KR20230098369A - 개선된 분리기, 납축전지 및 이와 관련된 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20230098369A
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제이. 케빈 위어
모하메드 나이하
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다라믹 엘엘씨
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Abstract

신규한 구성 및/또는 개선된 특성의 조합을 갖는 분리기가 제공된다. 이와 관련된 전지, 방법 및 시스템도 제공된다. 특정 실시형태에서, 신규하거나 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 사용 방법이 제공된다. 또한, 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기초 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기가 본 명세서에 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 분리기는 평판형 전지; 관형 전지; 차량 SLI, 및 하이브리드-전기 차량 ISS 적용; 딥 사이클 적용; 골프 카 또는 골프 카트, 및 전기 인력거 전지; 부분 충전 상태(PSOC)에서 작동하는 전지; 인버터 전지; 재생 에너지원용 저장 전지 및 이들의 임의의 조합을 위한 전지 적용에 제공된다.

Description

개선된 분리기, 납축전지 및 이와 관련된 방법 및 시스템{IMPROVED SEPARATORS, LEAD ACID BATTERIES, AND METHODS AND SYSTEMS ASSOCIATED THEREWITH}
본 출원은, 2017년 3월 22일에 출원된 국제 출원 제PCT/US2017/023637호에 대한 우선권 및 이익을 청구한다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 개선된 멤브레인(membrane), 분리기(separator), 전지 분리기, 강화 침수형(enhanced flooded) 전지 분리기, 전지, 셀(cell), 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량, 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템 및/또는 이를 이용한 차량의 제조 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본원 또는 본 발명은 인버터 전지(inverter battery), 딥 사이클(deep cycle) 적용을 위한 침수형 전지, 차량 시동 점등 점화(starting lighting ignition, SLI) 전지와 같은 차량 전지, 하이브리드-전기 차량에 사용된 것과 같은 차량 아이들-스타트-스톱(idle-start-stop, ISS) 적용 전지 및/또는 강화 침수형 전지(enhanced flooded battery, EFB)용 신규하거나 개선된 강화 침수형 납축전지(lead acid battery) 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기, 셀, 전지, 시스템, 차량 및 기타의 개선된 제조 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 구비한 이러한 전지의 개선된 제조, 실험 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 발명은 분리기, 특히 감소된 분리기의 전기 저항(electrical resistance, ER), 감소된 분리기의 두께, 증가된 분리기의 천공 강도(puncture strength), 개선된 분리기의 폭 방향(cross-machine direction, CMD) 강성, 개선된 분리기의 내산화성, 감소된 분리기의 기본 중량(basis weight), 증가된 분리기의 습윤성 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서, 적어도 강화 침수형 전지에서, 전지 수명을 향상시키기 위한, 수분 손실을 감소시키기 위한, 습윤성을 증가시키기 위한, 내부 저항을 감소시키기 위한, 및/또는 균일성을 개선하기 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기에 관한 것이다. 적어도 구체적인 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 분리기가 향상된 첨가제 또는 코팅, 감소된 전기 저항, 감소된 두께, 증가된 천공 강도, 개선된 CMD 강성, 향상된 내산화성, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 또는 그 이상의 성능을 구비한 강화 침수형 전지용 개선된 분리기에 관한 것이다.
강화 침수형 전지(EFBs 또는 EFB) 및 흡수성 유리매트(absorbent glassmat, AGM) 전지는 다양한 적용 분야에서 사용된 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 전극의 상부에 층을 이룬 유리 섬유매트에 흡수된다. 역사적으로, AGM 시스템은 침수형 전지 시스템보다 높은 방전 출력, 좋은 수명 및 더 큰 콜드 크랭킹 암페어(cold cranking amp)와 관련되었다. 그러나 AGM 전지는 제조하는 것이 현저하게 더 비싸고 과충전에 더 민감하다. 이와 같이, EFB 시스템은 이동 뿐만 아니라 고정 적용 분야용 동력원 및 에너지 저장에 대한 매력적인 선택으로 남아있다. 이러한 동력원 및 에너지 저장 적용은 평판형 전지; 관형 전지; 차량 SLI, 및 하이브리드-전기 차량 ISS 적용; 딥 사이클 적용; 골프 카 또는 골프 카트, 및 전기 인력거(e-rickshaw) 전지; 부분 충전 상태(partial state of charge, PSOC)에서 작동하는 전지; 인버터 전지; 및 재생 에너지원용 축전지와 같이 다양하다.
EFB 시스템은 전형적으로 납축전지 셀 내에서 음극으로부터 양극(들)을 분리하는 하나 또는 그 이상의 전지 분리기를 포함한다. 전지 분리기는 두 가지 주기능을 가질 수 있다. 첫째, 전지 분리기는 전극 사이를 직접 통과하는 임의의 전자 전류(전기 단락)를 방지하기 위해, 음극(들)으로부터 양극(들)을 물리적으로 멀리 두어야 한다. 둘째, 전지 분리기는 최소 가능 ER으로 양극과 음극 사이의 이온 전류를 허용해야 한다. 전지 분리기는 많은 다른 재료들로 제조될 수 있지만, 이러한 두 가지 상반된 기능은 다공성 비전도체로 제조된 전지 분리기에 의해 잘 충족되었다. 이 구조를 이용하여, 기공은 전극 사이의 이온 확산에 기여하고, 비-전도성 고분자 네트워크는 전기 단락을 방지한다.
또한, 상기 열거된 것 이외의 전지 분리기의 특성이 요구될 수 있다. 예를 들어, 분리기는 감소된 전기 저항(ER) 외에, 개선된 분리기의 천공 강도, 개선된 분리기의 폭 방향(CMD) 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께 및 감소된 기본 중량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
더 낮은 분리기 ER은 전지 기능을 개선하고 그것의 충전 수용(charge acceptance)을 증가시킬 수 있다(충전 시간을 감소시키거나 및/또는 충전 전류 및/또는 전압을 감소시킨다). 천공 강도가 너무 낮으면, 분리기는 조립하는 동안 또는 그 이후에 납 합금 전극의 코너에서 천공될 수 있고, 이는 짧고 조기 전지 고장을 초래할 것이다. CMD 강성이 너무 낮거나 너무 높으면, 전지 조립 중에 분리기를 제대로 다루기가 어려울 수 있다. 더욱이, 전지 분리기는 개선된 산화 안정성을 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 전지 수명을 연장시킨다. 기본 중량이 낮으면 제조 비용이 절감할 수 있다. 또한, 전지의 전체 크기를 감소시키기 위해 감소된 분리기 두께가 요구될 수 있다.
상기 특성들 모두는, 예를 들어, 더 많은 전해질을 위한 공간 증가, 전극 내 납량 감소, 전지 크기 감소 및/또는 재충전 시간 감소와 같은 납축전지의 기타 바람직한 특성을 이끌어, 몇 가지 개선 사항을 바로 확인할 수 있다.
전형적인 전지 분리기는 마이크로 다공성이므로 이온이 양극 및 음극 또는 판 사이를 통과할 수 있다. 분리기는 폴리에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 폴리올레핀, 목재, 종이, 천연 또는 합성 고무, PVC 또는 유리 섬유로 만들어질 수 있다. 차량용 전지 및/또는 산업용 전지 및/또는 딥 사이클 전지와 같은 납축 저장 전지에서, 전지 분리기는 전형적으로 미세 다공성 폴리에틸렌 분리기이며; 일부 경우에, 이러한 분리기는 백웹(backweb) 및 백웹의 한쪽 또는 양쪽에 서있는 복수의 리브를 포함할 수 있다(참조: Besenhard, J. O., Editor, Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany (1999), Chapter 9, pp. 245-292). 차량용 전지의 일부 분리기는 연속 길이로 만들어지고, 롤링되며, 후속적으로 접히고, 모서리(또는 특정 모서리)를 따라 밀봉되어, 전지의 전극을 수용하는 파우치(pouch) 또는 엔빌로프(envelope) 또는 슬리브(sleeve) 또는 포켓(pocket)을 형성한다. 예를 들어, 산업용 (또는 견인 또는 딥 사이클 저장) 전지를 위한 특정 분리기는 전극 판(조각(pieces) 또는 박편(leaves))과 거의 같은 크기로 절단된다.
적어도 특정 적용 또는 전지의 경우, ER 감소, 분리기 두께 감소, 분리기 천공 강도 증가, 분리기 CMD 강성 개선, 분리기 내 산화성 개선, 분리기 기본 중량 감소, 분리기 젖음성 증가 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 개선된 분리기가 여전히 필요하다. 보다 구체적으로, 개선된 분리기, 및 개선된 분리기를 포함하는 개선된 전지가 여전히 필요하며, 이는 전지 수명을 향상시키고, 전지 고장을 감소시키며, 산화 안정성을 개선하고, 충전 종료(EOC) 전류를 개선하고, 전류를 충전하거나 및/또는 완충하는데 필요한 전류 및/또는 전압 및/또는 시간을 감소시키고, 내부 ER을 최소화하고, 천공 강도를 개선하고, 분리기 강성을 개선하고, 분리기 두께를 감소시키거나, 및/또는 분리기 기본 중량을 저감시키는 것을 제공한다. 예시적인 분리기의 실시형태는 EFB, 딥 사이클 전지 적용 분야에 사용되는 침수형 전지, 차량용 SLI 전지, 하이브리드 전기 차량용 ISS 전지 및 인버터 전지와 같은 이러한 전지를 사용하는 차량과 같은 다양한 납축 전지에 사용될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시형태의 상세 내용은 아래의 상세한 설명에서 제시된다. 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명 및 청구 범위로부터 명백할 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 상기 문제 또는 요구를 해결할 수 있다. 적어도 특정 목적, 측면 또는 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 개선된 멤브레인, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량의 제조 및/또는 사용 방법을 제공하거나 개시할 수 있다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 인버터 전지, 딥 사이클 적용 침수형 전지, 자동차 시동 점등 점화(SLI) 전지와 같은 차량 전지, 하이브리드-전기 차량에 사용되는 것과 같은 자동차 아이들-스타트-스톱(ISS) 적용 전지 및/또는 개선된 침수형 전지(EFB)용 신규하거나 개선된 침수형 납축 전지 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기, 셀, 전지, 시스템, 차량 등의 제조 및/또는 사용하는 개선된 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 구비한 이러한 전지의 제조, 실험 및/또는 사용하는 개선된 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 분리기, 특히 감소된 분리기 전기 저항(ER), 감소된 분리기 두께, 증가된 분리기 천공 강도, 개선된 분리기 폭 방향(CMD) 강성, 개선된 분리기 내 산화성, 감소된 분리기 기본 중량, 증가된 분리기 습윤성 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서는 적어도 강화 침수형 전지에서 전지 수명을 향상시키고, 수분 손실을 감소시키며, 습윤성을 증가시키고, 내부 저항을 감소시키며 및/또는 균일성을 개선시키기 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기를 개시한다. 적어도 구체적 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기에 관한 것으로서, 분리기는 향상된 첨가제 또는 코팅, 감소된 전기 저항, 감소된 두께, 개선된 천공 강도, 개선된 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 또는 그 이상의 성능을 포함한다.
적어도 선택된 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 전술한 문제를 해결하는 개선된 분리기 및/또는 전지에 관한 것이다. 예를 들어, 감소된 ER, 감소된 분리기 두께, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 분리기 내 산화성, 감소된 분리기 기본 중량, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 방법, 시스템 및 개선된 전지 분리기이다.
본 발명의 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 대략 130 g/㎡ 이하의 기본 중량 및 대략 25 mN과 동등하거나 큰 폭 방향의 굽힘 강성을 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 다른 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 대략 25 mN과 동등하거나 작은 폭 방향 강성 및 대략 125 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일부 측면에서, 분리기는 대략 40 mΩㆍ㎠와 동등하거나 작은 전기 저항; 대략 11.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항; 20 시간에서 대략 200 %와 동등하거나 큰 내산화성; 40 시간에서 대략 100 %와 동등하거나 큰 내산화성; 대략 125 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께; 약 20 %와 동등하거나 적은 잔류 오일 함량; 약 10 %와 동등하거나 큰 잔류 오일 함량을 갖도록 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서, 납축 전지 분리기는 적어도 하나의 리브 어레이를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 리브 어레이는 솔리드 리브(solid rib), 브로큰 리브(broken rib), 분리된 브로큰 리브(discrete broken rib), 연속 리브(continuous rib), 불연속 리브(discontinuous rib), 각진 리브(angled rib), 선형 리브(linear rib), 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니(serration), 톱니형 리브(serrated rib), 흉벽(battlement) 또는 흉벽형 리브(battlemented rib), 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형(curved rib) 또는 사인곡선형 리브(sinusoidal rib), 그로브(groove), 채널(channel), 텍스쳐 영역(textured area), 엠보스먼트(embossment), 딤플(dimple), 다공성(porous), 비-다공성(non-porous), 미니 리브(mini rib) 또는 크로스 미니 리브(cross-mini rib) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나이다.
