KR20220060566A - 섬유질 매트를 갖는 납축전지 - Google Patents

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KR20220060566A
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요르크 다이테르스
매튜 스테이너
애나 엘. 베르데라미
제이. 케빈 위어
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다라믹 엘엘씨
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Abstract

침수형 납축전지 및 이를 포함하는 차량이 여기서 기술된다. 침수형 납축전지는 서로 교대 배치되고 끼워지는 하나 이상의 음극판 및 하나 이상의 양극판을 포함하는 전극 어레이를 포함한다. 일부 실시형태에서, 음극판은 섬유질 매트로 래핑되거나 엔벨로핑되고, 다공성 멤브레인은 인접한 양극에 래핑되거나 엔벨로핑된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극판으로 적어도 부분적으로 일체화되고, 다공성 멤브레인은 내부에 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 갖는 음극판에 또는 인접한 양극판에 엔벨로핑된다. 다른 실시형태에서, 음극판은 리브를 갖는 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑되고, 섬유질 매트는 래핑된 음극판 및 이 음극판을 엔벨로핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 개시된 전지를 이용한 방법, 시스템 및 차량이 또한 제공된다.

Description

섬유질 매트를 갖는 납축전지
관련 특허 출원의 교차-참조
본원은 2018년 4월 20에 출원된 동시-계류 중인 프랑스 특허 출원 제1853502호의 이익 및 우선권을 청구하고, 그 전체 내용이 여기에 참고로 도입된다.
분야
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기(separator), 전지 분리기, 침수형(flooded) 전지 분리기, 강화(enhanced) 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트(fibrous mat), 전지, 셀(cell); 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 섬유질 매트, 침수형 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 시동 점등 점화("SLI") 전지용 강화 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트, 딥 사이클(deep cycle)용 침수형 전지, 원동력용 침수형 전지, 부분 충전 상태(PSoC)용 침수형 전지, 및/또는 강화 침수형 전지; 및/또는 이러한 분리기, 섬유질 매트, 전지를 포함하는 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것; 및/또는 이러한 개선된 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전지, 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 강화 침수형 전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 감소된 전기 저항 및/또는 증가된 저온 시동 전류(cold cranking amp)를 갖는 분리기, 특히 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 적어도 강화 침수형 전지에서 활성 재료 보유(retention)의 향상, 전지 수명의 향상, 수분 손실의 감소, 내부 저항의 감소, 습윤성의 증가, 산 층화(acid stratification)의 감소, 산 확산의 개선, 저온 시동 전류의 개선, 균일성의 개선, 및/또는 이와 유사한 것을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 최적화된 공극률, 최적화된 보이드(void) 부피, 비정질 실리카, 고-흡유성 실리카, 고-실라놀(silanol) 기 실리카, 전극에서 활성 재료의 보유 및/또는 개선된 보유, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 개선된 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 납축전지(lead acid battery), 특히 침수형 납축전지용 분리기, 및 이를 갖는 침수형 납축전지 또는 강화 침수형 납축전지와 같은 다양한 납축전지에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 셀, 전지; 및/또는 이러한 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 납축전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 이용 방법에 관한 것이다. 또한, 납축전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 산화 안정성의 개선, 부동 전류의 개선, 유지 및/또는 감소, 충전 종료(EOC) 전류의 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압의 감소, 내부 전기 저항 증가의 최소화, 전기 저항의 감소, 습윤성의 증가, 전해질로의 담금(wet out) 시간의 감소, 전지 형성 시간의 감소, 안티몬 피독의 감소, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 및/또는 균일성의 개선을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 개선된 성능 향상 첨가제 및/또는 코팅을 포함하는 개선된 납축전지용 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 개시된 분리기는 딥-사이클링 용도, 예를 들어 골프 카트("골프 카"로도 알려짐), 지게차, 인버터와 같은 이동 기계 또는 차량 및/또는 정지 기계 또는 차량; 재생 에너지 시스템 및/또는 대체 에너지 시스템, 예를 들어 태양광 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템에 유용하며, 특히 개시된 분리기는 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동이 전지 수명의 일부인 전지 시스템, 더욱 구체적으로는 첨가제 및/또는 합금(예를 들어, 안티몬(Sb))이 전지에 첨가되어 전지의 수명 및/또는 성능을 향상시키고 및/또는 전지의 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동 능력을 향상시키는 전지 시스템에 유용하다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시는 침수형 납축전지와 같은 개선된 납축전지, 납축전지 및/또는 전지 분리기를 포함하는 개선된 시스템, 개선된 전지 분리기, 이러한 시스템을 포함하는 개선된 차량, 제조 또는 이용 방법, 또는 이들의 조합에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 침수형 납축전지, 이러한 전지를 위한 개선된 전지 분리기, 및/또는 이러한 개선된 침수형 납축전지의 제조, 시험, 이용 방법, 및/또는 이들의 조합에 관한 것이다. 또한, 침수형 납축전지, 및 부분 충전 상태에서 작동하는 전지에서 산 층화의 감소, 전지 수명 및 성능의 향상을 위한 방법, 시스템, 전지 및/또는 전지 분리기가 여기서 개시된다.
전지 분리기는 전지의 양 및 음 전극 또는 플레이트를 전기적으로 분리하여 전기 단락을 방지한다. 이러한 전지 분리기는 통상적으로 마이크로다공성(microporous) 및 이온 전도성이어서, 이온이 양 및 음 전극 또는 플레이트 사이를 통과할 수 있다. 분리기는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀으로부터 제조될 수 있다. 자동차 전지 및/또는 산업용 전지 및/또는 딥 사이클 전지와 같은 납축전지에서, 전지 분리기는 통상적으로 마이크로다공성 폴리에틸렌 분리기이고; 일부 경우에서, 이러한 분리기는 백웹(backweb) 및 백웹의 일면 또는 양면에 서있는 복수의 리브(rib)를 포함할 수 있다. Besenhard, J. O., Editor, Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany (1999), ch. 9, pp. 245-292 참조.
강화 침수형 전지("EFB") 및 흡수성 유리매트(absorbent glassmat)("AGM") 전지는 아이들-스타트-스톱("ISS": idle-start-stop) 용도에서 전기적 동력원에 대한 확대되는 수요를 충족시키도록 개발되었다. EFB 시스템은 통상적인 침수형 납축전지와 유사한 구성을 갖는데, 여기서 양극 및/또는 음극은 마이크로다공성 분리기에 의해 둘러싸이고 액체 전해질에 잠긴다. 다른 한편, AGM 시스템은 자유 액체 전해질을 함유하지 않는다. 대신에, 전해질은 전극 상에 층을 이룬 유리 섬유 매트에 흡수된다. 역사적으로, AGM 시스템은 침수형 전지 시스템보다 더 높은 방전 출력, 더 나은 사이클 수명 및 더 큰 저온 시동 전류와 관련되었다. 그러나 AGM 전지는 제조하기에 현저하게 더 비싸고 과충전에 더 민감하다. 이와 같이, EFB 시스템은 다양한 시장 및 용도를 위한 이동 전력원뿐만 아니라 정지 전력원에 대한 매력적인 선택으로 남아있다.
EFB 시스템은 납축전지 셀 내에서 음극으로부터 양극을 구분 또는 분리하는 하나 이상의 전지 분리기를 포함할 수 있다. 전지 분리기는 2개의 주기능을 가질 수 있다. 전지 분리기는 음극으로부터 양극을 물리적으로 멀리 두어서, 전기 전류가 두 전극 사이를 통과하여 전기 단락을 유발하는 것을 방지하여야 한다. 또한, 전지 분리기는 최소 가능 저항으로 양극과 음극 사이의 이온 전류를 허용해야 한다. 전지 분리기는 많은 상이한 재료들로 제조될 수 있지만, 이러한 두 가지 상반된 기능은 다공성 비-전도체로 제조된 전지 분리기에 의해 잘 충족되었다. 이 구조를 인해, 기공은 전극 사이의 이온 확산에 기여하고, 비-전도성 중합체 네트워크는 전기 단락을 방지한다.
증가된 방전 속도 및 저온 시동 전류("CCA")를 갖는 EFB는 AGM 전지를 대체할 수 있을 것이다. 저온 시동 전류는 전지의 내부 저항과 관련된다. 따라서, 강화 침수형 전지의 내부 저항을 낮추는 것은 CCA 레이팅(rating)을 증가시킬 것으로 기대된다. 이와 같이, 현재의 납축전지 시스템에서 발생하는 도전과제를 충족 및 극복하며, 특히 강화 침수형 전지에서 내부 저항을 낮추고 저온 시동 전류를 증가시키는 새로운 전지 분리기 및/또는 전지 기술이 필요하다.
연료 소비 및 테일 파이프(tail pipe) 배출물의 발생을 감소시키기 위해, 자동차 제조사는 다양한 전기 하이브리디제이션(hybridization)을 실시하였다. 하이브리드 전기 차량("HEV")의 한 형태는 때때로 "마이크로 HEV" 또는 "마이크로-하이브리드"로 불린다. 이러한 마이크로 HEV 또는 유사한 차량에서, 자동차는 아이들-스타트-스톱("ISS") 기능을 가질 수 있는데, 이 기능에서 엔진은 아이들-스타트-스톱 및/또는 회생 제동(regenerative braking) 중에 다양한 지점에서 멈출 수 있다. 이것은 차량의 연비를 증가시키지만, 차량이 이동하지 않는 동안에 보조 장치(예를 들어, 에어컨, 미디어 플레이어 등)를 작동시켜야 하는 전지에서 변형(strain)을 또한 증가시킨다.
통상적인 차량(예를 들어 스타트-스톱 능력이 없는 자동차)은 시동 점등 점화("SLI") 납축전지와 같은 통상적인 침수형 납축전지를 사용할 수 있다. 엔진은 사용 중에 절대 멈추지 않기 때문에, 엔진이 시동 걸릴 때, 전력은 전지로부터만 나온다. 이와 같이, 전지는 통상적으로 과충전 상태로 존재하고, 부분 충전 상태가 아니다. 예를 들어, 이러한 통상적인 침수형 납축전지는 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 충전을 초과하거나, 심지어 100% 충전을 초과하는 충전 상태로, 흔히 과충전 상태로 존재할 수 있다. 과충전 시에, 기체 거품(예를 들어, 수소 기체 거품)이 통상적인 납축전지 내에서 발생하고, 이 순환하는 기체 거품은 전지 내에서 액체 전해질(예를 들어, 황산)을 혼합하는 작용을 한다.
다른 한편, ISS은 전지로부터 전력을 연속적으로 끌어오고, 이에 따라 계속해서 부분 충전 상태에 있다. 부분 충전 상태에서, 기체 거품은 발생하지 않고, 전해질의 내부 혼합은 실질적으로 감소하여 전지 내에서 산 층화를 유발한다. 따라서, 산 층화는 아이들-스타트-스톱 침수형 납축전지와 같이, 부분 충전 상태에서 작동하는 다양한 강화 침수형 전지 내에서 문제이다. 반면에, 산 층화는 과충전 또는 완전, 또는 완전에 가까운 충전 상태에서 작동하는 더 통상적인 침수형 납축전지에서는 전혀 문제되지 않는다.
산 층화는 전해질에서 물 및 황산이 전지의 하부에 농축되는 더 밀도 높은 황산과 층을 이루어, 전지의 상부에서 물의 농도가 더 높아지게 되는 과정을 말하는 용어이다. 산 층화는 강화 침수형 납축전지 또는 스타트/스톱 침수형 납축전지와 같은 침수형 납축전지 내에서 바람직하지 않다. 전극의 상부에서 산 농도의 감소는 전지 시스템 내에서 균일성 및 충전 수입성(charge acceptance)을 저해할 수 있고, 전지의 높이를 따라 상부로부터 하부까지 내부 저항의 변동을 증가시킬 수 있다. 전지의 하부에서 산 농도의 증가는 전지의 전압을 인위적으로 상승시켜, 전지 관리 시스템에 지장을 주어, 의도되지 않은/잘못된 건전 상태 신호를 전지 관리 시스템에 전송할 수 있다. 종합적으로, 산 층화는 전지의 부품을 따라 높은 저항을 유발하여, 전극 문제를 유발하고 및/또는 전지 수명을 단축시킬 수 있다. 스타트/스톱 전지 및/또는 다른 강화 침수형 납축전지가 하이브리드 및 완전 전기 차량에 점점 더 일반적으로 되어 차량 연료 효율을 증가시키고 배출물을 감소시킬 것으로 예상되는 것을 고려하면, 산 층화를 감소시키고 및/또는 산 혼합을 개선시키는 해결수단이 더욱 필요하다.
일부 예에서, 산 층화는 겔화된(gelled) 전해질에 의해 및/또는 흡수성 유리 매트("AGM") 전지 분리기 시스템에 의해 산이 고정화되는 밸브 조절형(valve regulated) 납축전지("VRLA") 기술을 이용하여 다소 감소할 수 있다. 침수형 납축전지에서 자유로운 유체 전해질과 대조적으로, VRLA AGM 전지에서 전해질은 유리 섬유 매트와 같은 섬유 또는 섬유질 재료, 중합체 섬유 매트, 겔화된 전해질 등에 흡수된다. 그러나, VRLA AGM 전지 시스템은 침수형 전지 시스템보다 실질적으로 제조 비용이 더 비싸다. VRLA AGM 기술은 일부 예에서 과충전에 더욱 민감할 수 있고, 고열로 메마를 수 있으며, 용량의 점진적 감소를 겪을 수 있고, 낮은 비(specific) 에너지를 가질 수 있다. 유사하게, 일부 예에서, 겔 VRLA 기술은 높은 내부 저항을 가질 수 있고, 감소된 충전 수입성을 가질 수 있다.
EFB 시스템에서, 전극 또는 플레이트는 납 합금 그리드(grid) 및 활성 재료로 구성될 수 있다. 이러한 EFB의 제조 공정 중에, 활성 재료 페이스트(paste)가 납 합금 그리드에 도포 및 경화되어 전극 또는 플레이트를 형성한다. 페이스트는 카본 블랙(carbon black), 황산 바륨, 리그노술포네이트(lignosulfonate), 황산 및 물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 경화 공정은 페이스트를 황산 납의 혼합물로 변화시키는데, 이 혼합물은 전기의 초기 충전 시에 전기화학적으로 활성 재료가 된다. 양극 상의 페이스트는 양극 활성 재료("PAM")로 알려져 있다. 유사하게, 음극 상의 활성 재료는 음극 활성 재료("NAM")로 알려져 있다. 전지의 충전 및 방전 사이클 중에, 전극은 팽창 및 수축을 겪는다. 시간 경과에 따라, 전극의 이 일그러짐은 활성 재료가 전극으로부터 떨어져 나가서 물리적으로 분리되게 한다. 점점 더 많은 활성 재료가 전극으로부터 떨어져 나감에 따라, 전극은 덜 효과적으로 되고 전지의 성능 및 수명은 감소한다. 이와 같이, 현재의 납축전지 시스템에서 발생하는 도전과제를 충족 및 극복하며, 특히 강화 침수형 납축전지에서 전극으로부터 활성 재료가 떨어져 나가는 것을 방지하거나 저해하는 새로운 전지 분리기 및/또는 전지 기술이 필요하다.
적어도 특정 용도 또는 전지에 대해, 개선된 사이클 수명, 감소된 안티몬 피독, 감소된 수분 소비, 부동 충전 전류의 감소, 및/또는 전지를 완전 재충전하는데 필요한 감소된 전압을 제공하는 개선된 분리기가 필요하다. 더욱 구체적으로, 납축전지에서 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 산화 안정성의 개선, 부동 전류의 개선, 유지 및/또는 감소, 충전 종료("EOC") 전류의 개선, 딥 사이클 전지와 같은 전지를 충전 및/또는 완전 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압의 감소, 내부 전기 저항 증가의 최소화, 전기 저항의 감소, 습윤성의 증가, 전해질로의 담금 시간의 감소, 전지 형성 시간의 감소, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 및/또는 균일성의 개선을 제공하는 개선된 분리기, 및 개선된 분리기를 포함하는 개선된 전지(예를 들어, 부분 충전 상태에서 작동하는 것 및/또는 딥-사이클링 전지)가 필요하다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 특히 이에 제한되지 않지만, EFB 전지 및 분리기와 관련된 상기 이슈 또는 문제를 해결할 수 있고, 및/또는 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 멤브레인(membrane), 분리기 멤브레인, 강화 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트, 전지, 셀; 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 섬유질 매트, 강화 침수형 전지 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법을 제공할 수 있거나 이들에 관한 것일 수 있다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 시동 점등 점화("SLI") 전지용 강화 침수형 납축전지 분리기, 섬유질 매트, 딥 사이클용 침수형 전지, 및/또는 강화 침수형 전지; 및/또는 이러한 분리기, 매트, 전지를 포함하는 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것; 및/또는 이러한 개선된 분리기, 매트, 셀, 전지, 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 강화 침수형 전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 감소된 전기 저항 및/또는 증가된 저온 시동 전류를 갖는 분리기, 특히 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 적어도 강화 침수형 전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 수분 손실의 감소, 내부 저항의 감소, 습윤성의 증가, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 저온 시동 전류의 개선, 균일성의 개선, 및/또는 이와 유사한 것을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 최적화된 공극률, 최적화된 보이드 부피, 비정질 실리카, 고-흡유성 실리카, 고-실라놀 기 실리카, 전극에서 활성 재료의 보유 및/또는 개선된 보유, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 개선된 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 납축전지, 특히 침수형 납축전지용 분리기, 및 이를 갖는 침수형 납축전지 또는 강화 침수형 납축전지와 같은 다양한 납축전지에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 셀, 전지; 및/또는 이러한 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 납축전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 이용 방법에 관한 것이다. 또한, 납축전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 산화 안정성의 개선, 부동 전류의 개선, 유지 및/또는 감소, 충전 종료(EOC) 전류의 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압의 감소, 내부 전기 저항 증가의 최소화, 전기 저항의 감소, 습윤성의 증가, 전해질로의 담금 시간의 감소, 전지 형성 시간의 감소, 안티몬 피독의 감소, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 및/또는 균일성의 개선을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 개선된 성능 향상 첨가제 및/또는 코팅을 포함하는 개선된 납축전지용 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 개시된 분리기는 딥-사이클링 용도, 예를 들어 골프 카트, 지게차, 인버터와 같은 이동 기계 또는 차량 및/또는 정지 기계 또는 차량; 재생 에너지 시스템 및/또는 대체 에너지 시스템, 예를 들어 태양광 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템에 유용하며, 특히 개시된 분리기는 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동이 전지 수명의 일부인 전지 시스템, 더욱 구체적으로는 첨가제 및/또는 합금(예를 들어, 안티몬(Sb))이 전지에 첨가되어 전지의 수명 및/또는 성능을 향상시키고 및/또는 전지의 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동 능력을 향상시키는 전지 시스템에 유용하다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시는 침수형 납축전지와 같은 개선된 납축전지, 납축전지 및/또는 전지 분리기를 포함하는 개선된 시스템, 개선된 전지 분리기, 이러한 시스템을 포함하는 개선된 차량, 제조 또는 이용 방법, 또는 이들의 조합에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 침수형 납축전지, 이러한 전지를 위한 개선된 전지 분리기, 및/또는 이러한 개선된 침수형 납축전지의 제조, 시험, 이용 방법, 및/또는 이들의 조합에 관한 것이다. 또한, 침수형 납축전지, 및 부분 충전 상태에서 작동하는 전지에서 산 층화의 감소, 전지 수명 및 성능의 향상을 위한 방법, 시스템, 전지 및/또는 전지 분리기가 여기서 개시된다.
폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀으로부터 제조되는 분리기는 통상적으로 실리카를 함유하여 친수성 전해질로의 분리기 습윤을 용이하게 한다. 일부 예에서, 섬유질 매트와 같은 친수성 재료는 분리기에 인접하게 제공되어 습윤을 돕고 양극에 코팅된 활성 재료를 보유한다. 마찬가지로, 섬유질 매트는 음극에 활성 재료를 보유하도록 제공될 수 있다.
본원은 또한 새롭고 개선된 납축전지 및 이 새롭고 개선된 납축전지를 갖는 차량에 관한 것이다. 침수형 납축전지는 감소된 산 층화를 나타내는데, 이 산 층화는 충분히 심각할 경우 전지의 작동 불능을 초래할 수 있는 문제이다. 감소된 산 층화를 나타냄과 함께, 여기서 기술되는 납축전지는 개선된 충전 수입성과 같은 다른 바람직한 특성을 나타낼 수 있다.
일 측면에서, 서로에 대해 교대로 배치되고 끼워지는 하나 이상의 음 전극 또는 플레이트 및 하나 이상의 양 전극 또는 플레이트를 구비하는 전극 어레이(array)를 갖는 침수형 납축전지가 기술된다. 이 전극 어레이에서, 적어도 하나의 음극은 직포 재료 및 부직포 재료 중 적어도 하나로 래핑된다(wrapped). 리브가 있거나 없는 다공성 멤브레인은 인접한 양극(적어도 하나의 래핑된 음극에 인접한 양극)에 래핑된다.
음극이 직포 재료로 래핑되는 일부 실시형태에서, 직포 재료는 압출 가능한 메시(mesh), 직포 유리 매트 및 탄소 섬유 직포 재료로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
음극이 부직포 재료로 래핑되는 다른 실시형태에서, 부직포 재료는 유리, 펄프(pulp), 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료로부터 형성될 수 있다. 부직포가 중합체로부터 형성되는 실시형태에서, 부직포는 중합체 단독 또는 유리 및/또는 펄프와의 조합으로부터 형성될 수 있다. 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 유리, 펄프, 중합체 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 함께, 무기 분말을 구비할 수 있다. 무기 분말은 실리카일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 스펀-본드 멜트(spun-bond melt)-직포 복합 재료일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 탄소 섬유 부직포 재료이다.
다공성 멤브레인은 일부 실시형태에서 리브를 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 멤브레인의 일면 또는 양면에 리브를 가질 수 있다. 리브는 약 10 내지 약 200 ㎛의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 리브를 갖지 않을 수 있다. 다공성 멤브레인이 리브를 갖거나 갖지 않은지 여부와 무관하게, 다공성 멤브레인은 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 천연 또는 합성 재료로부터 제조될 수 있다.
일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카, 및 잔류 또는 미-추출 가공 오일을 구비할 수 있다.
일부 실시형태에서, 양극을 래핑하는 다공성 멤브레인은 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개의 면(그러나 4개의 면은 아님)에 밀봉된다. 일부 실시형태에서, 음극을 래핑하는 섬유질 매트는 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개 이상의 면(그러나 4개의 면은 아님)에 밀봉된다.
다른 측면에서, 서로에 대해 교대로 배치되는 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 양극을 구비하는 전극 어레이를 갖는 침수형 납축전지가 기술된다. 이 어레이에서, 섬유질 매트가 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된다(integrated). 부가적으로, 이 실시형태에서, 리브가 있거나 없는 다공성 멤브레인은 섬유질 매트가 부분적으로 일체화된 음극에 또는 인접한 양극에 래핑된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극으로 2% 내지 50% 일체화된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극으로 5% 내지 25% 일체화된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극으로 5% 내지 20% 일체화된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극으로 10% 내지 15% 일체화된다.
일부 실시형태에서, 직포 재료가 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된다. 직포 재료는 압출 가능한 메시, 직포 유리 매트 및 탄소 섬유 직포 재료로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시형태에서, 부직포 재료가 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된다. 부직포 재료는 유리, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료로부터 형성될 수 있다. 부직포 재료가 중합체로부터 형성되는 실시형태에서, 중합체는 단독으로 또는 적어도 유리 및/또는 펄프와의 조합으로 사용될 수 있다. 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 유리, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료와 함께, 무기 분말을 구비할 수 있다. 무기 분말은 실리카일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 스펀-본드 멜트-직포 복합 재료일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 탄소 섬유 부직포 재료일 수 있다.
다공성 멤브레인은 일부 실시형태에서 리브를 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 멤브레인의 일면 또는 양면에 리브를 가질 수 있다. 리브는 약 10 내지 약 200 ㎛의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 리브를 갖지 않을 수 있다. 다공성 멤브레인이 리브를 갖거나 갖지 않은지 여부와 무관하게, 다공성 멤브레인은 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 천연 또는 합성 재료로부터 제조될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카, 및 잔류 또는 미-추출 가공 오일을 갖는다.
일부 실시형태에서, 섬유질 매트가 적어도 부분적으로 일체화된 음극에 또는 인접한 양극에 래핑된 다공성 멤브레인은 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개의 면(그러나 4개의 면은 아님)에 밀봉된다.
