(57)【要約】  少なくとも選択した実施形態又は態様によれば、本発明は、改良されたＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ等の改良された、独特の、及び／又は高性能のＩＳＳ鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含むＩＳＳ電池、その生成方法、及び／又は使用方法を対象とする。好適なＩＳＳセパレータは、負側横断リブ及び／又はＰＩＭＳ鉱物を含むことができる。より具体的な実施形態又は実施例によれば、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）は、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして提供される。少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法、及び／又は使用方法を対象とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負側横断リブ、３：１よりも大きいシリカ対ポリマー比のシリカ及びポリマー、及び充填物コンポーネントとして１つ以上のＰＩＭＳ鉱物の少なくとも１つを有するＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項２】
１つ以上の魚骨又は魚粉充填物を有する請求項１に記載のＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項３】
前記セパレータが、前記シリカ充填物の少なくとも一部を置換した前記魚骨又は魚粉充填物を有するシリカ充填ポリエチレン電池セパレータである、請求項２に記載のＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のＩＳＳ電池セパレータを含む液式鉛酸電池。
【請求項５】
請求項４に記載の電池を含むＩＳＳ電気システム。
【請求項６】
電荷受容、電力送出、水和短絡の低減、サイクル・ライフの改善、及び酸の層形成の低減を同時に最適化した多数のセパレータ・プロパティを有するＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項７】
請求項６に記載のセパレータを含むＩＳＳ鉛酸電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池を含むＩＳＳ車両。
【請求項９】
以下の改良、特性、変更、修正、強化、性能、特徴、プロファイル、形状、構成、構造、部分、属性、空間、厚さ、比率、配合、混合、配合物、添加物、薬剤、コーティング、層、積層物、マット、不織物、表面、含有物、効果、実施形態、又は実施例の少なくとも３つを含む電池セパレータであって、
（５）電荷受容／電力送出− 電荷受容／電力送出の増大を促進するためのセパレータの特性又は変更、
ａ．低いか又は更に低い電気的抵抗（ＥＲ）− 以下の方法によるセパレータＥＲの最小化、
ｉ．より小さいバックウェブ（ＢＷ）厚さ− 前記ＢＷ厚さを７５から１５０ミクロン間に縮小し、次いで負側横断リブを用いることで横断方向の剛性を強化することによって、１５０から２５０ミクロン間の範囲である典型的な値から前記ＢＷ厚さを縮小する、
ｉｉ．シリカ対ポリマー比の増大− 前記ポリマー含有量に対するシリカ投入を増大し、約３．０／１．０から５．０／１．０のシリカ対ポリマー比を有する、
ｉｉｉ．超高オイル吸収（高表面積）シリカ（多孔率の増大）− 高表面積のシリカを含み（例えば＞２００ｇ／ｍ２）、これによって典型的には高オイル吸収が得られ、孔形成剤の量は押し出しプロセスにおいて重量で約７０から８０％である、
ｂ．ガス閉じ込めの最小化− ガス閉じ込めの可能性を低減させる、
ｉ．積層構造及び修正− ガス閉じ込めを低減するための修正した積層構造、
１．ガス泡を剥離させる表面エネルギを修正するための化学物質又はプラズマによる前記積層物の処理、
２．泡領域を凝固させ、前記積層物マトリクスを逃がすことを可能とするための穿孔、
３．凝集剤の追加、
４．形成中の前記積層物の構造の変更、
５．前記積層構造に対するポリマー繊維及び／又は整形ポリマー繊維の追加、
６．湿潤剤（又は界面活性剤）の追加、
７．ガス泡が前記構造に付着する可能性を低くするような前記積層物の繊維構造上の方位の変更、
８．単に泡付着の場所を少なくするような前記構造の厚さの最小化、
ｉｉ．湿潤剤の選択− より疎水性の湿潤剤の使用、エトキシル化脂肪アルコールを用いる、
ｉｉｉ．セパレータ横断リブ（負側及び／又は正側）− ガス泡の凝集又は移動を促進し、前記ガスが板間から逃げることを可能とするため、又はガス閉じ込めの可能性を低下させるため、小さい負側横断リブを有する、
ｉｖ．ガスの凝集− ガス泡が迅速かつ効率的に成長して、前記セパレータから解放されて前記板間の領域から出るまでになるための凝集場所として作用する前記セパレータ上の領域を有する、
１．プロファイル形状（粗さ）− ガス凝集を増大させるために前記セパレータの表面上にナノ構造を追加し、かかるナノ構造は、角錐、山形、又は柱の形態を取ることができ、カレンダー、レーザ除去、又は制御された化学的酸化によって形成可能である、