선택된 실시형태에서, 분리기는 제 1 백웹 표면으로부터 연장되고; 제 1 백웹 표면으로부터 측정된 제 1 리브 높이를 갖는 제 1 리브 어레이; 제 2 백웹 표면으로부터 연장되고, 제 1 리브 어레이와 실질적으로 직교하며, 제 2 백웹 표면으로부터 측정된 제 2 리브 높이를 갖는 제 2 리브 어레이; 및 대략 200 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 가질 수 있다. 제 2 리브 어레이는 약 75 ㎛와 동등하거나 작은 높이와 약 100 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 가질 수 있다.
예시적인 분리기는 약 400 ㎛ 내지 약 2.0 mm 사이의 전체 두께를 가질 수 있다.
특정 예시적인 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 솔리드 리브, 브로큰 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나인 제 1 리브 어레이를 포함할 수 있다.
다른 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 솔리드 리브, 브로큰 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나인 제 2 리브 어레이를 포함할 수 있다.
선택된 실시형태에서, 본 발명은 본 명세서에서 실질적으로 기술된 바와 같은 분리기가 마련된 납축 전지를 제공한다. 전지는 평판형 전지, 관형 전지, 침수형 납축 전지, 강화 침수형 납축 전지, 딥-사이클 전지, 흡수형 유리 매트 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동 점등 점화(starting-lighting-ignition, SLI) 전지, 아이들-스타트-스톱(idle-start-stop, ISS) 전지, 자동차(automobile) 전지, 트럭(truck) 전지, 모터사이클(motorcycle) 전지, 전-지형 차량(all-terrain vehicle) 전지, 지게차(forklift) 전지, 골프 카트(golf cart) 전지, 하이브리드-전기 차량(hybrid-electric vehicle) 전지, 전기 차량(electric vehicle) 전지, 전기 인력거(e-rickshaw) 전지, 전기 자전거(e-bike) 전지 또는 선박(marine vessel) 전지일 수 있다.
전지는 부분 충전 상태(partial state of charge); 이동 중; 고정 중; 또는 전술한 모든 과정을 통한 사이클로 작동할 수 있다.
특정 선택된 실시형태에서, 본 발명은 본 명세서에서 실질적으로 기술된 바와 같은 분리기가 마련된 납축 전지가 구비된 차량을 제공한다. 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 지게차, 골프 카트, 아이들-스타트-스톱 차량, 하이브리드 전기 차량, 전기 차량, 전기-인력거, 전기 자전거 또는 선박일 수 있다.
신규하거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀, 시스템 및/또는 전지의 제조 및/또는 사용 방법; 신규하거나 개선된 강화 침수형 전지용 전지 분리기; 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기; 분리기가 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합을 가지며; 분리기가 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 포함하거나 나타내도록 제공되고; 분리기가 평판형 전지, 관형 전지, 차량 SLI 및 HEV ISS 적용, 딥 사이클 적용, 골프 카 또는 골프 카트 및 전지 인력거 전지, 부분 충전 상태(PSOC)에서 작동하는 전지, 인버터 전지; 및 재생 에너지원용 저장 전지 및 이들의 임의의 조합 및/또는 본 명세서에서 나타나지거나, 청구되거나 또는 기술된 바와 같은 유사체를 위한 전지 적용에 제공되는 강화 침수형 전지용 개선된 분리기이다.
적어도 선택된 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 신규하거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량의 제조 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 인버터 전지, 딥 사이클 적용 침수형 전지, 자동차 시동 점등 점화(SLI) 전지와 같은 차량 전지, 하이브리드-전기 차량에 사용되는 것과 같은 자동차 아이들-스타트-스톱(ISS) 적용 전지 및/또는 개선된 침수형 전지(EFB)용 신규하거나 개선되 납축 전지 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기, 셀, 전지, 시스템, 차량 등의 제조 및/또는 사용하는 개선된 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 구비한 이러한 전지의 제조, 실험 및/또는 사용하는 개선된 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 분리기, 특히 감소된 분리기 전기 저항(ER), 감소된 분리기 두께, 증가된 분리기 천공 강도, 개선된 분리기 폭 방향(CMD) 강성, 개선된 분리기 내산화성, 감소된 분리기 기본 중량, 증가된 분리기 습윤성 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서는 적어도 강화 침수형 전지에서 전지 수명을 향상시키고, 수분 손실을 감소시키며, 습윤성을 증가시키고, 내부 저항을 감소시키며 및/또는 균일성을 개선시키기 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기를 개시한다. 적어도 구체적 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기에 관한 것으로서, 분리기는 향상된 첨가제 또는 코팅, 감소된 전기 저항, 감소된 두께, 개선된 천공 강도, 개선된 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 또는 그 이상의 성능을 포함한다.
적어도 선택된 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 침수형 납축 전지와 같은 개선된 납축 전지, 납축 전지 및/또는 전지 분리기를 포함하는 개선된 시스템, 개선된 전지 분리기, 이러한 시스템을 포함하는 개선된 차량, 제조, 실험 또는 사용 또는 이들의 조합의 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 개선된 침수형 납축 전지, 그러한 전지용 개선된 전지 분리기, 및/또는 이러한 개선된 침수형 납축 전지의 제조, 실험 또는 사용 또는 이들의 조합의 방법에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서는 전기 저항을 감소시키며, 분리기 두께를 감소시키고, 분리기 천공 강도를 증가시키며, 분리기 CMD 강성을 개선시키고, 분리기 내산화성을 개선시키며, 분리기 기본 중량을 감소시키고, 분리기 습윤성을 증가시키며, 또는 이들의 임의의 조합을 위한 방법, 시스템, 전지 및/또는 전지 분리기를 개시한다.
도 1은 예시적인 침수형 납축 전지를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 분리기의 두 개의 예시적인 표면을 개략적으로 도시한다.
도 3a 내지 3c는 예시적인 분리기 및 그 다양한 중요 치수의 실시형태를 도시하며, 도 3a는 예시적인 분리기의 양극 대향 표면을 개략적으로 도시하고, 도 3b는 세로 방향(machine direction)을 따라 도시된 예시적인 분리기의 (도 3a에서 A__A에 의해 정의된 바와 같은) 단면도이며, 도 3c는 폭 방향(cross machine direction)을 따라 도시된 예시적인 분리기의 (도 3b에서 b__b에 의해 정의된 바와 같은) 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 예시적인 리브 프로파일을 갖는 분리기의 다른 실시형태를 도시한다.
도 5는 시험 분리기를 천공하는데 사용되는 팁(tip)을 도시한다.
도 6은 분리기에 대한 굽힘 시험의 개략도이다.
도 7a는 신장 시험 샘플의 개략도이다.
도 7b는 신장 시험을 위한 샘플 홀더를 도시한다.
본 명세서에 기술된 실시형태는 다음의 상세한 설명, 예시 및 도면(즉, "도")을 참조함으로써 보다 쉽게 이해될 수 있다. 무엇보다도, 다양한 전지, 차량 또는 장치, 및 산 성층화를 방지하기 위한 방법이 본 명세서에 설명되지만, 이는 상세한 설명, 예시 및 도면에 제시된 특정 실시형태로 제한되지 않는다. 이들 실시형태는 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것임을 인식해야 한다. 다수의 변형 및 적응은 개시된 주제를 벗어나지 않는한 당업자에게 명백할 것이다.
납축 전지(Lead Acid Battery)
도 1을 참조하면, EFB와 같은 예시적인 침강형 납축 전지(50)는 교번하는 양극(52)과 음극(54)의 어레이(50a)가 제공되어, 양극(52)과 음극(54)이 교대로 배치된다. 어레이(50a)에는 또한 각각의 전극(52, 54) 사이에 배치된 분리기(100)가 제공되어, 분리기(100)는 전극(52, 54)을 분리시켜, 전극(52, 54) 사이의 접촉을 방지한다. 어레이(50a)는 황산(H2SO4) 전해질(56)(예를 들어, 약 1.20 내지 약 1.35의 물에 대한 예시적인 비중을 갖는 황산)에 실질적으로 침지된다. 양극(52)은 양극 단자(51)와 전기적으로 소통하고, 음극(54)은 음극 단자(53)와 전기적으로 소통한다.
이제 도 2를 참조하면, 분리기(100)는 다공성 멤브레인을 포함하고, 이의 한쪽 또는 양쪽 표면에 다공성 멤브레인(102)으로부터 연장되는 하나 또는 그 이상의 리브 어레이가 추가로 제공될 수 있다. 다공성 멤브레인(102)에는 양극 대향 표면(102p)이 제공되는데, 분리기가 납축 전지에 배치될 때 이 표면이 양극을 향하고 있기 때문이며; 그리고 음극 대향 표면(102n)이 제공되는데, 그 이유는 분리기가 납축 전지에 배치될 때, 이 표면이 음극을 향하고 있기 때문이다. 포지티브(positive) 리브(104)는 양극 대향 표면(102p)으로부터 연장될 수 있고, 네가티브(negative) 리브(106)는 음극 대향 표면(102n)으로부터 연장될 수 있다. 또한, 분리기에는 세로 방향에 대해서는 md로 표시되는 화살표와 폭 방향에 대해서는 cmd로 표시되는 화살표에 의해 지시되는 세로 방향과 폭 방향이 제공되며, 두 방향은 실질적으로 서로 직교한다. 예시적인 분리기는 실질적으로 세로 방향(md)으로 연장되는 포지티브 리브(104) 및 실질적으로 폭 방향(cmd)으로 연장되는 네가티브 리브(106)를 가질 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 예시적인 분리기(100)의 세로 방향(md)은 전지(50)의 상부와 하부 사이에서 실질적으로 진행하는 반면, 폭 방향(cmd)은 세로 방향(md)과 실질적으로 직교한다.
또한, 예시적인 분리기(100)는 하나 또는 그 이상의 섬유 매트(들)(미도시)와 결합, 인접 또는 적층될 수 있다.
본 명세서에 기술된 납축 전지는 이에 한정되는 것은 아니나, 침수형 납축 전지. 흡수성 유리 매트(absorbent glass mat, AGM) 전지, 밸브 조절된 납축(valve regulated lead acid, VRLA) 전지, 겔 전지, 및/또는 기타일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 본 명세서에 기술된 납축 전지는 침수형 납축 전지이며, 이는 적어도 본 명세서의 개시 내용 중 일부는 침수형 납축 전지, 특히 부분 충전 상태에서 또는 부분 충전 상태 내에서 작동하는 침수형 납축 전지의 문제, 즉, 산 성층화 및 활물질의 누수에 관한 것이기 때문이다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 예시적인 분리기는 다양한 적용에 이용되는 납축 전지에서 사용될 수 있다. 이러한 적용은, 예를 들어: 부분 충전 상태 적용; 딥 사이클링 적용; 자동차 적용; 트럭 적용; 모터사이클 적용; 지게차, 골프 카트 (골프 카 라고도 함) 등과 같은 동력 적용; 전기 자동차 적용; 하이브리드 전기 자동차(HEV) 적용; ISS 차량 적용; 전기 인력거 적용; 전기 삼륜차 적용; 전기 자전거 적용; 보트 적용; 풍력 에너지, 태양 에너지 등과 같은 재생 가능 에너지 및/또는 대안적인 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 적용을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 분리시는 다양한 전지에 사용될 수 있다. 그러한 예시적인 전지는 예를 들어: 강화 침수형 납축 전지와 같은 침수형 납축 전지; AGM 전지, VRLA 전지; 평판형 전지; 관형 전지; 부분 충전 상태 전지; 딥 사이클링 전지; 자동차 전지; 트럭 전지; 모터사이클 전지; 지게차 전지, 골프 카트(골프 카 라고도 함) 전지 등과 같은 동력 전지; 전기 자동차 전지; 하이브리드 전기 자동차(HEV) 전지; ISS 차량 전지; 전기 인력거 전지; 전기 삼륜차 전지; 전기 자전거 전지; 보트 전지; 풍력 에너지, 태양 에너지 등과 같은 재생 가능 에너지 및/또는 대안적인 에너지 수집 및 저장과 같은 에너지 수집 및 저장 전지을 포함할 수 있다.
