KR20220071298A - 적층 산화 보호 분리막 - Google Patents

적층 산화 보호 분리막 Download PDF

Info

Publication number
KR20220071298A
KR20220071298A KR1020227017232A KR20227017232A KR20220071298A KR 20220071298 A KR20220071298 A KR 20220071298A KR 1020227017232 A KR1020227017232 A KR 1020227017232A KR 20227017232 A KR20227017232 A KR 20227017232A KR 20220071298 A KR20220071298 A KR 20220071298A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rubber
battery
lead acid
separator
diffusion mat
Prior art date
Application number
KR1020227017232A
Other languages
English (en)
Inventor
에릭 에이치. 밀러
제이. 케빈 위어
존 알. 티몬스
제프리 케이. 챔버스
피에리 에이. 오스왈드
Original Assignee
다라믹 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다라믹 엘엘씨 filed Critical 다라믹 엘엘씨
Priority to KR1020237036144A priority Critical patent/KR20230152786A/ko
Publication of KR20220071298A publication Critical patent/KR20220071298A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H01M50/437—Glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/454—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising a non-fibrous layer and a fibrous layer superimposed on one another
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 오염원으로부터 생기는 산의 층분리 및 분리막 산화의 문제를 다루는 납 산 배터리용 배터리 분리막에 관한 것이다. 분리막은 미세다공성 막과 그것에 부착된 확산 매트를 포함한다. 확산 매트는 적어도 약 2.5cm의 3시간 이동을 가진다. 확산 매트는 합성 섬유, 유리 섬유, 천연 섬유 및 그것의 혼합으로부터 제조될 것이다. 확산 매트는 실리카를 포함할 것이다. 분리막은 고무를 포함할 것이다.