２．添加物− 前記セパレータのマトリクス内（又は表面上）に添加物を組み込んで、それらが表面構造又はエネルギを変更させて臨界体積まで発生した小さいガス泡の凝集を促進する領域を前記表面上に提供し、前記添加物は炭素繊維、カーボン・ナノチューブ、又は硫酸バリウムとすることができる、
（６）水和短絡（妨害、遅延、低減、排除）− 水和短絡を妨害するために電解質に硫酸ナトリウムを追加する、又は
ｃ．共通イオン効果− 前記セパレータ・マトリクス及び／又は積層物材料内に（含浸によって等で）硫酸ナトリウムを組み込む、
ｄ．重金属封鎖− アパタイト、ヒドロキシアパタイト鉱物、すりつぶした魚粉、ゼオライト、リグニン、ラテックス、又はゴム誘導体を前記セパレータ内に（又は前記セパレータ表面上に、前記積層物質内に、前記電解質内に、前記電池ケース内に等）組み込むことによって溶液内にある鉛イオンを封鎖して水和短絡形成を妨害する、
ｅ．添加物の配置− 前記セパレータの前記マトリクス内に（好ましくは前記シリカの一部を置換する充填物として）、前記セパレータ上にコーティングして、前記積層構造上にコーティング又は前記積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに前記電池ケースの容器上にコーティングして、又は前記電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して添加物を有する、
ｆ．より低いか又は低減させた酸変位− 以下を含むセパレータ修正による、
ｉ．薄いバックウェブ− 横断リブの追加（好ましくは上述のような負側横断リブ）、多孔率の増大、又は前記セパレータのリブ質量の低減によって前記バックウェブ（ＢＷ）厚さを縮小する、
ｉｉ．のこぎり状／頂銃眼リブ− 前記リブから質量を除去するためにのこぎり状又は頂銃眼リブ設計を用いる、
（７）サイクル・ライフの改善− 以下のように前記セパレータを修正することによる
ｇ．積層構造− 正側グリッドに正側活性質量を保持するために積層物を利用する、
ｉ．ガラス・マット− 圧縮厚が０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲である、異なる繊維長及び幅を有するガラス・マットを利用する、
ｉｉ．合成不織物− 不織物ポリマー・マット、ポリエステル・マットを利用する、
ｉｉｉ．ハイブリッド− ガラス繊維をポリマー繊維と混合したハイブリッド・マットを利用する、
ｈ．プロファイル選択− プロファイル設計選択による酸変位の低減に寄与し、リブ高を小さくしたか、リブを狭くしたか、又は頂銃眼リブを用いた密なリブ間隔を有するプロファイルを用いる、
ｉ．ポリアスパラギン酸− 前記セパレータの前記マトリクスに直接、又は前記セパレータ上にコーティングして、前記積層構造上にコーティング又は前記積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに前記電池ケースの容器上にコーティングして、又は前記電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して、ポリアスパラギン酸を追加する、
ｊ．圧縮− Ｉビーム・リブ・プロファイル等、サイクル・ライフを向上させるために、圧縮性、可撓性、又は弾力性のリブ構造を用いる、
（８）酸の層形成− 前記電池がある程度過充電されると、水の電気分解が促進される、又は
ｋ．プロファイル選択− 前記セパレータの前記表面全体に水平方向のリブを組み込む、
ｌ．積層構造− 前記ポリエチレン・セパレータに取り付けた積層構造を追加し、前記物質全体で、あるパターンに前記繊維を整合し、前記ポリエチレン・セパレータの正側及び負側の面の双方に積層構造を追加する、
ｍ．表面積− 前記セパレータ構造の表面積を増大させ、前記積層構造の繊維直径を縮小し、又はシリカのタイプ又は濃度によって前記セパレータの内表面を増大させる、多孔率を上昇させる、横断リブを有する、
ｎ．酸の固定化− 前記酸を適切な位置に保持する傾向がある横断リブを有することで前記酸を固定化し、前記積層物及び／又はセパレータ表面上にシリカ層を追加し、又は前記酸を「ゲル化」するために前記積層物にシリカを追加し、又はDaramic AJS技術を利用する、
ｏ．ポリエチレン／吸収性ガラス・マット・ハイブリッド− ＡＧＭセパレータ内部又はその一方側上に平坦なＰＥセパレータ膜を組み込む、
ｐ．他の積層物ハイブリッド− 許容可能なセパレータを形成するために、平坦なＰＥセパレータ膜と関連付けた不織物又は他のガラス・マットで、他の積層システムを利用する、電池セパレータ。
【請求項１０】
負側横断リブを有する請求項９に記載のセパレータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセパレータを含む鉛酸電池。
【請求項１２】
ディープ・サイクル、ＩＳＳ、又はマイクロ・ハイブリッド・セパレータから選ばれる電池セパレータであって、酸の層形成を最小限に抑えるのに役立ち、従来のセパレータよりも占有する体積が約１５％小さく、負側横断リブを有し、水平方向に多数の小さい小型リブを有し、酸勾配が生じることを防止する機械的バリアを有し、重い酸が下方に流れるのを防ぐ数百の小型ダムを有し、電極表面全体で均一に数百の小型の酸のプールを生成する数百の小型ダムを有し、マイクロ・ハイブリッド電池等において電力送出を向上させると共に酸の層形成を低減する特性の少なくとも２つを含む電池セパレータ。
【請求項１３】
