(57)【要約】  鉛蓄電池用のセパレータが、正電極面および負電極面を有する多孔質膜である。長手方向に延在する複数のリブ、複数の突起、または不織布材を正電極面上に配置することができる。横方向に延在する複数のリブが負電極面上に配置されている。セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは、好ましくは、鉛蓄電池の負電極に並置される。
2013508917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池用のセパレータであって、
正電極面および負電極面を有する多孔質膜と、
前記正電極面上に配置された長手方向に延在する複数のリブと、
前記負電極面上に配置された実質的に横方向に延在する複数のリブと
を備え、
前記セパレータが前記鉛蓄電池内に配置されたとき、前記負電極面上に配置された前記横方向リブが負電極に並置されるように適合されている、セパレータ。
【請求項２】
前記横方向に延在するリブが、前記長手方向に延在するリブより短くそれらより狭い間隔で配置されているもの、連続するもの、および不連続なものの少なくとも１つであり、長手方向に延在する複数の裂溝、チャネル、陥凹、または開口を備える、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
前記横方向に延在するリブおよび前記長手方向に延在するリブが、カレンダロール成形によって成形される、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項４】
前記セパレータが、マクロ多孔質膜およびミクロ多孔質膜のいずれかである、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項５】
前記セパレータが、ポリエチレンミクロ多孔質膜である、請求項４に記載のセパレータ。
【請求項６】
第１の面および第２の面を持つ多孔質背膜を有する鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記背膜の前記第２の面上に配置された複数の横方向リブを備える改良。
【請求項７】
前記第１の面が正電極面であり、前記第２の面が負電極面であり、
零個のリブ、長手方向に延在する複数のリブ、複数の突起、および不織布材の少なくとも１つが、前記正電極面上に配置され、
前記セパレータが前記鉛蓄電池内に配置されたとき、前記負電極面上に配置された前記横方向リブが負電極に並置されるように適合されている、
請求項６に記載のセパレータ。
【請求項８】
前記セパレータが、マクロ多孔質およびミクロ多孔質のいずれかである、請求項６に記載のセパレータ。
【請求項９】
前記横方向に延在するリブが、少なくとも連続か不連続かのいずれかであり、長手方向に延在する複数の裂溝、チャネル、陥凹、または開口を備える、請求項６に記載のセパレータ。
【請求項１０】
多孔質セパレータによって負電極から離隔配置された正電極であって、前記多孔質セパレータが前記正電極と前記負電極の間に配置されている正電極と、前記正電極と前記負電極との間をイオン連通する電解質とを格納するハウジングを備える鉛蓄電池であって、前記セパレータが、前記セパレータの第１の面上に配置された長手方向に延在する複数のリブと、前記セパレータの第２の面上に配置された横方向に延在する複数のリブとを有し、前記長手方向に延在する複数のリブが前記正電極に並置され、前記横方向に延在するリブが前記負電極に並置されている、鉛蓄電池。
【請求項１１】
前記横方向に延在するリブが、前記長手方向に延在するリブより短くそれらより狭い間隔で配置されているもの、連続するもの、および不連続なものの少なくとも１つであり、長手方向に延在する複数の裂溝、チャネル、陥凹、または開口を備える、請求項１０に記載の電池。
【請求項１２】
鉛蓄電池用のセパレータを製造する方法であって、前記セパレータが第１の面および第２の面を持つ多孔質背膜を有する方法において、前記背膜の前記第２の面に複数の横方向リブを形成するステップを含む改良。
【請求項１３】
前記第１の面が正電極面であり、前記第２の面が負電極面であり、
長手方向に延在する複数のリブを前記正電極面に形成するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の面が正電極面であり、前記第２の面が負電極面であり、前記セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、前記負電極面が、負電極に並置されるように適合され、
前記負電極面上に配置された前記横方向リブに、長手方向に延在する複数の裂溝、チャネル、陥凹、または開口を形成するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年１０月２０日出願の米国特許出願第６１／２５３，０９６号、および２０１０年１０月１４日出願の米国特許出願第１２／９０４，３７１号の優先権および特典を主張するものであり、それによって、両者のすべてが参照により本明細書に援用されるものとする。
【０００２】
以下に記載される１つまたは複数の本発明は、電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、横断リブを有する改良型電池セパレータ、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