Description

적층 산화 보호 분리막{Laminated oxidation protected separator}
본 출원은 2013년 3월 7일자로 출원되어 공동-계류중인 미국 가출원 번호 제61/774144호의 이점을 청구하고 있으며, 여기에 함께 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 미세다공성 막에 부착된 확산 매트를 갖는 납/산 배터리용 배터리 분리막에 관한 것이다.
과열 조건(abusive heat)(예컨대, 교통량이 많은 혼잡한 지역, 열대 또는 사막 지역, 옥외 저장소 등)에서 사용할 때, 배터리(예컨대, 납 산 배터리, 특히 FLA(flooded lead acid) 배터리)는 전해질 손실이 쉽다. 전해질은 물과 산(예컨대, 황산)의 혼합물일 것이다. 전해질의 손실은 배터리 헤드-공간 내에 포함된 가스 환경에 전극을 노출시켜 결국 전극판을 건조시킬 수 있고, 차례로, 조기 배터리 고장을 유도하는 전극의 부식을 가속화한다.
또한, 배터리(예컨대, 납 산 배터리) 충전 동안, 전해질 내 산이 층분리 될 것이다. 산의 층분리는 배터리의 성능과 수명에 불리하게 영향을 준다. 배터리(예컨대, 납 산 배터리)에서 산의 층분리 문제에 대한 종래의 해결책은 분리막에 부착된 '유리 매트'의 이용을 포함한다. 그러나 분리막의 비용을 현저하게 상승시키는 이들 유리 매트는 큰 기공을 가지고 있고(그리하여, 잘 이동하지 않는다), 어떤 경우에서는 그 자체가 고속 제조 기술(예컨대, '포켓'의 형성 및 분리막에의 용접)에 맞지 않다.
전 세계의 어떤 지역, 예를 들어, 아시아에서, 납/산 배터리는 '건식' 배터리로 팔린다. 이들 건식 배터리는 물/산이 포함되지 않은 채 판매된다. 건식 배터리는 보관 수명(shelf life)이 더 길다. 그러나 사용자는 오염되지 않은 물/산을 배터리에 채우는데 주의를 기울이지 않을 수 있다. 오염된 물/산은 분리막의 산화를 유도하여, 결국 배터리 고장으로 이어질 것이다. 물/산에서 오염원은 물/산 용기, 예컨대, 강철 드럼에서 유래할 것이다.
추가로, 분리막, 예컨대, 납/산 배터리용 분리막의 산화는 배터리의 수명(cycle life)을 단축시켜 배터리의 유효 기간을 줄일 것이다. 이러한 산화는 '건식' 배터리에 첨가된 물 또는 산에 있는 오염원으로부터 생길 것이다. 산화는 배터리의 부분 또는 전체 고장을 유도할 분리막의 메짐성(예를 들어, 신장의 손실%로 측정함)의 원인이 된다.
오염원들은 일반적으로 합금 내 불순물 및 전극판을 포함하는 활성물질뿐만 아니라 배터리에 첨가된 물 및/또는 황산에서 유래하며, 그러한 오염원들이 산화의 원인이 된다. 그러한 오염원들은 일반적으로 주기율표의 전이금속, 예를 들어, 크롬(Cr), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 등을 포함한다. 약 2.0ppm[2.0mg/L]를 초과하는 오염원(Cr, Mn, 및/또는 Ti)의 수준은 권장되지 않는다. 26ppm[26mg/L]를 초과하는 Cu 오염원 수준은 권장되지 않는다.
USPN5221587는 납/산 배터리의 안티모니(Sb) 독성을 방지하기 위해 분리막에 라텍스를 이용하는 것을 개시하고 있다. 안티모니는 배터리의 납판(전극)에서 기인한다. 안티모니는 납판의 제조 및 배터리의 수명을 개선하기 위해 납에서 합금촉진제로 사용된다. 당업자는 상기에서 언급된 분리막 산화 문제에 대한 해결책에 도달함에 있어서 USPN5221587의 개시 내용을 고려하지 않을 것이다.
USPN6242127는 분리막의 전기화학적 특성들(안티모니 억제)을 개선하기 위해 전통적인 폴리올레핀 분리막에서 경화된 다공성 고무의 이용을 개시하고 있다.
앞서 말한 산의 층분리 및 산화 문제를 다루는 새로운 분리막(예컨대, 납/산 배터리용)에 대한 요구가 있다.
납 산 배터리용 배터리 분리막은 오염원으로부터 생기는 산의 층분리 및/또는 분리막 산화의 문제를 다루고 있다. 분리막은 미세다공성 막과 그것에 부착된 확산 매트를 포함한다. 확산 매트는 적어도 약 2.5cm의 3시간 이동(three hour wick)을 갖는다. 확산 매트는 합성 섬유, 유리 섬유, 천연 섬유, 및 그것의 혼합으로 제조될 것이다. 확산 매트는 실리카를 포함할 것이다. 분리막은 고무를 포함할 것이다.
본 발명을 설명하기 위해, 현재 바람직한 형태가 도면에 도시되어 있다: 그러나, 본 발명이 도시된 명확한 배열 및 수단들에 한정되지는 않는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 분리막(확산 매트), INV 대 종래의 유리 매트, PA를 갖는 분리막의 비교 그래프이다.
도 2는 본 발명의 분리막(확산 매트), INV 대 종래의 유리 매트, PA를 갖는 다른 분리막의 비교 그래프이다.
도 3은 본 발명의 분리막(확산 매트), INV 대 종래의 유리 매트, PA를 갖는 다른 분리막의 비교 그래프이다.
도 4는 본 발명의 분리막(확산 매트), INV 대 종래의 유리 매트, PA를 갖는 다른 분리막의 비교 그래프이다.
도 5는 본 발명의 분리막(확산 매트), INV 대 종래의 유리 매트, PA를 갖는 다른 분리막의 비교 그래프이다.
납/산 배터리는 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 린덴, Handbook of Batteries, 2 nd Edition, McGraw-Hill, Inc. New York, NY (1995) 및/또는 Besenhard, Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany (1999)를 참조할 수 있고, 여기에서는 참고로 둘 다 포함되어 있다. 분리막은 임의의 납/산 배터리에 사용될 것이다. 일 구체예에서, 납/산 배터리는 인버터 배터리, EFB(enhanced flood batteries), ISS 배터리, 거치용 배터리, 골프 카트 배터리 등에 사용되는 것들처럼 FLA(flood lead/acid) 배터리이다.
