의 단계를 포함하지만 이로 제한되지 않는 본 출원의 모든 측면에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계가 존재하는 경우, 이들 추가 단계 각각은 개시된 방법의 임의의 특정 실시예 또는 실시예의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
전술한 구조 및 방법의 설명은 예시의 목적으로만 제시되었다. 실시예는 최상의 모드를 포함하는 예시적인 실시예를 개시하고, 또한 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시 할 수 있도록 하는데 사용된다. 이들 실시예는 개시된 정확한 단계 및/또는 형태로 본 발명을 총망라하거나 제한하려는 것이 아니며, 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 명세서에 기술된 특징들은 임의의 조합으로 결합될 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법의 단계는 물리적으로 가능한 임의의 순서로 수행될 수 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구 범위의 문자 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 청구 범위의 문자와 실질적으로 차이가 있는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우 청구 범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
첨부된 청구항의 조성물 및 방법은 본 명세서에 기술된 특정 조성물 및 방법에 의해 범위가 제한되지 않으며, 이는 청구항의 몇몇 측면의 예시로서 의도된다. 기능적으로 동등한 임의의 조성물 및 방법은 청구 범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 도시되고 설명된 것들에 추가하여 조성물 및 방법의 다양한 변형이 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 명세서에 개시된 특정의 대표적인 조성물 및 방법 단계만이 구체적으로 기술되지만, 조성물 및 방법 단계의 다른 조합은 또한 구체적으로 언급되지 않더라도 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 단계들, 요소들, 구성요소들 또는 구성 요소들의 조합이 본 명세서에서 이하에서 명백하게 언급될 수 있지만, 명시적으로 언급되지 않더라도, 단계들, 요소들, 구성요소들 및 구성요소들의 다른 조합들이 포함된다.
명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "하나(a)," "하나(an)," 및 "그(the)"는 문맥상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다. 범위는 본 명세서에서 "약" 또는 "대략" 하나의 특정 값, 및/또는 "약" 또는 "대략" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값 및/또는 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 선행 "약"을 사용하여 값이 근사치로 표현될 때, 특정 값은 다른 실시예를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각 범위의 종말점은 다른 종말점과 관련하여 중요하며 다른 종말점과 독립적으로 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다. "선택적" 또는 "선택적으로"는 이후에 설명되는 사건 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있으며, 설명은 상기 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 그렇지 않은 경우를 포함한다는 것을 의미한다.
본 명세서의 설명 및 청구범위에서, "포함하다(comprise)"라는 단어 및 "포함하는(comprising)"과 같은 단어의 변형은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미하고, 예를 들면, 다른 첨가제, 성분, 정수 또는 단계를 배제하도록 의도되지 않는다.
용어 "본질적으로 구성하는(consisting essentially of)" 및 "구성하는(consisting of)"은 본 발명의 보다 구체적인 실시예를 제공하기 위해 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)" 대신에 사용될 수 있고 또한 개시된다. "예시적인" 또는 "예를 들면"은 "예"를 의미하고 바람직한 또는 이상적인 실시예의 지시를 전달하도록 의도되지 않는다. 유사하게, "과 같은"은 제한적인 의미로 사용되지 않고 설명적이거나 예시적인 목적으로 사용된다.
언급된 경우를 제외하고, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 기하학, 치수 등을 표현하는 모든 숫자는 최소한으로 이해되어야 하며, 균등론(doctrine of equivalents)의 적용을 청구 범위의 범위로 제한하려는 시도가 아니라, 유효 자릿수와 일반적인 반올림 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 인용 및 인용된 간행물은 구체적으로 참고로 포함된다.
또한, 본 명세서에서 예시적으로 개시된 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 없이도 적절하게 실시될 수 있다.
Claims (95)
- 중합체; 및 필러;를 포함하는 다공성 막으로서, 적어도 일부로부터 연장되는 복수의 리브를 구비한 백웹을 가지는 다공성 막; 및
자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된, 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 전지 세퍼레이터. - 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 양극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면 중 적어도 일부로부터 연장되는 포지티브 리브인 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 최적화되어 덴드라이트 쇼트(dendrite short)를 완화하는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 상기 다공성 막의 제 1 측면 모서리에서 제 2 측면 모서리로 균일하게 연장하는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 솔리드 리브, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브, 불연속 리브, 불연속 피크, 불연속 돌출부, 각진 리브, 대각선 리브, 선형 리브, 상기 다공성 막의 기계 방향으로 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 다공성 막의 교차 기계 방향으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 디스크리트 티스(discrete teeth), 톱니형 리브(toothed rib), 세레이션(serration), 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement), 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 연속 사인파 리브, 불연속 사인파 리브, S 형 리브, 연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 브로큰 불연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 칼럼(column), 미니 칼럼(column), 다공성, 비다공성, 교차 리브, 미니 리브, 교차 미니 리브 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나인 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는, 상기 세퍼레이터가 내부에 배치되며, 전지의 시작 및 정지 운동에 평행하게 위치하는, 상기 전지의 이동 중에, 전지에서 산 혼합을 향상시키기 위하여 각도 배향에 의해 형성된 브로큰 리브인 전지 세퍼레이터.