鉛蓄電池または蓄電池技術における従来の通念は、セパレータの負電極面はリブを有さないか、または長手（すなわち、垂直もしくは機構）方向に延在するリブを有するかのいずれかを教示する。図２および３を参照されたい（下記で説明される）。この考え方は、過充電の際に負電極での水素ガスの発生に基づいている。垂直または長手方向以外に延在するリブをセパレータの負電極面に配置した場合、水素ガスがそれらリブの下に閉じ込められ、この閉じ込められた水素ガスが、好ましくない電池の効率低下を引き起こすと考えられていた。効率低下は、負電極面の一部分に電解質が接触するのを水素ガスが妨げることによって生じると考えられていた。その結果、負電極の実効面積が減少するとされていた。
【０００４】
図２を参照すると、従来技術のセパレータ３０が示されている。セパレータ３０は、負電極面３２と、正電極面３４（折り重ねられた部分）とを有する。正電極面３４は、長手方向に延在する複数の大型リブ３６を備える。負電極面３２は、長手方向に延在する複数の小型リブ３８を備える。大型リブ３６と小型リブ３８との１つの差異はその高さであり、大型リブ３６は小型リブ３８より高い。別の差異は、リブの間隔であり、大型リブ３６は小型リブ３８より離隔して配置されている。そのようなセパレータは、Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ、ＮＣのＤａｒａｍｉｃ，ＬＬＣからＤＡＲＡＭＩＣ（商標登録）の商標名の下に様々なバージョンで市販されている。
【０００５】
図３を参照すると、従来技術のセパレータ４０が示されている。セパレータ４０は、正電極面４２と、負電極面４４とを有する。正電極面４２は、長手方向に延在する複数のリブ４６を備える。負電極面４４（折り重ねられている部分）はリブを有していない。そのようなセパレータは、Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ、ＮＣのＤａｒａｍｉｃ，ＬＬＣからＤＡＲＡＭＩＣ（商標登録）の商品名の下に様々なバージョンで市販されている。
【０００６】
米国特許第５，７７６，６３０号は、セパレータの正電極面に配置された長手方向および横方向の両方のリブを有する、蓄電池に使用するセパレータを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
少なくとも特定のセパレータ用途のために改良されまたは特化されたセパレータ、セパレータの製造方法、電池の製造方法、セパレータの使用方法、改良型セパレータ包絡体、改良型電池などが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、少なくとも特定のセパレータ用途のために改良されまたは特殊化されたセパレータ、セパレータの製造方法、電池の製造方法、セパレータの使用方法、改良型セパレータ包絡体、改良型電池などの必要性に対処する。
【０００９】
少なくともある種の実施形態によれば、本発明は、改良されまたは特殊化された電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、横断リブを有する改良型電池セパレータ、および／または負電極に対向するように適合され、好ましくは向上した曲げ剛性を実現する横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。
【００１０】
本発明の少なくとも選択された実施形態は、電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。さらに、本発明の少なくとも選択された実施形態は、靴底用の基板、印刷媒体、および包装用途用の膜を含む材料にも適用することができる。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態によれば、鉛蓄電池用のセパレータは、正電極面および負電極面を有する多孔質膜（ミクロ多孔質膜およびマクロ多孔質膜など）である。長手方向に延在する複数のリブを正電極面上に配置することができる。実質的に非長手方向または実質的に横方向に延在する複数のリブ（横断リブ）が、負電極面上に配置されている（負極横断リブ）。セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは、鉛蓄電池の負電極に並置されるように適合されている。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの目的は、改良された電池セパレータ、電池セパレータを製造する改良された方法、電池セパレータを使用する改良された方法、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する改良された鉛蓄電池用セパレータを提供することである。
【００１３】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明の他の目的には、改良されまたは特殊化された電池セパレータ、電池セパレータを製造する改良された方法、電池セパレータを使用する改良された方法、および／または負電極に対向するように適合され、好ましくは向上した曲げ剛性を実現する横断リブを有する改良された鉛蓄電池用セパレータを提供することを含み得る。
【００１４】