본 발명의 한 양상에서, 확산 매트(DM)는 예를 들어, 산의 층분리를 지연하는 우수한 확산 특성들을 제공하고, 안티모니 독성을 줄이며, 산화 내성을 개선하고, 미세 단락(micro short) 보호(덴드라이트 성장으로 발생함)를 개선하여 배터리 성능을 개선하기 위해 미세다공성 막과 함께 포함된다. 또한, DM과 미세다공성 막의 적층은 전해질 이동(wicking)의 작용을 통해 건조로부터 전극을 유지하여 건조 상태를 다루고 개선된 확산 특성들에 의해 산의 층분리를 막아 물 손실로부터 보호한다.
확산 매트(DM)는 전통적인 유리 매트는 아니다. 전통적인 유리 매트는 수동적이고, 확산 또는 이동 능력이 없다. DM은 전통적인 습식 또는 건식 유리 매트보다 25배 이상의 이동 능력이 있다. 이동 속도(wicking rate)는 산의 층분리에 반비례한다. 전통적인 유리 매트는 0.6cm 이하의 '3시간 이동'을 가지나, DM은 적어도 약 2.5cm의 '3시간 이동'을 가지고 있다. 또는, DM은 적어도 약 2.5cm, 또는 적어도 약 3.0cm, 또는 적어도 약 4.0cm, 또는 약 2.5-약 10.0cm의 범위, 또는 약 3.0-약 10.0cm의 범위, 또는 약 4.0-약 10.0cm의 범위, 또는 약 4.0-10.0cm의 범위, 또는 그것의 서브-콤비네이션의 '3시간 이동'을 가질 것이다.
'3시간 이동' 테스트는 액체(1.280의 비중을 갖는 황산)에 표준 크기로 된 조각의 소재를 삽입하고, 3시간을 기다린 다음, 액체에서 소재까지의 이동 높이를 측정하여 수행된다. '표준 크기로 된 조각'은 같은 너비와 길이를 의미하나, 두께는 테스트되는 소재의 고유의 두께에 따라 달라질 것이므로, 의미 있는 비교가 될 것이다. '3시간 이동' 테스트를 위해, 시료는 1inch의 너비 및 적어도 40cm의 길이를 갖는다. 시료는 시료의 수직축으로 cm마다 표시된다. 액체 위에 클램프로 고정된 시료는 2cm 깊이로 액체에 삽입된다. 이동(wick)의 높이는 1분, 5분, 10분 및 15분째에, 그리고 3시간 후 최대 이동(wick) 높이에 대해 시료 상의 눈금으로부터 측정된다. DM은 실리카 같은 미립자 필러를 추가로 포함할 것이다.
DM은 임의의 방식으로 미세다공성 막에 적층될 것이다. DM은 용접 또는 접착에 의해 미세다공성 막에 부착될 것이다. DM은 'S'랩의 포켓, 소매, 리브(leaves)에 형성될 것이다. DM은 섬유로 제조된 부직포(nonwoven fabric), 직물(woven fabric) 또는 편성포(knitted fabric)일 것이다. DM은 유리 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 그것의 혼합으로 제조될 것이다. 일 구체예에서, DM은 유리 섬유 및 합성 섬유로 제조될 것이다. DM은 PAM(positive active material) 리텐션 매트(retention mat)로서 수행하고, PAM의 쉐딩(shedding)을 방지하는 충분한 물리적 무결성(physical integrity)을 가지고 있다. DM은 강산화제(예컨대, Cr, Mn, Ti)로부터 분리막을 보호한다. 적당한 DM(INV)의 몇몇 예시는 종래의 유리 매트(종래기술)와의 비교와 함께 하기 표 1에 기재되어 있다.
배터리에 사용하는 경우, 분리막은 배터리 내에 위치하여, DM이 배터리의 양극(또는 판)과 마주하거나 접촉하고 있다. 일 구체예에서, 분리막은 음극판 및/또는 양극판(들)을 둘러싸고 있다. 다른 구체예에서, 분리막은 음극판(들)을 둘러싸고 있다.
카테고리 단위 확산 매트(DM)
합성 섬유
[INV] 		확산 매트(DM)
유리 섬유
[INV] 		종래의 유리 매트
[종래기술]
조성 　 합성 섬유+실리카 합성 우드 펄프+실리카 미세 유리섬유 코팅된 유리 섬유+실리카 유리 섬유 리텐션 매트 11 Commercially available from Johns-Manville as DURA GLASS B-20 (20 mil thick standard glass mat).
(wet-laid process) 		유리 섬유 리텐션 매트
(dry-laid process)
Overall (mm) 0.305 0.373 0.3 0.215 0.5mm 0.5mm
Puncture (N) 23.1 9.9 9.3 12.6 14.4 7.8
Tensile - MD (N/mm2) 8.7 5.3 9.5 23 4.5 1.0
인장 - CMD (N/mm2) 6.8 3.3 5.4 11.8 4.3 2.8
ER (10/20) (mohm-cm2) 41.7 87.6 12 15 2.7 2.3
근량(Basis Weight) (gsm) 122.4 146.3 40 68 80.22 68.62
3 시간 이동 (cm) 6 4.8 6.2 5.5 0.5 0
강성도(Stiffness) (MD) (mN) 456 324 92 392 192 192
강성도 (CMD) (mN) 377 259 47 241 355 355
1: 상업적으로 이용 가능한 Johns-Manville 사의 DURA GLASS B-20(20 mil 두께의 표준 유리 매트)