シリカ充填物の少なくとも一部を少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物で置換することを含むシリカ充填電池セパレータの製造方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するセパレータ、コンポーネント、又は組成物、
少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有する電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、不織物、マット、紙、コーティング、表面、イン・モールド、充填物、電極、電極配合物、電解質、ポリマー組成物、又は樹脂組成物、
少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するポリマー又は樹脂組成物；シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられた少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を有するシリカ充填微小孔鉛酸電池セパレータ、
シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられたすりつぶした魚粉を有するシリカ充填微小孔ポリエチレン鉛酸電池セパレータ、又はそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む鉛酸電池。
【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、２０１０年９月２２日に出願されたWhear等に対する米国仮特許出願第６１／３８５，２８５号及び２０１１年９月９日に出願されたWhear等に対する第６１／５３２，５９８号の優先権及び利益を主張する。これらは各々、引用により本願にも全体的に含まれるものとする。
【０００２】
少なくとも選択した実施形態に従って、本発明は、新規の又は改良された電池セパレータ、電池、システム、コンポーネント、組成物、及び／又は製造方法、及び／又は使用方法を対象とする。少なくとも選択した実施形態、実施例、又は態様に従って、本発明は、新規の、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式（flooded）鉛酸電池セパレータ、強化（enhanced）液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、及び／又は生成方法、及び／又は使用方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
燃料消費及び排気ガスの発生を低減させるために、自動車製造業者は様々なレベルの電気的なハイブリッド化を実施している（図１を参照のこと）。ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の１つの形態は、「マイクロＨＥＶ」と称されることが多い。かかるマイクロＨＥＶ又は概念において、自動車はアイドル・ストップ／スタート（ＩＳＳ）機能を有し、多くの場合は回生制動を有する。コスト・ダウンを維持するため、多くの自動車製造業者は、ＩＳＳ機能に関連した電気的機能性を満足させる液式鉛酸電池について検討している。この電池に関連した機能性は、ＳＬＩ（Starting Lighting and Ignition）電池等、標準的な自動車用途とは異なることが多いので、結果として、ＩＳＳ電池セパレータ（及びＩＳＳ電池）の異なる機能又は好ましい性能が得られる。
【０００４】
通常１００％の充電状態で動作する典型的なＳＬＩ電池とは異なり、ＩＳＳ液式鉛酸電池は約５０から８０％の部分的充電状態（ＰＳｏＣ：partial state of charge）で動作する。回生制動及び頻繁な再始動により、電池は浅い充電及び再充電サイクルとなる。電気システムの設計に応じて、ＩＳＳ電池は通常は過充電にならない場合があり、このため酸混合に有用であり得る酸素及び水素ガスを発生しない場合がある。
【０００５】
好まれるＩＳＳ電池はＩＳＳ又は強化液式鉛酸電池であり得るが、ＩＳＳ電池はゲル、ポリマー、又は他の電池、キャパシタ、スーパーキャパシタ、蓄電池、電池／キャパシタの組み合わせ等である場合があることは理解されよう。
【０００６】
回生制動を用いるか又は用いないマイクロＨＥＶ及びＩＳＳの出現によって、電池及び電池セパレータに対する新たな要求が生まれる。従って、新規の又は改良された電池セパレータ、電池、システム、コンポーネント、組成物、及び／又は製造方法、及び／又は使用方法；新規の、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、及び／又は生成方法、及び／又は使用方法等に対する要望が存在する。
【０００７】
ある群の無機（鉱物）化合物は、鉛、カドミウム、鉄、亜鉛、及び銅等の重金属を効果的に結合することが知られている。鉱物が重金属に結合する仕組みは、「リン酸塩誘導金属安定化（ＰＩＭＳ：Phosphate Induced Metal Stabilization）」と呼ばれ、汚染した土壌及び水からの重金属の環境修復のために広く利用されている。環境修復の用途においては、毒性の金属に対するＰＩＭＳ親和性を有する大量の鉱物を、汚染した土壌と混合するか又は筐体内に含ませ、これによって汚染した水が大量のＰＩＭＳ鉱物の塊に浸み込んで重金属の汚染を軽減することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