- 제 6 항에 있어서, 상기 각도 배향은 상기 다공성 막의 기계 방향을 기준으로 하고, 상기 각도 배향은 0도(0°) 초과 내지 180도(180°) 미만 및 180도(180°)초과 내지 360도(360°) 미만으로 구성된 군으로부터 선택된 각도인 전지 세퍼레이터.
- 제 6 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 하나 이상의 서브 세트(subset)의 리브를 포함하고; 상기 하나 이상의 서브 세트의 리브 내의 제 1 서브 세트의 리브는 제 1 각도 배향을 포함하며; 상기 하나 이상의 서브 세트의 리브 내의 적어도 제 2 서브 세트의 리브는 제 2 각도 배향을 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 상기 다공성 막의 기계 방향에 대하여 0도(0°) 내지 360도(360°) 사이의 각도 배향으로 배치되는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브 중 적어도 일부는 약 50 μm 내지 약 2.0 mm의 높이를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브 중 적어도 일부는 약 300 μm 내지 약 750 μm의 베이스 폭을 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 11 항에 있어서, 상기 포지티브 리브 중 적어도 일부는 약 400 μm 내지 약 550 μm의 제 2 베이스 폭을 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 리브 중 적어도 일부는 실질적으로 직선이고, 약 50 μm 내지 약 20 mm의 간격을 가지는 서로에 대해 실질적으로 평행인 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면 중 적어도 일부로부터 연장되는 네거티브 리브인 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 최적화되어 덴드라이트 쇼트(dendrite short)를 완화하는 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 상기 다공성 막의 제 1 측면 모서리에서 제 2 측면 모서리로 균일하게 연장하는 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 솔리드 리브, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브, 불연속 리브, 불연속 피크, 불연속 돌출부, 각진 리브, 대각선 리브, 선형 리브, 상기 다공성 막의 기계 방향으로 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 다공성 막의 교차 기계 방향으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 디스크리트 티스(discrete teeth), 톱니형 리브(toothed rib), 세레이션(serration), 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement), 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 연속 사인파 리브, 불연속 사인파 리브, S 형 리브, 연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 브로큰 불연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 칼럼(column), 미니 칼럼(column), 다공성, 비다공성, 교차 리브, 미니 리브, 교차 미니 리브 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나인 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는, 상기 세퍼레이터가 내부에 배치되며, 전지의 시작 및 정지 운동에 평행하게 위치하는, 상기 전지의 이동 중에, 전지에서 산 혼합을 향상시키기 위하여 각도 배향에 의해 형성된 브로큰 리브인 전지 세퍼레이터.
- 제 18 항에 있어서, 상기 각도 배향은 상기 다공성 막의 기계 방향을 기준으로 하고, 상기 각도 배향은 0도(0°) 초과 내지 180도(180°) 미만 및 180도(180°)초과 내지 360도(360°) 미만으로 구성된 군으로부터 선택된 각도인 전지 세퍼레이터.
- 제 18 항에있어서, 상기 네거티브 리브는 하나 이상의 서브 세트(subset)의 리브를 포함하고; 상기 하나 이상의 서브 세트의 리브 내의 제 1 서브 세트의 리브는 제 1 각도 배향을 포함하며; 상기 하나 이상의 서브 세트의 리브 내의 적어도 제 2 서브 세트의 리브는 제 2 각도 배향을 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 상기 다공성 막의 기계 방향에 대하여 0도(0°) 내지 360도(360°) 사이의 각도 배향으로 배치되는 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 네거티브 리브 및 세트의 포지티브 리브를 포함하고, 상기 네거티브 리브의 높이는 상기 세트의 포지티브 리브의 높이에 비해 약 5.0% 내지 약 100%인 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 약 5.0 μm 내지 약 2.0mm의 높이를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 14 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 약 5 μm 내지 약 500 μm의 베이스 폭을 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 리브는 포지티브 리브 및 네거티브 리브를 포함하고, 상기 포지티브 리브는 양극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면 중 적어도 일부로부터 연장하며; 그리고 상기 네거티브 리브는 음극과 마주하는 상기 다공성 막의 표면 중 적어도 일부로부터 연정하는 전지 세퍼레이터.