미세다공성 막은 폴리올레핀(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초고분자량 폴리에틸렌(ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)), 및 그것의 혼합), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 페놀-포름알데히드 수지(예를 들어, 페놀-포름알데히드 수지가 주입된 셀룰로오스 및/또는 합성 섬유를 포함), 가교 고무, 또는 부직포(예컨대, 셀룰로오스 섬유 또는 유리 섬유를 포함하는 비활성 섬유)의 시트로부터 제조될 것이다. 일 구체예에서, 미세다공성 막은 폴리에틸렌, UHWMPE 또는 이들의 혼합으로부터 제조될 것이며, 알려진 것처럼 입자상의 충전재를 포함할 것이다. 미세다공성 막은 갈빗대 외형(ribbed profile)을 가질 것이다. 갈빗대는 전통적, 예컨대, 양극에 대해 측면에 세로방향(machine direction, MD)으로 움직일 것이나(예컨대, 다른 것들 중에서, 양극으로부터 분리막을 분리하고, 가스가 배출되게 하는 가스 채널을 형성하고, 과충전 상태 동안 혼합을 촉진하기 위해), 또한, 상기 갈빗대는 음극에 대해 측면에 수평방향(cross machine direction, CMD)으로 확장할 것이다(산의 층분리를 지연하기 위해).
본 발명의 다른 양상에서, 고무는 오염원들로부터 생기는 산화 문제를 다루기 위해 분리막에 첨가될 것이다. 여기에 사용될 때, 고무는 고무 라텍스, 타이어 가루(tire crumb), 및 그것의 혼합을 가리킨다. 일 구체예에서, 고무는 가교되지 않은 또는 경화되지 않은 고무일 것이다. 다른 구체예에서, 고무 라텍스는 천연 또는 합성 고무 라텍스일 것이다. 다른 구체예에서, 고무는 천연 고무 라텍스일 것이다. 또 다른 구체예에서, 고무는 타이어 가루일 것이다. 천연 고무는 예를 들어, 임의의 등급(예컨대, 라텍스 등급), 예를 들어, RSS(ribbed smoked sheet), 화이트 앤드 페일 크레이프(white and pale crepes), 퓨어 블란킷 크레이프 또는 재분쇄(pure blanket crepes or re-mills), 두꺼운 갈색 크레이프 또는 앰버(thick brown crepes or ambers), 및 플랫 바크 크레이프(flat bark crepes)를 포함할 것이다. 천연 고무는 히비어 고무(Hevea rubber)를 포함할 것이다. 합성 고무는 예를 들어, 메틸 고무, 폴리부타디엔, 클로로펜 고무 및 공중합체 고무를 포함할 것이다. 공중합체 고무는 예를 들어, 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로나이트릴/부타디엔 고무, 에틸렌/프로필렌 고무(ELM 및 PERM), 및 에틸렌/비닐 아세테이트 고무를 포함할 것이다. 다른 고무로 예를 들어, 부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리우레탄 고무, 에피클로르하이드린 고무, 폴리설파이드 고무, 클로로설포닐 폴리에틸렌, 폴리노르보렌 고무, 아크릴레이트 고무, 불소화 고무(fluorinated rubber), 이소프렌 고무, 및 실리콘 고무를 포함할 것이다. 이들 고무들은 단독 또는 다양한 혼합이 이용될 것이다.
일 구체예에서, 고무는 미세다공성 막에 삽입될 것이다. 여기에서 사용될 때, '삽입된'은 분리막의 몸체에 결합되나, 분리막에 형성된 층은 아님을 의미한다. 따라서, 고무는 분리막을 제조하기 위해 사용된 하나 이상의 소재에 혼합 또는 섞일 것이다. 고무, 예를 들어, 라텍스는 압출 후에도 여전히 화학적으로 활성이 있다(예컨대, 경화되지 않고, 및/또는 가교되지 않은). 그리하여, 고무는 분리막의 소재에 포함되거나, 내부에 분포되거나 균일하게 전체적으로 섞여있거나, 직접적으로 섞여 있는 성분이다.
상기에서 설명된 대로, 고무는 미세다공성 막의 임의의 부분에 포함될 것이다. 일 구체예에서, 고무가 제형에 첨가될 때 미세다공성 막은 약 12중량% 이하의 고무를 포함할 것이다(즉, 압출 전 원료의 '중량'). 다른 구체예에서, 미세다공성 막은 약 1-12중량%의 고무를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 미세다공성 막은 약 1.2-6중량%의 고무를 포함할 것이다. 또 다른 구체예에서, 미세다공성 막은 약 2-4중량%의 고무를 포함할 것이다. 또 다른 구체예에서 미세다공성 막은 약 2.5-3.5중량%의 고무를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 미세다공성 막은 약 3중량%의 고무를 포함할 것이다.
미세다공성 막은 임의의 전통적인 방식으로 제조될 것이다. 예를 들어, PE 미세다공성 막에서, 고무는 가공 오일과 혼합되고 압출 동안 PE와 혼합될 것이다.
<실시예>
도(그래프) 1-5는 종래의 유리 매트가 있는 분리막과 확산 매트(DM)가 있는 본 발명의 분리막을 비교한 것이다. 분리막은 대등하지만 한 개의 분리막은 DM을 가지고 있고 다른 것은 종래의 유리 매트를 가지고 있다. 이들 그래프에는 피복된 양극판(도 1-2) 또는 피복된 음극판(도 3-5)이 표시되어 있고, 10.50V에서 1시간 54분 동안 43A에서 방전 후 13.80V에서 10시간 6분 동안 15A의 한계 전류로 충전되는 12V150Ah 배터리(~100% DoD(depth of discharge))를 이용한 전통적인 인버터 배터리 시뮬레이션을 이용하여 생성되었다.
본 발명은 그것의 정신과 근본적인 속성에서 벗어나지 않은 채 다른 형태로 구현될 것이므로, 본 발명의 범위를 나타낼 때 상기 명세서보다는 부가된 청구항을 참고하여야 하여야 한다.