鉛酸（又は鉛カルシウム）電池業界内の一般的な故障の形は、「水和短絡（hydration shorts）」の現象である。このタイプの短絡は典型的に、電池が長い時間期間にわたって極めて低い酸濃度（低充電）にあることができる場合に形成される。充電状態では、酸密度は高く（例えば１．２８ｇ／ｃｍ３）、硫酸鉛の溶解度は低い。低充電では、酸密度は低下し、硫酸鉛の溶解度は上昇する。低充電では、電極板からの硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）が電解質（硫酸Ｈ２ＳＯ４）内に入る。再充電すると、硫酸鉛は析出し、セパレータ孔の多くの下部に層を形成する場合がある（セパレータ孔は鉛及び硫酸塩のイオン半径に比べて大きい）。電池を更に再充電し、電池の負極に接触すると、析出した硫酸鉛は鉛に還元し、電極間に数千の微小短絡が発生する場合がある（水和短絡及び電池故障）。
【０００９】
典型的に、この「水和短絡」現象が発生するのは、電池が充電を維持することなく長期間にわたる蓄積（storage）の場合のようにゆっくりと放電が行われる場合である。水和短絡を防ぐための従来の手法は、電池製造中に電解質に硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）を加えることから成る。この手法には、追加の製造ステップすなわち電解質への硫酸ナトリウムの追加が必要であり、電池処理に複雑さが増す。硫酸ナトリウムの追加は、共通イオン効果によって水和短絡を「隠す」ように作用するが、根本的な原因（可溶性の鉛発生）には対処しない。
【００１０】
このため、鉛酸電池において、特定の電池用途、特定の使用、及び／又は「水和短絡」の現象に対処、これらを軽減、又は解消するための、新規の又は改良された電池セパレータ等に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
少なくとも選択した実施形態に従って、本発明は、新規の又は改良された電池セパレータ、電池、システム、コンポーネント、組成物、及び／又は製造方法、及び／又は使用方法；新規の、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、及び／又は生成方法、及び／又は使用方法についての上述の要望に対処するか、これらを提供するか、又はこれらを対象とする。
【００１２】
本発明の好適な電池の実施形態は、ＩＳＳ液式鉛酸電池とすることができるが、本発明の電池はゲル、ポリマー、又は他の電池、キャパシタ、スーパーキャパシタ、蓄電池、電池／キャパシタの組み合わせ等である場合があることは理解されよう。
また、本発明の好適な改良されたセパレータは、ＩＳＳ電池において特別な用途を見出すことができるが、他の電池又はデバイスにおいても使用可能である。
【００１３】
回生制動を有するか又は有しないマイクロＨＥＶ及びＩＳＳの出現によって、電池及び電池セパレータに対する新たな要求が生まれる（図２を参照のこと）。かかる新しい要求は、本発明の電池又はセパレータの少なくともいくつかの実施形態によって対処することができ、又は満足させることができる。
【００１４】
通常１００％充電状態で動作する典型的なＳＬＩ電池とは異なり、ＩＳＳ液式鉛酸電池は約５０から８０％の部分的充電状態（ＰＳｏＣ）で動作する。回生制動及び頻繁な再始動により、電池は浅い充電及び再充電サイクルとなる。電気システムの設計に応じて、ＩＳＳ電池は通常は過充電にならない場合があり、このため酸混合に有用であり得る酸素及び水素ガスを発生しない場合がある。
【００１５】
本発明の少なくとも選択した実施形態、実施例、又は態様に従って、上述の新しい要求は、セパレータ、電池、及び／又は電気システムに対する以下のような特定の好適であり得る変更をもたらすことが好ましい場合がある。
【００１６】
（１）電荷受容／電力送出− 鉛酸電池は優れたエネルギ保存媒体であるが、その制約の１つは、特に電池が高充電状態にある場合に電荷を急速に受容する能力である。ＩＳＳ用途では、この急速充電は、車両を減速させる際にエネルギの多くを回復する回生制動の使用から得られる。このため、電池は典型的にもっと低い充電状態で動作する。また、電池セパレータは電荷を急速に受容する電池の能力に寄与しなければならない。以下に、電荷受容／電力送出の増大に役立つセパレータの具体的な好ましい変更を示す。
【００１７】
ａ．低い電気的抵抗（ＥＲ）− 回生制動中の電荷受容及び内燃機関の再始動中の電力送出を最大限とするため、セパレータのＥＲを最小限に抑えることが重要であり得る。セパレータのＥＲは以下の方法によって低下させることができる。
【００１８】
ｉ．より小さいバックウェブ（ＢＷ）の厚さ− ＢＷの厚さはセパレータＥＲの主な要因であるので、これを、１５０から２５０ミクロンの範囲である典型的な値から縮小することができる。しかしながら、これを実行すると、物質は典型的なエンベロープ上で処理することが極めて難しくなり得る。ここで、ＢＷの厚さを７５から１５０ミクロンの間に縮小し、負側横断リブを用いることにより横断方向の剛性を強化することが推奨される（図５及び図６を参照のこと）。
【００１９】