１つまたは複数の本発明の少なくとも選択された実施形態、特徴および／または態様を例示するために、現時点で好ましく思われる１つまたは複数の形態を図面に示すが、実施形態や１つまたは複数の本発明は、図示の装置および手段その通りに限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のセパレータの少なくとも１つの実施形態の配置を示す、部分的に切り欠かれた、鉛蓄電池の概略斜視図である。
【図２】部分的に折り重ねられた、従来技術の鉛蓄電池用セパレータの背面図である。
【図３】部分的に折り重ねられた、別の従来技術の鉛蓄電池用セパレータの正面図である。
【図４】部分的に折り重ねられた、本発明のセパレータの少なくとも１つの実施形態の正面図である。
【図５】セパレータが正極板に折り重ねられ、極板の周りに包絡体またはポケットを形成している、本発明のセパレータの少なくとも１つの実施形態を示す概略切欠側面図である。
【図５Ａ】図５のセパレータの一部分の拡大詳細図である。
【図６】本発明の負極横断リブの様々な実施形態のそれぞれの概略背面図である。
【図７】本発明の負極横断リブの様々な実施形態のそれぞれの概略背面図である。
【図８】本発明の負極横断リブの様々な実施形態のそれぞれの概略背面図である。
【図９】本発明の負極横断リブの様々な実施形態のそれぞれの概略背面図である。
【図１０】本発明の負極横断リブの様々な実施形態のそれぞれの概略背面図である。
【図１１】本発明の負極横断リブを有するセパレータの選択された特定の実施形態のそれぞれの概略斜視図である。
【図１２】本発明の負極横断リブを有するセパレータの選択された特定の実施形態のそれぞれの概略斜視図である。
【図１３】本発明の負極横断リブを有するセパレータの選択された特定の実施形態のそれぞれの概略斜視図である。
【図１４】本発明の独創的なセパレータプロフィール（inventive  separator  profile）の少なくとも１つの実施形態を製造する少なくとも選択された実施形態の概略斜視図である。
【図１５】正極長手方向リブを形成するロールの少なくとも１つの実施形態の概略側面図である。
【図１６】図１５の正極ロールの一部分の細部拡大概略横断面図である。
【図１７】図１５および１６の正極ロールによって形成されセパレータの一部分の細部概略端面図である。
【図１８】負極横断リブを形成するロールの少なくとも１つの実施形態の概略側面図である。
【図１９】図１８の負極ロールの一部分の細部拡大概略端面図である。
【図２０】図１８および１９の負極ロールによって形成されセパレータの一部分の細部概略端面図である。
【図２１】負極横断リブを形成するロールの少なくとも別の実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同じ要素は同じ参照番号を有する図面を参照すると、図１に、たとえばＳＬＩ電池など、鉛蓄電池１０の実例が示されている。電池１０は、負極板（電極）１２と、正極板（電極）１６とを、それらの間に挟まれた、好ましいであろう発明のセパレータ１４と共に備える。これらの構成要素は容器１８内に格納され、容器１８は、さらに、当技術分野では既知の端子２０と、ベント２２と、組合せベントプラグ２４とを備える。セパレータ１４は、好ましくは、負極板１２に対向する面５４上に横方向リブ５２を有し、正極板１６に対向する面５８上に長手方向リブ５６を有する（たとえば、図１、４、および５を参照）。特定の電池が図示されているが、本発明のセパレータは、たとえば、それらに限定されないが、密閉型鉛式、液型鉛式、ＩＳＳ鉛式、組合せ式蓄電池および蓄電器ユニット、他の電池タイプ、蓄電器、蓄電池など、多くの様々なタイプの電池または装置に使用することができる。
【００１７】
本発明のセパレータ１４（図４参照）は、好ましくは、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フェノール樹脂、ＰＶＣ、ゴム、合成木材パルプ（ＳＷＰ）、ガラス繊維、セルロース系繊維、またはそれらの組合せなどの天然または合成材料から製造された多孔質膜（約１ミクロン未満の孔を有するミクロ多孔質膜、または約１ミクロンより大きい孔を有するマクロ多孔質膜など）であり、より好ましくは、熱可塑性ポリマーから製造されたミクロ多孔質膜である。好ましいミクロ多孔質膜は、約０．１ミクロン（１００ナノメートル）の孔径、および約６０％の多孔率を有し得る。熱可塑性ポリマーには、原則として、鉛蓄電池に使用するのに適したすべての耐酸性熱可塑性材料を含めることができる。好ましい熱可塑性ポリマーには、ポリビニルおよびポリオレフィンが含まれる。ポリビニルには、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が含まれる。ポリオレフィンには、たとえば、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、およびポリプロピレンが含まれる。好ましい一実施形態は、充填材（たとえばシリカ）とＵＨＭＷＰＥとの混合物を備え得る。一般に、好ましいセパレータは、約３０％重量のシリカを、約１０％重量のＵＨＭＷＰＥおよび約６０％のプロセスオイルと押出成形機内で混合することによって製造することができる。混合物は、また、セパレータ技術では一般的である少量の他の添加物または作用物質（湿潤剤、着色剤、帯電防止剤など）も含み得、平板の形状に押出成形される。リブは、好ましくは、対向する両カレンダローラの掘込みを入れた表面によって形成される（図１４参照）。その後、プロセスオイルの大部分が抜き取られ、ミクロ多孔質膜が形成される。