다른 측면에서, 서로에 대해 교대로 배치되는 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 양극을 구비하는 전극 어레이를 갖는 침수형 납축전지가 기술된다. 일부 실시형태에서, 전극 어레이의 음극은 적어도 일면에 리브를 갖는 다공성 멤브레인으로 래핑되고, 섬유질 매트는 래핑된 음극 및 이 음극을 래핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 일부 바람직한 실시형태에서, 다공성 멤브레인의 리브는 적어도 섬유질 매트에 가장 가까운 다공성 멤브레인의 면에 있다. 다공성 멤브레인의 리브는, 섬유질 매트에 가장 가까운 다공성 멤브레인의 면에 존재하든지 또는 그 반대쪽 면에 존재하든지 간에, 5 ㎛ 내지 300 ㎛ 또는 25 ㎛ 내지 200 ㎛의 높이를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인으로 래핑됨과 함께, 래핑된 음극은 또한 섬유질 매트로 래핑된다. 일부 실시형태에서, 부직포 또는 직포 재료는 래핑된 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된다. 일부 실시형태에서, 부직포 또는 직포 재료는 다공성 멤브레인의 리브 사이에 존재한다. 부직포 또는 직포 재료가 다공성 멤브레인의 리브 사이에 존재하는 실시형태에서, 부직포 또는 직포 재료는 리브 높이의 50% 및 150% 사이에 있는 두께를 갖는다.
일부 실시형태에서, 직포 재료는 래핑된 음극 및 이 전극을 래핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 이러한 실시형태에서, 직포 재료는 압출 가능한 메시, 직포 유리 매트 및 탄소 섬유 직포 재료로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이다.
일부 실시형태에서, 부직포 재료는 래핑된 음극 및 이 전극을 래핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 때때로, 부직포 재료는 유리, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료로부터 형성된다. 중합체가 단독으로, 유리 및/또는 펄프와의 조합으로, 또는 다른 재료와의 조합으로, 부직포 재료에 존재하는 실시형태에서, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이다. 일부 실시형태에서, 유리, 펄프, 중합체 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 가짐과 함께, 부직포 재료는 또한 무기 분말을 가질 수 있다. 무기 분말은 실리카일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 스펀-본드 멜트-직포 복합 재료일 수 있다. 일부 실시형태에서, 부직포 재료는 탄소 섬유 부직포 재료이다.
다공성 멤브레인은 여기서 기술되는 일부 실시형태에서 양면에 리브를 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 천연 또는 합성 재료로부터 제조될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카, 및 잔류 또는 미-추출 가공 오일을 갖는다. 음극에 래핑된 다공성 멤브레인은 일부 실시형태에서 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개의 면(그러나 4개의 면은 아님)에 밀봉될 수 있다.
일부 실시형태에서, 음극에 래핑된 섬유질 매트는 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개의 면(그러나 4개의 면은 아님)에 밀봉될 수 있다.
다른 측면에서, 하나 이상의 침수형 납축전지를 갖는, 스타트/스톱 차량을 포함하는 차량이 여기서 기술된다.
첫 번째 예시적인 실시형태에서, 납축전지는 하나 이상의 음극 및 이 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 갖는 전극 어레이를 구비한다. 하나 이상의 음극 중 적어도 하나는 섬유질 매트로 엔벨로핑되고(enveloped), 하나 이상의 음극 중 적어도 하나에 인접한 하나 이상의 양극은 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑된다. 다공성 멤브레인은 마이크로다공성 전지 분리기일 수 있다.
예시적인 측면에서, 섬유질 매트는 부직포, 메시, 플리스(fleece), 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 섬유질 매트는 또한 유리 섬유, 펄프, 중합체, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 중합체 및 부가적으로 유리 섬유, 펄프, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합으로부터 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료 또는 탄소 섬유 부직포 재료, 및/또는 이와 유사한 것일 수 있다.
예시적인 다공성 멤브레인은 적어도 하나의 표면에 하나 이상의 리브 어레이, 또는 양쪽 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 구비할 수 있다. 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 대안적으로, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있고, 가공 오일은 다공성 멤브레인의 약 5 중량% 내지 다공성 멤브레인의 약 15 중량%의 양으로 있다.
특정의 선택된 측면에서, 다공성 멤브레인은 약 55%, 약 60%, 약 65% 초과의 공극률을 갖는다.
다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 양극에 엔벨로핑될 수 있고, 양극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 섬유질 매트는 음극에 엔벨로핑될 수 있고, 음극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 바람직한 납축전지의 일 예는 하나 이상의 음극 및 이 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 포함하는 전극 어레이를 구비할 수 있다. 전지는 하나 이상의 전극, 및 적어도 하나의 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 포함하는 섬유질 매트 조립체를 추가로 구비할 수 있다. 마이크로다공성 멤브레인일 수 있는 다공성 멤브레인은 하나 이상의 전극 및 섬유질 매트 조립체 중 하나 이상에, 또는 하나 이상의 전극에 인접한 하나 이상의 양극 및 섬유질 매트 조립체 중 적어도 하나에 엔벨로핑될 수 있다. 예시적인 측면에서, 섬유질 매트는 섬유질 매트의 매트 두께의 약 2% 내지 약 50%, 매트 두께의 약 5% 내지 약 25%, 매트 두께의 약 5% 내지 약 20%, 또는 매트 두께의 약 10% 내지 약 15%로 활성 재료로 일체화될 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 부직포, 메시, 플리스, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 중합체 및 부가적으로 유리 섬유, 펄프, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상으로 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다.
예시적인 납축전지의 다른 측면에서, 예시적인 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료, 탄소 섬유 부직포, 및/또는 이와 유사한 것일 수 있다.
예시적인 납축전지의 다른 측면에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 한쪽 또는 양쪽 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 어레이의 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 가질 수 있다.
예시적인 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다. 하나의 특정 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 양극에 엔벨로핑될 수 있고, 양극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다. 또 다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 하나 이상의 전극 및 섬유질 매트 조립체의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
예시적인 바람직한 실시형태의 다른 선택된 실시형태에서, 납축전지는 서로에 대해 교대로 배치되는 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 양극의 전극 어레이를 구비한다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인 엔벨로프(envelope)가 추가로 제공되어 그 안에 배치되는 하나 이상의 음극 중 적어도 하나를 엔벨로핑하고, 다공성 멤브레인은 하나 이상의 표면에 리브를 포함하며, 섬유질 매트는 엔벨로프 내에 배치된다. 리브는 섬유질 매트에 인접한 다공성 멤브레인의 표면에 적어도 부분적으로 있을 수 있다. 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm, 또는 약 5 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 또는 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 높이를 가질 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 하나 이상의 음극 중 적어도 하나를 엔벨로핑할 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 음극으로 적어도 부분적으로 일체화될 수 있다.
대안적으로, 섬유질 매트는 리브 사이에 배치되는 별개의 조각일 수 있고, 리브 높이의 약 50% 내지 리브 높이의 약 150%의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 선택된 측면에서, 섬유질 매트는 음극 및 다공성 멤브레인 사이에 배치될 수 있다. 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프 및 이들의 조합 중 하나 이상과 조합하여 중합체로부터 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료, 또는 탄소 섬유 부직포 재료일 수 있다.
또한, 섬유질 매트는 부가적으로 매트의 일부로서 또는 음극에 인접한 층에 탄소 성분을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유질 매트는 탄소 섬유, 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀(graphene), 고-표면적 그래핀, 케첸(keitjen) 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트(filament), 탄소 나노튜브(nanotube), 개방-셀(open-cell) 탄소 폼(foam), 탄소 매트, 탄소 펠트(felt), 탄소 풀러렌(Buckminsterfullerene)(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상(flake) 흑연, 산화된 탄소, 및 이들의 조합을 가질 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 상술한 탄소 또는 황산 바륨(BaSO4)과 같은 핵생성(nucleation) 첨가제를 가질 수 있다.
선택된 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 양쪽 표면에 리브를 가질 수 있다. 또한, 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있다.
본 발명의 선택된 측면에서, 다공성 멤브레인은 음극의 1개 면, 음극의 2개 면, 또는 음극의 3개 면에 밀봉될 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 음극의 1개 면, 음극의 2개 면, 및 음극의 3개 면에 밀봉될 수 있다.
본 발명의 선택된 실시형태에서, 시스템은 여기서 실질적으로 기술되는 하나 이상의 전지를 이용한 차량을 구비한다. 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형(all-terrain) 차량, 모터사이클, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드-전기 차량, 전기 차량, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량, 전기-인력거, 전기-세발자전거, 전기-자전거, 휠 체어(wheel chair), 또는 해양 선박(marine vessel)일 수 있다.
선택된 실시형태에서, 여기서 실질적으로 기술되는 납축전지는 평판 전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지("EFB"), 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 딥-사이클 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동-점등-점화("SLI") 차량 전지, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 모터사이클 전지, 전-지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드-전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 휠 체어 전지, 전기-인력거 전지, 전기-세발자전거 전지, 전기-자전거 전지, 또는 해양 선박 전지일 수 있다.
선택된 실시형태에서, 납축전지, 침수형 납축전지, 또는 부분 충전 상태에서 작동하거나 작동하는 것으로 의도되는 침수형 납축전지에서 산 변위(displacement)를 방지하거나 완화하는 방법이 제공된다. 이 방법은 여기서 기술되는 임의의 전지와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 전지의 제조를 포함할 수 있다.
새롭거나 개선된 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전극; 및/또는 이러한 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 섬유질 매트, 셀 및/또는 전극의 제조 및/또는 이용 방법이 여기서 나타나거나 기술된다.
새롭거나 개선된 전지, 특히 납축전지; 새롭거나 개선된 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전극, 및/또는 이러한 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀 및/또는 전극의 제조 및/또는 이용 방법; 개선된 납축전지용 분리기를 갖는 개선된 전지 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 이용 방법; 납축전지에서 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 부동 전류의 저하, 내부 저항 증가의 완화, 습윤성의 증가, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 활성 재료의 보존, 활성 재료 쉐딩(shedding)의 완화, 및/또는 균일성의 개선을 위한 방법, 시스템, 처리 및 전지 분리기; 분리기가 개선된 기능성 코팅을 포함하는 개선된 납축전지용 분리기, 산 층화를 감소시키는 개선된 전지 분리기, 산확산을 개선하는 개선된 전지 분리기, 활성 재료를 보존하는 개선된 납축전지 분리기, 활성 재료 쉐딩을 완화시키는 개선된 납축전지 분리기, 이러한 개선된 분리기를 포함하는 개선된 납축전지, 장-수명 자동차 납축전지, 개선된 침수형 납축전지, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 감소된 산 층화, 개선된 산 확산, 개선된 활성 재료 보존 능력, 및/또는 개선된 활성 재료 쉐딩 감소 능력을 갖는 전지; 폴리에틸렌 분리기 및 음극과 그 사이에 배치되는 섬유질 매트를 갖는 전지, 및/또는 이러한 전지의 제조 및/또는 이용 방법; 다공성 멤브레인 및 이에 적층되는 섬유질 매트를 갖고, 섬유질 매트가 이러한 전지에서 음극과 인접한 전지, 및/또는 이러한 전지의 제조 및/또는 이용 방법이 여기서 나타나고 및/또는 기술된다.
여기서 기술되는 바와 같이, 예시적인 분리기는 다양한 용도에 이용되는 납축전지에 사용될 수 있다. 이러한 용도는 예를 들어 부분 충전 상태 용도; 딥-사이클링 용도; 자동차 용도; 트럭 용도; 모터사이클 용도; 지게차, 골프 카트(골프 카로도 불림) 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 용도; 전기 차량 용도; 하이브리드-전기 차량("HEV") 용도; ISS 차량 용도; 전기-인력거 용도; 전기-세발자전거 용도; 전기-자전거 용도; 보트(boat) 용도; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 용도를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 분리기는 다양한 전지에 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 전지는 예를 들어 강화 침수형 납축전지와 같은 침수형 납축전지; AGM 전지; VRLA 전지; 플레이트 전지; 관형 전지; 부분 충전 상태 전지; 딥-사이클링 전지; 자동차 전지; 트럭 전지; 모터사이클 전지; 지게차 전지, 골프 카트(골프 카로도 불림) 전지 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 전지; 전기 차량 전지; 하이브리드-전기 차량("HEV") 전지; ISS 차량 전지; 전기-인력거 전지; 전기-세발자전거 전지; 전기-자전거 전지; 보트 전지; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 전지를 포함할 수 있다.
도 1은 통상적인 침수형 납축전지를 개략적으로 나타낸다.
도 2a 및 2b는 본 설명의 예시적인 실시형태에 따른 전극/분리기 어레이의 실시형태의 측면도이다.
도 3a 및 3b는 본 설명의 예시적인 실시형태에 따른 전극/분리기 어레이의 실시형태의 측면도이다.
도 4는 본 설명의 하나의 예시적인 실시형태에 따른 전극/분리기 어레이의 실시형태의 측면도이다.
도 5a 및 5b는 본 설명의 하나의 예시적인 실시형태에 따른 전극/분리기 어레이의 실시형태의 측면도이다.
도 6a 및 6b는 본 설명의 하나의 예시적인 실시형태에 따른 전극/분리기 어레이의 실시형태의 측면도이다.
도 7a 및 7b는 본 개시에 기술되는 예시적인 섬유질 매트의 사진이다.
도 8a 및 8b는 도 7a 및 7b의 예시적인 섬유질 매트의 고-해상도 사진으로서, 도 8a는 상부-하부 도면으로부터 촬영된 것이고, 도 8b는 매트가 놓인 평탄면에 대해 경사각에서 촬영된 것이다.
도 9는 여기서 기술되는 예시적인 섬유질 매트와 통상적인 유리 매트를 비교하는 저-배율의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 10은 본 개시에 기술되는 예시적인 섬유질 매트의 도 11보다 고-배율의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 11은 섬유 직경을 하이라이트 표시하는 본 개시에 기술되는 예시적인 섬유질 매트의 SEM 이미지이다.
도 12는 기공 면적을 하이라이트 표시하는 본 개시에 기술되는 예시적인 섬유질 매트의 SEM 이미지이다.
도 13a 및 13b는 기계 방향에서 길이방향 리브, 및 교차-기계 방향에서 측방향 또는 횡방향 리브를 나타낸다.
도 14a 내지 15b는 포지티브(positive) 리브 및 네거티브(negative) 리브 양쪽의 멤브레인 치수를 상세하게 나타내는 예시적인 다공성 멤브레인의 측면도이다.
여기서 기술되는 실시형태는 다음의 상세한 설명, 실시예 및 도면(즉, "도")을 참고하여 더욱 용이하게 잘 이해될 수 있다. 그 중에서도, 다양한 전지, 차량 또는 장치, 및 그 중에서도 산 층화를 방지하는 방법이 여기서 기술되지만, 상세한 설명, 실시예 및 도면에 제시된 특정 실시형태에 제한되지 않는다. 이들 실시형태는 본 발명의 원리를 단지 예시한 것으로 인식된다. 수 많은 변경 및 적응이 개시된 주제를 벗어나지 않고 이 분야의 기술자에게 더욱 명백할 것이다.
* 납축전지
이하 도 1을 참고하면, EFB와 같은 예시적인 침수형 납축전지(50)는 교대 배치되는 양극(52) 및 음극(54)의 어레이(50a)를 구비하고, 여기서 양극(52)은 음극(54) 사이에 끼워진다. 어레이(50a)는 각 전극(52, 54) 사이에 끼워진 분리기 조립체(100)를 추가로 구비하고, 여기서 분리기 조립체(100)는 전극(52, 54)을 분리하여 전극(52, 54) 사이의 접촉을 방지한다. 어레이(50a)는 실질적으로 황산(H2SO4) 전해질(56)에 잠겨 있다(예를 들어, 약 1.20 및 1.35 사이의 물에 대한 예시적인 비중을 갖는 황산). 양극(52)은 양극 단자(51)와 전기적으로 연결되고, 음극(54)은 음극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 분리기 조립체(100)는 다공성 멤브레인(도 2a-8에서 200)을 포함하고, 부가적으로 하나 이상의 섬유질 매트(도 2a-8에서 300)를 구비할 수 있다.
여기서 기술되는 납축전지는 특별히 제한되지 않고, 강화 침수형 납축전지와 같은 침수형 납축전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지 및/또는 이와 유사한 것일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 적어도 여기 개시의 일부가 침수형 납축전지, 특히 부분 충전 상태에서 작동하거나 부분 충전 상태에 있는 침수형 납축전지의 문제, 즉 산 층화 및 활성 재료 쉐딩의 해결에 관한 것이기 때문에, 여기서 기술되는 납축전지는 강화 침수형 납축전지이다.
여기서 기술되는 바와 같이, 예시적인 분리기는 다양한 용도에 이용되는 납축전지에 사용될 수 있다. 이러한 용도는 예를 들어 부분 충전 상태 용도; 딥-사이클링 용도; 자동차 용도; 트럭 용도; 모터사이클 용도; 지게차, 골프 카트(골프 카로도 불림) 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 용도; 전기 차량 용도; 하이브리드-전기 차량("HEV") 용도; ISS 차량 용도; 전기-인력거 용도; 전기-세발자전거 용도; 전기-자전거 용도; 보트 용도; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 용도를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 분리기는 다양한 전지에 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 전지는 예를 들어 강화 침수형 납축전지와 같은 침수형 납축전지; AGM 전지; VRLA 전지; 플레이트 전지; 관형 전지; 부분 충전 상태 전지; 딥-사이클링 전지; 자동차 전지; 트럭 전지; 모터사이클 전지; 지게차 전지, 골프 카트(골프 카로도 불림) 전지 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 전지; 전기 차량 전지; 하이브리드-전기 차량("HEV") 전지; ISS 차량 전지; 전기-인력거 전지; 전기-세발자전거 전지; 전기-자전거 전지; 보트 전지; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 전지를 포함할 수 있다.
* 음극 및 양극
여기서 기술되는 양 및 음 전극 또는 플레이트는 특별히 제한되지 않고, 납축전지에 사용되기에 허용 가능한 것으로 알려진 임의의 양극 또는 음극일 수 있다. 통상적으로, 납축전지에서, 음 전극 또는 플레이트는 음극 그리드를 코팅하는 음극 활성 재료("NAM")를 갖는 산화 납(PbO2) 그리드로서 제공되고, 양 전극 또는 플레이트는 양극 그리드를 코팅하는 양극 활성 재료("PAM")를 갖는 스폰지(sponge) 납(Pb) 그리드로서 제공된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "전극" 및 "플레이트"는 교체 가능하게 사용될 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 전극은 플란테(plante) 플레이트 구성, 평판 구성, 또는 관형 전극 구성을 가질 수 있다.
평판 구성을 갖는 예시적인 전극은 그리드 및 활성 재료(예를 들어, 양극 활성 재료("PAM") 또는 음극 활성 재료("NAM"))를 구비한다. 그리드는 납 단독으로, 또는 안티몬, 칼슘, 주석, 셀레늄 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 갖는 납 합금으로 제조될 수 있다. 납에 대해 첨가제의 양은 예를 들어 약 1% 내지 약 20%, 약 1% 내지 약 15%, 약 1% 내지 약 10%, 약 1% 내지 약 6%, 약 1% 내지 약 5%, 약 1% 내지 약 4%, 약 1% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 2% 등일 수 있다. 특정의 선택된 실시형태에서, 그리드는 납 및 안티몬의 합금으로 제조될 수 있다. 안티몬은 경도를 개선하는 것으로 믿어진다. 다른 선택된 실시형태에서, 그리드는 납 및 칼슘의 합금으로 제조될 수 있다. 칼슘은 경도를 개선하는 것으로 믿어진다. 일부 선택된 실시형태에서, 주석이 납과 칼슘 또는 납과 안티몬의 합금에 첨가되어 사이클성(cyclability)을 개선할 수 있다. 평판 구성을 갖는 전극에서 활성 재료는 그리드에 페이스트를 도포함으로써 형성된다. 페이스트는 납(예를 들어, 산화 납), 물 및 황산의 혼합물을 구비할 수 있다. 페이스팅 작업에 이어서, 일부 실시형태에서, 전극이 경화될 수 있다.
관형 구성을 갖는 예시적인 전극은 상부 바(bar)로부터 아래쪽으로 연장되는 일련의 스파인(spine)을 구비하는데; 이것은 콤(comb)이라고 불린다. 콤은 납 단독 또는 납 및 안티몬, 칼슘, 주석 및 셀레늄에서 선택되는 적어도 하나로 제조될 수 있다. 납에 대해 첨가제의 양은 1% 내지 20%, 1% 내지 15%, 1% 내지 10%, 1% 내지 6%, 1% 내지 5%, 1% 내지 4%, 1% 내지 3%, 1% 내지 2% 등일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 콤 또는 그리드는 납 및 안티몬으로 제조될 수 있다. 안티몬은 경도를 개선하는 것으로 믿어진다. 바람직할 수 있는 일부 다른 실시형태에서, 그리드는 납 및 칼슘으로 제조된다. 칼슘은 경도를 개선하는 것으로 믿어진다. 일부 실시형태에서, 주석이 납과 칼슘 또는 납과 안티몬의 합금에 첨가되어 사이클성을 개선할 수 있다. 평행 튜브 또는 건틀렛(gauntlet)은 스파인을 둘러싸고 활성 재료(양 또는 음)를 보유한다. 이들 건틀렛은 다공성 불활성 직포 또는 부직포로 제조될 수 있다.
* 전극 어레이
이하 도 2a 및 2b를 참고하면, 예시적인 전극/분리기 어레이(50a)는 일반적으로 상술한 바와 같이 양극(52) 어레이와 그 사이에 끼워지는 음극(54) 어레이 및 각 전극(52, 54) 사이에 끼워지는 분리기 조립체(100) 어레이를 구비한다. 도시된 바와 같이, 분리기 조립체(100)는 포지티브 리브(도 2a 또는 2b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨) 및/또는 네거티브 리브(도 2a 또는 2b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있는 다공성 멤브레인(200), 및 섬유질 매트(300)를 구비한다. 대안적으로, 섬유질 매트(300)는 하나 이상의 매트일 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 양극(52) 및 다공성 멤브레인(200)에 인접하게 배치되고; 다공성 멤브레인(200)은 음극(54) 및 섬유질 매트(300)에 인접하게 배치된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 음극(54) 및 다공성 멤브레인(200)에 인접하게 그리고 이들과 밀접 접촉하도록 배치되고; 다공성 멤브레인(200)은 양극(52) 및 섬유질 매트(300)에 인접하게 배치된다. 분리기 조립체(100)는 접착제, 열-스테이킹(staking), 초음파 용접 또는 밀봉, 초음파 재봉, 공-압출 및/또는 이들의 조합을 통해 서로 부착되는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 대안적으로, 분리기 조립체(100)는 서로 부착되지 않는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 분리기 조립체(100)는 루스-리프(loose-leaf) 구성으로 제공된다. 대안적으로, 분리기 조립체(100)는 엔벨로프, 하이브리드 엔벨로프, 포켓(pocket), 슬리브(sleeve), 랩(wrap), 폴드(fold) 또는 이들의 조합으로서 제공될 수 있다. 조합은 상이한 구성이 전극/분리기 어레이(50a) 전체에 걸쳐 사용될 수 있는 가능성을 말한다.
이하 도 3a 및 3b를 참고하면, 예시적인 전극/분리기 어레이(50a)는 일반적으로 상술한 바와 같이 양극(52) 어레이와 그 사이에 끼워지는 음극(54) 어레이 및 각 전극(52, 54) 사이에 끼워지는 분리기 조립체(100) 어레이를 구비한다. 도시된 바와 같이, 분리기 조립체(100)는 포지티브 리브(명확성을 위해 도 3a 또는 3b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨) 및/또는 네거티브 리브(명확성을 위해 도 3a 또는 3b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있는 다공성 멤브레인(200), 및 섬유질 매트(300)를 구비한다. 대안적으로, 섬유질 매트(300)는 하나 이상의 매트일 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 엔벨로프 방식으로 양극(52)에 배치되고; 다공성 멤브레인(200)은 엔벨로프 방식으로 섬유질 매트(300)에 배치된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 엔벨로프 방식으로 음극(54)에 그리고 이와 밀접 접촉하도록 배치되고; 다공성 멤브레인(200)은 엔벨로프 방식으로 섬유질 매트(300)에 배치된다. 분리기 조립체(100)는 접착제, 열-스테이킹, 초음파 용접 또는 밀봉, 초음파 재봉, 공-압출 및/또는 이들의 조합을 통해 서로 부착되는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 대안적으로, 분리기 조립체(100)는 서로 부착되지 않는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 분리기 조립체(100)는 엔벨로프 구성으로 제공된다. 대안적으로, 분리기 조립체(100)는 하이브리드 엔벨로프, 포켓, 슬리브, 랩, 폴드 또는 이들의 조합으로서 제공될 수 있다. 조합은 상이한 구성이 전극/분리기 어레이(50a) 전체에 걸쳐 사용될 수 있는 가능성을 말한다.
이하 도 4를 참고하면, 예시적인 전극/분리기 어레이(50a)는 일반적으로 상술한 바와 같이 교대 배치되는 양극(52) 및 음극(54) 어레이를 구비한다. 도 4에서, 분리기 조립체(100)는 포지티브 리브(도 4에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨) 및/또는 네거티브 리브(도 4에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있는 다공성 멤브레인(200), 및 섬유질 매트(300)를 구비한다. 대안적으로, 섬유질 매트(300)는 하나 이상의 매트일 수 있다. 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 엔벨로프 또는 포켓 방식으로 음극(54)에 배치된다. 다공성 멤브레인(200)은 엔벨로프 또는 포켓 방식으로 양극(52)에 배치된다. 다공성 멤브레인 및 섬유질 매트는 하이브리드 엔벨로프 구성이거나 아닐 수 있는 분리기 엔벨로프로 구성될 수 있다. 대안적으로, 부착되지 않은 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)가 루스-리프, 포켓, 슬리브, 랩, 폴드, S 랩, Z 폴드 또는 이들의 조합으로서 제공될 수 있다. 조합은 상이한 구성이 전극/분리기 어레이(50a) 전체에 걸쳐 사용될 수 있는 가능성을 말한다.