ｉｉ．シリカ対ポリマー比の増大− セパレータにおいてＥＲを低下させるための第２の方法は、ポリマー含有量に対するシリカ投入を増大することである。この変更によって起こり得る１つの重大な問題は、セパレータの酸化抵抗がある程度損なわれる恐れがあることである。標準的なＳＬＩ電池では、電池は著しく過充電され、正側板において酸化種が発生する。しかしながら、ＩＳＳ用途では、過充電状況は電気システムの設計により制限されるので電池は酸化種を発生せず、従ってセパレータは、典型的なＳＬＩ用途において要求される大きさの酸化抵抗を有する必要はない。シリカ対ポリマー比は３．０／１．０から５．０／１．０に変動し得る。
【００２０】
ｉｉｉ．高オイル吸収シリカの利用− ＥＲを低下させるための第３の手法は、高表面積のシリカ（例えば＞２００ｇ／ｍ２）を用いることである。これによって典型的に高オイル吸収が得られる。このタイプのシリカを用いて、孔形成剤の量を押し出しプロセスにおいて重量で６０から６５％から７０から８０％に増大させることができ、このため著しく高い最終多孔率及び低い電気的抵抗を達成する（図１１を参照のこと）。
【００２１】
ｂ．ガス閉じ込めの最小化− 充電及び放電の間に電池の活性物質により発生した水素及び酸素ガスは、セパレータにより閉じ込められて、板の部分を絶縁し、充電及び放電反応に関与できなくする場合があることが認められている。これは最終的に、電池が電荷を受容し電力を送出する能力を制限することがある。以下は、ガス閉じ込めの可能性を低下させるためのいくつかの具体的な変更である。
【００２２】
ｉ．積層構造− ＩＳＳ電池のために提案された多数の設計においては、正の活性物質（ＰＡＭ）を正側板に保持するのに役立てるため、積層構造はセパレータに組み込まれている。一般に、これらの積層物はセルに閉じ込められるガス量を増大させる傾向がある（図１２及び図１３を参照のこと）。積層構造を修正することによって、ガス閉じ込めが著しく軽減することが予想される。好適であり得る修正は以下のようにすることができる。
【００２３】
１．ガス泡を剥離させる表面エネルギを修正するための化学物質又はプラズマによる積層物の処理
２．泡領域を凝固させ、積層物マトリクスを逃がすことを可能とするための穿孔
３．凝集剤（nucleating agent）の追加、
４．形成中の積層物の構造の変更
５．積層構造に対するポリマー繊維の追加
６．湿潤剤の追加、
７．ガス泡が構造に付着する可能性を低くするような積層物の繊維構造上の方位の変更
８．単に泡付着の場所を少なくするような構造の厚さの最小化
【００２４】
ｉｉ．湿潤剤の選択− ポリエチレン・セパレータ上で用いる湿潤剤の選択が、セル内のガス泡の保持に顕著な影響を及ぼし得ることが実証されている。より疎水性の挙動を有する湿潤剤は、この態様において、親水性の傾向があるものよりも優れた性能を発揮できることは理解されよう。例えば、エトキシル化脂肪アルコールは一般に置換スルホコハク酸よりも好適である。
【００２５】
ｉｉｉ．横断リブ（負側及び／又は正側）− ガス発生挙動を調べるために行う試験において、小さい負側横断リブはガス泡の凝集及び／又はセル外部への移動を促進し、板間からガスが逃げることを可能とし、ガス閉じ込めの可能性を低減することができることに留意すべきである。
【００２６】
ｉｖ．ガスの凝集− ガス泡が迅速かつ効率的に成長して、セパレータから解放されて板間の領域から出るまでになるための凝集場所として作用するセパレータ上の領域の提供を促進するため、セパレータに多種多様の修正を行うことができる。
【００２７】
１．形状− ポリエチレン・セパレータの表面上にいくつかのナノ構造を組み込むことによって、ガス凝集を著しく増大させることができる。これらのナノ構造は、一例として角錐、山形、又は柱の形態を取ることができる。それらは、カレンダー、レーザ除去、又は制御された化学的酸化によって形成可能である。
【００２８】
２．添加物− セパレータのマトリクス内に添加物を組み込んで、それらが表面構造又はエネルギを変更させる表面上の領域を提供することができる。これらの変更は、臨界体積まで発生した小さいガス泡の凝集を促進する。これらの添加物の例は、炭素繊維、カーボン・ナノチューブ、又は硫酸バリウムである。
【００２９】
（２）水和短絡− このタイプの短絡は、電池が長い時間期間にわたって極めて低い酸濃度にあることができる場合に電池で形成される。この現象は電池業界において周知であり、この現象のための可能な対応策として電解質に硫酸ナトリウムを用いることも同様である。電池が完全充電となることがまれであるＩＳＳ用途では、水和短絡を形成する危険性は、典型的なＳＬＩ電池におけるよりも著しく高いと考えられる。以下は、水和短絡の発生の低減に役立てることができる顕著なセパレータ変更のいくつかである。
【００３０】
ａ．共通イオン効果− 電池の電解質に硫酸ナトリウムを追加すると、共通イオン効果によって水和短絡の形成が妨害されることは周知である。この変形では、硫酸ナトリウムをセパレータ・マトリクス（及び／又は積層物）に組み込んで、硫酸ナトリウムを適正な位置に配し、水和短絡の形成の可能性を効率的に低下させることができる。
【００３１】
ｂ．重金属封鎖− 溶液内にある鉛イオンを非可逆的に吸収及び封鎖することによって、いくつかの添加物をセパレータに組み込んで水和短絡形成を妨害することができる。このために使用可能な物質の例は、アパタイト、ゼオライト、リグニン、及びゴム誘導体を含む。