【００１８】
セパレータ１４は、好ましくは、背膜５９と、正電極面５８と、負電極面５４とを備える。正電極面または表面５８は、好ましくは、長手方向に延在する複数の大型リブ５６を備える。大型リブ５６は、たとえばセパレータの一方の面に離隔配置された長手方向リブを含めて（図４参照）、いかなるパターンでもよい。また、セパレータでは既知のように、折り重ねられ、封止または接合される領域では、リブ５６は、良好な封止または溶接を行うために、短めにされ、または削除されてもよい。
【００１９】
負電極面または表面５４（技術的背面）は、好ましくは、横方向に延在する複数のリブ５２（負極横断リブ）を備え、図４の折り重ね部分または図５および図５Ａを参照されたい。一般に、横方向に延在するリブ５２は、任意の実質的に横方向または非長手方向のリブパターンを有する（そのようなリブパターンは、明らかに、充電（または過充電）中に負電極で形成されるガスの排出を阻みまたは妨害する）。これらリブパターンの非限定的例には、セパレータ１４の面５４の連続的（すなわち側端から側端への）線形リブ５２（図４、５、および６）、セパレータ面５４’の網目状（斜行、菱形、またはぎざぎざの）リブ５２’（図７）、セパレータ面５４’’の正弦波状または波状連続リブ５２’’（図８）、セパレータ面５４’’’の波状不連続リブ５２’’’（図９）、またはセパレータ面５４’’’’の断続的で整列された線形リブ５２’’’’（図１０）が含まれる。前述のものの変形を含めて他のリブパターンもまた含まれる。
【００２０】
図面の図１、５、および５Ａを再び参照すると、セパレータ１４は、正極板または電極１６に折り重ねることができ、正極リブ５６が極板１６に接触し、負極リブ５２が負極板１２に向かって外側に向く（それによってポケットまたは包絡体を形成する）。特定の一例によれば、横断リブ５２は約４ミルの厚さであり、背膜５９は約６ミルの厚さであり、正極リブ５６は約２０ミルの厚さである（セパレータの総厚さは約３０ミルである）。
【００２１】
図１および５を参照すると、好ましいセパレータ１４は、切片セパレータ、もしくは包装状、包絡状、小袋状、ポケット状セパレータ、またはガラスマットによる層状セパレータもしくは合成不織布タイプのセパレータでもよい。
【００２２】
本発明の少なくとも１つの目的によれば、大型長手方向リブとは反対側のセパレータ面に小型の横方向横断リブを有する電池セパレータが提供される。
【００２３】
本発明の少なくとも１つの別の目的によれば、長手方向リブとは反対側のセパレータ面に横方向横断リブを有する電池セパレータが提供される。横方向リブは、シートの剛性および保護性を予想以上に向上させて、背膜の質量の低減、ＥＲの低下、コストの削減、および、高速製造および組立（セパレータ、包絡体、および／または電池の高速製造および／または組立を含めて）に必要にされ得るような物理特性の向上を可能にする。そのようなセパレータまたは先行体は、ロール、包絡体（またはポケット）および切片として製造することができ、高速の自動または手作業組立によるセパレータの製造工程が用いられ、高生産性が望まれる場合に使用することができる。
【００２４】
たとえば、大型長手方向リブの反対側に横方向または横断リブを付加することによって、電池内部での製造工程および性能に必要とされる物理特性を維持しながら、セパレータの質量を減少させることができることが意外にも判明した。大型リブの質量は、好ましくは、横断リブを反対側の面に付加してセパレータの所望の全体厚さ（大型リブ＋背膜＋横断リブ）を達成したときに低減される。シートはまた、横方向または横断リブを付加することによって、剛性などの生産性特性を維持し、また電池の寿命中の浸食および酸化による亀裂および破断からシートを保護しながら、厚さおよび／または質量を低減することができる。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態の別の目的は、高速製造に必要な重要な物理的パラメータを維持しながら、セパレータの質量の低減と共に、コストの低減を実現することである。通常、質量が低減したセパレータほど取り扱いが難しくなり、電池製造の速度を阻害し、それによってコストが増大する（コストを低減させない）。長手方向または大型正極リブに負極横断リブを追加することによって質量をより効果的かつ賢明に使用することにより、重要な物理パラメータおよび顧客満足度を維持しながら、セパレータの質量を減少させてコストを削減することができる。
【００２６】
また、正極大型リブを有するセパレータに負極横断リブを追加することによって、剛性上の問題、ならびに、ある種のセパレータに関する皺または弛みの製造上の問題にも対処する。少なくとも１つの調査では、本発明の横方向小型リブを追加することによる少なくとも約４０％の剛性向上が報告されている。驚いたことに、最小限の寸法の小型横断リブ、たとえば１００ミクロンの負極横断リブを追加することによって、顕著な剛性、セパレータの質量の低減を得ることができ、電池性能を阻害することはない。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態によれば、密に離隔配置された小さな横方向リブが、鉛蓄電池セパレータの、負電極に接触する面に追加される（好ましくは、正極面の大型リブに追加されて）。密に離隔配置された小さな負極横方向リブは、たとえば図６〜１３に見られるように、様々な多くの形態を取ることができ、それらに限定はされないが、連続または不連続な、正弦波状、斜行、または直線のリブパターンを含む。製造工程を容易にするために、図５、６および１１〜１３の丸みを帯びた直線リブを選ぶことができる。