이하 도 5a 및 5b를 참고하면, 예시적인 실시형태는 어레이(50a)의 음극(54) 활성 재료로 적어도 부분적으로 일체화되는 섬유질 매트(300)를 구비한다. 도 5a에서, 다공성 멤브레인(200)은 엔벨로프 방식으로 음극(54) 및 섬유질 매트(300) 통합체에 배치된다. 반면에 도 5b에서, 다공성 멤브레인은 엔벨로프 방식으로 양극(52)에 배치된다. 다공성 멤브레인(200)과 관련하여, (도시된 바와 같이) 엔벨로프로서 제공될 수 있고, 하이브리드 엔벨로프, 루스 리프, 포켓, 슬리브, 랩, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 조합일 수 있다. 조합은 상이한 구성이 전극/분리기 어레이(50a) 전체에 걸쳐 사용될 수 있는 가능성을 말한다. 다공성 멤브레인(200)은 포지티브 리브(명확성을 위해 도 5a 또는 5b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨) 및/또는 네거티브 리브(명확성을 위해 도 5a 또는 5b에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 음극 활성 재료와 적어도 부분적으로 일체화된다. 따라서, 섬유질 매트는 음극의 표면과 접촉하는 것 이상이고; 음극에 일체로 부착된다. 음극 활성 재료는 섬유질 매트의 갭(gap) 및 기공에 들어감으로써, 섬유질 매트(300) 및 음극(54)의 음극 활성 재료("NAM")의 혼합물인 층(350)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 NAM으로 2% 내지 50% 일체화된다. 이것은 섬유질 매트의 두께의 2% 내지 50%가 NAM으로 내장되어 섬유질 매트(300) 및 NAM의 혼합물인 복합층(350)을 형성함을 의미한다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트(300)는 음극(54)으로 5% 내지 25% 일체화된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트(300)는 음극(54)으로 5% 내지 20% 일체화된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트(300)는 음극(54)으로 10% 내지 15% 일체화된다.
이하 도 6a 및 6b를 참고하면, 예시적인 전극/분리기 어레이(50a)는 일반적으로 상술한 바와 같이 양극(52) 어레이와 그 사이에 끼워지는 음극(54) 어레이 및 각 전극(52, 54) 사이에 끼워지는 분리기 조립체(100) 어레이를 구비한다. 도 6에서, 분리기 조립체(100)는 포지티브 리브(명확성을 위해 도 6에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨) 및/또는 네거티브 리브(명확성을 위해 도 6에는 도시되지 않았지만, 이하에서 기술됨)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있는 다공성 멤브레인(200), 및 섬유질 매트(300)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 섬유질 매트(300)는 양극(52) 및 다공성 멤브레인(200)에 인접하게 배치되고, 다공성 멤브레인(200)은 음극(54) 및 섬유질 매트(300)에 인접하게 배치된다. 분리기 조립체(100)는 접착제, 열-스테이킹, 초음파 용접 또는 밀봉, 초음파 재봉, 공-압출 및/또는 이들의 조합을 통해 서로 부착되는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 대안적으로, 분리기 조립체(100)는 서로 부착되지 않는 다공성 멤브레인(200) 및 섬유질 매트(300)를 구비할 수 있다. 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 예시적인 분리기 조립체(100)는 다공성 멤브레인(200)의 기계 방향으로 배치되는(즉, 전지의 상부로부터 하부로 길이방향으로 배치되는) 네거티브 리브(206)(즉, 음극과 마주보는 다공성 멤브레인 표면에 있는 리브)를 갖는 다공성 멤브레인(200)을 구비할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 예시적인 섬유질 매트(300)의 스트립(strip)은 네거티브 리브(206) 사이에 배치된다. 섬유질 매트(300)의 스트립은 리브(206) 높이의 대략 50% 내지 리브(206) 높이의 대략 150%의 두께를 가질 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 예시적인 다공성 매트(300)는 다공성 멤브레인(200) 및 음극(54) 사이에 배치된다.
활성 재료가 NAM이든지 또는 PAM이든지 간에, 섬유성 매트는 그에 인접한 전극으로부터 활성 재료의 쉐딩 또는 탈착의 과정을 방지하거나 느리게 할 것으로 이해된다.
* 섬유질 매트
바람직한 섬유질 매트 조성은 예를 들어 유리 섬유, 합성 섬유 또는 이들의 조합일 수 있다. 섬유질 매트의 예시적인 실시형태는 5% 내지 25% 합성 섬유와, 나머지 유리 및/또는 바인더(binder)일 수 있다. 그러나, 매트는 전부 유리 섬유 또는 전부 합성 섬유일 수 있다. 합성 섬유의 이러한 예는 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리아미드, 폴리이미드, 아크릴, 다른 플라스틱, 펄프 및 이들의 조합일 수 있다. 또한, 섬유 조성은 중합체, 동종 중합체, 또는 공중합체, 또는 이들 조성의 조합을 갖는 섬유의 믹스(mix)일 수 있다. 섬유질 매트의 조성이 무엇이든지 간에, 납축전지의 산 전해질에 저항성인 것이 바람직하다. 이들 재료는 소수성 경향이고, 이에 따라 기체 포획을 유발한다. 따라서, 여기서 일반적으로 기술되는 계면활성제 코팅이 추가될 수 있다.
섬유질 매트는 미립자 실리카와 같은 충전제를 추가로 가져서 표면적을 증가시키고 기공 크기를 감소시킬 수 있다. 다른 예시적인 충전제는 실리카, 탈크(Mg2SiO4), 산화 알루미늄, 수화 알루미나, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 규산 나트륨, 및/또는 이와 유사한 것, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 충전제 및 실리카는 다공성 멤브레인에 또한 이용될 수 있고 여기서 추가로 기술된다. 섬유질 매트 조성은 가용성 섬유를 추가로 가질 수 있다. 섬유질 매트는 겔화제를 또한 포함하여 산 층화에 저항하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 이하에서 일반적으로 기술되는 습윤제 첨가제 또는 코팅을 포함할 수 있다. 예시적인 섬유질 매트는 흑연, 아세틸렌 블랙, 그래핀 및/또는 이와 유사한 것과 같은 적어도 하나의 탄소를 추가로 구비할 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 기계적 인터로킹(interlocking)에 의해, 섬유의 융해에 의해, 및/또는 시멘팅(cementing) 매체와 같은 바인더를 이용한 섬유의 접합에 의해 뭉쳐지는 무작위로-배치된 섬유, 코드(cord), 필라멘트 또는 실로부터 제조될 수 있다. 웹 형성은 건식 레잉(laying), 습식 레잉, 습식 펠팅(felting), 니들(needle) 펠팅, 캐로팅(carroting), 또는 이동 벨트(belt)에서 필라멘트의 압출을 포함하는 다양한 공정에 의해 달성될 수 있다. 압출 카테고리 내에서, 두 공정은 스펀본드 부직포 제조와 같은 스펀본딩, 및 멜트-블로운(melt-blown) 부직포 제조와 같은 멜트-블로윙을 포함한다. 여기서 참고로 도입되는 Turbak, A., Ed., Nonwovens: Theory, Process, Performance, and Testing, TAPPI Press, Atlanta, Ga. (1993). Chapter 8 참조. 스펀본드 부직포는 압출, 연신된 후 연속 벨트에 놓인 필라멘트에 의해 형성된다. 멜트-블로운 부직포는 다이(die)를 통한 용융 중합체의 압출, 공기 또는 스팀(steam)을 통한 압출된 필라멘트의 감쇠(attenuating), 및 이동 벨트에서 이들의 수집에 의해 형성된다. 부직포 재료는 또한 임의 순서로 제공된 하나 이상의 멜트-블로운 층 및 하나 이상의 스펀본드 층을 갖는 멜트-블로운-스펀본드 재료일 수 있다. 예를 들어, 스펀본드 층 및 멜트-블로운 층은 임의 순서로 2개 층 이상일 수 있다.
여기서 기술되는 섬유질 매트는 특히 제한되지 않는다. 그것은 부직포 재료, 메시, 플리스, 펠트, 스크림(scrim), 페이스팅 종이 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 섬유질 매트는 서로 인접한 부직포 및 메시 재료의 복합 재료, 서로 인접한 다수의 상이한 부직포 매트, 서로 인접한 다수 겹의 동일 부직포 재료, 또는 다른 다양한 조합일 수 있다. 복합 재료는 서로 인접하거나, 가능하게는 서로 부착된 재료의 1개, 2개 또는 다수(3개 이상) 겹 또는 층을 가질 수 있다.
이하 도 7a 및 7b를 참고하면, 섬유질 매트의 예시적인 실시형태의 사진이 나타나 있다. 도 8a 및 8b는 섬유질 매트의 예시적인 실시형태의 고-해상도 사진이다. 섬유질 매트는 부직포, 플리스, 펠트, 메시 또는 이들 층의 임의 조합일 수 있다. 섬유질 매트는 단일 층, 이중 층 또는 다른 다층 매트일 수 있다. 예시적인 부직포 매트는 대략 100 ㎛ 내지 대략 900 ㎛ 범위, 바람직하게는 대략 200 ㎛ 내지 대략 450 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 도 8a 및 8b는 번들(bundled) 섬유의 패턴을 나타낸다. 이것은 매트의 형성 중에, 섬유 캐리어(carrier) 유체가 배출됨에 따라 달성될 수 있고, 섬유는 배출 메시에서 특정의 낮은 지점에서 수집될 수 있다. 또한, 매트는 코밍된(combed) 섬유를 가질 수 있다.
부직포에 사용되는 예시적인 섬유, 필라멘트 또는 코드는 ±95%의 신뢰 한계로 대략 7.2 ㎛(±0.5 ㎛)의 섬유 두께 또는 직경을 가질 수 있다. 하기 표 1은 본 발명에 따른 부직포 및 통상적인 유리 매트의 섬유 직경(㎛)을 비교한 것이다.
예시적인 섬유질 매트 통상적인 유리 매트
평균 7.2408 ㎛ 13.83 ㎛
표준 편차 1.9741 ㎛ 1.2350 ㎛
샘플 크기 66 37
예시적인 부직포는 대략 1500 l/㎡·s 내지 대략 2500 l/㎡·s 범위의 바람직한 공기 투과도를 가질 수 있다.
예시적인 부직포는 바람직하게는 (SEM 측정을 통해 유효 직경으로서 측정된) 대략 4.0 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 미만의 기공 크기를 가질 수 있다. 섬유질 매트 기공 크기는 바람직하게는 관련 음극 또는 양극에 사용된 활성 재료의 입자 크기보다 작다. 하기 표 2는 본 발명에 따른 예시적인 섬유질 매트 및 통상적인 유리 매트의 기공 크기 면적을 비교한 것이다.
예시적인 섬유질 매트 통상적인 유리 매트
평균 1332.65 ㎛2 6896.95 ㎛2
표준 편차 1573.57 ㎛2 6461.03 ㎛2
샘플 크기 63 29
예시적인 섬유질 매트는 대략 6 mΩ.㎠ 내지 대략 14 mΩ.㎠ 범위, 바람직하게는 14 mΩ.㎠ 미만, 또는 13 mΩ.㎠ 미만, 또는 12 mΩ.㎠ 미만, 또는 11 mΩ.㎠ 미만의 바람직한 전기 저항("ER")을 가질 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 대략 50 g/㎡ 내지 약 100 g/㎡, 일부 실시형태에서는 60 g/㎡ 내지 대략 80 g/㎡ 범위의 바람직한 면적 중량 또는 평량을 가질 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 대략 15% 내지 대략 21% 범위의 바람직한 바인더 함량을 가질 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 대략 200 ㎛ 내지 약 450 ㎛, 특정 실시형태에서는 약 350 ㎛ 내지 대략 450 ㎛ 범위의 바람직한 두께를 가질 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 대략 200 N/50 mm의 기계 방향(MD)에서의 바람직한 인장 강도, 및 대략 150 N/50 mm의 교차-기계 방향(CMD)에서의 바람직한 인장 강도를 가질 수 있다.
또한, 섬유질 매트의 섬유는 속이 차거나 중공일 수 있고, 섬유의 단면 형상은 둥근형, 원형, 타원형 또는 직사각형, 신장-모양, 개-뼈 모양, 레이스-트랙(race-track) 모양, 다각형 또는 이들의 임의 조합일 수 있다. 또한, 예시적인 섬유는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구성, 또는 시스(sheath) 및 코어(core) 구성, 또는 바다-중-섬(islands-in-the-sea) 구성에서 다수의 성분을 가질 수 있다. 또한, 시스 및 코어 구성은 상기 형상 중 임의로 취할 수 있고, 코어는 중심 또는 편심 배치될 수 있다.
섬유질 매트는 전극/분리기 어레이 전체에 걸쳐 시트 형태로, 또는 랩, 포켓, 슬리브, 엔벨로프 또는 이들의 조합의 형태로 제공될 수 있다. 예시적인 섬유질 매트는 음극을 엔벨로핑할 수 있어서("네거티브 엔벨로핑 매트"), 분리기는 음극과 마주보는 2개의 내부 표면 그리고 인접한 양극 및/또는 다공성 멤브레인과 마주보는 2개의 반대쪽 표면을 갖는다. 대안적으로, 다른 예시적인 섬유질 매트는 양극을 엔벨로핑할 수 있어서("포지티브 엔벨로핑 분리기"), 섬유질 매트는 양극과 마주보는 2개의 내부 표면 그리고 인접한 양극 및/또는 다공성 멤브레인과 마주보는 2개의 반대쪽 표면을 갖는다. 이러한 엔벨로핑된 매트에서, 하부 모서리는 엔벨로핑된 전극의 하부에 대해 접히거나 밀봉된 주름(crease) 모서리일 수 있다. 또한, 측면 모서리는 개방된, 연속적으로 밀봉된 심(seam) 모서리, 또는 간헐적으로 밀봉된 심 모서리일 수 있다. 모서리는 접착제, 열, 초음파 용접, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 임의 조합에 의해 접합되거나 밀봉될 수 있다.
분리기 조립체의 특정의 예시적인 섬유질 매트는 가공되어 하이브리드 엔벨로프를 형성할 수 있다. 하이브리드 엔벨로프는 엔벨로프를 형성하기 전에, 중에 또는 후에 하나 이상의 슬릿(slit) 또는 개구(opening)를 형성함으로써 제공될 수 있다. 개구 또는 슬릿의 길이는 전체 모서리 길이의 적어도 1/50, 1/25, 1/20, 1/15, 1/10, 1/8, 1/5, 1/4 또는 1/3일 수 있다. 개구의 길이는 전체 모서리 길이의 1/50 내지 1/3, 1/25 내지 1/3, 1/20 내지 1/3, 1/20 내지 1/4, 1/15 내지 1/4, 1/15 내지 1/5 또는 1/10 내지 1/5일 수 있다. 하이브리드 엔벨로프는 하부 모서리의 길이를 따라 동일하게 배치되거나 그렇지 않을 수 있는, 적어도 1-5개 이상의 개구, 1-4개, 2-4개, 2-3개 또는 2개의 개구를 가질 수 있다. 엔벨로프의 코너에는 개구가 없는 것이 바람직하다.
분리기 조립체 구성의 일부 다른 예시적인 실시형태는 음극 또는 양극 엔벨로프, 음극 또는 양극 슬리브, 음극 또는 양극 하이브리드 엔벨로프를 포함할 수 있고; 양쪽 전극은 엔벨로프 또는 슬리브로 되거나 이들의 임의 조합일 수 있다.
밀봉은 접착제에 의한 밀봉, 열(멜트) 밀봉, 기계적 밀봉, 초음파 밀봉, 압축, 용접 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 수행될 수 있다. 기계적 밀봉은 기어 이빨이 있거나 없는 가압 롤(roll)을 이용할 수 있다. 기계적 밀봉은 열의 추가가 있거나 없이 수행될 수 있다. 당업자는 특정 밀봉 방법이 섬유질 매트의 재료에 따라 더 적절할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 접착제 밀봉은 주로 유리 섬유질 매트에 더 적절할 수 있고, 반면에 접착제 밀봉 또는 열 밀봉은 섬유질 매트가 용융되는 중합체를 포함하는 경우에 더 적절할 수 있다.
이하 도 9를 참고하면, 예시적인 섬유질 매트의 2개의 별개 위치 및 통상적인 유리 매트의 2개의 별개 위치에서 촬영된 저-배율의 4개의 SEM 이미지를 나타낸다. 이미지가 나타내듯이, 예시적인 섬유질 매트는 통상적인 유리 매트보다 더 빽빽히 채워진 섬유 웹을 갖는다. 또한, 예시적인 섬유질 매트의 섬유 및 개방 면적은 통상적인 유리 매트보다 더 작다.
도 10에서, SEM 이미지는 2개의 별개 위치 및 이후 각 샘플 위치로부터 2개의 별개 영역에서 촬영된 샘플로부터 획득하였다. 이것은 영역 편차를 피하기 위해 수행되었다. 이미지는 도 9보다 고-배율로 촬영되었다. 이들 이미지는 섬유의 충전 밀도를 추가로 나타내고, 또한 아마도 사용된 바인더 및 그 함량으로 인한 섬유의 일부 번들링(bundling)을 나타낸다. 여기서 기술되는 다양한 실시형태에 유용한 섬유질 매트는 유리 섬유 및/또는 합성 섬유의 번치(bunch) 또는 번들(bundle)과 같은 섬유의 번치 또는 번들을 포함할 수 있다. 이러한 번치 또는 번들은 특정 실시형태에서 섬유가 함께 접합되기 전에 연사될(twisted) 수 있다. 이러한 실시형태에서, 연사(twisting)가 일어날 수 있고, 바인더가 적용되어 이러한 연사를 그대로 유지시킬 수 있다. 이러한 실시형태에서, 섬유의 번치 또는 번들을 갖는 섬유질 매트를 포함하는 분리기는 통상적인 매트를 갖는 분리기와 비교하여 증가된 강도를 나타낼 수 있다. 유사하게, 섬유가 연사되는 경우, 이러한 섬유질 매트를 갖는 이러한 분리기는 통상적인 매트를 갖는 분리기와 비교하여 더욱 현저한 강도 증가를 나타낼 수 있다. 웨트-레이드(wet-laid) 공정이 여기서 특정된 다양한 바람직한 실시형태에 따른 이러한 섬유질 매트를 제조하는데 사용될 경우, 복합 섬유 번들이 제조될 수 있고, 여기서 이러한 복합 섬유 번들은 유리 섬유뿐만 아니라 합성 중합체 섬유, 예를 들어 폴리에스테르 섬유 또는 PET 섬유를 구비한다.
부가적으로, 섬유질 매트는 매트를 형성하기 이전에 또는 매트를 형성하는 동안에 번들 섬유로 형성될 수 있다. 번들은 상이한 재료 조성, 상이한 단면 형상, 상이한 섬유 직경 및 이들의 조합을 갖는 다수의 섬유로 코밍되거나 연사될 수 있다. 번들은 패턴화된 배향으로 배치되거나, 무작위로 증착되거나, 이들의 조합으로 될 수 있다. 번들 섬유는 무작위로 배치된 부직포 또는 섬유질 매트 층 위에 및/또는 안에 배치될 수 있다. 얻어진 섬유질 매트는 이에 따라 파형(corrugated) 표면 또는 비-파형 표면, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 도 8a 및 8b는 파형 표면을 갖는 예시적인 섬유질 매트의 사진이다. 번들은 또한 매트의 제조 중에 형성될 수 있다. 번들은 단순히 매트 제조에 사용되는 캐리어 와이어(wire) 또는 표면의 프로파일(profile)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 매트는 2개의 별개 공정으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 번들은 수-불용성 바인더로 형성될 수 있고, 이후 부직포 섬유의 제2층이 아래로 배치되어 섬유를 뭉치게 할 수 있다. 번들은 매트의 일면 또는 양면에 증착될 수 있다.
도 11은 예시적인 섬유질 매트의 섬유 직경을 측정하는데 사용된 이미지를 나타낸 것으로, 개별 섬유를 가로지르는 직선 거리로 취해졌고, 번들에 있는 섬유는 측정되지 않았으며, 2개의 직경이 각 측정된 섬유에 대해 취해졌다(가능할 경우). 도 12의 데이터는 상기 표 1에 나타냈다. 도 12는 섬유질 매트의 기공 크기를 측정하는데 사용된 이미지이다. 도 12의 데이터는 상기 표 2에 나타냈다.
섬유질 매트는 부가적으로 매트의 일부로서 또는 음극에 인접한 층에 탄소 성분을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유질 매트는 탄소 섬유, 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소, 및 이들의 조합을 가질 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 상술한 탄소 또는 황산 바륨(BaSO4)과 같은 핵생성 첨가제를 가질 수 있다.
* 다공성 멤브레인
* 물리적 설명
다공성 멤브레인은 특별히 제한되지 않고, 임의의 다공성 멤브레인, 즉 임의 크기의 기공(예를 들어, 매크로(macro)다공성, 마이크로다공성, 나노다공성 등)을 갖고 임의의 재료로 제조되는 다공성 멤브레인일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 전지 분리기와 같은 마이크로다공성 멤브레인이다. 예를 들어, 마이크로다공성 멤브레인은 지금 또는 향후에 Daramic® 또는 임의의 다른 납축전지 분리기 제조사에 의해 제조되는 임의의 폴리에틸렌 전지 분리기일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 페놀 수지, PVC, 고무, 합성 목재 펄프(SWP), 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 조합과 같은 천연 또는 합성 재료로 제조되고, 약 1 마이크론 미만의 기공을 갖는 마이크로다공성 멤브레인, 약 1 마이크론 초과의 기공을 갖는 메조(meso)다공성 멤브레인 또는 매크로다공성 멤브레인이다. 더욱 바람직하게는, 다공성 멤브레인은 열가소성 중합체로 제조되는 마이크로다공성 멤브레인이다. 바람직한 마이크로다공성 멤브레인은 약 0.1 ㎛(100 나노미터)의 기공 직경 및 약 60%의 공극률을 가질 수 있다. 열가소성 중합체는 원칙적으로 납축전지에 사용되기에 적합한 모든 내산성 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 바람직한 열가소성 중합체는 폴리비닐 및 폴리올레핀을 포함한다. 폴리비닐은 예를 들어 폴리염화비닐(PVC)을 포함한다. 폴리올레핀은 예를 들어 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 같은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다. 하나의 바람직한 실시형태는 충전제(예를 들어, 실리카) 및 UHMWPE의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인의 기공 크기는 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 ㎛ 미만이다. 바람직하게는 기공 중 50% 초과는 대략 0.5 ㎛ 이하이다. 기공중 적어도 90%는 대략 0.9 ㎛ 미만의 직경을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 마이크로다공성 분리기는 바람직하게는 대략 0.05 ㎛ 내지 대략 0.9 ㎛, 일부 예에서는 대략 0.1 ㎛ 내지 대략 0.3 ㎛의 범위 내에 있는 평균 기공 크기를 갖는다.
기공 크기는 일부 예에서 Ritter, H. L., and Drake, L.C., Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 17, 787 (1945)에 기술된 수은 압입(intrusion) 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 이 방법에 따르면, 공극률 측정기(porosimeter model 2000, Carlo Erba)에 의해 수은에 가해지는 압력을 변화시킴으로써 상이한 크기의 기공으로 수은이 밀려 들어간다. 기공 분포는 MILESTONE 200 소프트웨어를 이용한 크루드(crude) 데이터의 평가로 측정될 수 있다.
특정의 예시적인 실시형태에서, 다공성 멤브레인(200)은 한쪽 또는 양쪽 주-표면으로부터 연장되는 하나 이상의 리브(204, 206)의 어레이를 구비할 수 있는 백웹(202)을 구비한다. 다공성 멤브레인(200)이 통상적인 납축전지에 배치되는 경우, 백웹(202)은 통상적으로 양극과 마주보는 표면(202p) 및 음극과 마주보는 표면(202n)을 갖는다. 도 13a 내지 15b를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인은 백웹 및 리브와 관련하여 통상적인 치수의 세트에 따라 기술되거나 특정되지만, 모두 필요하지는 않다.
도 13a를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 "md"로 표시된 수직 화살표 라인으로 도시되는 기계 방향, 및 "cmd"로 표시된 수평 화살표 라인으로 도시되는 교차-기계 방향을 갖는 백웹(202)을 구비한다. 납축전지에 배치될 경우, 다공성 멤브레인(200)은 양극과 마주보는 표면(202p)으로부터 연장되는 포지티브 리브(204)의 어레이를 추가로 구비한다. 포지티브 리브(204)는 기계 방향(md)에서 실질적으로 길이방향으로 정렬된다. 포지티브 리브(204)의 어레이는 교차-기계 방향(cmd)을 가로질러 횡방향으로 실질적으로 동일한 간격(SpacingPos)으로 이격된다. 리브(204)는 포지티브 리브(204)일 수 있다. 도 13b를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 "md"로 표시된 수직 화살표 라인으로 도시되는 기계 방향, 및 "cmd"로 표시된 수평 화살표 라인으로 도시되는 교차-기계 방향을 갖는 백웹(202)을 구비한다. 납축전지에 배치될 경우, 다공성 멤브레인(200)은 음극과 마주보는 표면(202n)으로부터 연장되는 네거티브 리브(206)의 어레이를 추가로 구비한다. 네거티브 리브(206)는 교차-기계 방향(cmd)에서 실질적으로 횡방향으로 정렬되고, 크로스(cross)-네거티브 리브(206)로 불릴 수 있다. 네거티브 리브(206)의 어레이는 기계 방향(md)을 가로질러 길이방향으로 실질적으로 동일한 간격(SpacingNeg)으로 이격된다.