분리기(Separator)
분리기(100)는 전극(52)과 전극(54) 사이의 전기 전도를 방지하여야 하나, 전극(52)과 전극(54) 사이의 이온 전도는 허용해야 한다. 따라서, 본 발명의 분리기(100)의 예시적인 실시형태는 바람직하게는 약 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 미만의 기공을 갖는 마이크로 다공성 멤브레인과 약 1.0 ㎛ 초과의 기공을 갖는 메조 다공성 멤브레인 또는 매크로 다공성 멤브레인을 포함할 수 있다. 바람직한 특정 실시형태에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 약 0.1 ㎛의 공극 직경 및 약 60 % 내지 약 68 %의 기공도를 갖는 미세 다공성 멤브레인이다.
다공성 멤브레인은 이에 한정되는 것은 아니지만, 임의의 다공성 멤브레인; 임의의 크기의 기공(예를 들어, 매크로 다공성, 마이크로 다공성, 나노 다공성 등)을 갖는 다공성 멤브레인 및 산성 전해질에 대한 저항성이 있는 임의의 물질로 제조될 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 전지 분리기와 같은 마이크로 다공성 멤브레인이다. 예를 들어, 마이크로 다공성 멤브레인은 Daramic® 또는 현재 또는 미래의 임의의 기타 납축 전지 분리기 제조업체에 의해 제조된 임의의 폴리에틸렌 전지 분리기일 수 있다.
일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인의 기공 크기는 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 ㎛ 미만이다. 바람직하게는 기공의 50 % 초과는 0.5 ㎛ 미만이다. 기공의 적어도 90 %가 0.9 ㎛ 미만의 직경을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 마이크로 다공성 분리기는 바람직하게는 0.05 ㎛ 내지 0.9 ㎛, 일부 경우에는 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛의 평균 기공 크기를 갖는다.
물리적 설명(Physical Description)
이제 도 3a 내지 도 3c를 참조하면. 예시적인 분리기(100)는 상부 엣지(101), 하부 엣지(103), 측면 엣지(105a, 105b), 세로 방향(MD) 및 폭 방향(CMD)을 갖는다. 예시적인 분리기(100)는 다공성 멤브레인의 백웹(102) 및 양극 대향 표면(102p)으로부터 연장되는 일련의 메인(main) 또는 포지티브 리브(104)를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 리브(104)는 분할되거나 톱니 모양으로 되어있다. 그러나, 리브(104)는 리브, 그로브, 텍스쳐 영역, 톱니 또는 톱니형 리브, 솔리드 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 브로큰 리브, 각진 리브, 선형 리브, 또는 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 지그-재그 리브, 엠보스먼트, 딤플, 및/또는 백웹(102) 내로 또는 백웹(102)으로부터 연장된 유사체, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예시적인 형태는 리브(104)가 양극(미도시)을 대향한 상태에서 분리기(102)를 전지(미도시)에 배치하지만, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 리브(104)가 양극을 향하면, 이들은 포지티브 리브로 인식될 수 있다. 도 3b는 백웹 두께(Thickness Backweb ), 포지티브 리브 높이(Height Pos ) 및 네가티브 리브 높이(Height Neg )를 상세히 도시한 세로 방향(md)을 따른 분리기(100)를 도시하며, 이들의 조합은 전체적인 분리기의 두께(Thickness Overall )와 동등하다. 도 3b는 또한 백웹 두께와 네가티브 리브 두께(Height Neg )의 합인 베이스웹 두께(Thickness Baseweb )를 도시한다. 도 3c는 폭 방향으로 측 방향으로 배치된 바와 같은 네가티브 리브(106)를 도시하는 폭 방향을 따른 분리기(100)를 도시한다(이하 논의되고, 또한 "네가티브 크로스-리브" 또는 "NCR" 또는 "NCRs"이라고 지칭함). 도 3c는 또한 포지티브 리브 톱니(104s)를 도시한다. 분리기(100)는 전형적으로 음극을 향하여 네가티브 크로스 리브가 위치된 전지 내에 배치될 수 있으나, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 네가티브 크로스-리브가 없다면, 백웹 두께는 베이스 두께와 동등하다. 도 3a 내지 도 3c는 스케일을 따르지 않음을 이해된다.
리브(Rib)
본 발명의 특정 선택된 측면에서, 포지티브 리브 및/또는 네가티브 리브의 한쪽 또는 양쪽 어레이는 솔리드 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그-유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 등 및/또는 이들의 조합일 수 있다.
다양한 가능한 바람직한 실시형태에서, 다공성 멤브레인(102)은 리브(104) 및 리브(106)를 구비할 수 있으며, 이는 멤브레인(102)의 한 쪽 표면에 배치된 포지티브 리브 또는 네가티브 크로스 리브일 수 있다. 리브(104) 및 리브(106)는 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 톱니, 톱니형 리브, 연속 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 비연속 리브, 각진 리브, 선형 리브 또는 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 지그-재그 리브, 엠보스먼트, 딤플 및/또는 백웹으로 또는 백웹으로부터 연장된 유사체, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에서, 리브는 다공성 멤브레인의 한쪽 표면에만 있을 수도 있고, 양쪽 표면에 있을 수도 있는 것과 같은 패턴일 수 있다. 분리기는 다공성 멤브레인의 제 1 측면 또는 표면, 또는 포지티브 면 또는 표면, 또는 앞 면 또는 표면에 포지티브 리브를 포함할 수 있으며, 분리기의 제 2 측면 또는 네가티브 면 또는 뒷 면에 네가티브 크로스-리브를 포함할 수 있다. 이러한 네가티브 크로스 리브는 포지티브 리브보다 작거나 보다 가깝게 이격될 수 있다. 포지티브 리브(104)는 8 ㎛ 내지 1 mm 사이의 높이(Height Pos )를 가질 수 있으며, 1 ㎛ 내지 20 mm로 이격될 수 있으며, 마이크로 다공성 폴리올레핀 다공성 멤브레인의 바람직한 백웹 두께(Thickness Backweb )는 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛(예를 들어, 특정 실시형태에서, 125 ㎛와 동등하거나 작음)일 수 있다. 예를 들어, 리브는 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, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8mm, 1.9mm, 2.0 mm, 및 20 mm 간격으로 유사한 증분일 수 있다.
NCR(106)은 약 25 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 75 ㎛ 사이의 높이(Height Neg )를 가질 수 있지만, 25 ㎛ 만큼 작을 수 있다. 일부 예시에서, NCR(106)은 약 25 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 바람직하게는 약 50 ㎛ - 125 ㎛, 또는 바람직하게는 약 50 ㎛ - 75 ㎛ 사이일 수 있다.
일부 실시형태에서, 포지티브 리브(104)는 다공성 멤브레인(102)의 제 1 표면 위에 있을 수 있으며, 네가티브 또는 네가티브 크로스 리브(106)는 다공성 멤브레인의 제 2 표면 위에 있으며, 포지티브 리브(104)에 대해 실질적으로 90 °일 수 있다. 일부 실시형태에서, 포지티브 리브(104)는 다공성 멤브레인(102)의 제 1 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 상부 엣지(101)에 일반적으로 직교하여 배치될 수 있으며, 네가티브 또는 네가티브 크로스 리브(106)는 다공성 멤브레인(102)의 제 2 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 상부 엣지(101)에 일반적으로 평행하여 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 포지티브 리브(104)는 다공성 멤브레인의 제 1 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 세로 방향(md)에 일반적으로 평행하여 배치될 수 있으며, 네가티브 또는 네가티브 크로스 리브(106)는 다공성 멤브레인(102)의 제 2 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 폭 방향(cmd)에 일반적으로 평행하여 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 포지티브 리브(104)는 다공성 멤브레인의 제 1 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 세로 방향에 대해 약 0°보다 크고 약 180°보다 작거나, 약 180°보다 크고 약 360°보다 작은 각도로 각도 배향되어 배치될 수 있으며, 네가티브 또는 네가티브 크로스 리브(106)는 다공성 멤브레인(102)의 제 2 표면 위에 있으며, 분리기(100)의 상부 엣지(101) 또는 폭 방향(cmd)에 일반적으로 평행하여 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 포지티브 리브(104)는 다공성 멤브레인의 제 1 표면 위에 있으며, 네가티브 미니 리브(106)는 다공성 멤브레인(102)의 제 2 표면에 있으며 다공성 멤브레인의 제 1 표면 위의 포지티브 리브(104)에 일반적으로 평행하여 배치될 수 있다.
리브는 바람직한 특정 실시형태에서 톱니일 수 있다. 톱니 또는 톱니형 리브는 약 0.05 mm 내지 약 1 mm 의 평균 팁 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 팁 길이는 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 mm와 동등하거나 클 수 있으며, 및/또는 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 mm와 동등하거나 작을 수 있다.
톱니 또는 톱니형 리브는 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 0.9 mm와 동등하거나 클 수 있으며, 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 mm와 동등하거나 작을 수 있다.
톱니 또는 톱니형 리브가 존재하면, 이들은 약 0.05 내지 약 4 mm의 평균 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 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 mm와 동등하거나 클 수 있으며, 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 mm와 동등하거나 작을 수 있다. 톱니 높이가 리브 높이와 같은 실시형태에서, 톱니형 리브는 또한 돌출부(protrusion)로 지칭될 수 있다. 이러한 범위는 산업 견인형 스타트/스톱 전지를 위한 분리기에 적용될 수 있으며, 여기서 분리기의 총 두께는 전형적으로 약 1 mm 내지 약 4 mm일 수 있고, 뿐만 아니라, 자동차 스타트/스톱 전지를 위한 분리기에 적용될 수 있으며, 여기서 분리기는 조금 적을 수 있다(예를 들어, 전형적으로 약 0.3 mm 내지 약 1 mm).
톱니 또는 톱니형 리브는 약 0.1 mm 내지 약 50 mm의 세로 방향의 컬럼(column)내의 중심간 평균 피치(pitch)를 가질 수 있다. 예를 들어, 중심간 평균 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 mm와 동등하거나 클 수 있으며, 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 mm와 동등하거나 작을 수 있다. 또한, 톱니 또는 톱니형 리브의 인접한 컬럼은 세로 방향 또는 오프세트(offset)에 동일한 위치에 동일하게 배치될 수 있다. 오프세트 구조에서, 인접한 톱니 또는 톱니형 리브는 세로 방향에서 상이한 위치에 배치된다. 도 3a는 오프세트 구조에서 배치된 톱니형 리브를 도시한다.
톱니 또는 톱니형 리브는 약 0.1:1 내지 약 500:1의 평균 베이스 두께에 대한 평균 높이의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 베이스 두께에 대한 평균 높이의 비율은 약 0.1:1, 25:1, 50:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 또는 450:1와 동등하거나 클 수 있으며, 및/또는 약 500:1, 450:1, 400:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 150:1, 100:1, 50:1, 또는 25:1와 동등하거나 작을 수 있다.
톱니 또는 톱니형 리브는 약 1000:1 내지 약 0.1:1의 평균 팁 두께에 대한 평균 베이스 두께의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 팁 두께에 대한 평균 베이스 두께의 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, 950:1와 동등하거나 클 수 있으며, 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 1:1와 동등하거나 작을 수 있다.
일부 실시형태에서, 분리기는 리브의 조합, 톱니 또는 톱니형 리브, 딤플 또는 이들의 조합을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 분리기는 분리기를 따라 상부에서 하부 움직이는 제 1 시리즈의 톱니형 리브와 분리기를 따라 수평으로 움직이는 제 2 시리즈의 톱니형 리브를 구비할 수 있다. 다른 실시형태에서, 분리기는 톱니형 리브, 딤플, 연속 리브, 단속 리브 또는 브로큰 솔리드 리브 또는 이들의 조합의 교대 순서를 구비할 수 있다.
일부 선택된 실시형태에서, 다공성 분리기는 돌출부로서, 멤브레인의 대향면에 네가티브 종 방향 또는 크로스 리브를 가질 수 있다. 네가티브 또는 백 리브(back rib)는 분리기의 상부 엣지에 평행할 수 있으며, 이들에 대해 비스듬히 배치될 수 있다. 예를 들어, 크로스 리브는 상부 엣지에 대해 약 90°, 80°, 75°, 60°, 50°, 45°, 35°, 25°, 15° 또는 5°로 배향될 수 있다. 크로스 리브는 상부 엣지에 대해 약 90°-60°, 60°-30°, 60°-45°, 45°-30°또는 30°-0°로 배향될 수 있다. 전형적으로, 크로스 리브는 음극을 대향하는 멤브레인의 면 위에 위치한다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 리브가 형성된 멤브레인은 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, 또는 1.0 mm의 횡 방향 크로스-리브를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 리브가 형성된 멤브레인은 약 1.0 mm, 0.5 mm, 0.25 mm, 0.20 mm, 0.15 mm, 0.10 mm, 또는 0.05 mm 이하의 횡 방향 크로스 리브 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 리브가 형성된 멤브레인은 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, 또는 1.0 mm의 횡 방향 크로스 리브 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 리브가 형성된 멤브레인은 약 1.0 mm, 0.5 mm, 0.25 mm, 0.20 mm, 0.15 mm, 0.10 mm 또는 0.05 mm 이하의 횡 방향 크로스 리브 두께를 가질 수 있다.