【００２８】
長手方向大型正極リブは、たとえば連続または不連続な正弦波状、斜行、または直線リブなど、実質的に長手方向に延在する多くの形態を取ることができる。製造工程を容易にするために、図１１〜１３の丸みを帯びた直線リブを選ぶことができる。ある種の電池の設計では、しばしば日本式設計と呼ばれるが、正極リブがなく、その代わりに、正極リブが、セパレータの平らな正極面に積層された多量のガラスマットで置き換えられる。このガラスマット正極面セパレータの実施形態では、本発明の横方向負極リブは、長手方向正極リブを有する実施形態と同じように機能する。正極面は、平滑もしくは平坦であり、突起を有し、リブを有し、あるいは、そこに接着または積層された不織布を有し得る。そのような不織布材は、グラスファイバ、ポリエステル（ＰＥＴ）、再生ＰＥＴ、またはそれらの混合物など、合成材料、天然材料、有機もしくは無機材料、または混紡材から形成することができる。セパレータは、切片セパレータ、もしくは包装、包絡、小袋、またはポケットタイプのセパレータでもよい。
【００２９】
少なくとも選択された本発明の実施形態に関し、セパレータ１４は、好ましくは、下記を有する。すなわち、
１）横方向リブ高さ  −  好ましくは０．０２〜０．３０ｍｍ、最も好ましくは約０．０７５〜０．１５ｍｍ。
２）シート（基板）厚さ  −  好ましくは約０．０６５〜０．７５ｍｍ。
３）全体厚さ（正極リブ＋背膜＋負極リブ）  −  セパレータの全体厚さは好ましくは約０．２００〜４．０ｍｍ。
４）質量低減  −  好ましくは５％より大、より好ましくは１０％より大。横方向リブは、セパレータの横方向の剛性を増加させ、背膜または基板の厚さを減少させることができる。横方向の剛性を維持し増加させながら、背膜および正極リブの両方から質量を取り去ることができる。また、横方向負極リブは、セパレータの全体厚さの一因になる。したがって、長手方向正極リブの高さを、負極横断リブの高さだけ直接減少させることができる。
５）セパレータのタイプ  −  セパレータは、ミクロ多孔質またはマクロ多孔質熱可塑性材料、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、およびそれらの混合物など、ならびに、ゴム、ポリオレフィン、フェノール樹脂、架橋フェノール樹脂、セルロース系物質、ガラス、またはそれらの組合せから製造することができる。
【００３０】
ポリウレタン（ＰＥ）セパレータは、通常、鉛蓄電池の不具合の主原因ではないので、コストを削減し、質量を低減することが常に望まれている。しかし、特に背膜厚さから質量を取り去ると、横方向剛性が著しく低下する可能性がある。本発明の負極横断リブは、意外なほど、質量の除去（または質量の低減）を可能にし、横方向剛性を維持し、または向上させる。十分な横方向剛性がないと、セパレータが、製造中、および、しばしば包絡作業と呼ばれる電池設備の組立段階で、より一層、皺が寄り、折り重なり易くなる。
【００３１】
それに加えてあるいはその代わりに、負極横断リブを追加することの利点には以下が含まれる。すなわち、
１）電気抵抗の減少  −  負極横断リブプロフィールの設計は、同等またはより高い横方向曲げ剛性を維持しながら質量の除去を可能にするので、実測電気抵抗が、好ましくは、低くなる。
２）破断伝播の最小化  −  セパレータが過度に酸化されると、背膜に亀裂または裂開が進展する可能性があり、長手方向大型リブに平行に延伸する。負極横断リブが、好ましくは、たとえばリブの追加質量によってそのような破断の伝播を阻止する。
３）側方整合  −  組立工程において、正電極および負電極それぞれを接続するためにストラップが鋳造される前に、包絡板が水平方向および垂直方向に整合される。垂直方向の整合では、正極リブは、セパレータと極板とが互いに接触しているときに摺動する手段を提供する。通常の側方整合では、負極板は、平坦な背膜に接触しているときに摺動することがある。負極横方向リブが、好ましくは、表面を減らし、側方整合作業の助けになるはずである。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、セパレータは、プロセスオイルおよび沈降シリカと混合した超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から製造される。少なくとも１つの特定の実施形態によれば、負極横断リブは、好ましくは、２〜６ミルの半径、および１０〜５０ミルのリブ間隔を有する。
【００３３】
少なくとも選択された実施形態によれば、電池セパレータは、背膜と、背膜の正極面上に少なくとも２列の正極リブと、背膜の負極面上に複数の負極横断リブまたは横方向リブとを有する多孔質膜を備える。正極リブは、直線状または波状でもよく、中実部分を有してもよく、角錐台形状でもよい。膜は、ポリオレフィン、ゴム、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、セルロース系物質、またはそれらの組合せからなるグループから選択してもよく、膜は、好ましくは、蓄電池用の電池セパレータを形成するポリオレフィン材である。
【００３４】