【００３２】
ｃ．添加物の配置− 共通イオン効果又は重金属の封鎖に関連した添加物を、セパレータのマトリクス内に直接追加するか、積層構造上にコーティング又は積層構造内に含ませるか、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに電池ケースの容器上にコーティングする等が可能であることに留意すべきである。
【００３３】
ｄ．より低い酸変位（displacement） − セパレータが変位させることができる酸が低減すると、酸溶液中の硫酸イオンの合計量が多くなり、この結果として水和効果が抑制される。換言すると、これは電池の過充電に対する追加バッファとなる。これを達成するため、可能な好ましいセパレータ修正は、バックウェブ厚の縮小（前述のように）、多孔率の増大、又はセパレータのリブ質量の低減を含むことができる。
【００３４】
ｉ．のこぎり状／頂銃眼（battlement）リブ − のこぎり状又は頂銃眼リブ設計を用いてリブから質量を除去することができる。この概念は米国特許第７，０９４，４９８号に詳述されており、これは引用により本願にも含まれるものとする。このようにリブ設計を修正することで、セパレータでは酸変位が低減する。
【００３５】
（３）サイクル・ライフの改善− 電池及び車両の製造業者の双方の期待に応えるため、特に電池が高温及び厳しいサイクリング・デューティを経験する場合に、典型的な鉛酸電池のサイクル・ライフを改善するべきである。１つの考えは、電池の充電状態を低減させ、過充電の量及びその後の正側板の腐食を軽減することである。しかしながら、このルートに従うことで、水和短絡の可能性が劇的に増大する。セパレータを修正することによって、これらの潜在的な問題を排除することができる。以下に、可能な好ましい修正のいくつかを記載する。
【００３６】
ａ．積層物− 多くのディープ・サイクル鉛酸電池において、正側グリッドに正側活性質量を保持するために積層物を利用する。この構造は、サイクリング動作中の正側活性質量の自然膨張のために最終的に正側板に組み込まれる。これによって正側活性質量は密着を維持することができ、従って他の方法で可能であるよりも著しく長い時間期間にわたって容量を維持することができる。液式ＩＳＳ用途のセパレータは、予想されるデューティ・サイクル及び環境が厳しいので、積層物を組み込むことが予想される。
【００３７】
ｉ．ガラス・マット− 多くの液式鉛酸電池において、正側活性物質と正側グリッドとの間の密着の維持に役立てるために、ガラス・マットを利用する。ＩＳＳ用に考えられる１つの可能な変形では、ガラス・マットを引き続き利用するが、圧縮厚が０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲で、マットにおいて異なる繊維長及び幅を混合する可能性がある。
【００３８】
ｉｉ．合成不織物− 最近、鉛酸電池における活性物質保持物として不織物ポリマー・マットも利用されている。これらの物質は典型的にポリエステルから成る（Polymatが発表した米国特許出願２００６／０１４１３５０Ａ１号を参照のこと。これは引用により本願にも含まれるものとする）。
【００３９】
ｉｉｉ．ハイブリッド− ポリマーと混合したガラスのハイブリッドをハイブリッド・マットに組み込むことができ、これが、ガラスに固有の剛性及び酸化抵抗を有しながら不織物の割れ耐性及び強靭さを有すると考えられている。双方の物質のプロパティを組み合わせることによって、電池のための優れたプロパティを有するマットを生成することができる。
【００４０】
ｂ．プロファイル選択− プロファイル又はリブ形成設計の選択は、典型的な液式鉛酸電池に利点を追加するとは考えられないことが多い。しかしながら、ＩＳＳ用途では、プロファイル設計は電池性能にもっと大きな影響を及ぼし得ると考えられている。プロファイル設計は、酸変位の低減という目標に寄与することができる（図２６を参照のこと）。これに対して、ディープ・サイクル用途にはリブ間隔を密にすることが有益であるということが業界内では確立されている。これら２つの間で唯一無二の折衷案が必要であり得る。
【００４１】
（４）酸の層形成− 様々な液式鉛酸電池において、電解質における酸の層形成は、厳しいサイクリング要求があり完全な再充電がほとんど行われない用途において問題であった。電池がサイクルを繰り返すが充分に充電又は過充電されない場合、電池内の酸が分離して、電池の上部に水が、底部に濃縮硫酸が生じる可能性がある。典型的に、電池製造業者は、電池をある程度過充電させて、水の電気分解を促進することを規定する。この過充電の間に生成された水素及び酸素が電解質を攪拌し、水及び酸を混合させる。先に述べたように、ＩＳＳ用途では電池はＰＳｏＣ状況に維持されるので、過充電となって酸を混合する可能性はほとんどない。従って、セパレータからの酸の混合又は酸層形成の抑制のいずれかに対する潜在的な利点は極めて重要である。
【００４２】
ａ．プロファイル選択− 前述のように、プロファイル選択は多数のプロパティのために重要な属性であり得る。別の利点は、セパレータ表面全体に組み込んだ水平方向のリブが、酸の層形成に対する物理的バリアとして作用することから得られる。これらの横断リブは多種多様な形態を取ることができると考えられる（上述の負側横断リブの特許出願及び正側横断リブの特許を参照のこと）。
【００４３】