특정 선택된 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 약 0.10-0.15 mm의 횡 방향 크로스 리브 높이 및 약 0.10-0.15 mm의 종 방향 리브 높이를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 약 0.10-0.125 mm의 횡 방향 크로스 리브 높이 및 약 0.10-0.125 mm의 종 방향 리브 높이를 가질 수 있다.
두께(Thickness)
일부 선택된 실시형태에서, 예시적인 마이크로 다공성 멤브레인은 적어도 50 ㎛, 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, 또는 1.0 mm일 수 있는 백웹 두께(Thickness Backweb )를 가질 수 있다. 리브가 형성된 분리기는 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, 0.1 mm, 또는 50 ㎛ 이하의 백웹 두께를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로 다공성 멤브레인은 약 0.050-1.0 mm, 0.050-0.8 mm, 0.050-0.5 mm, 0.050-0.4 mm, 또는 0.050-0.3 mm의 백웹 두께를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로 다공성 멤브레인은 약 125 ㎛ 또는 200 ㎛의 백웹 두께를 가질 수 있다.
기본 중량(Basic Weight)
일부 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 g/㎡의 단위로 측정되는 기본 중량(또한 면적 중량(area weight)으로 지칭됨)으로 특징될 수 있다. 예시적인 분리기는 감소된 기본 중량을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 예시적인 분리기는 140 g/㎡와 동등하거나 작은, 130 g/㎡와 동등하거나 작은, 120 g/㎡와 동등하거나 작은, 110 g/㎡와 동등하거나 작은, 100 g/㎡와 동등하거나 작은, 90 g/㎡와 동등하거나 작은, 또는 더 작은 기본 중량을 가질 수 있다. 예시적인 분리기는 바람직하게는 대략 130 g/㎡ 내지 대략 90 g/㎡ 또는 보다 작으며, 그리고 바람직하게는 대략 120 g/㎡ 내지 대략 90 g/㎡ 또는 보다 작은 기본 중량을 갖는다.
기본 중량은 샘플의 무게를 측정한 다음 해당 값을 그 샘플의 면적으로 나누어 간단히 측정한다. 예를 들어, 1.0m x1.0m 샘플을 채취하여 무게를 측정한다. 면적은 리브, 그로브, 엠보스먼트 등에 관계없이 계산된다. 예를 들어, 리브가 형성된 분리기의 1.0m x 1.0m 샘플은 평평한 분리기의 1.0m x 1.0m 샘플과 동일한 면적을 가질 것이다.
엔빌로프(Envelope)
분리기(100)는 평평한 시트(flat sheet), 박편(leaf) 또는 박편들(leaves), 랩(wrap), 슬리브(sleeve), 또는 엔빌로프(envelope) 또는 포켓(pocket)으로 제공될 수 있다. 예시적인 엔빌로프 분리기는 양극("포지티브 엔벨로핑 분리기")을 수용하여, 그에 따라 양극을 향하는 두 개의 내부면 및 인접한 음극을 향하는 두 개의 외부면을 가질 수 있다. 대안적으로, 또 다른 예시적인 엔빌로프 분리기는 음극("네가티브 엔벨로핑 분리기")을 수용하, 음극을 향하는 두 개의 내부면 및 인접한 양극을 향한 2 개의 외부면을 가질 수있다. 이러한 엔빌로프가 형성된 분리기에서, 하부 엣지(103)는 접히거나 밀봉된 주름 엣지일 수 있다. 또한, 측면 엣지(105a, 105b)는 연속적으로 또는 간헐적으로 밀봉된 심(seam)의 엣지일 수 있다. 엣지는 접착제, 열, 초음파 용접 등 및/또는 이들의 임의의 조합에 의해 접합되거나 밀봉될 수 있다.
분리기 조립 구조의 일부 다른 예시적인 실시형태는: 양극을 향하는 리브(104); 음극을 향하는 리브(104); 음극 또는 양극 엔빌로프; 음극 또는 양극 슬리브; 음극 또는 양극 하이브리드 엔빌로프;를 포함하고, 양 전극은 수용되거나 또는 슬리브되거나 및 임의의 조합에 의할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4c는 상이한 리브 프로파일(예를 들어 조각(piece), 슬리브, 엔빌로프 또는 포켓)을 구비한 리브가 형성된 분리기의 일부 실시형태를 도시한다. 도시된 리브는 네거티브 플레이트 엔빌로프의 포지티브 리브인 것이 바람직할 수 있다(네거티브 플레이트는 엔빌로프 내부에 있음). 도 4a의 각진 리브 패턴은 특정 전지에서 산 성층화를 감소시키거나 제거하는데 도움을 줄 수 있는 바람직하게는 Daramic® RipTide™ 산 혼합 리브 프로파일일 수 있다. 도 4b의 프로파일은 종 방향 톱니형 리브 패턴일 수 있다. 도 4c의 프로파일은 대각선 오프세트 리브 패턴일 수 있다. 네가티브 면은 어떠한 리브(평탄), 동일한 리브, 더 작은 리브, 종 방향 미니 리브, 크로스 미니 리브, 또는 NCR, 대각선 리브 또는 이들의 조합도 갖지 않을 수 있다.
특정 예시적인 분리기는 프로세싱되어 하이브리드 엔빌로프를 형성할 수 있다. 하이브리드 엔빌로프는 분리기 시트를 반으로 접고, 분리기 시트의 엣지를 함께 결합하여, 엔빌로프를 형성하기 전에, 중에 또는 후에 하나 또는 그 이상의 슬릿(slit) 또는 개구부(opening)을 형성함으로써 제공될 수 있다. 개구부의 길이는 엣지의 전체 길이의 적어도 1/50, 1/25, 1/20, 1/15, 1/10, 1/8, 1/5, 1/4, 또는 1/3일 수 있다. 개구부의 길이는 엣지의 전체 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 엔빌로프는 1-5. 1-4, 2-4, 2-3 또는 2개의 개구부를 구비할 수 있으며, 이들은 하부 엣지의 길이를 따라 동등하게 배치되거나 또는 배치되지 않을 수 있다. 어떠한 개구부도 엔빌로프의 코너에 위치되지 않는 것이 바람직하다. 슬릿은 분리기가 접히고 밀봉되어, 엔빌로프를 제공한 후 절단될 수 있으며, 또는 슬릿은 다고성 멤브레인을 엔빌로프로 형상화하기 전에 형성될 수 있다.
섬유질 매트와 결합(Combined with a Fibrous Mat)
특정 실시형태에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 강화된 위킹(wicking) 특성 및/또는 강화된 습윤 또는 전해질 유지 특성을 갖는 섬유질 매트와 같은 다른 층에 추가로 적층될 수 있다. 섬유질 매트는 직포, 부직포, 유리 또는 합성, 단일 층, 다층(각 층이 다른 층과 동일하거나 유사하거나 상이한 특성을 가질 수 있음), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
섬유질 층이 존재하면, 마이크로 다공성 멤브레인 섬유질 층 보다 넓은 표면적을 갖는다. 따라서, 마이크로 다공성 멤브레인과 섬유질 층을 조합하면, 섬유질 층이 마이크로 다공성 층을 완전히 커버하지 못한다. 멤브레인의 적어도 2개의 대향하는 엣지 영역은 커버되지 않은채로 존재하여, 포켓 또는 엔빌로프의 선택적 형성을 용이하게 하는 열 밀봉을 위한 엣지를 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 섬유질 매트는 적어도 100 ㎛, 일부 실시형태에서는, 적어도 약 200 ㎛, 적어도 약 300 ㎛, 적어도 약 400 ㎛, 적어도 약 500 ㎛, 적어도 약 600 ㎛, 적어도 약 700 ㎛, 적어도 약 800 ㎛, 적어도 약 900 ㎛, 적어도 약 1 mm, 적어도 약 2 mn 등의 두께를 가질 수 있다. 후속적으로 적층된 분리기는 단편으로 절단될 수 있다. 특정 실시형태에서, 섬유질 매트는 적층되어 마이크로 다공성 멤브레인의 리브가 형성된 표면에 적층된다. 특정 실시형태에서, 본 명세서에서 기술된 개선된 분리기를 구비한 취급 및/또는 조립 이점을 전지 제조자에게 제공하여, 이것이 롤 형태(roll form) 및/또는 절단된 단편 형태(cut piece form)로 공급될 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 개선된 분리기는 하나 또는 그 이상의 섬유질 매트 등을 추가하지 않고, 독립형 분리기 시트 또는 층일 수 있다.
조성(Composition)
다공성 멤브레인은 천연 또는 합성 베이스 물질; 가공된 가소제; 및 충전제; 및 선택적으로 다른 첨가제 및/또는 코팅 등으로 제조될 수 있다.
베이스 물질(Base Materials)
특정 실시형태에서, 예시적인 천연 또는 합성 베이스 물질은: 중합체; 열가소성 중합체; 페놀 수지; 천연 또는 합성 고무; 합성 목재 펄프; 유리 섬유; 합성 섬유; 셀룰로오스 섬유; 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 특정 실시형태에서, 예시적인 분리기는 열가소성 중합체로 제조된 마이크로 다공성 멤브레인일 수 있다. 예시적인 열가소성 중합체는 원칙적으로 납축 전지에 사용하기에 적합한 모든 내산성 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 바람직한 특정 실시형태에서, 예시적인 열가소성 중합체는 폴리비닐 및 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 폴리비닐은 예를 들어 폴리 염화 비닐(PVC)을 포함할 수 있다. 바람직한 특정 실시형태에서, 폴리올레핀은 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 예시적인 천연 또는 합성 고무는 예를 들어 라텍스, 비가교 또는 가교 고무, 크럼(crumb) 또는 분쇄 고무 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 다공성 멤브레인 층은 바람직하게는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 고 분자량 폴리에틸렌(high molecular weight polyethylene, HMWPE)(예를 들어, 분자량이 적어도 600,000인 폴리에틸렌)이다. 훨씬 더 바람직하게는, 폴리에틸렌은 초고 분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)(예를 들어, 점도 측정법에 의해 측정되고, 마르골리 방정식에 계산된 바에 의한 1,000,000 이상, 특히 4,000,000 초과, 가장 바람직하게는 5,000,000 내지 8,000,000의 분자량을 갖는 폴리에틸렌)이고, 실질적으로 영(0)의 표준 하중 용융 지수(standard load melt index)(표준 하중 2,160 g을 사용하여 ASTM D 1238(조건 E)에 명시된 대로 측정) 및 600 ml/g 이상, 바람직하게는 1,000 ml/g 이상, 보다 바람직하게는 2,000 ml/g 이상, 가장 바람직하게는 3,000 ml/g 이상(130 ℃에서 100 g의 데칼린 중 0.02 g의 폴리올레핀의 용액에서 측정)인 점도 수(viscosity number)이다.
가소제(Plasticizer)
특정의 실시형태에서, 예시적인 가공 가소제(processing plasticizer)는 가공 오일, 석유 오일, 파라핀계 미네랄 오일, 미네랄 오일 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 분리기는 분리시 시트 제품의 중량 당 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 총 잔류 또는 최종 오일 함량, 일부 실시형태에서, 약 10 % 내지 약 30 %의 잔류 가공 오일, 및 일부 예시에서, 약 20 %내지 약 30 %의 잔류 가공 오일 도는 잔류 오일을 갖는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 다공성 멤브레인 단독으로 약 10 %와 동등하거나 작은 잔류 오일 함량을 가질 수 있으며, 분리기(다공성 멤브레인 및 리브)는 약 20 %와 동등하거나 작은 잔류 오일 함량을 가질 수 있다.