電池セパレータは、電池の正電極と負電極を分離するために使用され、通常ミクロ多孔質であり、それによって、イオンが、正電極および負電極へそれを通り抜けることができる。鉛蓄電池では、自動車用または産業用電池のどちらでも、電池セパレータは、通常、背膜と、背膜上に隆起する複数の正極リブを有するミクロ多孔質のポリエチレンセパレータである。自動車用電池のセパレータは、通常、連続長さで製造され、巻かれ、次いで折畳まれ、その縁部に沿って封止されて、電池の電極を受け入れる小袋に形成される。産業用（牽引用）電池のセパレータは、通常、電極板とほぼ同じ寸法に切断される（切片セパレータ）。
【００３５】
プラチック材のシートから鉛蓄電池セパレータを製造する本方法の一実施形態では、横断または負極面横方向リブまたは突起を形成するために、シートがカレンダ成形され、また、好ましくは、シートの両面に、長手方向正極リブと、負極横断または横方向リブとの両方を同時に形成するために、シートがカレンダ成形される。
【００３６】
通常の鉛蓄電池セパレータでは、セパレータは、リブ付き正極面（すなわち大型リブを有する）と、平滑な背面（すなわちリブ無し）とを有する。負電極（板）は背面に隣接して配置され、正電極（板）はリブ付き面のリブに載っている。電池が十分に充電され、電流が持続的に加えられると（すなわち過充電）、負極板に水素が発生し、正極板に酸素が発生する。水素が、負極板で形成されると、セパレータを負極板から押し離す可能性があり、それによって、ガスの排出を阻む可能性のあるガスポケットが形成され、そのポケットは、電池内で極めて大きな抵抗領域になるので、電池機能に対して有害であり得る。さらに、セパレータの背膜が押されて正極板に接触した場合、背膜が酸化する可能性があり、孔が生じ得る。少なくとも本発明の選択された実施形態は、この問題に対処し改良型電池セパレータを提供することができる。たとえば、選択された３つのセパレータ実施形態を示す図面の図１１〜１３を参照されたい。図１１では、例示的セパレータ６０は、背膜６２と、正極大型リブ６４と、小型負極横断リブ６６とを有する。負極横断リブは、背側または負極面を横切って延在する。図１２では、例示的セパレータ７０は、背膜７２と、正極大型リブ７４と、小型負極横断リブ７６とを有する。負極横断リブは、背側または負極面を横切って延在し、各正極リブ７４の裏側で浅い裂溝または陥凹７８によって中断されている。これら裂溝７８は、水素ガスの逃げ道を提供することができ、正極リブなどから可塑剤または潤滑材を抜き取ることを可能にするチャネルを形成する。図１３では、例示的セパレータ８０は、背膜８２と、正極大型リブ８４と、小型負極横断リブ８６とを有する。負極横断リブは、背側または負極面を横切って延在し、各正極リブ８４の裏側で裂溝または陥凹８８によって中断されている。これら裂溝８８は、正極リブの中まで延出することができ、水素ガスの逃げ道を提供することができ、正極リブなどから可塑剤または潤滑材を抜き取ることを可能にするチャネルを形成する。少しの水素ガスでも逃がすことができるそのようなチャネルを有するセパレータが、好ましいであろう。
【００３７】
少なくとも一実施形態では、長手方向正極リブおよび横方向負極リブを備えたセパレータが、ミクロ多孔質熱可塑性材から製作され、長手方向リブの少なくとも大部分の高さは横方向リブの高さより高く、長手方向および横方向リブはその熱可塑性材から一体に形成された中実リブであり、横方向リブが実質的にセパレータの背面幅全体に亘って延在することを特徴とする。セパレータシートの厚さは、約０．１０〜０．５０ｍｍであり得、長手方向リブの高さは０．３〜２．０ｍｍであり得、横方向リブの高さは０．１〜０．７ｍｍであり得、１００ｍｍ幅での長手方向剛性は約５ｍＪであり得、横方向剛性は約２．５ｍＪであり得、セパレータの総厚さは２．５ｍｍ未満であり得る。
【００３８】
図面の図１４〜２１を参照すると、本発明によるセパレータは、負極横断リブを形成する溝を有する負極ロールや、溝のないまたはより浅い溝を有する正極リブなどを追加しまたはそれらに置き換えることにより、従来のポリエチレンセパレータと同様な方式で製造することができる。この好ましい方法では、充填剤を含むプラスチック材９０が、スロットダイ９２を通して押し出されて薄膜９４を形成し、次いで、２つのカレンダロール（正極ロール９６、負極ロール９８）を通り抜け、それらロールによって、正極長手方向リブ１００および負極横方向リブ１０８の両方が生成され、セパレータシートが所望の厚さに減らされる。図１５〜１７を参照すると、正極ロール９６は、正極長手方向リブ１００を形成する浅い円周または環状溝１０２を有する。図１５に示されるように、ランドまたは平滑領域または縞地１０４が、ポケットの縁部を封止するためにセパレータ上に平滑領域を形成する。図１８〜２０を参照すると、負極ロール９８は、横断リブ１０８を形成する浅い軸方向溝１０６を有する。図２１に示されるように、代替の負極ロール１１０は、それらの間の平滑ランドまたは領域１１４（たとえば溶接領域のために）によって離隔配置された浅い軸方向溝１１２の複数のセットを有する。
【００３９】
負極横断リブを有する本発明によるセパレータは、好ましくは、横方向剛性が増加する結果として、そのような横方向リブを有さないセパレータより良好な機械加工性を有し、セパレータトラックの誘導がより良好に行え、横方向剛性が増加するのでポケット内への電極板の配置に関する作業性が向上する。さらに、シート厚さがかなり減少し、その結果電気抵抗が低減したセパレータの製造が可能になり、それは、一定の電池の容積による電池の出力を絶え間なく増加させようとする努力に関して特に重要である。本発明によるセパレータは、ポケットを形成する加工を従来の機械で容易に行うことができる。追加の横方向負極リブは、熱または超音波手段を使用することによるポケットの溶接、またはポケットを製造する機械製造工程のいずれによっても問題を生じることはない。