- 제 25 항에 있어서, 상기 네거티브 리브는 최적화되어 덴드라이트 쇼트(dendrite short)를 완화하는 전지 세퍼레이터.
- 제 25 항에 있어서, 상기 포지티브 리브는 최적화되어 덴드라이트 쇼트(dendrite short)를 완화하는 전지 세퍼레이터.
- 제 25 항에 있어서, 상기 포지티브 리브 및 상기 네거티브 리브는 솔리드 리브, 디스크리트 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브, 불연속 리브, 불연속 피크, 불연속 돌출부, 각진 리브, 대각선 리브, 선형 리브, 상기 다공성 막의 기계 방향으로 실질적으로 길이방향으로 연장하는 리브, 상기 다공성 막의 교차 기계 방향으로 실질적으로 측면방향으로 연장하는 리브, 상기 세퍼레이터의 교차 기계 방향으로 실질적으로 횡방향으로 연장하는 리브, 디스크리트 티스(discrete teeth), 톱니형 리브(toothed rib), 세레이션(serration), 세레이션형 리브, 배틀먼트(battlement), 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 연속 사인파 리브, 불연속 사인파 리브, S 형 리브, 연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 브로큰 불연속 지그재그 톱니 모양(zig-zag-sawtooth-like)의 리브, 그루브(groove), 채널(channel), 텍스처링된 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플, 칼럼(column), 미니 칼럼(column), 다공성, 비다공성, 교차 리브, 미니 리브, 교차 미니 리브 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나인 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합체는 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE"), 페놀 수지, 폴리 염화 비닐("PVC"), 고무, 합성 목재 펄프("SWP"), 리그닌, 유리 섬유, 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 가교 결합 고무, 비가교 결합 고무, 경화 고무, 미경화 고무, 천연 고무, 라텍스, 합성 고무, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 메틸 고무, 폴리부타디엔, 하나 이상의 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로르하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노르보르넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 공중합체 고무, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 31 항에 있어서, 상기 공중합체 고무는 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무(EPM 및 EPDM), 에틸렌/비닐 아세테이트 고무, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 약 1 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 약 3 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 약 3 중량%의 양으로 존재하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 약 6 중량%의 양으로 존재하는 전지 세퍼레이터.
- 제 29 항에 있어서, 상기 고무는 상기 다공성 막 중 적어도 일면에 코팅되는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 실리카, 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 알루미나; 활석; 생선 가루, 생선 뼈 가루, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 38 항에 있어서, 29Si-NMR에 의해 측정된, 상기 필러 내 OH:Si 기의 분자 비율은 약 21:100 내지 35:100의 범위 내인 전지 세퍼레이터.
- 제 38 항에 있어서, 29Si-NMR에 의해 측정된, 상기 필러 내 OH:Si 기의 분자 비율은 적어도 약 27:100 이상인 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필러는 높은 구조적 형태를 가지는 세퍼레이터.
- 제 39 항에 있어서, 상기 필러는 5 μm 이하의 평균 입경; 100 m2/g 이상의 표면적; 150 ml/100 mg 이상의 오일 흡착력; 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나의 특징을 가지는 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 중량 비가 약 2.0:1.0인 필러:중합체를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 43 항에 있어서, 상기 다공성 막은 약 200 μm 내지 약 350 μm의 백웹 두께를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 중량 비가 약 3.5:1.0인 필러:중합체를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 45 항에 있어서, 상기 다공성 막은 약 100 μm 내지 약 200 μm의 백웹 두께를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 중량 비가 약 2.6:1.0인 필러:중합체를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 중량 비가 약 2.6:1.0인 필러:중합체 및 고무를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 약 100 μm 내지 약 250 μm의 백웹 두께를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 약 100 μm 내지 약 200 μm의 백웹 두께를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 약 100 μm 내지 약 150 μm의 백웹 두께를 가지는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 1.0 mm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 850 μm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 650 μm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 450 μm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 250 μm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 100 μm 내지 약 150 μm의 전체 두께를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 전지 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화 방지제, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나의 성능 향상 첨가제를 적어도 하나를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 계면활성제인 성능 향상 첨가제를 적어도 하나를 추가로 포함하고, 상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 리튬 이온, 알루미늄 이온, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 성능 향상 첨가제를 적어도 하나를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 계면활성제인 상기 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 추가로 포함하고, 상기 계면활성제는 약 0.5 g/m2 내지 약 3 g/m2의 양으로 포함되는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 계면활성제인 상기 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 추가로 포함하고, 상기 계면활성제는 약 0.5 g/m2 내지 약 6 g/m2의 양으로 포함되는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막의 적어도 일부에 코팅된 상기 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막의 적어도 일부 내에 함침된 상기 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합체 및 상기 필러 내에 혼합된 상기 적어도 하나의 성능 향상 첨가제를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 막은 가공 가소제를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 68 항에 있어서, 상기 가공 가소제는 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 섬유 매트를 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 70 항에 있어서, 상기 섬유 매트는 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 70 항에 있어서, 상기 섬유매트는 부직포, 직포, 메쉬, 플리스(fleece), 네트, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나인 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 65 mcm2 이하의 전기 저항("ER")을 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 50 mcm2 이하의 전기 저항("ER")을 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 약 35 mcm2 이하의 전기 저항("ER")을 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 40 시간에서 약 200% 이상의 내 산화성을 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 전도성층을 추가로 포함하는 전지 세퍼레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 절단 조각, 포켓(pocket), 슬리브(sleeve), 랩(wrap), 엔벨로프(envelope), 하이브리드 엔벨로프(hybrid envelope), S-위브(S-weave) 세퍼레이터, 사이드 폴드(side fold) 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나의 형상으로 되어 있는 전지 세퍼레이터.