충전제(Filler)
특정 실시형태에서, 예시적인 충전제는 건조 미분 실리카; 침강 실리카; 비정질 실리카; 알루미나; 탈크; 생선 가루, 생선 뼈 가루 등 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 특정 실시형태에서, 충전제는 하나 또는 그 이상의 실리카, 흄드 실리카, 침강 실리카, 이쇄성(friable) 실리카, 분산성 실리카 등이다. 가소제(예를 들어, 미네랄 오일)에 대한 상대적으로 높은 수준의 오일 흡수와 상대적으로 높은 수준의 친화력을 갖는 실리카는 본 명세서에서 표시된 유형의 납축 전지 분리기를 형성할 때 폴리올레핀 베이스 물질(예를 들어, 폴리에틸렌)과 미네랄 오일의 혼합물에 바람직하게는 분산된다. 일부 선택된 실시형태에서, 충전제는 25 ㎛ 이하, 일부 예시에서는 22 ㎛, 20 ㎛, 18 ㎛, 15 ㎛, 또는 10 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는다. 일부 예시에서, 실리카 충전제 입자의 평균 입자 크기는 15 ㎛ - 25 ㎛이다. 실리카 충전제의 입자 크기 및/또는 실리카 충전제의 표면적이 오일 흡수에 기여한다. 최종 제품 또는 분리기 내의 실리카 입자는 전술한 사이즈 내에 속할 수 있다. 그러나, 원료로 사용되는 초기 실리카는 하나 또는 이상의 응집체(agglomerate) 및/또는 집합체(aggregate)로 제공될 수 있으며 약 200 ㎛ 이상의 크기를 가질 수 있다.
충전제는 전해질 이온의 수화 구체(hydration sphere)라 불리는 것을 추가로 감소시켜서, 멤브레인을 통해 이들의 수송을 향상시킴으로써, 다시 한 번 강화된 침수형 전지 또는 시스템과 같은 전지의 전체 전기 저항 또는 ER을 낮춘다.
충전제 또는 충전제들은 분리기를 통해 전해질 및 이온의 흐름을 용이하게 하는 다양한 종(예를 들어, 금속과 같은 극성 종)을 함유할 수 있다. 또한 이러한 것을 통해 강화 침수형 전지와 같은 침수형 전지에 사용되는 분리기의 전체 전기 저항을 감소시킨다.
첨가제/계면 활성제(Additive/Surfactant)
특정 실시형태에서, 예시적인 분리기들은 분리기 또는 다공성 멤브레인에 첨가되는 하나 또는 그 이상의 성능 향상 첨가제를 함유할 수 있다. 성능 향상 첨가제는 계면 활성제, 습윤제, 착색제, 정전기 방지 첨가제, 안티몬 억제 첨가제, UV- 보호 첨가제, 산화 방지제 등 및/또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 특정 실시형태에서, 첨가제 계면 활성제는 이온성, 양이온성, 음이온성 또는 비이온성 계면 활성제일 수 있다.
본 명세서에서 기술된 특정 실시형태에서, 이온성 또는 비이온성 계면 활성제의 감소된 양이 본 발명의 다공성 멤브레인 또는 분리기에 첨가된다. 계면 활성제의 양이 적기 때문에, 바람직한 특징은 감소된 총 유기 탄소(total organic carbon, TOC) 및/또는 감소된 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC)을 포함할 수 있다.
특정 적합한 계면 활성제는 비이온 성인 반면에 다른 적합한 계면 활성제는 음이온 성이다. 첨가제는 단일 계면 활성제 또는 둘 또는 그 이상의 계면 활성제의 혼합물, 예를 들어, 둘 또는 그 이상의 음이온성 계면 활성제, 둘 또는 그 이상의 비이온성 계면 활성제, 또는 적어도 하나의 이온성 계면 활성제와 적어도 하나의 비이온성 계면 활성제일 수 있다. 특정 적합한 계면 활성제는 6 미만, 바람직하게는 3 미만의 HLB 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 분리기와 함께 이들 특정 적합한 계면 활성제의 사용은, 납축 전지에서 사용될 때 수분 손실 감소, 안티몬 중독 감소, 사이클링 개선, 플로트 전류(float current) 감소, 플로트 전위(float potential) 감소 등 및/또는 그 납축 전지를 위한 이들의 임의의 조합을 이끄는 보다 더 개선된 분리기를 초래할 수 있다. 적합한 계면 활성제는 알킬 설페이트 염; 알킬아릴설포네이트 염; 알킬페놀-알킬렌 옥사이드 부가 생성물; 비누; 알킬-나프탈렌-설포네이트 염; 음이온성 설포-석시네이트와 같은 하나 도는 그 이상의 설포-석시네이트; 설포-석시네이트 염의 디알킬 에스테르; 아미노 화합물 (1 차, 2 차, 3 차 아민 또는 4 차 아민); 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체; 다양한 폴리에틸렌 옥사이드; 및 모노 및 디 알킬 포스페이트 에스테르 염과 같은 계면 활성제를 포함한다. 첨가제는 폴리올 지방산 에스테르, 폴리에톡실화된 에스테르, 폴리에톡실화된 알코올, 알킬 폴리글리코시드 및 이의 블렌드와 같은 알킬 폴리사카라이드, 아민 에톡실레이트, 소르비탄 지방산 에스테르 에톡실레이트, 유기 실리콘계 계면 활성제, 에틸렌 비닐 아세테이트 삼원 공중 합체, 에톡실화 알킬 아릴 포스페이트 에스테르 및 지방산의 수크로스 에스테르와 같은 비이온성 계면 활성제를 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 첨가제는 화학식 I에 의해 나태낼 수 있다.
[화학식 (I)]
R(OR1)n(COOM1/X X+)m
여기서,
* R은 산소 원자에 의해 단속적일 수 있는 10 내지 4200 개의 탄소 원자, 바람직하게는 13 내지 4200 개의 탄소 원자의 선형 또는 비-방향족 탄화수소 라디칼이며;
* R1은 H, -(CH2)kCOOM1/x X+ 또는 -(CH2)k-SO3M1/x X+이며, 바람직하게는 H이며, 여기서, k는 1 또는 2이고;
* M은 알카리 금속 또는 알카리토금속 이온이며, H+ 또는 NH4 +이고, 여기서, 모든 변수 M이 동시에 H+를 갖는 것은 아니며;
* n = 0 또는 1이고;
* m = 0 또는 10 내지 200 사이의 정수이며; 및
* x = 1 또는 2이다.
화학식 (I)에 따른 화합물에서 산소 원자 대 탄소 원자의 비는 1:1.5 내지 1:30의 범위이고, m 및 n은 동시에 0일 수는 없다. 그러나, 바람직하게는 변수 n 및 m 중 하나만은 0과 다르다.
비-방향족 탄화수소 라디칼은 방향족기를 함유하지 않거나 스스로 하나를 나타내는 라디칼을 의미한다. 탄화수소 라디칼은 산소 원자에 의해 단속적일 수 있다(즉, 하나 또는 그 이상의 에테르기를 함유함).
R은 바람직하게는 산소 원자에 의해 단속적일 수 있는 직쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소 라디칼이다. 포화된 비가교 탄화수소 라디칼이 매우 특히 바람직하다. 그러나, 전술한 바와 같이, R은 특정 실시형태에서 방향족 고리 함유일 수 있다.
전지 분리기의 제조에 화학식(I)의 화합물을 사용함으로써, 이들은 산화 파괴로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
전지 분리기는 바람직하게는 화학식(I)에 따른 화합물을 함유하며, 여기서,
* R은 10 내지 180 개, 바람직하게는 12 내지 75 개, 특히 바람직하게는 14 내지 40 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼로서, 10 내지 60 개, 바람직하게는 1 내지 20 개, 특히 바람직하게는 1 내지 8 개의 산소 원자에 의해 단속적일 수 있고, 특히 바람직하게는 화학식 R2―[(OC2H4)p(OC3H6)q]―의 탄화수소 라디칼이며, 여기서:
- R2는 10 내지 30 개의 탄소 원자, 바람직하게는 12 내지 25 개, 특히 바람직하게는 14 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이며, R2는 선형 또는 방향족고리를 함유하는 것과 같은 비선형일 수 있고;
- p는 0 내지 30, 바람직하게는 0 내지 10, 특히 바람직하게는 0 내지 4의 정수이며;
- q는 0 내지 30, 바람직하게는 0 내지 10, 특히 바람직하게는 0 내지 4의 정수이고;
- p 및 q의 합이 0 내지 10, 특히 0 내지 4인 화합물이 특히 바람직하며;
* n = 1이고 및
* m= 0이다.
화학식 R2―[(OC2H4)p(OC3H6)q]―는 꺾쇠 괄호에서 기의 순서가 나타낸 것과 다른 화합물도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 괄호의 라디칼이 교대하는 (OC2H4) 및 (OC3H6) 기로 형성되는 화합물이 적합하다.
R2가 10 내지 20 개, 바람직하게는 14 내지 18 개 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지 알킬 라디칼인 첨가제가 특히 이로운 것으로 판명되었다. OC2H4는 바람직하게는 OCH2CH2를 나타내고, OC3H6은 OCH(CH3)2 및/또는 OCH2CH2CH3을 나타낸다.
바람직한 첨가제로서, 특히 알코올(p=q=0; m=0)이 언급될 수 있다. 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.
타입 m=0이고 물 및 황산에서 용해성이지 않거나 용해하기 어려운 첨가제가 특히 이로운 것으로 판명되었다.
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 라디칼이며;
* 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 아니며;
* n = 0이고;
* m은 10 내지 1400의 정수이며; 및
* x = 1 또는 2이다.
염 첨가제(Salt Additive)
특정 실시형태에서, 적합한 첨가제는 특히 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 및 아크릴산-메타크릴산 공중합체를 포함할 수 있고, 이들의 산 기는 적어도 부분적으로, 예를 들어 바람직하게는 40%까지, 특히 바람직하게는 80%까지 중화된다. 퍼센트는 산 기의 수를 의미한다. 완전히 염 형태로 존재하는 폴리(메트)아크릴산이 특히 바람직하다. 적합한 염은 Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Zn 및 암모늄(NR4, 여기서 R은 수소 또는 탄소 기능기임)을 포함한다. 폴리(메트)아크릴산은 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 및 아크릴산-메타크릴산 공중합체를 포함할 수 있다. 폴리(메트)아크릴산이 바람직하고, 특히 1,000 내지 100,000 g/mol, 특히 바람직하게는 1,000 내지 15,000 g/mol, 더욱 특히 바람직하게는 1,000 내지 4,000 g/mol의 평균 몰 질량 Mw를 갖는 폴리아크릴산이 바람직하다. 폴리(메트)아크릴산 중합체 및 공중합체의 분자량은 중합체의 수산화나트륨 용액으로 중화된 1% 수용액의 점도를 측정함으로써 확인된다(Fikentscher 상수).
또한, (메트)아크릴산의 공중합체, 특히 (메트)아크릴산 이외에, 공단량체로서 에틸렌, 말레산, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및/또는 에틸헥실 아크릴레이트를 함유하는 공중합체가 적합하다. 적어도 40 중량%, 바람직하게는 적어도 80 중량% (메트)아크릴산 단량체를 함유하는 공중합체가 바람직하다; 퍼센트는 단량체 또는 중합체의 산 형태를 기준으로 한다.
폴리아크릴산 중합체 및 공중합체를 중화시키기 위해, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 수산화물, 예를 들어 수산화칼륨, 특히 수산화나트륨이 특히 적합하다. 또한, 분리기를 향상시키는 코팅 및/또는 첨가제는 예를 들어 금속 알콕사이드를 포함할 수 있고, 여기서 금속은 예시로서만(이에 제한되는 것은 아님), Zn, Na 또는 Al일 수 있으며, 예를 들어 소듐 에톡사이드일 수 있다.
일부 실시형태에서, 마이크로 다공성 폴리올레핀 다공성 멤브레인은 이러한 층의 일면 또는 양면에 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 계면 활성제 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 코팅은 예를 들어 본 명세서에서 참고로 도입되는 미국 특허 공개 제2012/0094183호에 기술된 하나 또는 그 이상의 재료를 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 예를 들어 전지 시스템의 과충전 전압을 감소시킴으로써, 적은 그리드(grid) 부식으로 인해 전지 수명을 연장시키고, 드라이 아웃(dry out) 및/또는 수분 손실을 방지할 수 있다.