Claims (15)

  1. 미세다공성 막 및 그것에 부착된 확산 매트를 포함하고,
    상기 확산 매트는 적어도 2.5cm에서 10cm까지의 3시간 이동(three hour wick)을 가지며,
    상기 확산 매트는 합성 섬유, 유리 섬유 또는 그것의 혼합으로 제조되고,
    상기 확산 매트는, 전해질을 이동(wick)시키고,
    상기 확산 매트는, PAM(positive active material)을 유지(retain)하는, 침수형 납 산(Flooded Lead Acid) 배터리용 배터리 분리막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확산 매트는 1㎛를 초과하는 기공 크기, 90mN을 초과하는 MD 강성도(stiffness), 45mN를 초과하는 CMD 강성도, 0.2mm를 초과하는 두께, 및/또는 35gsm을 초과하는 근량(basis weight)을 가지는 것인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 확산 매트는 실리카를 포함하는, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  4. 제1항에 있어서,
    미세다공성 막은 고무를 포함하는, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  5. 제4항에 있어서,
    미세다공성 막은 12중량% 이하의 고무를 포함하는, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  6. 제4항에 있어서,
    미세다공성 막은 2.5-3.5중량%의 고무를 포함하는, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고무는 라텍스인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 고무는 천연 또는 합성 라텍스인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고무는 천연 라텍스인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 고무는 가교되지 않은 고무인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 라텍스는 상기 미세다공성 막에 삽입되는, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미세다공성 막은 폴리올레핀, 폴리비닐 클로라이드, 페놀-포름알데히드 수지 또는 가교 고무 또는 부직포의 미세다공성 시트인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  13. 제1항의 배터리 분리막을 포함하는 침수형 납 산 배터리.
  14. 제1항에 있어서,
    분리막은 오염원으로부터 생기는 산의 층분리 및/또는 분리막 산화를 줄이도록 변경된 것인, 침수형 납 산 배터리용 배터리 분리막.
  15. 미세다공성 막 및 그것에 부착된 확산 매트를 포함하고,
    상기 확산 매트는 적어도 2.5cm에서 10cm까지의 3시간 이동(three hour wick)을 가지며,
    상기 확산 매트는 합성 섬유, 유리 섬유 또는 그것의 혼합으로 제조되고,
    상기 확산 매트는, 전해질을 이동(wick)시키고,
    상기 확산 매트는, PAM(positive active material)을 유지(retain)하며,
    상기 확산 매트는, 상기 미세다공성 막의 산화 내성 및 미세 단락(micro short) 보호를 개선하는, 침수형 납 산(Flooded Lead Acid) 배터리용 배터리 분리막.
KR1020227017232A 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막 KR20220071298A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237036144A KR20230152786A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361774144P 2013-03-07 2013-03-07
US61/774,144 2013-03-07
KR1020217010226A KR20210041128A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
PCT/US2014/021480 WO2014138509A1 (en) 2013-03-07 2014-03-07 Laminated oxidation protected separator