도 14a를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 Backweb으로 표시된 백웹 두께를 갖는 백웹(202)을 구비한다. 다공성 멤브레인(200)은 다공성 멤브레인의 양극과 마주보는 표면(202p)으로부터 연장되고 실질적으로 기계 방향(md)으로 정렬되는 포지티브 리브(204)의 어레이를 추가로 구비한다. 포지티브 리브(204)는 BaseWPos로 표시된 리브 베이스(base) 폭; TipWPos로 표시된 리브 팁(tip) 폭; HeightPos로 표시된 포지티브 리브 높이; 및 SpacingPos로 표시된 리브-대-리브 간격을 구비한다. 다공성 멤브레인(200)은 다공성 멤브레인의 음극과 마주보는 표면(202n)으로부터 연장되는 네거티브 리브(206)의 어레이를 또한 구비한다. 네거티브 리브(206)는 실질적으로 교차-기계 방향(cmd)으로 정렬되고, HeightNeg로 표시된 네거티브 리브 높이를 갖는다. 마지막으로, 다공성 멤브레인은 Overall로 표시되고, 백웹 두께(Backweb), 포지티브 리브 높이(HeightPos) 및 네거티브 리브 높이(HeightNeg)의 합계와 동일한 전체 두께로 특정된다. 이하, 도 14b를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 도 14a에 도시된 것과 실질적으로 동일하고, 네거티브 리브 베이스 폭(BaseWNeg), 네거티브 리브 팁 폭(TipWNeg) 및 네거티브 리브-대-리브 간격(SpacingNeg)을 추가로 구비한다.
도 15a를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 Backweb으로 표시된 백웹 두께를 갖는 백웹(202)을 구비한다. 다공성 멤브레인(200)은 다공성 멤브레인의 양극과 마주보는 표면(202p)으로부터 연장되고 실질적으로 기계 방향(md)으로 정렬되는 포지티브 리브(204)의 어레이를 추가로 구비한다. 포지티브 리브(204)는 BaseWPos로 표시된 리브 베이스 폭; TipWPos로 표시된 리브 팁 폭; HeightPos로 표시된 포지티브 리브 높이; 및 SpacingPos로 표시된 리브-대-리브 간격을 구비한다. 다공성 멤브레인(200)은 다공성 멤브레인의 음극과 마주보는 표면(202n)으로부터 연장되는 네거티브 리브(206)의 어레이를 또한 구비한다. 네거티브 리브(206)는 실질적으로 교차-기계 방향(cmd)으로 정렬되고, HeightNeg로 표시된 네거티브 리브 높이를 갖는다. 마지막으로, 다공성 멤브레인은 Overall로 표시되고, 백웹 두께(Backweb), 포지티브 리브 높이(HeightPos) 및 네거티브 리브 높이(HeightNeg)의 합계와 동일한 전체 두께로 특정된다. 이하, 도 15b를 참고하면, 예시적인 다공성 멤브레인(200)은 도 15a에 도시된 것과 실질적으로 동일하고, 네거티브 리브 베이스 폭(BaseWNeg), 네거티브 리브 팁 폭(TipWNeg) 및 네거티브 리브-대-리브 간격(SpacingNeg)을 추가로 구비한다. 또한, 포지티브 리브(204)는 톱니(204s)로 분할된다. 포지티브 톱니(204s)는 베이스 길이(BaseLPos), 리브 팁 길이(TipLPos) 및 톱니-대-톱니 피치(PitchPos)를 구비한다.
본 발명의 특정의 선택된 측면에서, 한쪽 또는 양쪽 리브 어레이는 솔리드(solid) 리브, 이산형 브로큰(discrete broken) 리브, 연속적 리브, 불연속적 리브, 각진(angled) 리브, 선형 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 기계 방향으로 연장되는 길이방향 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 교차-기계 방향으로 연장되는 측방향 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 교차-기계 방향으로 연장되는 횡방향 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 교차-기계 방향으로 연장되는 크로스 리브, 네거티브 크로스 리브(NCR), 이산형 치형 또는 치형상(toothed) 리브, 톱니, 톱니형(serrated) 리브, 배틀먼트 또는 배틀먼트형(battlemented) 리브, 곡선형 또는 사인파형(sinusoidal) 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그-재그형 패션(zig-zag-like fashion)으로 배치, 홈, 채널(channel), 텍스처드(textured) 영역, 엠보스먼트(embossment), 딤플(dimple), 다공성, 비-다공성, 미니(mini) 리브 또는 크로스-미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 하나의 가능한 바람직한 리브 또는 프로파일 실시형태는 포지티브 사이드 톱니형 리브 및 네거티브 사이드 크로스 리브(NCR)이다. 다른 가능한 바람직한 리브 또는 프로파일 실시형태는 포지티브 사이드 길이방향 리브 및 네거티브 사이드 크로스 리브(NCR)이다.
다공성 멤브레인 또는 마이크로다공성 멤브레인의 전체 두께(백웹 두께 및 리브 높이를 포함)는 바람직하게는 대략 100 ㎛ 초과 및 대략 5.0 mm 이하이다. 분리기의 전체 두께는 대략 0.15 mm 내지 대략 2.5 mm, 대략 0.25 mm 내지 대략 2.25 mm, 대략 0.5 mm 내지 대략 2.0 mm, 대략 0.5 mm 내지 대략 1.5 mm, 또는 대략 0.75 mm 내지 대략 1.5 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 일부 예에서, 분리기 전체 두께는 대략 0.8 mm 또는 대략 1.1 mm일 수 있다.
분리기 조립체의 예시적인 다공성 멤브레인은 평탄 시트, 리프 또는 리프들, 랩, 슬리브로서, 또는 엔벨로프 또는 포켓 분리기로서 제공될 수 있다. 예시적인 엔벨로프 다공성 멤브레인은 양극을 엔벨로핑할 수 있어서("포지티브 엔벨로핑 분리기"), 다공성 멤브레인은 양극과 마주보는 2개의 내면 그리고 인접한 음극과 마주보는 2개의 외면을 갖는다. 대안적으로, 다른 예시적인 엔벨로프 다공성 멤브레인은 음극을 엔벨로핑할 수 있어서("네거티브 엔벨로핑 분리기"), 다공성 멤브레인은 음극과 마주보는 2개의 내면 그리고 인접한 양극과 마주보는 2개의 외면을 갖는다. 이러한 엔벨로핑된 다공성 멤브레인에서, 하부 모서리는 엔벨로핑된 전극의 하부에 대해 접히거나 밀봉된 주름 모서리일 수 있다. 또한, 측면 모서리는 연속적으로 또는 간헐적으로 밀봉된 심 모서리일 수 있다. 모서리는 기계적 수단, 접착제, 열, 초음파 용접, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 임의 조합에 의해 접합되거나 밀봉될 수 있다.
특정의 예시적인 다공성 멤브레인은 가공되어 하이브리드 엔벨로프를 형성할 수 있다. 하이브리드 엔벨로프는 엔벨로프를 형성하기 전에, 중에 또는 후에 하나 이상의 슬릿 또는 개구를 형성함으로써 제공될 수 있다. 개구의 길이는 전체 모서리 길이의 적어도 1/50, 1/25, 1/20, 1/15, 1/10, 1/8, 1/5, 1/4 또는 1/3일 수 있다. 개구의 길이는 전체 모서리 길이의 1/50 내지 1/3, 1/25 내지 1/3, 1/20 내지 1/3, 1/20 내지 1/4, 1/15 내지 1/4, 1/15 내지 1/5 또는 1/10 내지 1/5일 수 있다. 하이브리드 엔벨로프는 하부 모서리의 길이를 따라 동일하게 배치되거나 그렇지 않을 수 있는 1-5개 이상의 개구, 1-4개, 2-4개, 2-3개 또는 2개의 개구를 가질 수 있다. 엔벨로프의 코너에는 개구가 없는 것이 바람직하다.
다공성 멤브레인 구성의 일부 다른 예시적인 실시형태는 음극 또는 양극 엔벨로프, 음극 또는 양극 슬리브, 음극 또는 양극 하이브리드 엔벨로프를 포함하고; 양쪽 전극은 엔벨로프 또는 슬리브로 되거나 이들의 임의 조합일 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 리브는 적어도 약 0.005 mm, 0.01 mm, 0.025 mm, 0.05 mm, 0.075 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 2.0 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3.0 mm의 리브 높이를 갖는다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 돌기는 적어도 약 0.005 mm, 0.01 mm, 0.025 mm, 0.05 mm, 0.075 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm 또는 1.5 mm의 리브 폭을 갖는 짧은 길이 리브이다. 리브는 약 0.005-1.5 mm, 0.01-1.0 mm, 0.025-1.0 mm, 0.05-1.0 mm, 0.075-1.0 mm, 0.1-1.0 mm, 0.2-1.0 mm, 0.3-1.0 mm, 0.4-1.0 mm, 0.5-1.0 mm, 0.4-0.8 mm 또는 0.4-0.6 mm 사이의 폭을 가질 수 있다.
분리기는 약 25 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 가능하게 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 125 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 75 ㎛의 높이를 갖는 네거티브 리브와 같은 네거티브 길이방향 또는 크로스-리브 또는 미니-리브를 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 돌기는 리브를 포함할 수 있는데, 각 리브는 분리기의 상부 모서리를 기준으로 0°부터 180° 미만의 각도로 배치되는 길이방향 축을 갖는다. 일부 예에서, 모든 리브는 분리기에서 동일 각도로 배치될 수 있고, 반면에 다른 실시형태에서 상이한 각도로 배치되는 리브가 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 분리기는 리브의 행(row)을 포함할 수 있는데, 적어도 일부의 행은 분리기의 상부 모서리를 기준으로 일정 각도(θ)로 있는 리브를 갖는다. 모든 리브는 단일 행에서 동일한 근사 각도를 가질 수 있지만, 다른 경우에서 단일 행은 상이한 각도로 있는 리브를 포함할 수 있다.
특정 경우에서, 분리기의 전체 면은 리브(예를 들어, 연속적 또는 불연속적 행의 리브, 무작위로 제공되는 리브, 패턴으로 제공되는 리브, 또는 서로로부터 오프셋(off set)되는 불연속적 리브 행)를 포함할 것이고, 반면에 다른 실시형태에서 분리기 면의 특정 영역은 리브를 포함하지 않을 것이다. 이 영역은 상부, 하부 또는 측면을 포함하는 분리기의 임의의 모서리를 따라 발생할 수 있거나, 분리기의 중간 쪽으로 발생할 수 있고, 이 영역은 리브를 갖는 부위를 포함하는 하나 이상의 면에 둘러싸인다.
다양한 가능하게 바람직한 실시형태에서, 다공성 또는 마이크로다공성 멤브레인은 표면에 톱니형, 엠배틀먼트형(embattlemented), 각진 리브, 또는 브로큰 리브, 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 리브를 갖는 백웹을 구비한다. 바람직한 리브는 8 ㎛ 내지 1 mm 높이를 가질 수 있고, 8 ㎛ 내지 20 mm 간격으로 이격될 수 있으며, 반면에 마이크로다공성 폴리올레핀 분리기 층의 바람직한 백웹 두께(리브 또는 엠보스먼트를 포함하지 않음)는 약 0.05 mm 내지 약 0.50 mm(예를 들어, 특정 실시형태에서는 약 0.25 mm)일 수 있다. 예를 들어, 리브는 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm, 1.8 mm, 2.0 mm, 2.25 mm, 2.5 mm, 2.75 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm 또는 약 10 mm 떨어질 수 있다. 일부 실시형태에서, 리브는 분리기 층의 일면에 또는 폴리올레핀 분리기의 양면에 서로에 대해 0°-90°로 있을 수 있는 패턴으로 있을 수 있다. 일부 실시형태에서, 산 혼합 리브는 정면, 포지티브 또는 포지티브 사이드 리브일 수 있다. 분리기 또는 분리기 층의 양면에 리브를 포함하는 다양한 패턴은 포지티브 리브 그리고 분리기의 제2측면 또는 후면에 더 작은, 더 가깝게 이격된 네거티브 길이방향 또는 크로스-리브 또는 미니-리브와 같은 네거티비 길이방향 또는 크로스-리브를 포함할 수 있다. 이러한 네거티비 길이방향 또는 크로스-리브는 일부 예에서 약 0.025 mm 내지 약 0.1 mm 높이, 바람직하게는 약 0.075 mm 높이를 가질 수 있고, 그러나 0.25 mm만큼 클 수 있다. 다른 패턴은 분리기 층의 양면에 리브를 포함할 수 있는데, 분리기의 제2측면 또는 후면에 네거티브 미니-리브(미니-리브는 분리기의 다른 면에 있는 메이저 리브와 비교하여 교차-방향 대비 동일 방향으로 연장됨)를 가질 수 있다. 이러한 네거티브 미니-리브는 일부 예에서 약 0.025 mm 내지 약 0.25 mm 높이, 바람직하게는 약 0.050 mm 내지 약 0.125 mm 높이를 가질 수 있다.
리브는 특정의 바람직한 실시형태에서 톱니형일 수 있다. 톱니는 약 0.05 mm 내지 약 1 mm의 평균 팁 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 팁 길이는 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 약 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 약 0.1 mm 이하일 수 있다.
톱니는 약 0.05 mm 내지 약 1 mm의 평균 베이스 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 베이스 길이는 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 약 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 약 0.1 mm 이하일 수 있다.
톱니가 존재할 경우, 톱니는 약 0.05 mm 내지 약 4 mm의 평균 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 높이는 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 약 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 약 0.1 mm 이하일 수 있다. 톱니 높이가 리브 높이와 동일한 실시형태의 경우, 톱니형 리브는 돌기로도 언급될 수 있다. 이러한 범위는 분리기의 전체 두께가 통상적으로 약 1 mm 내지 약 4 mm일 수 있는 산업용 견인-형태 스타트/스톱 전지 뿐만 아니라, 분리기의 전체 두께가 더 작을 수 있는(예를 들어, 통상적으로 약 0.3 mm 내지 약 1 mm) 자동차 스타트/스톱 전지용 분리기에 적용될 수 있다.
톱니는 약 0.1 mm 내지 약 50 mm의 평균 중심-대-중심 피치(pitch)를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 중심-대-중심 피치는 약 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.25 mm 또는 약 1.5 mm 이상; 및/또는 약 1.5 mm, 1.25 mm, 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm 또는 약 0.2 mm 이하일 수 있다.
톱니는 약 0.1:1 내지 약 500:1의 평균 높이 대 베이스 폭 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 높이 대 베이스 폭 비율은 약 0.1:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1 또는 450:1 이상; 및/또는 약 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1 또는 25:1 이하일 수 있다.
톱니는 약 1000:1 내지 약 0.1:1의 평균 베이스 폭 대 팁 폭 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 베이스 폭 대 팁 폭 비율은 약 0.1:1, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750:1, 800:1, 850:1, 900:1 또는 950:1 이상; 및/또는 약 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 또는 1:1 이하일 수 있다.
일부 실시형태에서, 분리기는 딤플형일 수 있다. 딤플은 통상적으로 분리기의 하나 이상의 표면에 있는 돌기-형태 지물(feature) 또는 너브(nub)이다. 딤플의 두께는 분리기의 1-99% 두께일 수 있다. 예를 들어, 딤플의 평균 두께는 분리기 두께의 약 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5% 미만일 수 있다. 딤플은 분리기를 따라 행으로 배치될 수 있다. 행 또는 줄은 약 1 ㎛ 내지 약 10 mm 간격으로 이격될 수 있다. 예를 들어, 행 간격은 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm, 1.8 mm, 2.0 mm, 2.25 mm, 2.5 mm, 2.75 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm 또는 10 mm일 수 있다. 반대로, 딤플은 무작위 어레이 또는 무작위 방식으로 배치될 수 있다.
딤플은 약 0.05 mm 내지 약 1 mm의 평균 딤플 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 딤플 길이는 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 0.1 mm 이하일 수 있다.
딤플은 약 0.01 mm 내지 약 1.0 mm의 평균 딤플 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 딤플 폭은 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 0.1 mm 이하일 수 있다.
딤플은 약 0.10 mm 내지 약 50 mm의 평균 중심-대-중심 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 중심-대-중심 피치는 약 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.25 mm 또는 1.5 mm 이상; 및/또는 약 1.5 mm, 1.25 mm, 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm 또는 0.2 mm 이하일 수 있다.
딤플은 사각형 형상, 예를 들어 정사각형 및 직사각형일 수 있다. 딤플은 약 0.1:1 내지 약 100:1의 평균 딤플 길이 대 딤플 폭 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 길이 대 베이스 폭 비율은 약 0.1:1, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 450:1, 500:1, 550:1, 600:1, 650:1, 700:1, 750:1, 800:1, 850:1, 900:1 또는 950:1 이상; 및/또는 약 1000:1, 950:1, 900:1, 850:1, 800:1, 750:1, 700:1, 650:1, 600:1, 550:1, 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 25:1, 20:1, 15:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 또는 1:1 이하일 수 있다.
일부 실시형태에서, 딤플은 실질적으로 원형일 수 있다. 원형 딤플은 약 0.05 내지 약 1.0 mm의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 딤플 직경은 약 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm 또는 0.9 mm 이상; 및/또는 약 1.0 mm, 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 0.1 mm 이하일 수 있다.
딤플의 다양한 다른 형상이 또한 포함될 수 있다. 예를 들어, 이러한 딤플은 삼각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 계란형, 타원형 및 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시형태에서, 분리기는 리브, 톱니, 딤플 또는 이들의 조합의 조합을 특징으로 한다. 예를 들어, 분리기는 분리기를 따라 상부에서 하부로 연장되는 일련의 톱니형 리브, 및 분리기를 따라 수평으로 연장되는 두 번째 일련의 톱니형 리브를 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 분리기는 톱니형 리브, 딤플, 연속적, 단속적, 또는 브로크 솔리드 리브, 또는 이들의 조합의 교대 배열을 가질 수 있다.
* 멤브레인 조성
특정 실시형태에서, 개선된 분리기는 분리기 단독 또는 섬유질 매트와 함께, 특히 납축전지 분리기로서 사용될 수 있는 다공성 멤브레인을 포함할 수 있고, 분리기는 천연 또는 합성 베이스 재료; 가공 가소제; 충전제; 경화 또는 가교되거나, 미-경화 또는 미-가교될 수 있는 하나 이상의 천연 또는 합성 고무 및/또는 라텍스; 계면활성제, 산화방지제 및/또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 다른 첨가제 및/또는 코팅; 및 이들의 임의 조합으로 제조될 수 있다.
* 베이스 재료
특정 실시형태에서, 예시적인 천연 또는 합성 베이스 재료는 중합체; 열가소성 중합체; 페놀 수지; 천연 또는 합성 고무; 합성 목재 펄프; 리그닌; 유리 섬유; 합성 섬유; 셀룰로오스 섬유; 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정의 바람직한 실시형태에서, 예시적인 분리기는 열가소성 중합체로 제작된 다공성 멤브레인일 수 있다. 예시적인 열가소성 중합체는 원칙적으로 납축전지에 사용되기에 적합한 모든 내산성 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 특정의 바람직한 실시형태에서, 예시적인 열가소성 중합체는 폴리비닐 및 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 폴리비닐은 예를 들어 폴리염화비닐("PVC")을 포함할 수 있다. 특정의 바람직한 실시형태에서, 폴리올레핀은 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 바람직하게는 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 예시적인 천연 또는 합성 고무는 예를 들어 라텍스, 미-경화 또는 미-가교 고무, 가교 또는 경화 고무, 크럼(crumb) 또는 분쇄(ground) 고무 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
* 폴리올레핀
특정 실시형태에서, 다공성 멤브레인층은 바람직하게는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 고분자량 폴리에틸렌("HMWPE")이다(예를 들어, 적어도 600,000의 분자량을 갖는 폴리에틸렌). 더욱 바람직하게는, 폴리에틸렌은 초-고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")이다. 예시적인 UHMWPE는 점도계로 측정되고 Margolie의 식으로 계산된 것으로, 적어도 약 1,000,000, 특히 약 4,000,000 초과, 가장 바람직하게는 대략 5,000,000 내지 대략 8,000,000의 분자량을 가질 수 있다. 또한, 예시적인 UHMWPE는 2,160 g의 표준 하중(load)을 이용하여 ASTM D 1238(조건 E)에 명시된 바와 같이 측정된 실질적으로 영(0)의 표준 하중 용융 지수(melt index)를 가질 수 있다. 또한, 예시적인 UHMWPE는 130℃에서 100 g의 데칼린(decalin) 중 0.02 g의 폴리올레핀의 용액에서 측정된 약 600 ml/g 이상, 바람직하게는 약 1,000 ml/g 이상, 더욱 바람직하게는 대략 2,000 ml/g 이상, 가장 바람직하게는 대략 3,000 ml/g 이상의 점성도수(viscosity number)를 가질 수 있다.
* 고무
여기서 개시되는 새로운 다공성 멤브레인 및/또는 섬유질 매트는 라텍스 및/또는 고무를 함유할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, 고무는 고무, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무, 미-경화 또는 미-가교 고무, 가교 또는 경화 고무, 크럼 또는 분쇄 고무, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 혼합물 또는 조합을 기술할 것이다. 예시적인 천연 고무는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능한 폴리이소프렌의 하나 이상의 블렌드(blend)를 포함할 수 있다. 예시적인 합성 고무는 메틸 고무, 폴리부타디엔, 클로로펜 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로르히드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노보넨 고무, 아크릴레이트 고무, 불소 고무 및 실리콘 고무 그리고 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무("EPM" 및 "EPDM") 및 에틸렌/비닐아세테이트 고무와 같은 공중합체 고무를 포함한다. 고무는 가교 고무 또는 미-가교 고무일 수 있고; 특정의 바람직한 실시형태에서, 고무는 미-가교 고무이다. 특정 실시형태에서, 고무는 가교 및 미-가교 고무의 블렌드일 수 있다.
* 가소제
다공성 멤브레인의 특정 실시형태에서, 예시적인 가공 가소제는 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 통상적으로, 예시적인 실시형태는 가소제를 이용하면서 베이스 재료를 압출하여 멤브레인, 시트 또는 웹을 형성한다. 다공성 멤브레인의 형성 후에, 가소제는 추출되어 소량의 잔류 오일과 같은 잔류 가소제가 남는다.
* 충전제
분리기는 높은 구조적 모폴로지(morphology)를 갖는 충전제를 함유할 수 있다. 예시적인 충전제는 실리카, 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 고-파쇄성 실리카; 알루미나; 탈크; 어분(fish meal); 어골분(fish bone meal); 탄소; 카본 블랙; 및 이와 유사한 것, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정의 바람직한 실시형태에서, 충전제는 하나 이상의 실리카이다. 높은 구조적 모폴로지는 증가된 표면적을 의미한다. 충전제는 예를 들어 약 100 ㎡/g, 110 ㎡/g, 120 ㎡/g, 130 ㎡/g, 140 ㎡/g, 150 ㎡/g, 160 ㎡/g, 170 ㎡/g, 180 ㎡/g, 190 ㎡/g, 200 ㎡/g, 210 ㎡/g, 220 ㎡/g, 230 ㎡/g, 240 ㎡/g 또는 250 ㎡/g 초과의 고-표면적을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 충전제(예를 들어, 실리카)는 약 100 내지 약 300 ㎡/g, 약 125 내지 약 275 ㎡/g, 약 150 내지 약 250 ㎡/g, 또는 바람직하게는 약 170 내지 약 220 ㎡/g의 표면적을 가질 수 있다. 표면적은 멀티포인트(multipoint) BET 질소 표면적에 대해 TriStar 3000TM을 이용하여 측정될 수 있다. 높은 구조적 모폴로지는 제조 공정 중에 충전제가 더 많은 오일을 보유하도록 허용한다. 예를 들어, 높은 구조적 모폴로지를 갖는 충전제는 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 고-레벨의 흡유량(oil absorption)을 갖는다. 일부 실시형태에서, 충전제(예를 들어, 실리카)는 약 200 ml/100 g 내지 약 500 ml/100 g, 약 200 ml/100 g 내지 약 400 ml/100 g, 약 225 ml/100 g 내지 약 375 ml/100 g, 약 225 ml/100 g 내지 약 350 ml/100 g, 약 225 ml/100 g 내지 약 325 ml/100 g, 바람직하게는 약 250 ml/100 g 내지 300 ml/100 g의 흡유량을 가질 수 있다. 일부 예에서, 대략 266 ml/100 g의 흡유량을 갖는 실리카 충전제가 사용된다. 이러한 실리카 충전제는 대략 5.1%의 함수율, 대략 178 ㎡/g의 BET 표면적, 약 23 ㎛의 평균 입자 크기, 대략 0.1%의 체 잔량(sieve residue) 230 메시 값, 및 약 135 g/L의 벌크(bulk) 밀도를 갖는다.