비율(Ratio)
특정 선택된 실시형태에서, 멤브레인은 중량으로 약 5-15% 중합체, 일부 예에서 약 10% 중합체, 약 10-75% 충전제, 일부 예시에서 약 30% 충전제, 및 약 10-85% 가공 오일, 일부 예시에서 약 60% 가공 오일을 조합함으로써 제조될 수 있다. 다른 실시형태에서, 충전제 함량은 감소하고, 오일 함량은 높아지며, 예를 들어 중량으로 약 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69% 또는 70% 초과이다. 충전제:중합체 비율(중량)은 예를 들어 약2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4.0:1. 4.5:1, 5.0:1, 5.5:1 또는 6:1(또는 약 이들 특정 범위 사이일 수 있음)과 같을 수 있다. 충전제:중합체 비율(중량)은 약 1.5:1 내지 약 6:1, 일부 예시에서 2:1 내지 6:1, 약 2:1 내지 5:1, 약 2:1 내지 4:1, 일부 예시에서 약 2:1 내지 약 3:1일 수 있다. 충전제, 오일, 및 중합체(예를 들어 폴리에틸렌)의 양은 작업성(runnability) 및 전기 저항, 기본 중량, 천공 강도, 굽힘 강성, 내산화성, 공극률, 물리적 강도, 비틀림성(tortuosity) 등과 같은 원하는 분리기의 특성을 위해 모두 균형이 잡힌다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 다공성 멤브레인은 가공 오일 및 침강 실리카와 혼합된 UHMWPE를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 마이크로 다공성 멤브레인은 가공 오일, 첨가제 및 침강 실리카와 혼합된 UHMWPE를 포함할 수 있다. 혼합물은 또한 분리기 분야에서 흔한 다른 첨가제 또는 제제(예를 들어, 계면 활성제, 습윤제, 착색제, 대전방지 첨가제, 산화방지제 등 외 이들의 조합)를 소량으로 포함할 수 있다. 특정 예시에서, 마이크로 다공성 중합체층은 8 내지 100 부피%의 폴리올레핀, 0 내지 40 부피%의 가소제 및 0 내지 92 부피%의 불활성 충전제 재료의 균일한 혼합물일 수 있다. 바람직한 가소제는 석유 오일이다. 가소제는 중합체-충전제-가소제 조성물로부터 가장 쉽게 제거되는 성분이기 때문에, 전지 분리기에 공극률을 부여하는데 유용하다.
폴리에틸렌 및 충전제(예를 들어, 실리카)를 포함하는 본 발명에 따라 제조된 마이크로 다공성 멤브레인은 통상적으로 잔류 오일 함량을 갖고; 일부 실시형태에서 이러한 잔류 오일 함량은 분리기 멤브레인의 전체 중량의 약 0.5% 내지 약 40%이다(일부 예시에서 분리기 멤브레인의 전체 중량의 약 10-40%, 일부 예시에서 전체 중량의 약 20-40%). 본 명세서에서 특정 선택된 실시형태에서, 분리기에서의 일부 내지 모든 잔류 오일 함량은 6 미만의 친수성-소수성 밸런스(hydrophilic-lipophilic balance, HLB)를 갖는 계면 활성제와 같은, 또는 비이온성 계면 활성제와 같은 계면활성제와 같은 성능 향상 첨가제의 더 많은 첨가에 의해 대체될 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면 활성제와 같은 계면 활성제와 같은 성능 향상 첨가제는 마이크로 다공성 분리기 멤브레인의 전체 중량의 0.5% 내지 모든 양의 잔류 오일 함량까지(예를 들어, 20 % 또는 30 % 또는 심지어 40 %까지) 포함될 수 있어서, 분리기 멤브레인에서 잔류 오일을 부분적으로 또는 완전히 대체할 수 있다.
제조(Manufacure)
일부 실시형태에서, 예시적인 다공성 멤브레인은 압출기에서 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 약 30 중량% 실리카와 약 10 중량% UHMWPE, 및 약 60 중량% 가공 오일이 압출기에서 혼합될 수 있다. 예시적인 마이크로 다공성 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 웹(web)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 캘린더 롤은 또는 베이스웹 두께(TBASE) 및/또는 백웹 두께(TBACK)를 설정한다. 웹으로부터 상당량의 가공 오일이 용매의 사용에 의해 추출될 수 있다. 이후 웹은 건조되고 미리 결정된 폭의 레인(lane)으로 슬릿된(slit) 후, 롤에 감긴다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프레스 또는 캘린더 롤은 다양한 그루브 패턴으로 인그레이빙되어(engraved), 마이크로 다공성 멤브레인으로 또는 이로부터 연장되는 리브, 그루브, 텍스쳐 영역, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 브로큰 리브, 각진 리브, 선형 리브, 또는 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 엠보스먼트, 딤플 등, 또는 이들의 조합을 분리기로 부여할 수 있다.
계면 활성제를 이용한 제조(Manutature with Surfactant)
일부 실시형태에서, 선택적인 첨가제 또는 제제(예를 들어, 계면 활성제, 습윤제, 착색제, 대전방지 첨가제, 산화방지제 등 및/또는 이들의 임의의 조합)는 또한 압출기 내에서 다른 성분들과 함께 혼합될 수 있다. 본 발명에 따른 마이크로 다공성 멤브레인은 이후 시트 또는 웹의 형상으로 압출되고, 상술한 바와 같은 실질적으로 동일한 방식으로 완성될 수 있다.
특정 실시형태에서, 압출기로 첨가하는 것과 함께 또는 대안적으로, 첨가제 또는 첨가제들은 예를 들어 분리기 다공성 멤브레인이 완성될 때 멤브레인에 적용될 수 있다(예를 들어, 대부분의 가공 오일을 추출한 후에). 특정의 바람직한 실시형태에 따르면, 첨가제 또는 첨가제의 용액(예를 들어 수용액)은 분리기의 하나 또는 그 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 에탄올 뿐만 아니라 이들 알코올과 물의 혼합물과 같은 저분자량 알코올이다. 적용은 분리기의 음극을 향한 면, 양극을 향한 면 또는 양쪽 면에서 수행될 수 있다. 또한, 적용은 용매 욕조에 있는 동안에 기공 형성제(예를 들어, 가공 오일)의 추출 중에 수행될 수 있다. 특정 선택된 실시형태에서, 계면 활성제 코팅과 같은 성능 향상 첨가제 또는 분리기가 제조되기 전에 압출기에 첨가된 성능 향상 첨가제(또는 양쪽 모두)의 일부는 전지 시스템에서 안티몬과 조합될 수 있고, 이를 불활성화시킬 수 있으며 및/또는 이와의 화합물을 형성할 수 있으며, 및/또는 전지의 머드 레스트(mud rest)로 이를 떨어뜨릴 수 있으며 및/또는 이것이 음극에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
특정 실시형태에서, 첨가제(예를 들어, 비-이온성 계면 활성제, 음이온성 계면 활성제 또는 이들의 혼합물)은 적어도 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 20.0 g/㎡까지의 밀도 또는 애드-온 레벨(add-on level)로 존재할 수 있다. 첨가제는 0.5-15 g/㎡, 0.5-10 g/㎡, 1.0-10.0 g/㎡, 1.5-10.0 g/㎡, 2.0-10.0 g/㎡, 2.5-10.0 g/㎡, 3.0-10.0 g/㎡, 3.5-10.0 g/㎡, 4.0-10.0 g/㎡, 4.5-10.0 g/㎡, 5.0-10.0 g/㎡, 5.5-10.0 g/㎡, 6.0-10.0 g/㎡, 6.5-10.0 g/㎡, 7.0-10.0 g/㎡, 7.5-10.0 g/㎡, 4.5-7.5 g/㎡, 5.0-10.5 g/㎡, 5.0-11.0 g/㎡, 5.0-12.0 g/㎡ 또는 5.0-15.0 g/㎡ 사이의 밀도 또는 애드-온 레벨로 분리기에 존재할 수 있다.
또한, 적용은 첨가제 또는 첨가제의 용액(용매 욕조 첨가)에 전지 분리기를 담그고, 필요할 경우 용매를 제거함으로써(예를 들어 건조함으로써) 수행될 수 있다. 이런 방식으로 첨가제의 적용은 예를 들어 멤브레인 제조 중에 종종 적용되는 추출과 조합될 수 있다. 다른 바람직한 방법은 분리기의 표면을 첨가제로 분무하거나, 분리기의 표면에 하나 또는 그 이상의 첨가제를 딥 코트(dip coat), 롤러 코트(roller coat), 또는 커튼 코트(curtain coat)하는 것이다.
본 명세서에서 기술된 특정 실시형태에서, 감소된 양의 이온성, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면 활성제가 본 발명의 분리기에 첨가된다. 이러한 예시에서, 바람직한 특징은 (소량의 계면 활성제 때문에) 낮아진 총 유기 탄소 및/또는 낮아진 휘발성 유기 화합물을 포함할 수 있고, 이러한 실시형태에 따른 바람직한 본 발명의 분리기를 제조할 수 있다.
제조/두께(Manufacure/Thickness)
언급한 바와 같이, 프레스 또는 캘린더로 인그레이빙되어(engraved), 마이크로 다공성 멤브레인으로 또는 이로부터 연장되는 리브, 그루브, 텍스쳐 영역, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 브로큰 리브, 각진 리브, 선형 리브, 또는 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 엠보스먼트, 딤플 등, 또는 이들의 조합을 부여할 수 있다.
일부 실시형태에서, 다공성 분리기 멤브레인은 약 50 ㎛ - 1.0 mm, 및 약 50 ㎛ 이상, 약 75 ㎛ 이상, 약 100 ㎛ 이상, 약 125 ㎛ 이상, 약 150 ㎛ 이상, 약 175 ㎛ 이상, 약 200 ㎛ 이상, 약 225 ㎛ 이상, 약 250 ㎛ 이상, 약 275 ㎛ 이상, 약 300 ㎛ 이상, 약 325 ㎛ 이상, 약 350 ㎛ 이상, 약 375 ㎛ 이상, 약 400 ㎛ 이상, 약 425 ㎛ 이상, 약 450 ㎛ 이상, 약 475 ㎛ 이상 또는 약 500 ㎛이상(특정 실시형태에서는 매우 얇은 평평한 백웹 두께는 50 ㎛이며, 예를 들어 50 ㎛ 내지 75 ㎛ 두께로 제공됨)의 백웹 두께(Thickness Backweb )를 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 백웹 두께(Thickness Backweb )는 약 125 ㎛ ± 75 ㎛과 동등하거나 작을 수 있다.
특정 실시형태에서, 다공성 멤브레인은 약 50 ㎛ - 1.0 mm, 약 50 ㎛ - 750 ㎛, 약 100 ㎛ - 750 ㎛, 약 200 ㎛ - 750 ㎛, 약 200 ㎛ - 500 ㎛, 약 150 ㎛ - 500 ㎛, 약 250 ㎛ - 500 ㎛, 약 250 ㎛ - 400 ㎛, 또는 약 250 ㎛ - 350 ㎛의 베이스웹 두께(TBASE)를 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 베이스웹 두께(TBASE)는 약 200 ㎛ ± 35 ㎛와 동등하거나 작을 수 있다.
천공 저항(Puncture Resistance)
특정 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 증가된 천공 저항을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 대략 9 N 이상, 9.5 N 이상, 10 N 이상, 10.5 N 이상, 11 N 이상, 11.5 N 이상 12 N 이상, 12.5 N 이상, 13 N 이상, 13.5 N 이상, 14 N 이상, 14.5 N 이상, 15 N 이상, 15.5 N 이상, 16 N 이상, 16.5 N 이상, 17 N 이상, 17.5 N 이상, 18 N 이상, 18.5 N 이상, 19 N 이상, 19.5 N 이상 또는 20 N 이상의 천공 저항이다. 특정 실시형태에서, 예시적인 분리기는 바람직하게는 대략 9 N - 20 N 이상, 더욱 바람직하게는 대략 11 N - 20 N 이상의 천공 저항으로 특정될 수 있다.
천공 저항은 도 5에 일반적으로 나타낸 바와 같은 팁(200)을 이용하여 다공성 멤브레인을 천공하는데 필요한 힘으로서 측정될 수 있다. 팁(200)이 멤브레인을 천공하는 동안에 다공성 멤브레인이 지지되는 천공 베이스는 일반적으로 10 mm 깊이를 갖는 6.5 mm 직경 직선 구멍을 갖는 베이스로서 기술될 수 있다. 팁의 이동 제한은 천공 베이스 표면 아래 대략 4 mm - 8 mm일 수 있다. 천공 팁(200)은 약 5 mm/s의 속도로 멤브레인 내로 선형적으로 이동한다.
전기 저항(Electrical Resistance)
특정 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 감소된 전기 저항을 나타낸다. 예를 들어 전기 저항은 약 200 mΩ·㎠, 180 mΩ·㎠, 160 mΩ·㎠, 140 mΩ·㎠, 120 mΩ·㎠, 100 mΩ·㎠, 80 mΩ·㎠, 60 mΩ·㎠, 50 mΩ·㎠, 40 mΩ·㎠, 30 mΩ·㎠ 또는 20 mΩ·㎠ 이하이다. 특정 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 바람직하게는 40 mΩ·㎠ - 25 mΩ·㎠의 바람직한 전기 저항을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 ER 시험 평가용 샘플 분리기를 시험하기 위해서는, 우선 이를 제조하여야 한다. 이렇게 하기 위해, 샘플 분리기를 바람직하게는 탈염수의 욕조에 담그고, 이후 물을 끓여, 이후 끓는 탈염수 욕조에서 10분 후에 분리기를 제거한다. 제거 후에, 과잉의 물은 흔들어서 분리기에서 제거하고, 이후 27 ℃±1 ℃에서 1.280의 비중을 갖는 황산 욕조에 둔다. 이후, 분리기는 전기 저항에 대해 시험될 준비가 된다.