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217010226A Division KR20210041128A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237036144A Division KR20230152786A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220071298A true KR20220071298A (ko) 2022-05-31

Family

ID=51488185

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237036144A KR20230152786A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
KR1020157027483A KR20150126903A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
KR1020217010226A KR20210041128A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
KR1020227017232A KR20220071298A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237036144A KR20230152786A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
KR1020157027483A KR20150126903A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막
KR1020217010226A KR20210041128A (ko) 2013-03-07 2014-03-07 적층 산화 보호 분리막

Country Status (7)

Country Link
US (3) US20140255752A1 (ko)
EP (1) EP2965368A4 (ko)
JP (3) JP2016513861A (ko)
KR (4) KR20230152786A (ko)
CN (2) CN105378974A (ko)
PH (1) PH12015501950B1 (ko)
WO (1) WO2014138509A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113745750A (zh) 2014-03-22 2021-12-03 霍林斯沃思和沃斯有限公司 具有低表观密度的电池隔板
WO2016134222A1 (en) * 2015-02-19 2016-08-25 Hollingsworth & Vose Company Battery separators comprising chemical additives and/or other components
JP7002332B2 (ja) 2015-02-26 2022-01-20 ダラミック エルエルシー 鉛蓄電池とともに使用される改良された水分損失セパレータ、改良された水分損失性能のためのシステム、ならびにその製造方法および使用方法
US10388931B2 (en) * 2015-10-05 2019-08-20 Daramic, Llc Functionalized lead acid battery separators, improved lead acid batteries, and related methods
WO2017209748A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-07 Daramic, Llc Improved hybrid separators for lead acid batteries
WO2018147866A1 (en) * 2017-02-10 2018-08-16 Daramic, Llc Improved separators with fibrous mat, lead acid batteries, and methods and systems associated therewith
EP3596763A4 (en) 2017-03-18 2021-03-10 Daramic, LLC IMPROVED COMPOSITE LAYERS OR SEPARATORS FOR LEAD ACID BATTERIES
JP7213251B2 (ja) * 2017-12-13 2023-01-26 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー より高いｎ２選択性を有する改善されたｎｈ３削減
US11549631B2 (en) 2018-01-10 2023-01-10 Lydall, Inc. Asymmetrical stretch composite for pipe liner
WO2019217759A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Amtek Research International Llc Acid stratification mitigation, electrolytes, devices, and methods related thereto
US20200328390A1 (en) * 2019-04-12 2020-10-15 Hollingsworth & Vose Company Separators for lead-acid batteries
EP4085490A1 (en) * 2019-12-30 2022-11-09 Microporous, LLC Battery separator configured for reducing acid stratification for enhanced flooded batteries