【００４０】
少なくとも１つの特定の実施形態では、弾性プラスチックから製造され、鉛蓄電池に使用するのに適合したセパレータは、内側領域および２つの外縁領域を有し、長手方向に延在する正極リブであって、内側領域の長手方向リブが外縁領域の長手方向リブより広く離隔配置されている正極リブを有し、横方向に延在する負極リブを有するシート材を備える。
【実施例】
【００４１】
以下の実施例は、本発明の少なくとも選択されたセパレータの実施形態をさらに例示する。ＮＣＲは、負極横断リブを有する本発明のセパレータを意味し、平坦な背膜は、負極横断リブを有さない比較上のセパレータを意味する。
【００４２】
【表１】
2013508917.tif 000003
【００４３】
上記のデータセットの通り、１１枚の負極板および１０枚の正極板からなる２１枚の極板要素を有する２つの６セル電池が構成された。包絡体は、パイロットラボで製造された新しい負極横断リブプロフィールを有する製品および材料から、典型的なＤａｒａｍｉｃ  ＨＰ材によって製作された。用いられた正極プロフィールは類似の１８リブプロフィール設計であった。包絡体は、正極板の周りに巻き付けられた。構成後、発生ガス評価に先立って極板を確実に十分に充電するために、極板製造業者の手順書に従って、電池をさらに２４時間充電した。ガス閉込め評価のために、充電前に電解質レベルを容器の側面に記録した。次いで、電池を１６Ａで２４時間充電した。充電後、電池を室温まで冷却させ、電解質レベルを容器の側面に記録した。次いで、電池を密封室に入れ、約０．５気圧で１５分間真空吸引した。真空に曝した後、電解質レベルを容器の側面に再び記録した。次いで、真空状態前と真空状態後のマークの差をカリパスを使用して測定した。生産品からのセパレータを有する対照電池は、真空に曝している間に平均０．５２２６インチの電解質の減少があった。負極横断リブセパレータを有する電池は、平均０．４５６４インチの電解質の減少であった。
【００４４】
少なくとも選択された実施形態によれば、鉛蓄電池用のセパレータは、
正電極面および負電極面を有する多孔質膜と、
正電極面上に配置された長手方向に延在する複数のリブと、
負電極面上に配置された実質的に横方向に延在する複数のリブと
を備え、
セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは負電極に並置され、
横方向に延在するリブは、長手方向に延在するリブより短くてもよく、それらより狭い間隔で配置することができ、
横方向に延在するリブは、連続および不連続のいずれでもよく、
横方向に延在するリブおよび長手方向に延在するリブは、カレンダロール成形によって成形することができ、
セパレータは、マクロ多孔質膜およびミクロ多孔質膜のいずれでもよく、
セパレータは、好ましくはポリエチレンミクロ多孔質膜である。
【００４５】
第１の面および第２の面を持つ多孔質背膜を有する鉛蓄電池用セパレータでは、複数の横方向リブが背膜の第２の面上に配置されていることが好ましい。第１の面が正電極面であり、第２の面が負電極面であることが好まれ得、
零個の正極リブ、長手方向に延在する複数のリブ、複数の突起、および不織布材の少なくとも１つが、正電極面上に配置され、
セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは負電極に並置されている。セパレータは、マクロ多孔質およびミクロ多孔質のいずれでもよい。横方向に延在するリブは、連続および不連続のいずれでもよい。
【００４６】
鉛蓄電池は、好ましくは、多孔質セパレータによって負電極から離隔配置された正電極であって、その多孔質セパレータが正電極と負電極の間に配置されている正電極と、正電極と負電極との間をイオン連通する電解質とを格納するハウジングを備え、セパレータが、そのセパレータの第１の面上に配置された長手方向に延在する複数のリブと、そのセパレータの第２の面上に配置された横方向に延在する複数のリブとを有し、長手方向に延在する複数のリブが正電極に並置され、横方向に延在するリブが負電極に並置されている。横方向に延在するリブは、長手方向に延在するリブより短くてもよく、それらより狭い間隔で配置することができる。横方向に延在するリブは、連続および不連続のいずれでもよい。
【００４７】
鉛蓄電池用のセパレータ、すなわち第１の面および第２の面を持つ多孔質背膜を有するセパレータを製造する方法では、背膜の第２の面上に複数の横方向リブを形成するステップを含むことが好ましいであろう。第１の面は正電極面であり得、第２の面は負電極面であり得る。その方法は、正電極面上に長手方向に延在する複数のリブを形成するステップをさらに含み得る。セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面は負電極に並置されるように適合され得る。その方法は、負電極面上に配置された横方向リブに、長手方向に延在する複数の裂溝または開口を形成するステップをさらに含み得る。
【００４８】