상대적으로 고-레벨의 흡유량 및 상대적으로 고-레벨의 가소제(예를 들어, 미네랄 오일) 친화성을 갖는 실리카는 여기서 나타낸 형태의 예시적인 납축전지 분리기를 형성할 때 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌) 및 가소제의 혼합물에서 바람직하게는 분산 가능해진다. 종래에, 일부 분리기는 대량의 실리카가 이러한 분리기 또는 멤브레인을 만드는데 사용될 때 실리카 응집에 의해 유발된 분산성 저하의 손상을 겪었다. 여기서 나타나고 기술되는 적어도 특정의 본 발명의 분리기에서, 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀은 시시-케밥(shish-kebab) 구조를 형성하는데, 용융된 폴리올레핀을 냉각할 때에 폴리올레핀의 분자 운동을 억제하는 실리카 응집 또는 뭉침이 적기 때문이다. 이 모든 것은 얻어진 분리기 멤브레인을 통한 이온 투과성 개선에 기여하고, 시시-케밥 구조 또는 모폴로지의 형성은 기계적 강도가 유지되거나 심지어 개선되면서 낮은 전체 ER의 분리기가 제조되는 것을 의미한다.
일부 선택된 실시형태에서, 충전제(예를 들어, 실리카)는 약 25 ㎛ 이하, 일부 예에서 약 22 ㎛, 20 ㎛, 18 ㎛, 15 ㎛ 또는 10 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는다. 일부 예에서, 충전제 입자의 평균 입자 크기는 약 15 ㎛ 내지 약 25 ㎛이다. 실리카 충전제의 입자 크기 및/또는 실리카 충전제의 표면적은 실리카 충전제의 흡유량에 기여한다. 최종 제품 또는 분리기에서 실리카 입자는 상술한 크기 내에 있을 수 있다. 그러나, 원료로서 사용되는 초기 실리카는 하나 이상의 응집체 및/또는 집합체일 수 있고, 대략 200 ㎛ 이상의 크기를 가질 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 분리기를 제조하는데 사용되는 실리카는 이전에 납축전지 분리기를 제조하는데 사용된 실리카 충전제와 비교하여 증가된 양의 또는 다수의 실라놀 기(표면 히드록실 기)를 갖는다. 예를 들어, 여기서 특정의 바람직한 실시형태에 사용될 수 있는 실리카 충전제는, 공지의 폴리올레핀 납축전지 분리기를 제조하는데 사용된 공지의 실리카 충전제와 비교하여, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30% 또는 적어도 약 35% 이상의 실라놀 및/또는 히드록실 표면 기를 갖는 실리카 충전제일 수 있다.
실라놀 기(Si-OH) 대 원소 실리콘(Si)의 비율(즉, (Si-OH)/Si)는 예를 들어 다음과 같이 측정될 수 있다.
1. 폴리올레핀 다공성 멤브레인(특정의 본 발명의 멤브레인은 본 발명에 따른 특정의 다양한 흡유성 실리카를 함유한다)을 동결-파쇄(freeze-crush)하고, 고체-상태 핵 자기 공명 분광법(29Si-NMR)을 위한 분말형 샘플을 제조한다.
2. 분말형 샘플에 대해 29Si-NMR을 수행하고, 히드록실 기에 직접 결합하는 Si 스펙트럼(spectrum) 강도(스펙트럼: Q2 및 Q3) 및 산소 원자에만 오직 직접 결합하는 Si 스펙트럼 강도(스펙트럼: Q4)를 포함하는 스펙트럼을 관측하며, 각 NMR 피크 스펙트럼의 분자 구조는 다음과 같이 기술될 수 있다:
* Q2: (SiO)2 - Si* - (OH)2: 2개의 히드록실 기를 가짐
* Q3: (SiO)3 - Si* - (OH): 1개의 히드록실 기를 가짐
* Q4: (SiO)4 - Si*: 모든 Si 결합은 SiO
여기서 Si*는 NMR 관측에 의해 입증된 원소이다.
3. 관측에 사용된 29Si-NMR의 조건은 다음과 같다:
* 장비: Bruker BioSpin Avance 500
* 공명 주파수: 99.36 MHz
* 샘플 양: 250 mg
* NMR 튜브: 7 mφ
* 관측 방법: DD/MAS
* 펄스 폭(Pulse Width): 45°
* 반복 시간: 100초
* 스캔(Scans): 800
* 매직 앵글 스피닝(Magic Angle Spinning): 5,000 Hz
* 화학적 변위 표준(Chemical Shift Reference): -22.43 ppm로서 실리콘 고무
4. 수치적으로, 스펙트럼의 피크를 분리하고, Q2, Q3 및 Q4에 속하는 각 피크의 면적 비율을 계산한다. 그 후에, 이 비율에 근거하여, Si에 직접 결합하는 히드록실 기(-OH)의 몰 비율을 계산한다. 수치 피크 분리의 조건은 다음의 방식으로 수행된다:
* 피팅 영역(Fitting region): -80 내지 -130 ppm
* 초기 피크 최대(peak top): 각각 Q2의 경우 -93 ppm, Q3의 경우 -101 ppm, Q4의 경우 -111 ppm.
* 초기 반치폭(full width half maximum): 각각 Q2의 경우 400 Hz, Q3의 경우 350 Hz, Q4의 경우 450 Hz.
* 가우시안 함수 비율(Gaussian function ratio): 초기에 80% 및 피팅 중에 70 내지 100%.
5. Q2, Q3 및 Q4의 피크 면적 비율(전체는 100)은 피팅에 의해 얻어지는 각 피크를 기준으로 계산된다. NMR 피크 면적은 각 실리케이트 결합 구조의 분자 수에 대응하였다(따라서, Q4 NMR 피크의 경우, 4개의 Si-O-Si 결합이 그 실리케이트 구조 내에 존재하고, Q3 NMR 피크의 경우, 3개의 Si-O-Si 결합이 그 실리케이트 구조 내에 존재하면서 1개의 Si-OH 결합이 존재하며, Q2 NMR 피크의 경우, 2개의 Si-O-Si 결합이 그 실리케이트 구조 내에 존재하면서 2개의 Si-OH 결합이 존재한다). 따라서 Q2, Q3 및 Q4의 히드록실 기(-OH)의 각 수는 각각 둘(2), 하나(1) 및 영(0)을 곱한다. 이들 3개의 결과는 합산된다. 합산된 값은 Si에 직접 결합하는 히드록실 기(-OH)의 몰 비율을 나타낸다.
특정 실시형태에서, 실리카는 29Si-NMR에 의해 측정된 OH 대 Si 기의 분자 비율(즉, OH/Si)을 가질 수 있고, 이는 대략 21:100 내지 35:100, 일부 바람직한 실시형태에서 대략 23:100 내지 대략 31:100, 특정의 바람직한 실시형태에서 대략 25:100 내지 대략 29:100, 다른 바람직한 실시형태에서 적어도 대략 27:100 이상의 범위 내에 있을 수 있다.
일부 선택된 실시형태에서, 상술한 충전제의 사용은 압출 단계 중에 큰 비율의 가공 오일의 사용을 허용한다. 압출 후 오일의 제거에 의해, 부분적으로, 분리기에서 다공성 구조가 형성됨에 따라, 오일의 높은 초기 흡유량은 높은 공극률 또는 높은 보이드 부피를 유도한다. 가공 오일은 압출 단계의 필수 성분이지만, 오일은 분리기의 비-전도성 성분이다. 분리기에서의 잔류 오일은 양극과 접촉할 때 산화로부터 분리기를 보호한다. 가공 단계에서 오일의 정밀한 양은 통상적인 분리기의 제조에서 제어될 수 있다. 일반적으로 말하면, 통상적인 분리기는 약 50% 내지 약 70% 가공 오일, 일부 실시형태에서는 약 55% 내지 약 65%, 일부 실시형태에서는 약 60% 내지 약 65%, 일부 실시형태에서는 약 62% 가공 오일을 이용하여 제조된다. 백분율은 다른 베이스 재료(예를 들어, 중합체, 충전제 등)의 중량을 기준으로 하는 중량%이다. 오일을 약 59% 미만으로 감소시키는 것은 압출기 부품에 대한 마찰 증가로 인해 버닝(burning)을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 규정된 양을 훨씬 초과하여 오일을 증가시키는 것은 건조 단계 중에 수축을 유발하여 치수 불안정성을 초래할 수 있다. 오일 함량을 증가시킨 이전 시도는 오일 제거 중에 기공 수축 또는 응축을 유발하였지만, 여기서 개시된 바와 같이 제조된 분리기는 오일 제거 중에, 만약에 있을 경우라도, 최소의 수축 및 응축을 나타낸다. 따라서, 공극률은 기공 크기 및 치수 안정성의 절충 없이 증가함으로써 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
특정의 선택된 실시형태에서, 상술한 충전제의 사용은 완성된 분리기에서 최종 오일 농도 감소를 허용한다. 오일은 부도체이기 때문에, 오일 함량 감소는 분리기의 이온 전도도를 증가시키고 분리기의 전기 저항("ER")을 낮추는데 도움을 줄 수 있다. 이와 같이, 감소된 최종 또는 잔류 오일 함량을 갖는 분리기는 증가된 효율을 가질 수 있다. 특정의 선택된 실시형태에서, 약 20% 미만, 예를 들어 약 14% 내지 약 20% 사이, 일부 특정 실시형태에서는 대략 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6% 또는 5% 미만의 최종 또는 잔류 가공 오일 함량(중량%)을 갖는 멤브레인이 제공된다.
충전제는 전해질 이온의 소위 수화 구체를 또한 감소시켜, 멤브레인을 가로지르는 이들의 수송을 향상시킴으로써, 강화 침수형 전지와 같은 전지 또는 시스템의 전체 ER을 다시 한번 낮출 수 있다.
충전제 또는 충전제들은 분리기를 가로지르는 전해질 및 이온의 흐름을 용이하게 하는 다양한 물질(예를 들어, 금속과 같은 극성 물질)을 함유할 수 있다. 이렇게 함으로써, 이러한 분리기가 강화 침수형 전지와 같은 침수형 전지에 사용될 때 전체 전기 저항을 또한 감소시킨다.
* 파쇄성(Friability)
특정의 선택된 실시형태에서, 충전제는 알루미나, 탈크, 실리카 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에서, 충전제는 침강 실리카일 수 있고, 그리고 일부 실시형태에서 침강 실리카는 비정질 실리카이다. 일부 실시형태에서, 분리기 전체에 걸쳐 충전제의 미세 분산을 허용하는 실리카의 응집체 및/또는 집합체를 사용함으로써, 비틀림성(tortuosity) 및 전기 저항을 감소시키는 것이 바람직하다. 특정의 바람직한 실시형태에서, 충전제(예를 들어, 실리카)는 고수준의 파쇄성을 특징으로 한다. 좋은 파쇄성은 마이크로다공성 멤브레인의 압출 중에 고분자 전체에 걸쳐 충전제의 분산을 향상시킴으로써, 공극률 및 이에 따라 분리기를 통하는 전체 이온 전도성을 향상시킨다.
파쇄성은 더 작은 크기로 파괴되어 더 분산 가능한 입자, 조각 또는 성분이 되려고 하는 실리카 입자 또는 재료(응집체 또는 집합체)의 능력, 경향 또는 성향으로 측정될 수 있다. 도 30에 나타낸 바와 같이, 새로운 실리카는 표준 실리카보다 더 파쇄성(음파처리 30초 후 및 60초 후에 더 작은 조각으로 파괴됨)이다. 예를 들어, 새로운 실리카는 0초 음파처리에서 24.90 ㎛, 30초에서 5.17 ㎛ 그리고 60초에서 0.49 ㎛의 50% 부피 입경을 가졌다. 따라서, 30초 음파처리에서 50% 이상의 크기(직경) 감소가 있었고, 60초에서는 50% 부피 실리카 입자의 75% 이상의 크기(직경) 감소가 있었다. 따라서, "높은 파쇄성"의 하나의 가능한 바람직한 정의는 30초의 음파처리에서 평균 크기(직경)의 적어도 50% 감소 및 실리카 입자의 60초의 음파처리에서(또는 멤브레인을 형성하는 수지 실리카 믹스의 가공에서) 평균 크기(직경)의 적어도 75% 감소일 수 있다. 적어도 특정 실시형태에서, 더 파쇄성의 실리카를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 파쇄성이고 그 파쇄성에서 2-모드(bi-modal) 또는 3-모드와 같이 다-모드인 실리카를 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 도 30을 참고하면, 표준 실리카는 파쇄성 또는 입자 크기 분포에서 단일 모드로 나타나지만, 새로운 실리카는 더 파쇄성이고 30초 음파처리에서 2-모드(2개 피크) 그리고 60초 음파처리에서 3-모드(3개 피크)인 것으로 나타난다. 이러한 파쇄성 및 다-모드 입자 크기 실리카 또는 실리카들은 향상된 멤브레인 및 분리기 특성을 제공할 수 있다.
상기 특징들 중 하나 이상을 갖는 충전제의 사용은 높은 최종 공극률을 갖는 분리기의 제조를 가능하게 한다. 여기서 개시된 분리기는 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69% 또는 70% 초과의 최종 공극률을 가질 수 있다. 공극률은 기체 흡착 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 공극률은 BS-TE-2060로 측정될 수 있다.
일부 선택된 실시형태에서, 다공성 분리기는 1 ㎛, 0.9 ㎛, 0.8 ㎛, 0.7 ㎛, 0.6 ㎛, 0.5 ㎛ 또는 0.1 ㎛ 이하의 평균 기공 크기를 유지하면서 더 큰 비율의 더 큰 기공을 가질 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 분리기는 가공 오일 및 충전제뿐만 아니라 원하는 첨가제와 혼합된 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")과 같은 폴리에틸렌으로 제조된다. 적어도 하나의 다른 실시형태에 따르면, 분리기는 가공 오일 및 탈크와 혼합된 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")으로 제조된다. 적어도 하나의 다른 실시형태에 따르면, 분리기는 가공 오일 및 실리카, 예를 들어 침강 실리카, 예를 들어 비정질 침강 실리카와 혼합된 UHMWPE로 제조된다. 첨가제는 상술한 기술 중 하나 이상을 통해 분리기에 적용될 수 있다.
전기 저항 감소 및 저온 시동 전류 증가 이외에, 또한 바람직한 분리기는 다른 이점을 갖도록 설계된다. 조립과 관련하여, 분리기는 가공 설비를 더 쉽게 통과하고, 이에 따라 더 효율적으로 제조된다. 고속 조립 중에 및 이후 사용 중에 단락을 방지하기 위해, 분리기는 표준 PE 분리기와 비교할 때 우수한 천공(puncture) 강도 및 내산화성을 갖는다. 감소된 전기 저항 및 증가된 저온 시동 전류를 조합함으로써, 전지 제조사는 이 새로운 분리기를 갖는 전지에서 개선된 및 지속적인 전기 성능을 발견할 수 있을 것 같다.
* 첨가제/계면활성제
특정 실시형태에서, 예시적인 분리기는 분리기 또는 다공성 멤브레인에 첨가되는 하나 이상의 성능-향상 첨가제를 함유할 수 있다. 성능-향상 첨가제는 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전방지 첨가제, 안티몬 억제용 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화방지제 및/또는 이와 유사한 것, 및 이들의 임의 조합일 수 있다. 특정 실시형태에서, 첨가제 계면활성제는 이온성, 양이온성, 음이온성 또는 비-이온성 계면활성제일 수 있다.
여기서 기술되는 특정 실시형태에서, 감소된 양의 음이온성 또는 비-이온성 계면활성제가 본 발명의 다공성 멤브레인 또는 분리기에 첨가된다. 소량의 계면활성제 때문에, 바람직한 특징은 낮아진 총 유기 탄소("TOC") 및/또는 낮아진 휘발성 유기 화합물("VOC")을 포함할 수 있다.
특정의 적합한 계면활성제는 비-이온성이고, 다른 적합한 계면활성제는 음이온성이다. 첨가제는 단일 계면활성제 또는 2개 이상의 계면활성제, 예를 들어 2개 이상의 음이온성 계면활성제, 2개 이상의 비-이온성 계면활성제, 또는 적어도 하나의 이온성 계면활성제 및 적어도 하나의 비-이온성 계면활성제의 혼합물일 수 있다. 특정의 적합한 계면활성제는 6 미만, 바람직하게는 3 미만의 HLB 값을 가질 수 있다. 여기서 기술되는 본 발명의 분리기와 조합하여 특정의 적합한 계면활성제를 사용함으로써, 납축전지에 사용될 때, 분리기를 심지어 더욱 개선할 수 있고, 납축전지에서 수분 손실을 감소시키며, 안티몬 피독을 감소시키고, 사이클링을 개선하며, 부동 전류를 감소시키고, 부동 전위를 감소시키며, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 임의의 조합을 얻을 수 있다. 적합한 계면활성제는 알킬 설페이트의 염; 알킬아릴설포네이트 염; 알킬페놀-알킬렌 옥사이드 첨가 제품; 비누; 알킬-나프탈렌-설포네이트 염; 음이온성 설포-석시네이트와 같은 하나 이상의 설포-석시네이트; 설포-석시네이트 염의 디알킬 에스테르; 아미노 화합물(1차, 2차, 3차 아민 또는 4차 아민); 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체; 다양한 폴리에틸렌 옥사이드; 및 모노와 디알킬 포스페이트 에스테르의 염과 같은 계면활성제를 포함한다. 첨가제는 폴리올 지방산 에스테르, 폴리에톡시화 에스테르, 폴리에톡시화 알코올, 알킬 폴리글리코시드 및 이의 블렌드와 같은 알킬 다당류, 아민 에톡실레이트, 소르비탄 지방산 에스테르 에톡실레이트, 오르가노실리콘계 계면활성제, 에틸렌 비닐 아세테이트 3량체, 에톡시화 알킬 아릴 포스페이트 에스테르 및 지방산의 수크로오스 에스테르와 같은 비-이온성 계면활성제를 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 첨가제는 화학식 I의 화합물로 표시될 수 있다.
[화학식 I]
R(OR1)n(COOM1/x x+)m
여기서:
* R은 10 내지 4200개, 바람직하게는 13 내지 4200개 탄소 원자를 갖는 선형 또는 비-방향족 탄화수소 라디칼로서, 산소 원자에 의해 단속적일 수 있다;
* R1 = H, -(CH2)kCOOM1/x x+ 또는 -(CH2)k-SO3M1/x x+, 바람직하게는 H이고, 여기서 k = 1 또는　2이다;
* M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온, H+ 또는 NH4 +이고, 여기서 모든 변수 M이 동시에 H+를 갖는 것은 아니다;
* n = 0 또는 1;
* m = 0 또는 10 내지 200의 정수; 및
* x = 1 또는 2.
화학식 I에 따른 화합물에서 산소 원자 대 탄소 원자의 비율은 1:1.5 내지 1:30이고, m 및 n은 동시에 0일 수 없다. 그러나 바람직하게는 변수 m 및 n 중 하나만이 0과 상이하다.
비-방향족 탄화수소 라디칼은 방향족 기를 포함하지 않거나, 스스로 하나를 나타내는 라디칼을 의미한다. 탄화수소 라디칼은 산소 원자에 의해 단속적일 수 있다(즉, 하나 이상의 에테르 기를 포함한다).
R은 바람직하게는 산소 원자에 의해 단속적일 수 있는 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소 라디칼이다. 포화, 비-가교 탄화수소 라디칼이 특히 바람직하다. 그러나 상술한 바와 같이, R은 특정 실시형태에서 방향족 고리를 함유할 수 있다.
전지 분리기의 제조에서 화학식 I에 따른 화합물의 사용을 통해, 이들은 산화적 파괴에 대해 효과적으로 보호될 수 있다.
화학식 I에 따른 화합물을 함유하는 전지 분리기가 바람직한데, 여기서
* R은 10 내지 180개, 바람직하게는 12 내지 75개, 특히 바람직하게는 14 내지 40개 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼로서, 1 내지 60개, 바람직하게는 1 내지 20개, 특히 바람직하게는 1 내지 8개 산소 원자에 의해 단속적일 수 있고, 특히 바람직하게는 화학식 R2-[(OC2H4)p(OC3H6)q]-의 탄화수소 라디칼이며, 여기서:
- R2는 10 내지 30개 탄소 원자, 바람직하게는 12 내지 25개, 특히 바람직하게는 14 내지 20개 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, R2는 선형 또는 방향족 고리를 함유하는 것과 같은 비-선형일 수 있다;
- p는 0 내지 30, 바람직하게는 0 내지 10, 특히 바람직하게는 0 내지 4의 정수이다;
- q는 0 내지 30, 바람직하게는 0 내지 10, 특히 바람직하게는 0 내지 4의 정수이다;
- p 및 q의 합이 0 내지 10, 특히 0 내지 4인 화합물이 특히 바람직하다;
* n = 1; 및
* m = 0.
화학식 R2-[(OC2H4)p(OC3H6)q]-는 꺾쇠 괄호 안의 기의 순서가 나타낸 것과 상이한 화합물을 또한 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 괄호 안의 라디칼이 교대 배치되는 (OC2H4) 및 (OC3H6) 기로 형성되는 화합물이 적합하다.
R2가 10 내지 20개, 바람직하게는 14 내지 18개 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼인 첨가제는 특히 유리한 것으로 입증되었다. OC2H4는 바람직하게는 OCH2CH2를 나타내고, OC3H6은 OCH(CH3)2 및/또는 OCH2CH2CH3을 나타낸다.
바람직한 첨가제로서, 특히 알코올(p = q = 0; m = 0)이 언급될 수 있는데, 1차 알코올이 특히 바람직하고, 지방 알코올 에톡실레이트(p = 1 내지 4, q = 0), 지방 알코올 프로폭실레이트(p = 0; q = 1 내지 4) 및 지방 알코올 알콕실레이트(p = 1 내지 2; q = 1 내지 4), 1차 알코올의 에톡실레이트가 바람직하다. 지방 알코올 알콕실레이트는 예를 들어 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드와 대응 알코올의 반응을 통해 접근 가능하다.
m = 0이고 물 및 황산에서 용해성이지 않거나 용해하기 어려운 타입의 첨가제가 특히 유리한 것으로 입증되었다.
화학식 I에 따른 화합물을 함유하는 첨가제가 또한 바람직한데, 여기서:
* R은 20 내지 4200개, 바람직하게는 50 내지 750개, 특히 바람직하게는 80 내지 225개 탄소 원자를 갖는 알칸 라디칼이다;
* M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온, H+ 또는 NH4 +, 특히 Li+, Na+ 및 K+와 같은 알칼리 금속 이온 또는 H+이고, 여기서 모든 변수 M이 동시에 H+를 갖는 것은 아니다;
* n = 0;
* m은 10 내지 200의 정수이다; 그리고
* x = 1 또는 2.
* 다공성 멤브레인의 제조
일부 실시형태에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 압출기에서 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌, UHMWPE 등), 약 10 중량% 내지 약 75 중량% 충전제(예를 들어, 실리카), 약 10 중량% 내지 약 85 중량% 가공 오일, 및 선택적으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 고무 및/또는 라텍스가 압출기에서 혼합될 수 있다. 예시적인 마이크로다공성 멤브레인은 성분들을 가열된 압출기에 통과시키고, 압출기에 의해 생성된 압출물을 다이를 통해 그리고 2개의 가열된 프레스 또는 캘린더 스택(calender stack) 또는 롤에 의해 형성된 닙(nip)으로 통과시켜 연속적인 웹을 형성함으로써 제조될 수 있다. 웹으로부터 상당량의 가공 오일이 용매의 사용에 의해 추출될 수 있다. 이후 웹은 건조되고 미리 결정된 폭의 레인(lane)으로 슬릿된 후, 롤에 감길 수 있다. 부가적으로, 프레스 또는 캘린더 롤은 다양한 홈 패턴(또는 엠보싱 롤이 상승된 요소를 가질 수 있음)으로 인그레이빙되어(engraved) 여기서 실질적으로 기술되는 리브, 홈, 텍스처드 영역, 엠보스먼트 및/또는 이와 유사한 것을 부여할 수 있다. 고무, 충전제, 오일 및 중합체의 양은 작업성 및 전기 저항, 평량, 천공 저항, 굽힘 강성, 내산화성, 공극률, 물리적 강도, 비틀림성 등과 같은 원하는 분리기 특성을 위해 모두 균형 잡힌다(balanced).