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819412A (en) * 1972-02-07 1974-06-25 Tyco Laboratories Inc Plates for lead acid batteries
US3988165A (en) * 1974-07-08 1976-10-26 Gould Inc. Method of making a lead-acid storage battery, and cell, capable of activation by the addition of electrolyte
CA1098960A (en) * 1978-05-09 1981-04-07 Eltra Corporation Lead battery positive plate doped with manganese or chromium
US4288503A (en) * 1978-06-16 1981-09-08 Amerace Corporation Laminated microporous article
ZA832713B (en) * 1982-04-20 1984-08-29 Evans Adlard & Co Glass fibre paper separator for electrochemical cells
JPS58179761U (ja) * 1982-05-26 1983-12-01 新神戸電機株式会社 鉛蓄電池
JPS59138058A (ja) * 1983-01-25 1984-08-08 Nippon Glass Seni Kk 蓄電池用隔離板
JPS61245463A (ja) * 1985-04-23 1986-10-31 Yuasa Battery Co Ltd 密閉形鉛蓄電池
JPS6229059A (ja) * 1985-07-30 1987-02-07 Nippon Muki Kk 無保守形鉛蓄電池用セパレ−タ−
JPS6290847A (ja) * 1985-10-16 1987-04-25 Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd 蓄電池用セパレ−タの製造法
JPH01294352A (ja) * 1988-02-16 1989-11-28 Yuasa Battery Co Ltd 密閉形鉛蓄電池
JPH0266850A (ja) * 1988-08-31 1990-03-06 Yuasa Battery Co Ltd 密閉型鉛蓄電池
US5091275A (en) * 1990-04-25 1992-02-25 Evanite Fiber Corporation Glass fiber separator and method of making
DE4108176C1 (ko) * 1991-03-09 1992-08-27 Grace Gmbh, 2000 Norderstedt, De
ATE144079T1 (de) * 1991-03-09 1996-10-15 Daramic Inc Blei/schwefelsäure-akkumulator
US5154988A (en) * 1991-03-18 1992-10-13 W. R. Grace & Co.-Conn. Deep cycle battery separators
DE4242661C2 (de) * 1992-12-17 1999-09-09 Sonnenschein Accumulatoren Wartungsfreier Bleiakkumulator hoher Kapazität
JP2603141Y2 (ja) * 1993-11-30 2000-02-28 古河電池株式会社 鉛蓄電池用袋状セパレータ並びに鉛蓄電池
JP3374665B2 (ja) * 1996-07-23 2003-02-10 松下電器産業株式会社 密閉型鉛蓄電池
JPH10106526A (ja) * 1996-09-26 1998-04-24 G S Kasei Kogyo Kk 鉛電池用セパレータ及びその製造方法
US5894055A (en) * 1997-04-11 1999-04-13 Amtek Research International Llc Battery separator
US6511775B2 (en) * 1998-03-20 2003-01-28 Ensci Inc. Separator containing efficiency improving additives for a lead acid batteries
US6242127B1 (en) * 1999-08-06 2001-06-05 Microporous Products, L.P. Polyethylene separator for energy storage cell
JP2001102027A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 密閉形鉛蓄電池
JP4968983B2 (ja) * 2000-12-26 2012-07-04 日本板硝子株式会社 密閉型鉛蓄電池用セパレータ
EP1248315A2 (en) * 2001-04-03 2002-10-09 Japan Storage Battery Co., Ltd. Dry-charged lead acid battery and process for the production thereof
JP2002304977A (ja) * 2001-04-04 2002-10-18 Nippon Sheet Glass Co Ltd 密閉型鉛蓄電池用セパレータ及びそれを内蔵した密閉型鉛蓄電池
JP2002313305A (ja) * 2001-04-18 2002-10-25 Nippon Sheet Glass Co Ltd 鉛蓄電池用セパレータ及びそれを用いた鉛蓄電池
US6689509B2 (en) * 2001-09-20 2004-02-10 Daramic, Inc. Laminated multilayer separator for lead-acid batteries
US6703161B2 (en) * 2001-09-20 2004-03-09 Daramic, Inc. Multilayer separator for lead-acid batteries
JP2005505118A (ja) * 2001-10-03 2005-02-17 トロジャン バッテリー カンパニー 電池を充電するシステムおよび方法
JP2005521991A (ja) * 2002-02-07 2005-07-21 ケイヴィージー テクノロジーズ インコーポレイテッド 吸収性セパレータの濾過作用により形成されたゲル化電解質を有する鉛酸電池、その電解質、及びその吸収性セパレータ
JP3979467B2 (ja) * 2002-02-18 2007-09-19 日本板硝子株式会社 密閉型鉛蓄電池用セパレータ及び密閉型鉛蓄電池
US7144633B2 (en) * 2002-07-29 2006-12-05 Evanite Fiber Corporation Glass compositions
DE10327080B4 (de) * 2003-06-13 2007-08-16 Daramic, Inc. Separatormaterial zum Bilden eines Separators für einen Säureakkumulator und Verfahren zu deren Herstellung
JP4550391B2 (ja) * 2003-09-25 2010-09-22 日本板硝子株式会社 鉛蓄電池用セパレータ
US20050084762A1 (en) * 2003-10-15 2005-04-21 Vaccaro Frank J. Hybrid gelled-electrolyte valve-regulated lead-acid battery