- 1. 양극, 상기 양극에 인접한 음극;
적어도 일부가 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치된 세퍼레이터;
상기 양극의 적어도 일부, 상기 음극의 적어도 일부, 및 상기 세퍼레이터의 적어도 일부를 실질적으로 침지하는 전해질; 을 포함하며,
상기 세퍼레이터는 다공성막을 포함하고, 상기 다공성 막은 중합체; 필러; 및 덴드라이트 쇼트(dendrite short)를 완화시키도록 최적화된 다공성 막의 적어도 일부로부터 연장되는 복수의 리브를 구비한 백웹을 포함하며; 그리고
상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 부분 충전 상태에서 작동하는 납축 전지. - 제 79 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 kg 당 약 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 약 50% 내지 약 99%의 방전 깊이에서 작동하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 약 1% 내지 약 50%의 방전 깊이에서 작동하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 세퍼레이터 중 적어도 하나와 인접한 매트를 추가로 포함하는 납축 전지.
- 제 84 항에 있어서, 상기 매트는 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 납축 전지.
- 제 84 항에 있어서, 상기 매트는 부직포, 직포, 메쉬, 플리스(fleece), 네트, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 하나를 포함하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 상기 전지는 에너지 저장 시스템 응용에서; 재생 가능 에너지 저장 시스템 애플리케이션에서; 무정전 전원 공급 장치 응용 프로그램에서; 에너지 비축 시스템 애플리케이션, 백업 전력 애플리케이션, 사이클링 애플리케이션 및 이들의 조합에서 이동 중, 정지중으로 구성된 군 중 하나에서 작동하는 납축 전지.
- 제 79 항에 있어서, 상기 전지는 평판 전지, 침수형 납축 전지(flooded lead acid battery), 강화 침수형 납축 전지("EFB"), 딥 사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동 점등 점화("SLI") 차량 전지, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 오토바이 전지, 모든 지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드 전기 차량 전지, 전기 차량전지, 전기 선박용 전지, 전기 세발 자전거 전지, 전기 인력거 전지 및 전기 자전거 전지로 구성된 군으로부터 선택되는 납축 전지.
- 부분 충전 상태에서 작동하는 납축 전지;를 포함하고,
상기 납축 전지는 다공성 막을 포함하는 세퍼레이터를 포함하고, 상기 다공성 막은 중합체; 필러; 및 다공성 막의 적어도 일부로부터 연장되는 복수의 리브를 구비한 백웹;을 포함하며,
자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 kg 당 약 2,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 가지는 상기 세퍼레이터를 포함하는 시스템. - 제 89 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 kg 당 약 1,500 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 시스템.
- 제 89 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 자외선 검출 챔버에서 탄소와 반응하는 과황산 칼륨 용액에 의해 측정된 상기 세퍼레이터의 약 kg 당 1,000 mg 이하의 산 침출성 총 유기 탄소("TOC")를 포함하는 시스템.
- 제 89 항에 있어서, 상기 납축 전지는 약 50% 내지 약 99%의 방전 깊이에서 작동하는 시스템.
- 제 89 항에 있어서, 상기 납축 전지는 약 1% 내지 약 50%의 방전 깊이에서 작동하는 시스템.
- 제 89 항에 있어서, 에너지 저장 시스템; 재생 가능 에너지 저장 시스템; 무정전 전원 공급 장치 시스템; 에너지 비축 시스템(energy reserve system), 전력 백업 시스템 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 시스템.
- 제 89 항에 있어서, 자동차, 트럭, 오토바이, 모든 지형 타량, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드 전기 차량, 전기 차량, 아이들링 시동 정지("ISS") 차량, 선박, 전기 인력거 전지, 전기 세발 자전거 및 전기 자전거 전지인 시스템.
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