압출기에 첨가되는 성분들과 함께, 특정 실시형태는 압출 후 다공성 멤브레인에 고무를 조합한다. 예를 들어, 고무는 일면 또는 양면에, 바람직하게는 음극과 마주보는 면에, 고무 및/또는 라텍스, 선택적으로 실리카 및 물로 구성되는 액체 슬러리로 코팅된 후 건조될 수 있어서, 이 재료의 필름이 예시적인 다공성 멤브레인의 표면 상에 형성된다. 이 층의 더 나은 습윤성을 위해, 습윤제가 납축전지용 슬러리에 첨가될 수 있다. 특정 실시형태에서, 슬러리는 또한 여기서 기술되는 바와 같은 하나 이상의 성능-향상 첨가제를 함유할 수 있다. 건조 후에, 다공성 층 및/또는 필름은 분리기의 표면 상에 형성되어, 다공성 멤브레인에 매우 잘 부착되고 전기 저항을 근소하게만 증가시킨다. 고무가 첨가된 후에, 기계 프레스 또는 캘린더 스택 또는 롤을 이용하여 추가로 압축될 수 있다. 고무 및/또는 라텍스를 적용하는 다른 가능한 방법은 고무 및/또는 라텍스 슬러리를 딥 코팅, 롤러 코팅, 스프레이 코팅, 또는 커튼 코팅, 또는 이들의 조합에 의해 분리기의 하나 이상의 표면에 적용하는 것이다. 이들 공정은 가공 오일이 추출되기 전에 또는 후에, 또는 레인으로 슬릿되기 전에 또는 후에 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 함침 및 건조에 의해 멤브레인 상에 고무를 증착하는 것을 포함한다.
* 성능 향상 첨가제를 이용한 제조
특정 실시형태에서, 계면활성제, 습윤제, 착색제, 대전방지 첨가제, 산화방지제, 및/또는 이와 유사한 것, 및 이들의 임의 조합과 같은 성능 향상 첨가제 또는 물질이 또한 압출기 내에서 다른 성분들과 함께 혼합될 수 있다. 본 발명에 따른 다공성 멤브레인은 이후 시트 또는 웹의 형상으로 압출되고, 상술한 바와 같은 실질적으로 동일한 방식으로 완성될 수 있다.
특정 실시형태에서, 압출기로 첨가함과 함께 또는 대안적으로, 첨가제 또는 첨가제들은 예를 들어 분리기 다공성 멤브레인이 완성될 때 상기 멤브레인에 적용될 수 있다(예를 들어, 대부분의 가공 오일을 추출한 후에, 그리고 고무의 도입 전에 또는 후에). 특정의 바람직한 실시형태에 따르면, 첨가제 또는 첨가제의 용액(예를 들어, 수용액)은 분리기의 하나 이상의 표면에 적용된다. 이 변형예는 비-열안정성 첨가제 및 가공 오일의 추출에 사용되는 용매에 용해성인 첨가제의 적용에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 첨가제용 용매로서 특히 적합한 것은 메탄올 및 에탄올뿐만 아니라, 이들 알코올 및 물의 혼합물과 같은 저-분자량 알코올이다. 적용은 분리기의 음극과 마주보는 면, 양극과 마주보는 면 또는 양면에서 수행될 수 있다. 또한, 적용은 용매 욕조에 있는 동안에 기공 형성제(예를 들어, 가공 오일)의 추출 중에 수행될 수 있다. 특정의 선택된 실시형태에서, 표면활성제 코팅과 같은 성능-향상 첨가제 또는 분리기가 제조되기 전에 압출기에 첨가된 성능-향상 첨가제(또는 양쪽 모두)의 일부는 전지 시스템에서 안티몬과 조합될 수 있어서, 이를 불활성화시킬 수 있고 및/또는 이와의 화합물을 형성할 수 있으며 및/또는 전지의 머드 레스트(mud rest)로 이를 떨어뜨릴 수 있고 및/또는 이것이 음극에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 계면활성제 또는 첨가제는 또한 전해질, 유리 매트, 전지 케이스, 페이스팅 종이, 페이스팅 매트, 및/또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 조합에 첨가될 수 있다.
특정의 예시적인 실시형태에서, 첨가제(예를 들어, 이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비-이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 또는 이들의 조합)는 적어도 약 0.5 g/㎡, 1.0 g/㎡, 1.5 g/㎡, 2.0 g/㎡, 2.5 g/㎡, 3.0 g/㎡, 3.5 g/㎡, 4.0 g/㎡, 4.5 g/㎡, 5.0 g/㎡, 5.5 g/㎡, 6.0 g/㎡, 6.5 g/㎡, 7.0 g/㎡, 7.5 g/㎡, 8.0 g/㎡, 8.5 g/㎡, 9.0 g/㎡, 9.5 g/㎡ 또는 10.0 g/㎡ 또는 심지어 약 25.0 g/㎡까지의 표면적 밀도(즉, 분리기 표면적 당 그램) 또는 애드-온 레벨(add-on level)로 존재할 수 있다. 첨가제는 약 0.5 g/㎡ 내지 약 15 g/㎡, 약 0.5 g/㎡ 내지 약 10 g/㎡, 약 1.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 1.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 2.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 2.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 3.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 3.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 4.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 4.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 5.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 6.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 6.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 7.0 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 7.5 g/㎡ 내지 약 10.0 g/㎡, 약 4.5 g/㎡ 내지 약 7.5 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 10.5 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 11.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 12.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 15.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 16.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 17.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 18.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 19.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 20.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 21.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 22.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 23.0 g/㎡, 약 5.0 g/㎡ 내지 약 24.0 g/㎡ 또는 5.0 g/㎡ 내지 약 25.0 g/㎡ 사이의 표면적 밀도 또는 애드-온 레벨로 분리기 상에 존재할 수 있다.
또한, 적용은 첨가제 또는 첨가제의 용액에 전지 분리기를 담그고(용매 욕조 첨가) 필요할 경우 용매를 제거함으로써(예를 들어 건조함으로써) 수행될 수 있다. 이런 식으로 첨가제의 적용은 예를 들어 멤브레인 제조 중에 흔히 적용되는 추출과 조합될 수 있다. 다른 바람직한 방법은 표면에 첨가제를 분무하거나, 분리기의 표면 상에 하나 이상의 첨가제를 딥(dip) 코팅, 롤러 코팅, 또는 커튼 코팅하는 것이다.
여기서 기술되는 특정 실시형태에서, 감소된 양의 이온성, 양이온성, 음이온성 또는 비-이온성 계면활성제가 본 발명의 분리기에 첨가된다. 이러한 예에서, 바람직한 특징은 (소량의 계면활성제 때문에) 낮아진 총 유기 탄소 및/또는 낮아진 휘발성 유기 화합물을 포함할 수 있고, 이러한 실시형태에 따른 바람직한 본 발명의 분리기를 제조할 수 있다.
* 용도
여기서 기술되는 예시적인 분리기는 다양한 예시적인 전지에 사용될 수 있다. 이러한 전지는 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지, 평판 전지, 관형 전지, 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 딥-사이클 납축전지, 및/또는 부분 충전 상태에서 작동하는 전지와 같은 임의의 납축전지일 수 있다. 이러한 전지는 차량, 태양과 풍력 에너지 수집 및 다른 재생 및/또는 대체 에너지원에 사용되는 것과 같은 대체 에너지 수집 및 저장, 인버터, 무정전 전원공급기("UPS") 장치, 및/또는 이와 유사한 것과 같은 다양한 예시적인 용도에 사용될 수 있다. 여기서 기술되는 예시적인 차량은 특히 제한되지 않지만, 적어도 여기서 기술되는 하나 이상의 분리기 또는 전지를 구비하는 차량이다. 바람직한 실시형태에서, 예시적인 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 모터사이클, 지게차, 골프 카트, 휠체어, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량, 하이브리드 차량, 하이브리드-전기 차량, 마이크로-HEV, 전기 차량, 전기-인력거, 전기-세발자전거, 전기-자전거, 해양 선박, 또는 임의이 다른 모터 달린 차량일 수 있다. 본 발명 분리기의 바람직한 실시형태가 사용될 수 있는 예시적인 전지는: 평판 전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지("EFB"), 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 딥-사이클 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동-점등-점화("SLI") 차량 전지, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 모터사이클 전지, 전-지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드-전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기-인력거 전지, 전기-세발자전거 전지, 전기-자전거 전지, 휠체어 전지, 해양 선박 전지, 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 전지는 부분 충전 상태에서 작동할 장치에 사용된다. 예를 들어, 전지는 정상적인 매일 조건 하에(즉, 남용이 아니라, 정상적인 사용 상태에서) 부분 충전 상태에서 작동할 장치에 사용된다.
* 방법
여기서 기술되는 방법은 특히 제한되지 않는다. 상기 방법은 납축전지, 침수형 납축전지, 또는 남용이 아니라 정상적인 작동 상태에서 부분 충전 상태에서 작동하거나 작동하는 것으로 의도되는 침수형 납축전지에서 산 변위를 방지하는 방법일 수 있다. 상기 방법은 납축전지에서 여기서 기술되는 전극 어레이를 제공하는 방법일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태가 본 발명의 다양한 목적을 충족하도록 기술되었다. 이들 실시형태는 단지 본 발명의 원리를 예시한 것으로 인식하여야 한다. 수많은 변경 및 적응은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 이 분야의 기술자에게 아주 명백할 것이다.
* 결론
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 전극에서 산 고갈(starvation)을 감소 또는 완화할 수 있고; 산 층화를 감소 또는 완화할 수 있으며; 덴드라이트 성장을 감소 또는 완화할 수 있고; 감소된 전기 저항을 가질 수 있으며; 및/또는 저온 시동 전류를 증가시킬 수 있는 분리기, 특히 침수형 납축전지에 관한 것이다. 또한, 적어도 강화 침수형 납축전지에서 전지 수명의 향상; 산 고갈의 감소 또는 완화; 산 층화의 감소 또는 완화; 덴드라이트 성장의 감소 또는 완화; 산화 영향의 감소; 수분 손실의 감소; 내부 저항의 감소; 습윤성의 증가; 산 확산의 개선; 저온 시동 전류의 개선; 균일성의 개선; 및 이들의 임의 조합을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 개선되고 새로운 리브 설계 및 개선된 분리기 탄성(resiliency)을 포함하는 개선된 강화 침수형 납축전지용 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 증가된 내산화성, 증가된 공극률, 증가된 보이드 부피, 비정질 실리카, 고 흡유성 실리카, 고 실라놀 기 실리카, 21:100 내지 35:100의 OH 대 Si 비율을 갖는 실리카, 시시-케밥 구조 또는 모폴리지, 입자상 충전제를 멤브레인의 40 중량% 이상의 양으로 그리고 확대 사슬 결정(시시 형태)과 접힌 사슬 결정(케밥 형태) 및 1 nm 내지 150 nm의 케밥 형태의 평균 반복 주기성을 가진 시시-케밥 형태를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")과 같은 중합체를 함유하는 폴리올레핀 마이크로다공성 멤브레인, 감소된 시트 두께, 감소된 비틀림성, 감소된 두께, 감소된 오일 함량, 증가된 습윤성, 증가된 산 확산, 및/또는 이들과 유사한 것, 및 이들의 임의 조합을 포함하는 개선된 강화 침수형 납축전지용 분리기에 관한 것이다.
특정의 선택된 실시형태의 적어도 제1측면에 따르면, 납축전지 분리기는 중합체 및 충전제를 갖는 다공성 멤브레인을 구비한다. 다공성 멤브레인은 제1표면을 적어도 구비하는데, 이 제1표면은 제1표면으로부터 연장되는 복수의 제1리브를 적어도 갖는다. 복수의 제1리브는 복수의 제1치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기를 구비하는데, 복수의 제1치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기 각각은 서로 인접하여 분리기에 탄성을 제공한다. 이러한 탄성은 NAM 팽윤(swelling)으로부터 발생하는 압력을 받는 동안에 편향(deflecting)에 저항하는 분리기 능력을 의미할 수 있다. 이러한 인접은 하나의 치형, 피크 또는 돌기로부터 다른 것까지 적어도 대략 1.5 mm일 수 있다. 분리기는 베이스 부위로부터 연장되는 복수의 제1치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기를 갖는 연속적 베이스 부위를 추가로 구비할 수 있다.
특정 실시형태에서, 분리기는 베이스 부위로부터 연장되는 복수의 제1치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기를 갖는 연속적 베이스 부위를 구비할 수 있다. 베이스 부위는 치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기의 폭보다 더 넓을 수 있다. 또한, 베이스 부위는 각각의 치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기 사이에서 연속적으로 연장될 수 있다.
적어도 특정의 선택된 실시형태에 따르면, 분리기는 다음 중 하나 이상인 리브를 구비할 수 있다: 솔리드 리브, 이산형 브로큰 리브, 연속적 리브, 불연속적 리브, 불연속적 피크, 불연속적 돌기, 각진 리브, 선형 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 기계 방향으로 연장되는 길이방향 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 교차-기계 방향으로 연장되는 측방향 리브, 실질적으로 분리기의 교차-기계 방향으로 연장되는 횡방향 리브, 치형, 치형상 리브, 톱니, 톱니형 리브, 배틀먼트, 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 사인파형 리브, 연속적 지그-재그-톱니형 패션으로 배치, 브로큰 불연속적 지그-재그-톱니형 패션으로 배치, 홈, 채널, 텍스처드 영역, 엠보스먼트, 딤플, 칼럼, 미니 칼럼, 다공성, 비-다공성, 미니 리브, 크로스-미니 리브, 및 이들의 조합.
복수의 제1리브 중 적어도 일부는 분리기의 모서리에 대해 평행하지 않거나 직교하지 않을 수 있는 각도로 특정될 수 있다. 또한, 각도는 다공성 멤브레인의 기계 방향에 대한 각도로서 특정될 수 있고, 각도는 다음 중 하나일 수 있다: 0도(0°) 초과 및 180도(180°) 미만, 그리고 180도(180°) 초과 및 360도(360°) 미만의 사이. 개시된 실시형태의 특정 측면에서, 각도는 복수의 리브에 걸쳐 변할 수 있다.
본 발명의 특정의 선택된 측면에서, 복수의 제1리브는 대략 1.5 mm 내지 대략 10 mm의 교차-기계 방향 간격 피치를 가질 수 있고, 복수의 치형 또는 불연속적 피크 또는 돌기는 대략 1.5 mm 내지 대략 10 mm의 기계 방향 간격 피치를 가질 수 있다.
특정의 선택된 실시형태에서, 분리기는 다공성 멤브레인의 제2표면으로부터 연장되는 복수의 제2리브를 구비할 수 있다. 복수의 제2리브는 다음 중 하나 이상일 수 있다: 솔리드 리브, 이산형 브로큰 리브, 연속적 리브, 불연속적 리브, 불연속적 피크, 불연속적 돌기, 각진 리브, 선형 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 기계 방향으로 연장되는 길이방향 리브, 실질적으로 다공성 멤브레인의 교차-기계 방향으로 연장되는 측방향 리브, 실질적으로 분리기의 교차-기계 방향으로 연장되는 횡방향 리브, 치형, 치형상 리브, 배틀먼트, 배틀먼트형 리브, 곡선형 리브, 사인파형 리브, 연속적 지그-재그-톱니형 패션으로 배치, 브로큰 불연속적 지그-재그-톱니형 패션으로 배치, 홈, 채널, 텍스처드 영역, 엠보스먼트, 딤플, 칼럼, 미니 칼럼, 다공성, 비-다공성, 미니 리브, 크로스-미니 리브 및 이들의 조합.
복수의 제2리브 중 적어도 일부는 분리기의 모서리에 대해 평행하지 않거나 직교하지 않을 수 있는 각도로 특정될 수 있다. 또한, 각도는 다공성 멤브레인의 기계 방향에 대한 각도로서 특정될 수 있고, 각도는 다음 중 하나일 수 있다: 0도(0°) 초과 및 180도(180°) 미만, 그리고 180도(180°) 초과 및 360도(360°) 미만의 사이. 개시된 실시형태의 특정 측면에서, 각도는 복수의 리브에 걸쳐 변할 수 있다.
복수의 제2리브는 대략 1.5 mm 내지 대략 10 mm의 교차-기계 또는 기계 방향 간격 피치를 갖는다.
제1표면은 납축전지 분리기의 모서리에 인접하게 배치된 복수의 제1리브와 상이한 높이를 갖는 하나 이상의 리브를 구비할 수 있다. 마찬가지로, 제2표면은 납축전지 분리기의 모서리에 인접하게 배치된 복수의 제2리브와 상이한 높이를 갖는 하나 이상의 리브를 구비할 수 있다.
선택된 실시형태에서, 중합체는 다음 중 하나일 수 있다: 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초-고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE"), 페놀 수지, 폴리염화비닐("PVC"), 고무, 합성 목재 펄프("SWP"), 리그닌, 유리 섬유, 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합.
섬유질 매트가 제공될 수 있다. 매트는 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무 및 이들의 조합 중 하나일 수 있고, 부직포, 메시, 플리스 및 이들의 조합일 수 있다.
또한, 분리기는 컷-피스(cut-piece), 리프, 포켓, 슬리브, 랩, 폴드, 엔벨로프 및 하이브리드 엔벨로프일 수 있다.
적어도 특정의 선택된 예시적인 실시형태에 따르면, 분리기는 분리기 편향을 완화하는 탄성 수단을 구비할 수 있다.
적어도 특정의 선택된 실시형태에 따르면, 납축전지는 양극, 및 팽윤된 음극 활성 재료를 갖는 음극을 구비한다. 분리기는 양극 및 음극 사이에 배치되어 있는 적어도 일부의 분리기를 구비한다. 전해질은 적어도 일부의 양극, 적어도 일부의 음극, 및 적어도 일부의 분리기를 실질적으로 잠기게 하도록 제공된다. 적어도 특정의 선택된 실시형태에서, 분리기는 적어도 중합체 및 충전제로 제조된 다공성 멤브레인을 가질 수 있다. 복수의 제1리브는 다공성 멤브레인의 표면으로부터 연장될 수 있다. 리브는 NAM 팽윤의 존재하에 산 고갈을 방지하도록 배치될 수 있다. 납축전지는 다음의 조건 중 하나 이상에서 작동할 수 있다: 이동 중, 정지 중, 예비 전력 용도에서, 사이클링 용도에서, 부분 충전 상태에서, 및 이들의 조합.
리브는 복수의 치형, 또는 불연속적 피크 또는 돌기를 구비할 수 있다. 각 치형, 또는 불연속적 피크 또는 돌기는 복수의 불연속적 피크의 다른 것으로부터 적어도 대략 1.5 mm일 수 있다. 연속적 베이스 부위가 제공될 수 있는데, 복수의 치형, 또는 불연속적 피크 또는 돌기는 이로부터 연장될 수 있다.
특히 전지의 이동 중에, 전지에서 산 혼합을 향상시키도록, 복수의 제1리브가 추가로 제공될 수 있다. 분리기는 전지의 출발 및 정지 모션(motion)과 평행하게 배치될 수 있다. 분리기는 양극, 음극 또는 분리기와 인접한 매트를 구비할 수 있다. 매트는 유리 섬유, 합성 섬유, 실리카, 적어도 하나의 성능 향상 첨가제, 라텍스, 천연 고무, 합성 고무 및 이들의 조합으로 적어도 부분적으로 제조될 수 있다. 매트는 부직포, 직포, 메시, 플리스, 및 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 적어도 특정의 선택된 실시형태에서, 납축전지는 평판 전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지("EFB"), 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 딥-사이클 전지, 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동-점등-점화("SLI") 차량 전지, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 모터사이클 전지, 전-지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드-전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 전기-인력거 전지, 또는 전기-자전거 전지, 또는 이들의 조합일 수 있다.
특정 실시형태에서, 전지는 대략 1% 및 대략 99% 사이의 방전 심도에서 작동할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 최적화된 비틀림성을 갖는 마이크로다공성 분리기가 제공된다. 비틀림성은 기공이 그 길이에 걸쳐 취하는 곡률/턴(turn)의 정도를 의미한다. 따라서, 최적화된 비틀림성을 갖는 마이크로다공성 분리기는 분리기를 통해 이동하는 이온에 짧은 경로를 제공할 것이고, 이에 따라 전기 저항을 감소시킨다. 이러한 실시형태에 따른 마이크로다공성 분리기는 감소된 두께, 증가된 기공 크기, 더욱 상호 연결된 기공, 및/또는 더욱 개방된 기공을 가질 수 있다.
적어도 특정의 선택된 실시형태에 따르면, 증가된 공극률을 갖는 마이크로다공성 분리기, 또는 공극률이 공지된 분리기와 현저하게 상이하지 않은 상이한 기공 구조 및/또는 감소된 두께를 갖는 분리기가 제공된다. 이온은 최적화된 공극률, 최적화된 보이드 부피, 최적화된 비틀림성 및/또는 감소된 두께를 갖는 마이크로다공성 분리기를 통해 더욱 빠르게 이동할 것이고, 이에 따라 전기 저항을 감소시킨다. 이러한 두께 감소는 전지 분리기의 전체 중량을 감소시킬 수 있고, 결국 분리기가 사용되는 강화 침수형 전지의 중량을 감소시키며, 결과적으로 강화 침수형 전지가 사용되는 전체 차량의 중량을 감소시킨다. 대안적으로, 이러한 두께 감소는 분리기가 사용되는 강화 침수형 전지에서 양극 활성 재료("PAM") 또는 음극 활성 재료("NAM")를 위한 공간을 대안적으로 증가시킬 수 있다.
적어도 특정의 선택된 실시형태에 따르면, (물 또는 산에서) 증가된 습윤성을 갖는 마이크로다공성 분리기가 제공된다. 증가된 습윤성을 갖는 분리기는 전해질 이온 종들에 더 접근 가능할 것이고, 이에 따라 분리기를 가로지르는 이들의 이동을 용이하게 하여 전기 저항을 감소시킨다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 감소된 최종 오일 함량을 갖는 마이크로다공성 분리기가 제공된다. 또한, 이러한 마이크로다공성 분리기는 강화 침수형 전지 또는 시스템에서 ER(전기 저항)을 용이하게 감소시킬 것이다.
분리기는 증가된 파쇄성을 갖는 개선된 충전제를 함유할 수 있어서, 공극률, 기공 크기, 내부 기공 표면적, 습윤성 및/또는 분리기의 표면적을 증가시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 개선된 충전제는 이전에 공지된 충전제보다 고도의 구조적 모폴로지 및/또는 감소된 입자 크기 및/또는 상이한 양의 실라놀기를 갖고 및/또는 이전에 공지된 충전제보다 더 수산화된다. 오일이 추출 후 제거될 경우 동시 발생하는 수축 또는 압축 없이, 분리기 형성 중에, 개선된 충전제는 더 많은 오일을 흡수할 수 있고 및/또는 대량의 가공 오일의 도입을 허용할 수 있다. 충전제는 전해질 이온의 소위 수화 구체(hydration sphere)를 추가로 감소시킬 수 있어서, 멤브레인을 가로지르는 이들의 이동을 향상시키고, 이에 따라 강화 침수형 전지와 같은 전지 또는 시스템의 전체 전기 저항 또는 ER을 다시 한번 낮춘다.
충전제 또는 충전제들은 이온 확산을 증가시키고 분리기를 가로지르는 전해질 및 이온의 흐름을 용이하게 하는 (극성 종과 같은, 금속과 같은) 다양한 종들을 함유할 수 있다. 이로 인해, 이러한 분리기가 강화 침수형 전지와 같은 침수형 전지에 사용됨에 따라, 전체 전기 저항을 감소시킨다.
마이크로다공성 분리기는 새롭고 개선된 기공 모폴로지 및/또는 새롭고 개선된 피브릴(fibril) 모폴로지를 추가로 가져서, 이러한 분리기가 이러한 침수형 납축전지에 사용될 경우, 분리기는 침수형 납축전지에서 전기 저항을 현저하게 감소시키는데 기여한다. 이러한 개선된 기공 모폴로지 및/또는 피브릴 모폴로지는 분리기의 기공 및/또는 피브릴이 시시-케밥(또는 시시 카봅(kabob)) 타입 모폴로지에 근접하도록 할 수 있다. 새롭고 개선된 기공 형상 및 구조를 기술하는 다른 방식은 텍스처드 피브릴 모폴로지인데, 여기서 실리카 노드(node) 또는 실리카의 노드들은 전지 분리기 내에서 중합체 피브릴(이 피브릴은 때때로 시시라 불림)에 케밥-타입 형태로 존재한다. 부가적으로, 특정 실시형태에서, 본 발명에 따른 분리기의 실리카 구조 및 기공 구조는 골격 구조 또는 척추뼈 구조 또는 척추 구조로서 기술될 수 있는데, 여기서 중합체의 케밥에 있는 실리카 노드는 중합체의 피브릴과 함께, 척추뼈 또는 디스크("케밥")처럼 보이고, 때때로 척주와 같은 형상("시시")에 근접하는 가늘고 긴 중앙 스파인 또는 피브릴(확대 사슬 중합체 결정)에 실질적으로 수직으로 배향된다.
일부 예에서, 개선된 기공 모폴로지 및/또는 피브릴 모폴로지를 갖는 개선된 분리기를 포함하는 개선된 전지는 일부 예에서 20% 미만, 일부 예에서 25% 미만, 일부 예에서 30% 미만의 전기 저항을 나타낼 수 있고, 심지어 30% 초과의 전기 저항("ER") 감소를 나타낼 수 있으며(전지 내부 저항을 감소시킬 수 있음), 그동안 이러한 분리기는 납축전지 분리기의 다른 중요하고 바람직한 기계적 특성의 균형을 보유하고 유지한다. 또한, 특정 실시형태에서, 여기서 기술된 분리기는 새롭고 및/또는 개선된 기공 형상을 가져서, 공지된 분리기와 비교하여 더 많은 전해질이 기공 및/또는 보이드를 통해 흐르거나 이들을 채운다.