굽힘 강성(Bending Stiffness)
특정 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 폭 방향으로 증가된 굽힘 강성으로 특징될 수 있다. 이론에 결부될 필요는 없지만, 폭방향으로 증가된 굽힘 강성을 통해 납축 전지의 제조 중 처리될 수 있는 분리기의 능력이 향상되는 것으로 여겨진다.
예를 들어, 분리기의 실시형태는 대략 20 mN 이상, 21 mN 이상, 22 mN 이상, 23 mN 이상, 24 mN 이상, 25 mN 이상, 26 mN 이상, 27 mN 이상, 28 mN 이상, 29 mN 이상, 30 mN 이상, 31 mN 이상, 32 mN 이상, 33 mN 이상, 34 mN 이상, 35 mN 이상, 36 mN 이상, 37 mN 이상, 38 mN 이상, 39 mN 이상, 40 mN 이상, 41 mN 이상, 42 mN 이상, 43 mN 이상, 44 mN 이상 및 45 mN 이상의 굽힘 강성을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 예시적인 분리기는 20 mN - 40 mN 이상, 또는 보다 바람직하게는 대략 25 mN - 45 mN 이상의 천공 저항으로 정의될 수 있다.
폭 방향의 굽힘 강성은 샘플을 굽히는데 필요한 힘으로 측정될 수 있다. 도 6은 굽힘 강성을 측정하는데 사용되는 실험 셋업을 도시한다. 이러한 값을 측정하기 위해 바람직하게는 분리기의 샘플 단편을 150 mm x 10 mm 직사각형으로 절단할 수 있다. 실험을 수행하기 위해, 샘플의 150mm 엣지는 길이를 따라 클램프(clamp)된다. 5mm의 굽힘 길이 D에 힘이 인가된다. 굽힘 강성은 샘플을 굽힘 각도(α)를 30 °로 굽히는 데 필요한 힘에 의해 측정된다. 굽힘 각도(α)는 클램프와 힘의 적용 사이에서 샘플을 통과하는 평면과 시험 종료시 동일한 평면에 의해 결정된다.
산화 안정성(Oxidation Stability)
특정 선택된 실시형태에서, 예시적인 분리기는 개선되고 높은 내산화성으로 특징될 수 있다. 내산화성은 장시간 납축전지 전해질에 노출시킨 후, 폭 방향으로 샘플 분리기의 표본의 연신이 측정된다. 예를 들어, 예시적인 분리기는 40 시간에 대략 100 % 이상, 150 % 이상, 200 % 이상, 250 % 이상, 300 % 이상, 350 % 이상, 400 % 이상, 450 % 이상, 또는 500 % 이상의 연신을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 예시적인 분리기는 40 시간에 대략 100 % 이상의 바람직한 내산화성 또는 연신을 가질 수 있다. 또한, 예시적인 분리기는 20 시간에 대략 200 % 이상, 250 % 이상, 300 % 이상, 350 % 이상, 400 % 이상, 450 % 이상, 또는 500 % 이상의 연신율(elongation)을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 예시적인 분리기는 20 시간에 대략 200 % 이상의 바람직한 내산화성 또는 연신율을 가질 수 있다.
내산화성에 대한 샘플을 테스트하기 위해, 예시적인 분리기의 샘플 표본(400)을 먼저 일반적으로 도 7a에 도시한 바와 같은 형상으로 절단한다. 이 후 표본(400)은 일반적으로 도 7b에 도시한 바와 같은 샘플 홀더에 위치시킨다.
제 1 샘플 세트는 파단하는 연신율(%)을 위해 시간 = 0 에서 건조 테스트되었다. 연신율은 도 7a의 지점 A 및 B로부터 측정된 50 mm 거리에 기초한다. 예를 들어, 지점 A와 B가 300 %의 거리로 신장되면, A와 B 사이의 최종 거리는 150 mm가된다.
연신율 테스트느 짧은 시간 내에 사이클링 전지에서 전해질에 대해 장시간 노출을 시뮬레이션하도록 설계된다. 샘플(400)을 먼저 이소프로판올에 완전히 침지시키고, 배수한 후 1 내지 2 초 동안 물에 침지시킨다. 이어서, 샘플을 전해질 용액에 침지시킨다. 용액은 360 ml의 1.28 비중 황산, 35 ml의 1.84 비중 황산, 이어서 105 ml의 35 % 과산화수소를 순서대로 첨가함으로써 제조된다. 용액을 80 ℃로 유지하고, 샘플을 용액에 장시간 침지시킨다. 샘플은 20 시간, 40 시간, 60 시간, 80 시간 등과 같은 일정한 시간 간격으로 연신율에 대해 테스트될 수 있다. 이 간격으로 테스트하기 위해, 샘플(400)을 80 ℃의 전해질 욕조에서 제거하고, 산이 제거 될 때까지, 미지근한 수돗물에 위치시킨다. 이 후 연신율을 테스트할 수 있다.
적어도 선택된 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 개선된 전지 분리기, 저(low) ER 또는 고(high) 컨덕턴스(conductance) 분리기, 개선된 납축 전지, 예를 들어 침강형 납축 전지, 고 컨덕턴스 전지 및/또는 이러한 전지를 포함하는 개선된 차량 및/또는 이러한 분리기 또는 전지의 제조 또는 사용 방법 및/또는 이들의 조합에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 개선된 분리기가 통합되고, 증가된 컨덕턴스를 나타내는 개선된 납축 전지에 관한 것이다.
예시
표 1 은 본 발명에 따른 예시적인 본 발명의 전지 분리기에 대한 파라미터를 상세히 설명한다.
특징 수치
베이스웹 두께(㎛) 200±35
백웹 두께(㎛) 125±75
NCR 높이(㎛) 50-75
천공 저항(N) ≥12.5
ER(mΩ·㎠) ≤40
CMD에서 연신율(%) ≥200
CMD에서 굽힘 강성(mN) ≥35
40시간에서 내산화성(%) ≥200
20시간에서 내산화성(%) ≥200
기본 중량(g/㎡) ≤130
총 오일 함량(%) ≤20
백웹 오일 함량(%) ≥10
애쉬 함량(%) 67.0±2.5
수분의 공극률(%) 64±4
표 2는 본 개시에 따른 예시적인 본 발명의 전지 분리기의 파라미터를 나타낸다. 개선된 분리기 #1은 본 발명의 분리기 생성을 위한 제 1 시도를 나타내고, 개선된 분리기 #2는 정제된 프로세스로부터 생성된 예시적인 분리기를 나타낸다.
특성 목표 수치 개선된 분리기 #1
(범위(평균))		 개선된 분리기 #2
(범위(평균))
기본 중량(g/㎡) 대략 130-90 이하 99.8 118.5-123.2(120.7)
천공 저항(N) 대략 11.0-20 이하 8.2-13.9(11.43) 10.9-16.4(13.0)
전기 저항(mΩ·㎠) 대략 40-25 이하 33-34(33.6) 37-41(39.3)
CMD에서 굽힘 강성(mN) 대략 25-40 33.5 24-38(30.4)
40시간에서 내산화성(%) 대략 100-350 80-116(91) 130-311(218)
베이스웹 두께(㎛) 대략 200-350 215-221(218.2) 221-237(228.2)
CMD에서 연신율(%) ≥ 200 324-398(354) 364-546(481)
총 오일 함량(%) ≤ 20 16.1 16.8-17.4(17.1)
애쉬 함량(%) 대략 67.0±2.5 64.5 64.1-64.3(64.2)
수분의 공극률(%) 대략 64±4 62.5-63.2(62.9) 61.0-60.8(60.9)
표 3은 예시적으로 개선된 분리기 #2와 상업적인으로 이용가능한 납축 전지 분리기인 대조군 분리기 #1과 대조군 분리기 #2 사이의 비교를 상세하게 설명한다.
특성 분리기 평균 수치
대조군 #1 대조군 #2 개선된 분리기 #2
기본 중량(g/㎡) 130 124 120.7
천공 저항(N) 12.5 12.7 13.0
ER(mΩ·㎠) 38 46 39.3
CMD에서 굽힘 강성(mN) 22 29 30.4
산화(%) 20시간에서 323 20시간에서 231 40시간에서 218
결론
개선된 분리기는 다양한 전지, 특히 납축 전지 및 납축 전지 적용에 유용하다. 전지는 침수형 전지일 수 있으며, 이는 관형 또는 평판형 전지일 수 있다. 전지는 골프 카트(때때로 골프 카로 지칭됨) 전지와 같은 원동(motive) 적용, 또는 태양이나 풍력 전지와 같은 딥 사이클링 적용에 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시되고 기술된 본 발명의 전지 분리기는 개선된 딥 사이클 전지를 제공하며, 이들은 보다 일관되고 더 낮은 충전 종료(end of charge, EOC) 전류와 함께 사용된다. 더 낮은 EOC 전류를 유지하는 것은 본 명세서에 기술 된 개선된 전지가 안티몬 중독 억제를 나타내는 것을 보여준다. 예를 들어, 새로운 딥 사이클이 발생함에 따라, 더 많은 안티몬이 전지에 존재하는데, 이는 EOC 전류가 전지의 수명 동안 증가하여, 전지의 수분 소비를 증가시키고, 전지의 전체 수명주기 성능을 감소시킬 수 있음을 의미한다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 분리기는 EOC 전류가 전지의 수명주기 동안보다 일관되게 유지되어, Sb 중독의 감소를 나타낸다는 것을 의미한다.
또한 본 명세서에 기재된 개선된 전지 분리기는 또한 딥 사이클 침수형 납축 전지를 제공하며, 이는 종래에 공지된 분리기를 이용하여 제조된 전지에 비해 정상 상태 전위에서 플로트 충전 전류(float charge current)의 감소; 종래에 공지된 분리기를 이용하여 제조된 딥 사이클 전지에 비해 딥 사이클로 구동되는 전지를 완전 충전으로 되돌리기 위해 필요한 전압 및/또는 에너지의 감소; 종래에 공지된 분리기를 이용하여 제조된 전지에 비해 전압 제어의 전체적인 개선; 및/또는 종래에 공지된 분리기를 이용하여 제조된 전지에 비해 그리드 부식(grid corrosion)의 감소를 나타낸다.
본 발명의 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 대략 130 g/㎡ 이하의 기본 중량 및 대략 25 mN과 동등하거나 큰 폭 방향의 굽힘 강성이 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 다른 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 대략 25 mN과 동등하거나 작은 폭 방향 강성 및 대략 125 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일부 측면에서, 분리기는 대략 40 mΩㆍ㎠와 동등하거나 작은 전기 저항; 대략 11.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항; 20 시간에서 대략 200 %와 동등하거나 큰 내산화성; 40 시간에서 대략 100 %와 동등하거나 큰 내산화성; 대략 125 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께; 약 20 %와 동등하거나 적은 잔류 오일 함량; 약 10 %와 동등하거나 큰 잔류 오일 함량을 갖도록 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서, 납축 전지 분리기는 적어도 하나의 리브 어레이를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 리브 어레이는 솔리드 리브, 브로큰 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나이다.
선택된 실시형태에서, 분리기는 제 1 백웹 표면으로부터 연장되고; 제 1 백웹 표면으로부터 측정된 제 1 리브 높이를 갖는 제 1 리브 어레이; 제 2 백웹 표면으로부터 연장되고, 제 1 리브 어레이와 실질적으로 직교하며, 제 2 백웹 표면으로부터 측정된 제 2 리브 높이를 갖는 제 2 리브 어레이; 및 대략 200 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 가질 수 있다. 제 2 리브 어레이는 약 75 ㎛와 동등하거나 작은 높이와 약 100 ㎛와 동등하거나 작은 백웹 두께를 가질 수 있다.
예시적인 분리기는 약 400 ㎛ 내지 약 2.0 mm 사이의 전체 두께를 가질 수 있다.
특정 예시적인 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 솔리드 리브, 브로큰 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나인 제 1 리브 어레이를 포함할 수 있다.