EP1585182B1 (en) * 2004-04-05 2010-06-30 Exide Technologies, S.A. Lead-acid battery with microfibre separator having improved absorption characteristics
JP5044888B2 (ja) * 2004-12-03 2012-10-10 パナソニック株式会社 液式鉛蓄電池
JP2005302395A (ja) * 2004-04-08 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛蓄電池
DE602005009814D1 (de) * 2004-04-08 2008-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Bleiakkumulator
JP4771678B2 (ja) * 2004-09-29 2011-09-14 古河電池株式会社 自動車用開放型鉛蓄電池
JP4417232B2 (ja) * 2004-11-29 2010-02-17 古河電池株式会社 鉛蓄電池
US8722231B2 (en) * 2006-11-14 2014-05-13 Mp Assets Corporation Smart battery separators
JP5012105B2 (ja) * 2007-03-14 2012-08-29 パナソニック株式会社 制御弁式鉛蓄電池
US9190648B2 (en) * 2007-06-01 2015-11-17 Daramic Llc Lead-acid battery separator having enhanced stiffness
ES2370608T3 (es) * 2007-12-11 2011-12-20 P.H. Glatfelter Company Estructuras separadoras de batería.
US20110143184A1 (en) * 2008-02-14 2011-06-16 Firefly International Energy Group, Inc. Battery with electrolyte diffusing separator
JP5160285B2 (ja) * 2008-03-31 2013-03-13 日本板硝子株式会社 密閉型鉛蓄電池用セパレータおよび密閉型鉛蓄電池
US9935302B2 (en) * 2009-10-20 2018-04-03 Daramic, Llc Battery separators with cross ribs and related methods
BR112012021876A2 (pt) * 2010-03-01 2016-05-24 Shin Kobe Electric Machinery bateria de armazenamento de chumbo-ácido
JP5432813B2 (ja) * 2010-05-11 2014-03-05 日本板硝子株式会社 密閉型鉛蓄電池用セパレータ及び密閉型鉛蓄電池
US20110287324A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Hollingsworth & Vose Company Surface modified glass fibers
US20110318629A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Ho Marvin C Separator for lead acid battery
JPWO2013008454A1 (ja) * 2011-07-11 2015-02-23 パナソニック株式会社 鉛蓄電池
US20140227585A1 (en) * 2011-09-21 2014-08-14 Hollingsworth & Vose Company Battery components with leachable metal ions and uses thereof
WO2014008422A1 (en) * 2012-07-03 2014-01-09 Amtek Research International Llc Method of making a rubber-containing polyolefin separator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014138509A1 (en) 2014-09-12
CN108448038B (zh) 2022-01-04
JP2020115490A (ja) 2020-07-30
KR20230152786A (ko) 2023-11-03
KR20210041128A (ko) 2021-04-14
JP2023052625A (ja) 2023-04-11
KR20150126903A (ko) 2015-11-13
BR112015021454A2 (pt) 2017-07-18
US20140255752A1 (en) 2014-09-11
PH12015501950A1 (en) 2016-01-11
PH12015501950B1 (en) 2016-01-11
CN105378974A (zh) 2016-03-02
CN108448038A (zh) 2018-08-24
EP2965368A1 (en) 2016-01-13
JP7219244B2 (ja) 2023-02-07
JP2016513861A (ja) 2016-05-16
US20210399385A1 (en) 2021-12-23
EP2965368A4 (en) 2016-11-30
US20170077479A1 (en) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210399385A1 (en) Laminated oxidation protected separator
US9093694B2 (en) Composite battery separator
US20220190435A1 (en) Oxidation protected separator
JP2023100976A (ja) 改良された、被覆された又は処理された微孔質電池セパレータ、充電可能なリチウム電池、システム、並びに関連する製造及び／又は使用方法
KR102628241B1 (ko) 개선된 납축 전지 세퍼레이터, 전지 및 관련된 방법
US9780347B2 (en) Acid resistant glass mats that include binders with hydrophilic agents
BR112016029519B1 (pt) Tapete de fibra não tecida redutor de perda de água, bateria de chumbo ácido que compreende o dito tapete e método para formar o dito tapete de fibra não tecida para o uso em uma bateria de chumbo ácido
WO2020150416A1 (en) Improved z wrap separators, cells, systems, batteries, and related equipment and methods
US11335974B2 (en) Separators, lead acid batteries, and methods and systems associated therewith
BR112015021454B1 (pt) Separador de bateria para uma bateria de chumbo ácido e bateria
KR20240044427A (ko) 납 축전지용 페이스팅 페이퍼
JP2808819B2 (ja) 蓄電池用セパレータ

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination
J201 Request for trial against refusal decision