또한, 본원은 강화 침수형 전지를 위한 하나 이상의 개선된 전지 분리기를 갖는 개선된 강화 침수형 납축전지를 제공하는데, 이 분리기는 전지에 대해 감소된 산 층화, 낮아진 전압 강하(또는 전압 강하 내구성의 증가), 그리고 증가된 CCA, 일부 예에서 8% 초과 또는 9% 초과, 또는 일부 실시형태에서 10% 초과 또는 15% 초과의 증가된 CCA의 바람직한 특징을 갖는다. 이러한 개선된 분리기는 강화 침수형 전지의 성능을 AGM의 성능과 대등하게 하거나 심지어 초과하게 할 수 있다. 또한, 이러한 낮은 전기 저항 분리기는 감소된 수분 손실을 갖는 강화 침수형 납축전지를 제조하도록 처리될 수 있다.
분리기는 다른 첨가제 또는 물질, 잔사유 및 충전제와 함께, 계면활성제와 같은 하나 이상의 성능 향상 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 성능 향상 첨가제는 분리기 산화를 감소시키고 및/또는 심지어 멤브레인을 가로지르는 이온의 이동을 더욱 용이하게 함으로써, 여기서 기술된 강화 침수형 전지에서 전체적으로 낮아진 전기 저항에 기여할 수 있다.
여기서 기술된 납축전지용 분리기는 폴리올레핀 마이크로다공성 멤브레인을 포함할 수 있고, 폴리올레핀 마이크로다공성 멤브레인은: 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌과 같은 중합체, 입자상 충전제 및 가공 가소제를 포함한다(선택적으로 하나 이상의 추가적인 첨가제 또는 물질을 갖는다). 폴리올레핀 마이크로다공성 멤브레인은 입자상 충전제를 멤브레인의 40 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다. 그리고 초고분자량 폴리에틸렌은 복수의 확대 사슬 결정(시시 형태) 및 복수의 접힌 사슬 결정(케밥 형태)을 포함하는 시시-케밥 형태의 중합체를 포함할 수 있고, 케밥 형태의 평균 반복성 또는 주기성은 1 nm 내지 150 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 120 nm, 더욱 바람직하게는 20 nm 내지 100 nm이다(분리기의 리브 측의 적어도 일부에서).
케밥 형태의 평균 반복성 또는 주기성은 다음의 정의에 따라 계산된다:
* 폴리올레핀 마이크로다공성 멤브레인의 표면은 금속 기상 증착을 수행한 후에 주사 전자 현미경("SEM")을 이용하여 관측되고, 이후 표면의 이미지가 1.0 kV 가속 전압에서 예를 들어 30,000 또는 50,000-배 배율로 취해진다.
* SEM 이미지의 동일한 시각 영역에서, 시시-케밥 형태가 적어도 0.5 ㎛ 이상의 길이로 연속적으로 연장되는 적어도 3개의 영역이 표시된다. 이후, 각 표시된 영역의 케밥 주기성이 계산된다.
* 케밥 주기성은 각 표시된 영역에서 시시-케밥 형태의 시시 형태에 수직 방향으로 투영함으로써 얻어진 농도 프로파일(콘트라스트(contrast) 프로파일)의 푸리에(Fourier) 변환에 의해 특정되어 반복 주기의 평균을 계산한다.
* 이미지는 일반적인 분석 도구, 예를 들어 MATLAB(R2013a)을 이용하여 분석된다.
* 푸리에 변환 후에 얻어진 스펙트럼 프로파일 중에, 단파장 영역에서 검출된 스펙트럼은 노이즈(noise)로서 고려된다. 이러한 노이즈는 주로 콘트라스트 프로파일의 변형에 의해 야기된다. 본 발명에 따른 분리기에서 얻어진 콘트라스트 프로파일은 (사인파보다는 오히려) 유사-사각파(square-like wave)를 발생시키는 것으로 보인다. 또한, 콘트라스트 프로파일이 유사-사각파일 경우에, 푸리에 변환 후의 프로파일은 사인 함수가 되고, 따라서 진짜 케밥 주기성을 나타내는 메인 피크 이외에 단파장 영역에서 복수의 피크를 발생시킨다. 단파장 영역에서 이러한 피크는 노이즈로서 검출될 수 있다.
일부 실시형태에서, 여기서 기술된 납축전지용 분리기는 실리카, 침강 실리카, 흄드 실리카 및 침강 비정질 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 충전제를 갖는다. 29Si-NMR로 측정된, 상기 충전제 내의 OH 대 Si 기의 분자 비율은 21:100 내지 35:100, 일부 실시형태에서 23:100 내지 31:100, 일부 실시형태에서 25:100 내지 29:100, 특정의 바람직한 실시형태에서 27:100 이상의 범위 내에 있다.
Si-O의 상대적으로 단단한 공유 결합 네트워크가 부분적으로 사라지기 때문에, 실라놀 기는 실리카 구조를 결정질 구조로부터 비결정질 구조로 변화시킨다. Si(-O-Si)2(-OH)2 및 Si(-O-Si)3(-OH)와 같은 유사-비정질 실리카는 많은 뒤틀림을 가져서 다양한 흡유점으로서 기능할 수 있다. 따라서 실라놀 기(Si-OH)의 양이 실리카에서 증가할 경우, 흡유성은 높게 된다. 부가적으로, 공지된 납축전지 분리기에 사용된 실리카보다 다량의 실라놀 기 및/또는 수산기를 포함하는 실리카를 포함할 경우, 여기서 기술된 분리기는 증가된 친수성을 나타낼 수 있고 및/또는 큰 보이드 부피를 가질 수 있으며 및/또는 큰 보이드에 의해 둘러싸인 특정 응집체를 가질 수 있다.
마이크로다공성 분리기는 새롭고 개선된 기공 모폴로지 및/또는 새롭고 개선된 피브릴 모폴로지를 추가로 가져서, 이러한 분리기가 이러한 침수형 납축전지에 사용될 경우, 분리기는 침수형 납축전지에서 전기 저항을 현저하게 감소시키는데 기여한다. 이러한 개선된 기공 모폴로지 및/또는 피브릴 모폴로지는 분리기의 기공 및/또는 피브릴이 시시-케밥(또는 시시 카봅) 타입 모폴로지에 근접하도록 할 수 있다. 새롭고 개선된 기공 형상 및 구조를 기술하는 다른 방식은 텍스처드 피브릴 모폴로지인데, 여기서 실리카 노드 또는 실리카의 노드들은 전지 분리기 내에서 중합체 피브릴(이 피브릴은 때때로 시시라 불림)에 케밥-타입 형태로 존재한다. 부가적으로, 특정 실시형태에서, 본 발명에 따른 분리기의 실리카 구조 및 기공 구조는 골격 구조 또는 척추뼈 구조 또는 척추 구조로서 기술될 수 있는데, 여기서 중합체의 케밥에 있는 실리카 노드는 중합체의 피브릴과 함께, 척추뼈 또는 디스크("케밥")처럼 보이고, 때때로 척주와 같은 형상("시시")에 근접하는 가늘고 긴 중앙 스파인 또는 피브릴(확대 사슬 중합체 결정)에 실질적으로 수직으로 배향된다.
특정의 선택된 실시형태에서, 차량은 여기서 일반적으로 기술된 납축전지를 구비할 수 있다. 전지는 여기서 기술된 분리기를 추가로 구비할 수 있다. 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드-전기 차량, 전기 차량, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량, 전기-인력거, 전기-자전거 및 이들의 조합일 수 있다.
특정의 바람직한 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 구성요소 및 물리적 속성 및 특징이 상승적으로 조합되어 딥 사이클 전지 산업에서 이전에 충족되지 않은 필요를 예상하지 못한 방식으로 해결하는 연성 전지 분리기를 제공하고, 개선된 전지 분리기(폴리에틸렌과 같은 중합체, 더하기 특정 양의 성능 향상 첨가제 및 리브를 가진 다공성 멤브레인을 갖는 분리기)는 특정 실시형태에서, 많은 딥 사이클 전지 용도에서 현재 사용되는, 이전에 공지된 연성의 성능을 충족하거나 초과한다. 특히, 여기서 기술된 본 발명의 분리기는 딥 사이클 전지에서 통상적으로 사용되는 분리기보다 더 튼튼하고, 덜 깨지며, 덜 부서지고, 시간에 대해 더 안정적이다(분해에 덜 민감하다). 본 발명의 연성, 성능 향상 첨가제-함유 및 리브 가공 분리기는 폴리에틸렌계 분리기의 원하는 강력한 물리적 및 기계적 특성과 통상적인 분리기의 능력을 조합하면서, 또한 이를 이용하는 전지 시스템의 성능을 향상시킨다.
적어도 선택된 실시형태, 측면 또는 목적에 따르면, 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법이 여기서 개시되거나 제공된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 강화 침수형 전지용 전지 분리기에 관한 것이다. 또한, 감소된 ER, 개선된 천강 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 평량 및 이들의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 감소된 ER, 개선된 천강 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 평량 또는 이들의 조합을 갖는, 개선된 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 감소된 ER, 개선된 천강 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 평량 및 이들의 조합을 포함하거나 나타내는 분리기가 제공된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 분리기는 평판 전지, 관형 전지, 차량 SLI용 전지 용도, 및 HEV ISS 용도, 딥 사이클 용도, 골프 카 또는 골프 카트 및 전기-인력거 전지, 부분 충전 상태("PSOC")에서 작동하는 전지, 인버터 전지; 및 재생 에너지원용 저장 전지, 및 이들의 임의 조합에 제공된다.
특정의 예시적인 실시형태에서, 납축전지는 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 갖는 전극 어레이를 구비한다. 하나 이상의 음극 중 적어도 하나는 섬유질 매트로 엔벨로핑되고, 하나 이상의 음극 중 적어도 하나에 인접한 하나 이상의 양극은 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑된다. 다공성 멤브레인은 마이크로다공성 전지 분리기일 수 있다.
예시적인 측면에서, 섬유질 매트는 부직포, 메시, 플리스, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 섬유질 매트는 또한 유리 섬유, 펄프, 중합체, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 중합체 및 부가적으로 유리 섬유, 펄프, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합으로부터 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료 또는 탄소 섬유 부직포 재료, 및/또는 이와 유사한 것일 수 있다.
예시적인 다공성 멤브레인은 적어도 하나의 표면에 하나 이상의 리브 어레이, 또는 양쪽 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 구비할 수 있다. 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 대안적으로, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있고, 가공 오일은 다공성 멤브레인의 약 5 중량% 내지 다공성 멤브레인의 약 15 중량%의 양으로 있다.
특정의 선택된 측면에서, 다공성 멤브레인은 약 55%, 약 60%, 약 65% 초과의 공극률을 갖는다.
다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 양극에 엔벨로핑될 수 있고, 양극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 섬유질 매트는 음극에 엔벨로핑될 수 있고, 음극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 바람직한 납축전지의 일 예는 하나 이상의 음극 및 이 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 포함하는 전극 어레이를 구비할 수 있다. 전지는 하나 이상의 전극, 및 적어도 하나의 음극으로 적어도 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 포함하는 섬유질 매트 조립체를 추가로 구비할 수 있다. 마이크로다공성 멤브레인일 수 있는 다공성 멤브레인은 하나 이상의 전극 및 섬유질 매트 조립체 중 하나 이상에, 또는 하나 이상의 전극에 인접한 하나 이상의 양극 및 섬유질 매트 조립체 중 적어도 하나에 엔벨로핑될 수 있다. 예시적인 측면에서, 섬유질 매트는 섬유질 매트의 매트 두께의 약 2% 내지 약 50%, 매트 두께의 약 5% 내지 약 25%, 매트 두께의 약 5% 내지 약 20%, 또는 매트 두께의 약 10% 내지 약 15%로 활성 재료로 일체화될 수 있다.
예시적인 섬유질 매트는 부직포, 메시, 플리스, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 중합체 및 부가적으로 유리 섬유, 펄프, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상으로 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다.
예시적인 납축전지의 다른 측면에서, 예시적인 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료, 탄소 섬유 부직포, 및/또는 이와 유사한 것일 수 있다.
예시적인 납축전지의 다른 측면에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 한쪽 또는 양쪽 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 어레이의 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 가질 수 있다.
예시적인 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다. 하나의 특정 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 양극에 엔벨로핑될 수 있고, 양극의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다. 또 다른 예시적인 측면에서, 예시적인 납축전지의 다공성 멤브레인은 하나 이상의 전극 및 섬유질 매트 조립체의 1개 면, 2개 면, 및/또는 3개 면에 밀봉될 수 있다.
예시적인 바람직한 실시형태의 다른 선택된 실시형태에서, 납축전지는 서로에 대해 교대로 배치되는 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 양극의 전극 어레이를 구비한다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인 엔벨로프가 추가로 제공되어 그 안에 배치되는 하나 이상의 음극 중 적어도 하나를 엔벨로핑하고, 다공성 멤브레인은 하나 이상의 표면에 리브를 포함하며, 섬유질 매트는 엔벨로프 내에 배치된다. 리브는 섬유질 매트에 인접한 다공성 멤브레인의 표면에 적어도 부분적으로 있을 수 있다. 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm, 또는 약 5 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 또는 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 높이를 가질 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 하나 이상의 음극 중 적어도 하나를 엔벨로핑할 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 음극으로 적어도 부분적으로 일체화될 수 있다.
대안적으로, 섬유질 매트는 리브 사이에 배치되는 별개의 조각일 수 있고, 리브 높이의 약 50% 내지 리브 높이의 약 150%의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 선택된 측면에서, 섬유질 매트는 음극 및 다공성 멤브레인 사이에 배치될 수 있다. 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프 및 이들의 조합 중 하나 이상과 조합하여 중합체로부터 형성될 수 있고, 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 실리카와 같은 무기 재료일 수 있다. 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료, 또는 탄소 섬유 부직포 재료일 수 있다.
선택된 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 양쪽 표면에 리브를 가질 수 있다. 또한, 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일일 수 있다.
본 발명의 선택된 측면에서, 다공성 멤브레인은 음극의 1개 면, 음극의 2개 면, 또는 음극의 3개 면에 밀봉될 수 있다. 또한, 섬유질 매트는 음극의 1개 면, 음극의 2개 면, 및 음극의 3개 면에 밀봉될 수 있다.
본 발명의 선택된 실시형태에서, 시스템은 여기서 실질적으로 기술되는 하나 이상의 전지를 이용한 차량을 구비한다. 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 모터사이클, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드-전기 차량, 전기 차량, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량, 전기-인력거, 전기-세발자전거, 전기-자전거, 휠 체어, 또는 해양 선박일 수 있다.
선택된 실시형태에서, 여기서 실질적으로 기술되는 납축전지는 평판 전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지("EFB"), 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 딥-사이클 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동-점등-점화("SLI") 차량 전지, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 모터사이클 전지, 전-지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드-전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 휠 체어 전지, 전기-인력거 전지, 전기-세발자전거 전지, 전기-자전거 전지, 또는 해양 선박 전지일 수 있다.
선택된 실시형태에서, 납축전지, 침수형 납축전지, 또는 부분 충전 상태에서 작동하거나 작동하는 것으로 의도되는 침수형 납축전지에서 산 변위를 방지하거나 완화하는 방법이 제공된다. 이 방법은 여기서 기술되는 임의의 전지와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 전지의 제조를 포함할 수 있다.
새롭거나 개선된 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전극; 및/또는 이러한 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 섬유질 매트, 셀 및/또는 전극의 제조 및/또는 이용 방법이 여기서 나타나거나 기술된다.
새롭거나 개선된 전지, 특히 납축전지; 새롭거나 개선된 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전극, 및/또는 이러한 시스템, 차량, 전지, 강화 침수형 납축전지, 딥-사이클 전지, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 납축전지 분리기, 딥-사이클 전지 분리기, 분리기, 섬유질 매트, 셀 및/또는 전극의 제조 및/또는 이용 방법; 개선된 납축전지용 분리기를 갖는 개선된 전지 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 이용 방법; 납축전지에서 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 부동 전류의 저하, 내부 저항 증가의 완화, 습윤성의 증가, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 활성 재료의 보존, 활성 재료 쉐딩의 완화, 및/또는 균일성의 개선을 위한 방법, 시스템, 처리 및 전지 분리기; 분리기가 개선된 기능성 코팅을 포함하는 개선된 납축전지용 분리기, 산 층화를 감소시키는 개선된 전지 분리기, 산확산을 개선하는 개선된 전지 분리기, 활성 재료를 보존하는 개선된 납축전지 분리기, 활성 재료 쉐딩을 완화시키는 개선된 납축전지 분리기, 이러한 개선된 분리기를 포함하는 개선된 납축전지, 장-수명 자동차 납축전지, 개선된 침수형 납축전지, 및/또는 이와 유사한 것, 및/또는 감소된 산 층화, 개선된 산 확산, 개선된 활성 재료 보존 능력, 및/또는 개선된 활성 재료 쉐딩 감소 능력을 갖는 전지; 폴리에틸렌 분리기 및 음극과 그 사이에 배치되는 섬유질 매트를 갖는 전지, 및/또는 이러한 전지의 제조 및/또는 이용 방법; 다공성 멤브레인 및 이에 적층되는 섬유질 매트를 갖고, 섬유질 매트가 이러한 전지에서 음극과 인접한 전지, 및/또는 이러한 전지의 제조 및/또는 이용 방법이 여기서 나타나고 및/또는 기술된다. 섬유질 매트는 중합체 멤브레인에(예를 들어, 네거티브 리브와 같은 리브에) 접합되고, 섬유질 매트는 멤브레인의 백웹에 내장되지 않는 것이 특정 실시형태에서 바람직할 수 있다.
여기서 기술되는 바와 같이, 예시적인 분리기는 다양한 용도에 이용되는 납축전지에 사용될 수 있다. 이러한 용도는 예를 들어 부분 충전 상태 용도; 딥-사이클링 용도; 자동차 용도; 트럭 용도; 모터사이클 용도; 지게차, 골프 카트(골프 카로도 불림) 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 용도; 전기 차량 용도; 하이브리드-전기 차량("HEV") 용도; ISS 차량 용도; 전기-인력거 용도; 전기-세발자전거 용도; 전기-자전거 용도; 보트(boat) 용도; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 용도를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 분리기는 다양한 전지에 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 전지는 예를 들어 강화 침수형 납축전지와 같은 침수형 납축전지; AGM 전지; VRLA 전지; 플레이트 전지; 관형 전지; 부분 충전 상태 전지; 딥-사이클링 전지; 자동차 전지; 트럭 전지; 모터사이클 전지; 지게차 전지, 골프 카트(골프 카로도 불림) 전지 및 이와 유사한 것과 같은 원동력 전지; 전기 차량 전지; 하이브리드-전기 차량("HEV") 전지; ISS 차량 전지; 전기-인력거 전지; 전기-세발자전거 전지; 전기-자전거 전지; 보트 전지; 풍력 에너지, 태양 에너지 및 이와 유사한 것과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 전지를 포함할 수 있다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 침수형 납축전지, 특히 강화 침수형 납축전지("EFB")와 같은 납축전지를 위한, 그리고 겔 및 흡수성 유리 매트("AGM") 전지와 같은 다양한 다른 납축전지를 위한 새롭거나 개선된 분리기에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 탄성 분리기, 균형 잡힌 분리기, EFB 분리기, 전지, 셀, 시스템; 이들을 수반하는 방법; 이들을 이용한 차량; 이들을 제조하는 방법; 이들의 이용 방법; 및 이들의 조합에 관한 것이다. 또한, 전지 전극 산 고갈을 감소시킴으로써 전지 수명을 향상시키고 전지 고장을 감소시키는 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다.
침수형 납축전지 및 이를 포함하는 차량이 여기서 기술된다. 침수형 납축전지는 서로 교대 배치되고 끼워지는 하나 이상의 음극판 및 하나 이상의 양극판을 포함하는 전극 어레이를 포함한다. 일부 실시형태에서, 음극판은 섬유질 매트로 래핑되거나 엔벨로핑되고, 다공성 멤브레인은 인접한 양극에 래핑되거나 엔벨로핑된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극판으로 적어도 부분적으로 일체화되고, 다공성 멤브레인은 내부에 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 갖는 음극판에 또는 인접한 양극판에 엔벨로핑된다. 다른 실시형태에서, 음극판은 리브를 갖는 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑되고, 섬유질 매트는 래핑된 음극판 및 이 음극판을 엔벨로핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 개시된 전지를 이용한 방법, 시스템 및 차량이 또한 제공된다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀; 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀, 전지, 시스템의 제조 및/또는 이용 방법; 이들을 이용한 방법 및/또는 차량에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 딥-사이클링 및/또는 부분 충전 상태("PSoC") 용도에서 유용한 것과 같은 새롭거나 개선된 전지 분리기, 탄성 분리기, 균형 잡힌 분리기, 침수형 납축전지 분리기, 또는 강화 침수형 납축전지 분리기에 관한 것이다. 이러한 용도는 지게차 및 골프 카트(때때로 골프 카로 불림), 전기-인력거, 전기-자전거, 전기-세발자전거, 및/또는 이들과 유사한 것과 같은 전동 기계 용도; 내연기관 차량에 사용되는 것과 같은 시동 점등 점화("SLI") 전지와 같은 자동차 용도; 아이들-스타트-스톱("ISS") 차량 용도; 하이브리드 차량 용도; 하이브리드-전기 차량 용도; 무정전 전원공급기("UPS") 또는 밸브 조절형 납축전지("VRLA")와 같은 고출력 요건을 갖는 전지, 및/또는 높은 CCA 요건을 갖는 전지; 인버터; 그리고 태양열 및 풍력 수집 시스템과 같은 재생 및/또는 대체 에너지 시스템에서 발견되는 것과 같은 에너지 저장 시스템과 같은 비-제한적인 예를 포함할 수 있다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 산 고갈을 감소 또는 완화할 수 있고; 산 층화를 감소 또는 완화할 수 있으며; 덴드라이트 성장을 감소 또는 완화할 수 있고; 감소된 전기 저항을 가질 수 있으며; 및/또는 저온 시동 전류를 증가시킬 수 있고; 감소된 전기 자항 및 네거티브 크로스 리브를 가질 수 있으며; 낮은 수분 손실, 감소된 전기 저항 및/또는 네거티브 크로스 리브를 가질 수 있고; 덴드라이트 차단 또는 방지 성능, 특성 및/또는 구조를 가질 수 있으며; 산 혼합 방지 성능, 특성 및/또는 구조를 가질 수 있고; 향상된 네거티브 크로스 리브를 가질 수 있으며; PE 멤브레인, 피스, 슬리브, 폴드, 랩, 포켓, 엔벨로프, 및/또는 이와 유사한 것의 포지티브 및/또는 네거티브 사이드에 유리 매트를 가질 수 있고; PE 멤브레인에 적층된 유리 매트를 가질 수 있으며; 및/또는 이들의 조합 또는 하위-조합을 가질 수 있는 분리기, 탄성 분리기, 균형 잡힌 분리기, 특히 침수형 납축전지용 분리기에 관한 것이다.
개선된 납축전지용 분리기, 개선된 분리기를 도입한 개선된 납축전지, 및 개선된 분리기 및/또는 전지를 도입한 시스템 또는 차량이 여기서 개시된다. 납축전지 분리기는 다공성 멤브레인과 그 표면으로부터 연장되는 복수의 리브를 구비한다. 리브는 다공성 멤브레인에 대한 탄성 지지를 제공하도록 배치된 복수의 불연속적 피크를 구비함으로써 NAM 팽윤에 의해 가해진 힘에 저항하고 이에 따라 NAM 팽윤과 관련된 산 고갈의 영향을 완화한다. 분리기는 또한 이러한 분리기를 내장하는 전지가 겪는 임의의 작용을 이용할 수 있도록 제공되어 산 혼합을 용이하게 함으로써 산 층화의 효과를 완화한다. 제공된 분리기를 도입한 납축전지가 추가로 제공된다. 이러한 납축전지는 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지일 수 있고, 부분 충전 상태에서 작동하는 것으로 제공될 수 있다. 이러한 납축전지를 도입한 시스템, 예를 들어 태양 또는 풍력 에너지 수집과 같은 차량 또는 다른 에너지 저장 시스템이 또한 제공된다. 다음 중 하나 이상을 갖는 것과 같은 다른 예시적인 실시형태가 제공된다: 낮아진 전기 저항; 증가된 천공 강도; 증가된 내산화성; 덴드라이트 성장의 효과를 완화하는 증가된 능력, 및 다른 개선.