ｂ．積層構造− ポリエチレン・セパレータに取り付けた積層構造は、酸の層形成を抑制するように機能することができる。その物質全体で、あるパターンに繊維を整合させることによって、ガラス・マットは酸の層形成の阻止に役立つことができると考えられる。
【００４４】
ｃ．表面積− 酸の層形成を最小限に抑えることは、セパレータ構造の表面積を増大させることによっても達成可能である。これは、第１に積層構造の繊維直径を縮小すること、又は第２にシリカのタイプ又は濃度によってセパレータの内表面を増大させることによって達成することができる。
【００４５】
（５）ＶＲＬＡ− また、制御弁式鉛酸（ＶＲＬＡ：valve-regulated lead-acid）電池は、自動車ＩＳＳ用途の市場において役割を担うことができると認識されている。このタイプの構成では、セパレータのマトリクスに電解質が吸収され保持されている。このための主流の技術は、ガラス・マット吸収式（ＡＧＭ：absorbed glass mat）セパレータを用い、又は、典型的にシリカを結合剤として電解質をゲル化する。ＶＲＬＡ技術に対するいくつかの新規の手法を以下に詳細に示す。
【００４６】
ａ．酸ゼリー状セパレータ− 酸ゼリー状セパレータ（ＡＪＳ：acid jellifying separator）は、過去に用いられていた概念である。ポリエステル・セパレータに高表面積シリカを大量に投入して組み込むようにセパレータを修正することで、新規の又は改良された製品を生成し、セパレータが充分な酸を吸収してＶＲＬＡ設計のために有効なセパレータとなることができる。このDaramicＡＪＳ製品により、製造業者は標準的な液式電池構成及び技法を用いてＶＲＬＡ製品を生成することができる。ＡＪＳセパレータは、正側板と密着しているので、サイクリングの改善において優れた挙動を有し、活性物質の剥離を防ぐ。また、これは酸の層形成の問題も防止する。ポリマー・マトリクスがシリカと共に電解質の流れ及び分離を抑えるからである。
【００４７】
ｂ．ポリエチレン／ガラス・マット吸収式ハイブリッド− ＡＧＭセパレータを用いた電池において板間隔を縮小する際の重要な制約要因の１つは、ＡＧＭが板の欠陥に耐えて短絡の発生を防ぐ能力である。典型的に、これらの短絡が現れるのは、電池が完全な組立て及び充電プロセスを経た後であり、その上このタイプの製品はコストが高い。ＡＧＭセパレータの一方側の内部又は上部に平坦なＰＥセパレータ膜を組み込むことによって、寿命の初期の故障を増すことなく電池内の板間隔を縮小することが可能となる。ＰＥセパレータはシールドとして機能し、小さい板の欠陥が短絡を引き起こす可能性を低下させる。
【００４８】
ｃ．他の積層物ハイブリッド− 不織物又は他のガラス・マットのいずれかの他の積層システムを平坦なＰＥセパレータ膜と関連付けて用いることで、許容可能なＶＲＬＡセパレータを形成することができると考えられる。
【００４９】
本発明の鉛酸蓄電池は、電気自動車の主電源として電力を供給するだけでなく、ハイブリッド電気自動車、簡略化ハイブリッド自動車、及びアイドル・ストップ・アンド・スタート（ＩＳＳ）機能を有するＩＳＳコンパチブル自動車の始動及び回生電流回復のための電源としての新しい機能を提供することが要求される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ハイブリッド車両の投資回収を示すグラフである。
【図２】電池の種類と機能性の関係を示す。
【図３】電池の種類と特徴を示す。
【図４】バックウェブ厚とセパレータ特性の関係を示す。
【図５】Daramic DuraLifeのリブ構造を示す。
【図６】バックウェブ厚とセパレータ特性の関係を示す。
【図７】多孔率と電気抵抗の関係を示す。
【図８】機能的電気抵抗の改善を模式的に示す。
【図９】酸レベルを模式的に示す。
【図１０】セパレータの種類と機能的電気抵抗の関係を示す。
【図１１】電荷受容／電力送出能力向上のための措置を示す。
【図１２】サイクル能力向上のための措置を示す。
【図１３】積層物によるガス閉じ込め量の変化を示す。
【図１４】マイクロハイブリッドセパレータ改善の提案を示す。
【図１５】既存の市場に適用される修正を示す。
【図１６】セパレータの課題を示す。
【図１７】セパレータの歴史的発展を示す。
【図１８】セパレータ表面の電子顕微鏡写真を示す。
【図１９】セパレータ特性に影響する要因を示す。
【図２０】アンチモン汚染反応を模式的に示す。
【図２１】アンチモン合金の長所と短所を示す。
【図２２】アイドル・スタート／ストップの機能性等を示す。
【図２３】機能的電気抵抗の改善を模式的に示す。
【図２４】セパレータの種類と特性の比較を示す。
【図２５】標準的なＰＥプロフィルを示す。
【図２６】負側リブ構造を模式的に示す。
【図２７】サイクル・ライフ改善のための措置を示す。
【図２８】鉛蓄電池開発経過の要約を示す。
【図２９】アイドル・スタートストップのための課題を示す。
【図３０】鉛蓄電池の模式的斜視図を示す。
【図３１】Daramic PEセパレータの利点を示す。
【図３２】Daramic PEリーフ・セパレータの概要を示す。
【図３３】セパレータの比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
セパレータの種類と特徴の比較を示す。