本発明の少なくとも選択された実施形態は、電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態によれば、鉛蓄電池用のセパレータは、正電極面および負電極面を有する多孔質膜（ミクロ多孔質膜およびマクロ多孔質膜など）である。長手方向に延在する複数のリブが正電極面上に配置されている。非長手方向または実質的に横方向に延在する複数のリブ（横断リブ）が、負電極面上に配置されている（負極横断リブ）。セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは、鉛蓄電池の負電極に並置されるように適合されている。
【００５０】
本発明の少なくとも１つの目的は、改良された電池セパレータ、電池セパレータを製造する改良された方法、電池セパレータを使用する改良された方法、および／または負電極に対向するように適合されたセパレータ面の少なくとも大部分に亘って横断リブを有する改良された鉛蓄電池用セパレータを提供することである。
【００５１】
本発明の改良型セパレータは、鉛蓄電池セパレータ、すなわち、スターティング、ディープサイクル、および予備電源バッテリ用途、または、スターティング、定置式、動力用、およびディープサイクル鉛蓄電池用途などの用途に使用される液式、ゲル、およびＡＧＭ電池タイプに使用されるセパレータ、ならびに、液式および特殊鉛蓄電池用途、および／または高級鉛ゲル蓄電池用のセパレータとして用途を見出すことができる。さらに、そのようなセパレータは、他の電池、蓄電池、蓄電器などに使用することができる。
【００５２】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、少なくとも特定のセパレータ用途のために改良されまたは特殊化されたセパレータ、セパレータの製造方法、電池の製造方法、セパレータの使用方法、改良型セパレータ包絡体、改良型電池などの必要性に対処する。
【００５３】
少なくともある種の実施形態によれば、本発明は、改良されまたは特殊化された電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、横断リブを有する改良型電池セパレータ、および／または負電極に対向するように適合され、好ましくは向上した曲げ剛性を実現する横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。
【００５４】
本発明の少なくとも選択された実施形態は、電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する、鉛蓄電池用の改良型セパレータを対象とする。さらに、本発明の少なくとも選択された実施形態は、靴底用の基板、印刷媒体、および包装用途用の膜を含む材料にも適用することができる。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態によれば、鉛蓄電池用のセパレータは、正電極面および負電極面を有する多孔質膜（ミクロ多孔質膜およびマクロ多孔質膜など）である。長手方向に延在する複数のリブを正電極面上に配置することができる。実質的に非長手方向または実質的に横方向に延在する複数のリブ（横断リブ）が、負電極面上に配置されている（負極横断リブ）。セパレータが鉛蓄電池内に配置されたとき、負電極面上に配置された横方向リブは、鉛蓄電池の負電極に並置されるように適合されている。
【００５６】
本発明の少なくとも１つの目的は、改良された電池セパレータ、電池セパレータを製造する改良された方法、電池セパレータを使用する改良された方法、および／または負電極に対向するように適合された横断リブを有する改良された鉛蓄電池用セパレータを提供することである。
【００５７】
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明の他の目的は、改良されまたは特殊化された電池セパレータ、電池セパレータを製造する改良された方法、電池セパレータを使用する改良された方法、および／または負電極に対向するように適合され、好ましくは向上した曲げ剛性を実現する横断リブを有する改良された鉛蓄電池用セパレータを提供することを含み得る。
【００５８】
約２５０ミクロン以下の背膜厚さを有するセパレータの少なくとも選択された実施形態によれば、少なくとも２０ｍＮの曲げ剛性が好まれ得、少なくとも３０ｍＮがより好まれ得、少なくとも４０ｍＮがさらにより好まれ得、少なくとも５０ｍＮが最も好まれ得る。
【００５９】
本発明の横断リブ（横方向小型またはミニリブ）を有する少なくとも２つの特定のセパレータ例によれば、
２５０ミクロンの背膜厚さを有する第１のセパレータ例は、約６５ｍＮの曲げ剛性を有する。
２００ミクロンの背膜厚さを有する第２のセパレータ例は、約５７ｍＮの曲げ剛性を有する。
【００６０】
少なくともある種の実施形態によれば、横方向横断リブを有するセパレータについてできるだけ望ましい曲げ剛性は、好ましくは、少なくとも２０ｍＮ、より好ましくは少なくとも４０ｍＮ、最も好ましくは少なくとも５０ｍＮである。
【００６１】
本発明は、その主旨および本質的な特質から逸脱することなく他の形態で実現することができ、したがって、本発明の範囲を示すものとして、上記の明細書よりもむしろ添付特許請求の範囲を参照するべきである。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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