적어도 선택된 실시형태, 측면 또는 목적에 따르면, 본 개시 또는 발명은 이전 전지, 분리기 또는 멤브레인, 특히 이에 제한되지 않지만, EFB 전지 및 분리기와 관련된 이슈 또는 문제를 해결할 수 있고, 및/또는 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 멤브레인, 분리기 멤브레인, 강화 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트, 전지, 셀; 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 섬유질 매트, 강화 침수형 전지 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법을 제공할 수 있으며, 및/또는 이들에 관한 것일 수 있다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 시동 점등 점화("SLI") 전지용 강화 침수형 납축전지 분리기, 섬유질 매트, 딥 사이클용 침수형 전지, 및/또는 강화 침수형 전지; 및/또는 이러한 분리기, 매트, 전지를 포함하는 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것; 및/또는 이러한 개선된 분리기, 매트, 셀, 전지, 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 강화 침수형 전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 감소된 전기 저항 및/또는 증가된 저온 시동 전류를 갖는 분리기, 특히 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 적어도 강화 침수형 전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 수분 손실의 감소, 내부 저항의 감소, 습윤성의 증가, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 저온 시동 전류의 개선, 균일성의 개선, 및/또는 이와 유사한 것을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 최적화된 공극률, 최적화된 보이드 부피, 비정질 실리카, 고-흡유성 실리카, 고-실라놀 기 실리카, 전극에서 활성 재료의 보유 및/또는 개선된 보유, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 개선된 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다.
적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 침수형 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트, 전지, 셀, 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 섬유질 매트, 침수형 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 향상된 시동 점등 점화("SLI") 전지용 강화 침수형 전지 분리기, 섬유질 매트, 딥 사이클용 침수형 전지, 원동력용 침수형 전지, 부분 충전 상태(PSoC)용 침수형 전지, 및/또는 강화 침수형 전지; 및/또는 이러한 분리기, 섬유질 매트, 전지를 포함하는 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것; 및/또는 이러한 개선된 분리기, 섬유질 매트, 셀, 전지, 시스템, 차량 및/또는 이와 유사한 것의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 강화 침수형 전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 감소된 전기 저항 및/또는 증가된 저온 시동 전류를 갖는 분리기, 특히 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 적어도 강화 침수형 전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 수분 손실의 감소, 내부 저항의 감소, 습윤성의 증가, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 저온 시동 전류의 개선, 균일성의 개선, 및/또는 이와 유사한 것을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 성능 향상 첨가제 또는 코팅, 최적화된 공극률, 최적화된 보이드 부피, 비정질 실리카, 고-흡유성 실리카, 고-실라놀 기 실리카, 전극에서 활성 재료의 보유 및/또는 개선된 보유, 및/또는 이들의 임의 조합을 포함하는 개선된 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다.
적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 골프 카, 재생 에너지, 플로어 머신(floor machine) 및 견인 차량과 같은 헤비 듀티(heavy duty) 딥 사이클 용도에서 추가로 수분 손실을 감소시키고, 유지관리를 감소시키며, 남용 저항성(abuse tolerance)을 증가시키도록 설계된 개선된 조성을 포함하는 개선된 침수형 또는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다.
특징은 다음을 포함할 수 있다:
* 새로운 폴리에틸렌 조성을 도입하여 안티몬 이동의 효과에 대응한다. 억제는 고무 분리기와 비슷하다.
* 엔벨로프 또는 슬리브 자동화를 위해 밀봉 가능하여 단락 보호를 제공한다.
* 높은 내산화성.
* 낮은 전기 저항을 위한 높은 공극률.
* 활성 재료 보유를 위한 선택적인 유리 매트.
이점은 다음을 포함할 수 있다:
* 우수한 내산화성 및 감소된 수분 손실을 포함하여 안티몬 피독의 부정적 효과에 대응함으로써 전지 수명 요건을 초과한다.
* 고속 장비에서 엔벨로핑 및 슬리빙(sleeving)은 제조 효율 및 컨시스턴시(consistency)를 허용하면서, 현장 고장을 감소시킨다.
적어도 다른 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 특별한 감소된 수분 손실 특징 및 독특한 프로파일 설계를 통해 원동력 용도에서 전지 수명을 연장하는데 도움을 주는, 개선된 관형, 침수형 또는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 원동력 전지가 부분 충전 상태에서 증가된 작동을 겪음에 따라, 이 분리기는 가속화된 그리드 부식 및 산 층화를 방어하는데 도움을 줄 수 있고, 이에 따라 전지 수명을 증가시킬 수 있다.
특징은 다음을 포함할 수 있다:
* 톱니형 리브 패턴
* 낮은 수분 손실 특성
* 더 가까운 리브 피치
이점은 다음을 포함할 수 있다:
* 향상된 산 순환 및 개선된 산 혼합(더 적은 산 층화)
* 낮은 산 변위
* 낮은 수분 손실
* 고른 플레이트 간격 및 진동 하에 위로 이동(up moving) 없음
* 더 가까운 리브 피치로 균일한 요소 압축
선택된 실시형태에서, 침수형 납축전지 및 이를 포함하는 시스템, 차량 또는 장치가 여기서 기술된다. 특정의 선택된 실시형태에서, 침수형 납축전지는 서로 교대 배치되고 끼워지는 하나 이상의 음극판 및 하나 이상의 양극판을 포함하는 전극 어레이를 포함한다. 일부 실시형태에서, 음극판은 섬유질 매트로 래핑되거나 엔벨로핑되고, 다공성 멤브레인은 인접한 양극에 래핑되거나 엔벨로핑된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 음극판으로 적어도 부분적으로 일체화되고, 다공성 멤브레인은 내부에 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 갖는 음극판에 또는 인접한 양극판에 엔벨로핑된다. 다른 실시형태에서, 음극판은 리브를 갖는 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑되고, 섬유질 매트는 래핑된 음극판 및 이 음극판을 엔벨로핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 일부 실시형태에서, 양극판은 섬유질 매트로 래핑되거나 엔벨로핑되고, 다공성 멤브레인은 인접한 음극에 래핑되거나 엔벨로핑된다. 일부 실시형태에서, 섬유질 매트는 양극판으로 적어도 부분적으로 일체화되고, 다공성 멤브레인은 내부에 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 갖는 양극판에 또는 인접한 음극판에 엔벨로핑된다. 다른 실시형태에서, 양극판 및/또는 음극판은 리브를 갖는 다공성 멤브레인으로 엔벨로핑되고, 섬유질 매트는 래핑된 양극판 및/또는 음극판 및 이 양극판 및/또는 음극판을 엔벨로핑하는 다공성 멤브레인 사이에 존재한다. 특정 실시형태에서, 개시된 분리기, 플레이트, 매트, 멤브레인, 복합 매트 및 멤브레인, 적층 매트 및 멤브레인, 래핑된 플레이트, 포켓팅된(pocketed) 플레이트, 래핑된 및 포켓팅된 플레이트, 및/또는 전지를 이용한 방법, 시스템, 장치 및/또는 차량이 또한 제공된다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 납축전지, 특히 침수형 납축전지용 분리기, 및 이를 갖는 침수형 납축전지 또는 강화 침수형 납축전지와 같은 다양한 납축전지에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 새롭거나 개선된 분리기, 셀, 전지; 및/또는 이러한 분리기, 셀 및/또는 전지의 제조 및/또는 이용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 개선된 납축전지용 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 갖는 이러한 전지의 개선된 이용 방법에 관한 것이다. 이러한 전지는 직렬 연결, 병렬 연결, 2개 이상의 전지의 전지 스트링(string), 및/또는 이와 유사한 것으로 되어 있는, 6-볼트(또는 6V) 또는 12-볼트 전지, 12, 18, 24, 30, 36, 42 또는 48 볼트의 전지 뱅크(bank), 24-볼트, 36-볼트, 48-볼트, 60-볼트, 72-볼트 또는 84-볼트 전지 또는 뱅크일 수 있다. 이러한 납축전지는 하나 이상의 커패시터(capacitor), 리튬 전지, 연료 전지, 및/또는 이와 유사한 것과 조합하여 사용될 수 있다. 이러한 전지 및 전지 조합은 차량, 태양과 풍력 에너지 수집 및 다른 재생 및/또는 대체 에너지원에 사용되는 것과 같은 대체 에너지 수집 및 저장, 인버터, 무정전 전원공급기("UPS") 장치, 및/또는 이와 유사한 것과 같은 다양한 예시적인 용도에 사용될 수 있다. 또한, 납축전지에서 활성 재료 보유의 향상, 전지 수명의 향상, 전지 고장의 감소, 수분 손실의 감소, 산화 안정성의 개선, 부동 전류의 개선, 유지 및/또는 감소, 충전 종료(EOC) 전류의 개선, 딥 사이클 전지를 충전 및/또는 완전 충전하는데 필요한 전류 및/또는 전압의 감소, 내부 전기 저항 증가의 최소화, 전기 저항의 감소, 습윤성의 증가, 전해질로의 담금 시간의 감소, 전지 형성 시간의 감소, 안티몬 피독의 감소, 산 층화의 감소, 산 확산의 개선, 및/또는 균일성의 개선을 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 여기서 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기가 하나 이상의 개선된 성능 향상 첨가제 및/또는 코팅을 포함하는 개선된 납축전지용 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 개시된 분리기는 딥-사이클링 용도, 예를 들어 골프 카트, 지게차, 인버터와 같은 이동 기계 또는 차량 및/또는 정지 기계 또는 차량; 재생 에너지 시스템 및/또는 대체 에너지 시스템, 예를 들어 태양광 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템에 유용하며, 특히 개시된 분리기는 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동이 전지 수명의 일부인 전지 시스템, 더욱 구체적으로는 첨가제 및/또는 합금(예를 들어, 안티몬(Sb))이 전지에 첨가되어 전지의 수명 및/또는 성능을 향상시키고 및/또는 전지의 딥 사이클링 및/또는 부분 충전 상태 작동 능력을 향상시키는 전지 시스템에 유용하다.
첨부된 청구항의 구성 및 방법은 여기서 기술된 특정 구성 및 방법에 의해 범위에서 제한되지 않고, 청구항의 몇 가지 측면의 예시로서 의도된다. 기능적으로 동등한 구성 및 방법은 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기서 나타나거나 기술된 것 이외의 구성 및 방법의 다양한 변형은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 여기서 기술된 특정의 대표적인 구성 및 방법 단계만이 구체적으로 기술되더라도, 또한 구성 및 방법 단계의 다른 조합이, 구체적으로 언급되지 않더라도, 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 단계, 요소, 성분 또는 구성의 조합이 여기서 명확하게 또는 덜 언급될 수 있고, 그러나, 명확하게 기재되지 않더라도, 단계, 요소, 성분 및 구성의 다른 조합이 포함된다. 여기서 사용되는 용어 "포함하는(comprising)" 및 그 변형은 "포함하는(including)" 및 그 변형과 동의어로 사용되고, 개방적, 비-제한적인 용어이다. 용어 "포함하는"이 다양한 실시형태를 기술하도록 여기서 사용되었지만, 용어 "~로 필수적으로 구성되는" 및 "~로 구성되는"은 발명의 더욱 구체적인 실시형태를 제공하도록 "포함하는" 대신에 사용될 수 있다. 실시예 이외에, 달리 언급되지 않은 곳에서, 명세서 및 청구항에 사용되는 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수치는 적어도 청구항의 범위에 균등론의 적용을 제한하는 시도가 아닌 것으로 이해되어야 하고, 유효숫자의 수 및 통상의 라운딩 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
본 발명은 그 정신 및 본질적인 속성을 벗어나지 않고 다른 형태로 구현될 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 전술한 명세서보다는 오히려 첨부된 청구범위를 참고해야 한다. 개시된 방법 및 시스템을 수행하는데 사용될 수 있는 구성요소가 개시된다. 이들 및 다른 구성요소가 여기서 개시되고, 이들 구성요소의 조합, 서브세트, 상호작용, 그룹 등이 개시될 경우, 이들의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 치환의 특정 참고가 명확하게 개시되지 않을 수 있지만, 각각은 모든 방법 및 시스템에 대해 여기서 구체적으로 고려되고 기술되는 것으로 이해된다. 이것은, 이에 제한되지 않지만, 개시된 방법에서의 단계를 포함하여, 본원의 모든 측면에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가적인 단계가 있을 경우, 이러한 추가적인 단계 각각은 개시된 방법의 특정 실시형태 또는 실시형태의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
구조 및 방법의 상술한 기재는 예시의 목적으로만 제공되었다. 실시예는 베스트 모드를 포함한 예시적인 실시형태를 개시하고, 또한 장치 또는 시스템의 제조와 이용 및 도입된 방법의 수행을 포함하여 이 분야의 기술자가 발명을 실시하도록 하는데 사용된다. 이들 실시예는 철저한 것으로, 또는 발명을 개시된 정확한 단계 및/또는 형태에 제한하는 것으로 의도되지 않고, 많은 변형 및 변경이 상기 교시에 비추어 가능하다. 여기서 기술된 특징은 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 여기서 기술된 방법의 단계는 물리적으로 가능한 임의의 순서로 수행될 수 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 첨부된 청구항에 의해 정해지고, 이 분야의 기술자에게 발생하는 다른 실시예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예는 이들이 청구항의 문자 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖는다면, 또는 이들이 청구항의 문자 언어와 크지 않은 차이로 동등한 구조적 요소를 포함한다면, 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
첨부된 청구항의 구성 및 방법은 여기서 기술된 특정 구성 및 방법에 의해 범위에서 제한되지 않고, 청구항의 몇 가지 측면의 예시로서 의도된다. 기능적으로 동등한 구성 및 방법은 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기서 나타나거나 기술된 것 이외의 구성 및 방법의 다양한 변형은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 여기서 기술된 특정의 대표적인 구성 및 방법 단계만이 구체적으로 기술되더라도, 또한 구성 및 방법 단계의 다른 조합이, 구체적으로 언급되지 않더라도, 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 단계, 요소, 성분 또는 구성의 조합이 여기서 명확하게 또는 덜 언급될 수 있고, 그러나, 명확하게 기재되지 않더라도, 단계, 요소, 성분 및 구성의 다른 조합이 포함된다.
명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a" "an" 및 "the"는 달리 명확하게 기재되지 않는 한 복수 대상물을 포함한다. 범위는 "약" 또는 "대략" 하나의 특정 값부터, 및/또는 "약" 또는 "대략" 다른 특정 값까지로서 여기서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시형태는 하나의 특정 값부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 선행사 "약"의 사용에 의해, 값이 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 실시형태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각 범위의 종점이 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과 관계없이 유효한 것으로 또한 이해될 것이다. "선택적" 또는 "선택적으로"는 이후에 기술되는 사건 또는 상황이 일어나거나 일어나지 않을 수 있는 것, 그리고 설명이 상기 사건 또는 상황이 일어나는 예를 및 그것이 일어나지 않는 예를 포함하는 것을 의미한다.
이 명세서의 설명 및 청구항에 걸쳐, 용어 "포함하다" 그리고 "포함하는" 및 "포함한다"와 같은 상기 용어의 변형은 "포함하지만 이에 제한되지 않는 것"을 의미하고, 예를 들어 다른 첨가제, 성분, 정수 또는 단계를 배제하는 것으로 의도되지 않는다. 용어 "~로 필수적으로 구성되는" 및 "~로 구성되는"은 발명의 더욱 구체적인 실시형태를 제공하도록 "포함하는" 대신에 사용될 수 있다. "예시적인" 또는 "예를 들어"는 "~의 예"를 의미하고 바람직하거나 이상적인 실시형태를 표시하는 것으로 의도되지 않는다. "~와 같은"은 제한적인 의미로 사용되지 않지 않고, 설명적이거나 예시적인 목적을 위해 사용된다.
언급된 것 이외에, 명세서 및 청구항에 사용되는 기하구조, 치수 등을 표현하는 모든 수치는 적어도 청구항의 범위에 균등론의 적용을 제한하는 시도가 아닌 것으로 이해되어야 하고, 유효숫자의 수 및 통상의 라운딩 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
달리 특정되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 개시된 발명이 속하는 분야의 기술자에 의해 흔히 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기서 인용된 공개문헌 및 거기에 인용된 재료는 특히 참고로 도입된다.
부가적으로, 여기서 예시적으로 개시된 발명은 여기서 구체적으로 개시되지 않은 요소 없이도 적절히 실시될 수 있다.

Claims (86)

  1. 하나 이상의 음극, 및 상기 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 포함하는 전극 어레이;
    내부에 배치된 상기 하나 이상의 음극 중 하나를 갖는 섬유질 매트 엔벨로프; 및
    내부에 배치된 상기 섬유질 매트 엔벨로프를 갖는 다공성 멤브레인 엔벨로프를 포함하는 납축전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 부직포, 메시, 플리스 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 하나인 납축전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 유리 섬유, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 중합체 및 추가적으로 유리 섬유, 펄프 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 하나 이상으로부터 형성되고;
    상기 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 포함하는 납축전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 무기 재료를 포함하는 납축전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무기 재료는 실리카를 포함하는 납축전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료를 포함하는 납축전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 탄소 섬유 부직포 재료를 포함하는 납축전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 부직포 재료는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 핵생성 첨가제를 포함하는 납축전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 핵생성 첨가제는 탄소의 형태, 황산 바륨(BaSO4) 및 이들의 조합 중 하나인 납축전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탄소의 형태는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 상기 음극에 인접하게 배치되는 전도성 층을 포함하는 납축전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 층은 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 적어도 하나의 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 포함하고, 상기 하나 이상의 리브 어레이는 2개의 표면에 있는 납축전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 리브 어레이의 상기 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 갖는 납축전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일을 포함하는 납축전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 상기 양극 중 1개 면, 상기 양극 중 2개 면 및 상기 양극 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 매트 엔벨로프는 상기 음극 중 1개 면, 상기 음극 중 2개 면 및 상기 음극 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 약 55% 초과의 공극률을 갖는 납축전지.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 약 60% 초과의 공극률을 갖는 납축전지.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 약 65% 초과의 공극률을 갖는 납축전지.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 마이크로다공성 전지 분리기인 납축전지.
  26. 하나 이상의 음극, 및 상기 하나 이상의 음극 사이에 끼워지는 하나 이상의 양극을 포함하는 전극 어레이;
    상기 하나 이상의 음극 중 적어도 하나로 적어도 부분적으로 일체화된 섬유질 매트를 포함하는 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체; 및
    상기 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체 중 하나, 또는 상기 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체에 인접한 상기 하나 이상의 양극 중 적어도 하나를 엔벨로핑하는 다공성 멤브레인을 포함하는 납축전지.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 하나 이상의 음극과 관련된 활성 재료를 추가로 포함하고; 상기 섬유질 매트는 상기 활성 재료로 상기 섬유질 매트의 매트 두께의 약 2% 내지 약 50% 일체화되는 납축전지.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 활성 재료로 상기 매트 두께의 약 5% 내지 약 25% 일체화되는 납축전지.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 활성 재료로 상기 매트 두께의 약 5% 내지 약 20% 일체화되는 납축전지.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 활성 재료로 상기 매트 두께의 약 10% 내지 약 15% 일체화되는 납축전지.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 부직포, 메시, 플리스 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 하나인 납축전지.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료로부터 형성되는 납축전지.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 중합체 및 추가적으로 유리 섬유, 펄프 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로부터 형성되고;
    상기 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 무기 재료를 포함하는 납축전지.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 무기 재료는 실리카를 포함하는 납축전지.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료인 납축전지.
  37. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 탄소 섬유 부직포 재료인 납축전지.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 부직포 재료는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  39. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  40. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 핵생성 첨가제를 포함하는 납축전지.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 핵생성 첨가제는 탄소의 형태, 황산 바륨(BaSO4) 및 이들의 조합 중 하나인 납축전지.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 탄소의 형태는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  43. 제26항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 음극에 인접하게 배치되는 전도성 층을 포함하는 납축전지.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 전도성 층은 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  45. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 적어도 하나의 표면에 하나 이상의 리브 어레이를 포함하는 납축전지.
  46. 제38항에 있어서,
    상기 하나 이상의 리브 어레이는 2개의 표면 각각에 있는 납축전지.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 리브 어레이의 상기 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 갖는 납축전지.
  48. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  49. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일을 포함하는 납축전지.
  50. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 상기 양극 중 1개 면, 상기 양극 중 2개 면 및 상기 양극 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  51. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 상기 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체 중 1개 면, 상기 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체 중 2개 면 및 상기 하나 이상의 전극과 섬유질 매트 조립체 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  52. 제26항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 마이크로다공성 전지 분리기인 납축전지.
  53. 서로에 대해 교대로 배치되는 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 양극을 포함하는 전극 어레이;
    내부에 배치된 상기 하나 이상의 음극 중 적어도 하나를 엔벨로핑하고, 하나 이상의 표면에 리브를 포함하는 다공성 멤브레인;
    상기 엔벨로프 내에 배치되는 섬유질 매트를 포함하는 납축전지.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 리브는 상기 섬유질 매트에 인접한 다공성 멤브레인의 표면에 적어도 부분적으로 있는 납축전지.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 리브는 약 10 ㎛ 내지 약 2.0 mm의 높이를 갖는 납축전지.
  56. 제53항에 있어서,
    상기 리브는 약 5 ㎛ 내지 약 300 ㎛의 높이를 갖는 납축전지.
  57. 제53항에 있어서,
    상기 리브는 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 높이를 갖는 납축전지.
  58. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 하나 이상의 음극 중 하나를 엔벨로핑하는 납축전지.
  59. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 음극으로 적어도 부분적으로 일체화되는 납축전지.
  60. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 리브 사이에 배치되는 이산형 조각을 포함하는 납축전지.
  61. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 리브 높이의 약 50% 내지 상기 리브 높이의 약 150%의 두께를 갖는 납축전지.
  62. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 음극 및 상기 다공성 멤브레인 사이에 배치되고, 선택적으로 다공성 멤브레인에 적층되는 납축전지.
  63. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프, 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  64. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 유리 섬유, 펄프 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 조합하여 중합체로부터 형성되고;
    상기 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 납축전지.
  65. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 무기 재료를 포함하는 납축전지.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 무기 재료는 실리카를 포함하는 납축전지.
  67. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 스펀-본드 멜트-부직포 복합 재료인 납축전지.
  68. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 탄소 섬유 부직포 재료를 포함하는 납축전지.
  69. 제68항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 부직포 재료는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  70. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  71. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 핵생성 첨가제를 포함하는 납축전지.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 핵생성 첨가제는 탄소의 형태, 황산 바륨(BaSO4) 및 이들의 조합 중 하나인 납축전지.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 탄소의 형태는 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  74. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 음극에 인접하게 배치되는 전도성 층을 포함하는 납축전지.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 전도성 층은 전도성 탄소, 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 탄소 종이, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 고-표면적 카본 블랙, 그래핀, 고-표면적 그래핀, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 나노튜브, 개방-셀 탄소 폼, 탄소 매트, 탄소 펠트, 탄소 풀러렌(Bucky Ball), 수성 탄소 현탁액, 편상 흑연, 산화된 탄소 및 이들의 조합을 포함하는 납축전지.
  76. 제53항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 2개의 표면에 리브를 갖는 납축전지.
  77. 제53항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 천연 재료, 합성 재료, 폴리올레핀, 페놀 수지, 폴리염화비닐(PVC), 천연 고무, 합성 고무, 합성 목재 펄프, 유리 섬유, 리그닌, 셀룰로오스 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 납축전지.
  78. 제53항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 폴리에틸렌, 실리카 및 가공 오일을 포함하는 납축전지.
  79. 제78항에 있어서,
    상기 가공 오일은 상기 다공성 멤브레인의 대략 5 중량% 내지 상기 다공성 멤브레인의 대략 15 중량%의 양으로 있는 납축전지.
  80. 제53항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 상기 음극 중 1개 면, 상기 음극 중 2개 면 및 상기 음극 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  81. 제53항에 있어서,
    상기 섬유질 매트는 상기 음극 중 1개 면, 상기 음극 중 2개 면 및 상기 음극 중 3개 면으로 이루어진 군 중 하나에 밀봉되는 납축전지.
  82. 제53항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 마이크로다공성 전지 분리기인 납축전지.
  83. 차량; 및 제1항, 제26항 또는 제53항 중 어느 한 항의 상기 납축전지 또는 침수형 납축전지를 포함하는 시스템.
  84. 제83항에 있어서,
    상기 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 모터사이클, 지게차, 골프 카트, 하이브리드 차량, 하이브리드-전기 차량, 전기 차량, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량, 전기-인력거, 전기-세발자전거, 전기-자전거, 휠 체어 및 해양 선박으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 차량.
  85. 제1항, 제26항 또는 제53항 중 어느 한 항의 납축전지 또는 침수형 납축전지로서, 상기 전지는 평판 전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지("EFB"), 밸브 조절형 납축전지("VRLA"), 겔 전지, 흡수성 유리 매트("AGM") 전지, 딥-사이클 전지, 관형 전지, 모티브 전지, 인버터 전지, PSoC 전지, 차량 전지, 시동-점등-점화("SLI") 차량 전지, 아이들링-스타트-스톱("ISS") 차량 전지, 자동차 전지, 트럭 전지, 모터사이클 전지, 전-지형 차량 전지, 지게차 전지, 골프 카트 전지, 하이브리드-전기 차량 전지, 전기 차량 전지, 휠 체어 전지, 전기-인력거 전지, 전기-세발자전거 전지, 전기-자전거 전지 및 해양 선박 전지로 이루어진 군에서 선택되는 납축전지 또는 침수형 납축전지.
  86. 납축전지, 침수형 납축전지, 강화 침수형 납축전지, 또는 부분 충전 상태에서 작동하거나 작동하는 것으로 의도되는 침수형 납축전지에서 산 변위를 방지하는 방법으로서; 제1항, 제26항 또는 제53항 중 어느 한 항의 전지와 동일한 구조를 갖는 전지를 제조하는 단계를 포함하는 방법.
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