다른 선택된 실시형태에서, 납축 전지 분리기는 솔리드 리브, 브로큰 리브, 분리된 브로큰 리브, 연속 리브, 불연속 리브, 각진 리브, 선형 리브, 다공성 멤브레인의 세로 방향으로 실질적으로 연장되는 종 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 측면 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 횡 방향 리브, 다공성 멤브레인의 폭 방향으로 실질적으로 연장되는 크로스 리브, 톱니, 톱니형 리브, 흉벽 또는 흉벽형 리브, 솔리드 또는 브로큰 지그재그 유사 형태로 배치된 곡선형 또는 사인곡선형 리브, 그로브, 채널, 텍스쳐 영역, 엠보스먼트, 딤플, 다공성, 비-다공성, 미니 리브 또는 크로스 미니 리브 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나인 제 2 리브 어레이를 포함할 수 있다.
선택된 실시형태에서, 본 발명은 본 명세서에서 실질적으로 기술된 바와 같은 분리기가 마련된 납축 전지를 제공한다. 전지는 평판형 전지, 관형 전지, 침수형 납축 전지, 강화 침수형 납축 전지, 딥-사이클 전지, 흡수형 유리 매트 전지, 관형 전지, 인버터 전지, 차량 전지, 시동 점등 점화(SLI) 전지, 아이들-스타트-스톱(ISS) 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 자전거 전지 또는 선박 전지일 수 있다.
전지는 부분 충전 상태; 이동 중; 고정 중; 또는 전술한 모든 과정을 통한 사이클로 작동할 수 있다.
특정 선택된 실시형태에서, 본 발명은 본 명세서에서 실질적으로 기술된 바와 같은 분리기가 마련된 납축 전지가 구비된 차량을 제공한다. 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 지게차, 골프 카트, 아이들-스타트-스톱 차량, 하이브리드 전기 차량, 전기 차량, 전기-인력거, 전기 자전거 또는 선박일 수 있다.
신규하거나 개선된 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 셀, 시스템 및/또는 전지의 제조 및/또는 사용 방법; 신규하거나 개선된 강화 침수형 전지용 전지 분리기; 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기; 분리기가 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합을 가지며; 분리기가 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 포함하거나 나타내도록 제공되고; 분리기가 평판형 전지, 관형 전지, 차량 SLI 및 HEV ISS 적용, 딥 사이클 적용, 골프 카 또는 골프 카트 및 전지 인력거 전지, 부분 충전 상태(PSOC)에서 작동하는 전지, 인버터 전지; 및 재생 에너지원용 저장 전지 및 이들의 임의의 조합 및/또는 본 명세서에서 나타나지거나, 청구되거나 또는 기술된 바와 같은 유사체를 위한 전지 적용에 제공되는 강화 침수형 전지용 개선된 분리기이다.
적어도 선택된 실시형태, 측면 또는 목적에 따라, 본 명세서에서 신규하거나 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 사용 방법이 개시되거나 제공된다. 적어도 특정 실시형태에 따라, 본 개시 또는 발명은 강화 침수형 전지용 신규하거나 개선된 전지 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서, 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기가 개시된다. 적어도 구체적인 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 분리기가 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 강화 침수형 전지용 개선된 분리기에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에서, 분리기는 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기본 중량 및 이들의 임의의 조합을 포함하거나 나타내도록 제공된다. 적어도 특정 실시형태에서, 분리기는 평판형 전지, 관형 전지, 차량 SLI 전지 및 HEV ISS 적용, 딥 사이클 적용, 골프 카 또는 골프 카트 및 전기-인력거 전지, 부분 충전 상태(PSOC)에서 작동하는 전지, 인버터 전지 및 재생가능한 에너지 소스용 저장 전지 및 이들의 임의의 조합을 위한 전지 적용에 제공된다.
적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 신규하거나 개선된 멤브레인, 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템, 방법 및/또는 이를 이용한 차량, 및/또는 이러한 분리기, 전지 분리기, 강화 침수형 전지 분리기, 전지, 셀, 시스템 및/또는 이를 이용한 차량의 제조 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 인버터 전지, 딥 사이클 적용을 위한 침수형 전지, 차량 시동 점등 점화(SLI) 전지와같은 차량 전지, 하이브리드-전기 차량에 사용된 것과 같은 차량 아이들-스타트-스톱(ISS) 적용 전지 및/또는 강화 침수형 전지(EFB)용 신규하거나 개선된 강화 침수형 납축 전지 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기, 셀, 전지, 시스템, 차량 등의개선된 제조 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 강화 침수형 전지용 개선된 분리기 및/또는 이러한 개선된 분리기를 구비한 이러한 전지의 개선된 제조, 실험 및/또는 사용 방법에 관한 것이다. 적어도 선택된 실시형태에 따르면, 본 개시 또는 본 발명은 분리기, 특히 감소된 분리기의 전기 저항(ER), 감소된 분리기의 두께, 증가된 분리기의 천공 강도, 개선된 분리기의 폭 방향(CMD) 강성, 개선된 분리기의 내산화성, 감소된 분리기의 기본 중량, 증가된 분리기의 습윤성 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 강화 침수형 전지용 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서 적어도 강화 침수형 전지에서, 전지 수명을 향상시키기 위한, 수분 손실을 감소시키기 위한, 습윤성을 증가시키기 위한, 내부 저항을 감소시키기 위한, 및/또는 균일성을 개선하기 위한 방법, 시스템 및 전지 분리기가 개시된다. 적어도 구체적인 실시형태에서, 본 개시 또는 발명은 분리기가 향상된 첨가제 또는 코팅, 감소된 전기 저항, 감소된 두께, 증가된 천공 강도, 개선된 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 기본 중량 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 또는 그 이상의 성능을 구비한 강화 침수형 전지용 개선된 분리기에 관한 것이다.
적어도 특정 바람직한 실시형태, 측면 또는 목적에 따라, 신규한 구성 및/또는 개선된 특성의 조합을 갖는 멤브레인, 분리기 멤브레인 또는 분리기가 제공된다. 이와 관련된 전지, 방법 및 시스템도 제공된다. 특정 실시형태에서, 신규하거나 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 사용 방법이 제공된다. 또한, 감소된 ER, 개선된 천공 강도, 개선된 분리기 CMD 강성, 개선된 내산화성, 감소된 분리기 두께, 감소된 기초 중량 및 이들의 임의의 조합을 갖는 방법, 시스템 및 전지 분리기가 본 명세서에 개시된다. 적어도 특정 실시형태에 따르면, 분리기는 평판형 전지, 관형 전지, 차량 SLI 및 HEV ISS 적용, 딥 사이클 적용, 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 임의의 조합을 위한 전지 적용에 제공된다.
적어도 특정 바람직한 실시형태, 측면 또는 목적에 따라:
대략 140 g/㎡ 이하의 기본 중량 및 대략 25 mN과 동등하거나 큰 폭 방향의 굽힘 강성을 갖는 적어도 하나의 멤브레인을 포함하는 납축 전지 분리기가 제공되거나 또는 개시된다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 135 g/㎡ 이하의 기본 중량 및 대략 25 mN과 동등하거나 큰 폭 방향의 굽힘 강성을 가진다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 40 mΩㆍ㎠와 동등하거나 작은 전기 저항및 대략 9.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항을 가진다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 40 mΩㆍ㎠와 동등하거나 작은 전기 저항을 가진다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 10.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항을 가진다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 12.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항을 가진다.
상기 분리기에서 멤브레인은 대략 14.0 N과 동등하거나 큰 평균 천공 저항을 가진다.
본 발명은 그 정신 및 본질적인 속성을 벗어나지 않고 다른 형태로 구현될 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 범위를 표시하는 것으로서, 전술한 명세서보다는 오히려 첨부된 청구범위를 참고해야 한다.
구조 및 방법의 상술한 기재는 예시의 목적으로만 제공되었다. 실시예는 베스트 모드를 포함한 예시적인 실시형태를 개시하고, 또한, 장치 또는 시스템의 제조와 이용 및 임의의 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 어떠한 조합으로도 조합될 수 있다. 여기서 기술된 방법의 단계는 물리적으로 가능한 어떠한 순서로도 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 명확하게 기재되지 않더라도, 단계, 요소, 성분 및 구성의 다른 조합이 포함된다.
명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나(a)" "하나(an)" 및 "그(the)" 달리 명확하게 기재되지 않는 한 복수 대상물을 포함한다. 범위는 "약(about)" 또는 "대략(approximately)" 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(optional)" 또는 "선택적으로(optionally)"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"은 "~의 예"를 의미하고 바람직하거나 이상적인 실시형태를 표시하는 것으로 의도되지 않는다. "~와 같은"은 제한적인 의미로 사용되지 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 통합된다.
부가적으로, 여기서 예시적으로 개시된 발명은 여기서 구체적으로 개시되지 않은 요소 없이도 적절히 실시될 수 있다.

Claims (19)

  1. 폴리올레핀을 포함하고, 50 마이크론 내지 200 마이크론의 백웹 두께를 가지며, 제 1 백웹 표면 및 제 2 백웹 표면을 가지는 다공성 멤브레인을 포함하는 침수형 납축 전지 분리기로서,
    상기 분리기는, 제 1 백웹 표면으로부터 연장되고 제 1 백웹 표면으로부터 측정된 제 1 리브 높이를 가지는 제 1 포지티브 리브 어레이를 가지며,
    상기 포지티브 리브는 분리기의 세로 방향(machine direction)에 대해 0°보다 크고 180°보다 작은 각도로 각도 배향되어 배치되고,
    상기 분리기는 제 2 백웹 표면으로부터 연장되고 제 2 백웹 표면으로부터 측정된 제 2 리브 높이를 가지는 제 2 네거티브 리브 어레이를 가지며,
    상기 네거티브 리브는 상부 엣지에 평행하게 배치되고,
    네거티브 크로스 리브는 포지티브 리브보다 작거나 보다 가깝게 이격되며,
    상기 다공성 멤브레인은 약 140 g/㎡ 이하의 기본 중량(basis weight)을 가지는 침수형 납축 전지 분리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 약 25 mN 이상의 폭 방향(cross-machine direction)의 강성(stiffness)을 갖는 침수형 납축 전지 분리기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은, 360 ml의 1.28 비중 황산, 35 ml의 1.84 비중 황산, 이어서 105 ml의 35 % 과산화수소를 순서대로 첨가하여 제조된 전해질 용액에 유지시킨 후의 연신율 테스트에 의한 내산화성이 200% 이상인 침수형 납축 전지 분리기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌인 침수형 납축 전지 분리기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 입자형 충전제를 추가로 포함하며,
    상기 입자형 충전제는 건조 미분 실리카, 침강 실리카, 비정질 실리카, 알루미나, 탈크, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 침수형 납축 전지 분리기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 첨가제를 추가로 포함하는 침수형 납축 전지 분리기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 첨가제는 비-이온성 계면 활성제, 이온성 계면 활성제, 음이온성 계면 활성제, 습윤제, 착색제, 대전방지 첨가제, UV-보호 첨가제, 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 침수형 납축 전지 분리기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    섬유질 매트를 추가로 포함하는 침수형 납축 전지 분리기.
  9. 제 1 항에 의해 정의된 분리기를 포함하는 침수형 납축 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지는 평판형 전지, 강화 침수형 납축 전지, 딥-사이클 전지, 인버터 전지, 차량 전지, SLI 전지, ISS 전지, 자동차(automobile) 전지, 트럭(truck) 전지, 모터사이클(motorcycle) 전지, 전-지형 차량(all-terrain vehicle) 전지, 지게차(forklift) 전지, 골프 카트(golf cart) 전지, 하이브리드-전기 차량(hybrid-electric vehicle) 전지, 전기 차량(electric vehicle) 전지, 전기 인력거(e-rickshaw) 전지 및 전기 자전거(e-bike) 전지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 침수형 납축 전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지는 부분 충전 상태(partial state of charge)로 작동하는 침수형 납축 전지.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지는 이동(in motion)하면서 작동하는 침수형 납축 전지.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지는 고정(stationary)되면서 작동하는 침수형 납축 전지.
  14. 제 9 항에 의해 정의된 침수형 납축 전지를 포함하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 침수형 납축 전지는 부분 충전 상태로 작동하는 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 침수형 납축 전지는 제 10 항에 의해 정의되는 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    차량을 추가로 포함하며,
    상기 차량은 자동차, 트럭, 모터사이클, 전-지형 차량, 지게차, 골프 카트, 하이브리드-전기 차량, 전기 차량, 전기 인력거, 전기 자전거 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    백웹의 제 1 표면으로부터 측정된 제 1 리브 높이는 8 μm 내지 1 mm인 침수형 납축 전지 분리기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    백웹의 제 2 표면으로부터 측정된 제 2 리브 높이는 50 μm 내지 75 μm인 침수형 납축 전지 분리기.
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