２００９年１０月２０日に出願された「LEAD ACID BATTERY SEPARATOR WITH CROSS RIBS AND RELATED METHODS」と題する米国特許出願第６１／２５３，０９６号、及び２０１０年１０月１４日に出願された「BATTERY SEPARATOR WITH CROSS RIBS AND RELATED METHODS」と題する係属中の米国特許出段第１２／９０４，３７１号の様々な構成及び方法の負側横断リブを有するセパレータの完全な記載及び図面は各々、引用により本願にも全体的に含まれるものとする。
【００５２】
少なくとも選択した実施形態に従って、本発明は、鉛酸電池において、特定の電池用途、特定の使用、及び／又は「水和短絡」の現象に対処、これらを軽減、又は解消するための、新規の又は改良された電池セパレータ等に対する要望に対処する。
【００５３】
少なくとも選択した実施形態に従って、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又は製造方法及び／又は使用方法；重金属除去機能を有する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物、及び／又は製造方法及び／又は使用方法；重金属除去機能を有すると共に少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物；シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとしてＰＩＭＳ鉱物（好ましくはすりつぶした魚粉、バイオミネラル）が与えられたシリカ充填鉛酸電池セパレータ等に対処するか、これらを提供するか、又はこれらを対象とする。
【００５４】
少なくとも選択した実施形態に従って、本発明は、ＰＩＭＳ鉱物等の重金属結合機能を有する天然又は合成のヒドロキシアパタイトの少なくとも１つのソースを用いた重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電気化学的に活性の電極配合物、電解質等）、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法、及び／又は使用方法に対処するか、これらを提供するか、又はこれらを対象とする。
【００５５】
本発明の少なくとも選択した好適であり得る実施形態によれば、微小孔鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとしてＰＩＭＳ鉱物を利用する新規と考えられる概念が提供される。更に好適と考えられる１つの特定の実施形態又は実施例によれば、最近のシリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ又はポリエチレン／シリカ／オイル・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）が与えられる。
【００５６】
本発明の選択した実施形態又は態様によれば、多種多様な「リン酸塩誘導金属安定化（ＰＩＭＳ）」鉱物が識別されており、そのうちいくつかは鉛親和性について評価されている。魚骨（市販の、実験室ですりつぶした魚粉等）から得たＰＩＭＳ鉱物は、評価した他のサンプルに比べ鉛イオンの親和性が最大であることが示されている。魚骨又は魚粉は、試験動作によって、いくつかの投入濃度で、典型的な鉛酸電池セパレータ・フォーマットに押し出される。結果として得られるＰＩＭＳを組み込んだセパレータを、鉛除去効率について評価した。セパレータは、酸性溶液における鉛濃度が著しく低下した。例えば、約１７％から１００％の％Ｐｂ低下が実証された。少なくともいくつかの実施形態によれば、シリカの約１％から２０％、更に好ましくは約２％から１０％、最も好ましくは約２％から５％の置換レベルで、シリカ充填物の一部を置換するために魚骨粉を追加することが好ましい。少なくとも他のいくつかの実施形態によれば、シリカの約１％から５０％以上、更に好ましくは約５％から３０％、最も好ましくは約１０％から２０％の置換レベルで、シリカ充填物の一部を置換するために、すりつぶした魚骨粉（すりつぶした魚粉）を追加することが好ましい。  
【００５７】
これは、電池セパレータ、押し出しポリオレフィン・ポリマー樹脂、及び多孔ポリマー・フィルム又は膜におけるバイオミネラルの民生用の用途として最初のものであると考えられる。
少なくとも選択した実施形態によれば、鉛酸電池セパレータにＰＩＭＳ鉱物を組み込むこと、好ましくは魚骨から得られたＰＩＭＳ鉱物を組み込むことによって、鉛低減が達成される。
【００５８】
本発明は、化学的に活性のプロパティを有する新規の微小孔膜基板を提示する。セパレータ押し出し及び抽出プロセスには、多様で様々な化学的に活性の又は反応性の鉱物充填物が利用可能かつ適用可能である。これらの鉱物は所望の純度で低コストで利用可能であり、魚骨の場合、多数のソースから入手可能な産業上の副生成物である。利点には、原材料の低コスト、及び、硫酸ナトリウムを伴う既存の生成プロセスの合理化が含まれる。
【００５９】
本発明の好適なセパレータは、微小孔物質（例えば１ミクロン未満の孔）である。それにもかかわらず、多孔物質又はマクロ孔物質等の他の物質も想定される。例えば、マクロ孔セパレータ（例えば１ミクロン以上の孔）は、ゴム、ＰＶＣ、合成木材パルプ（ＳＷＰ）、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン、及びそれらの組み合わせから形成されたセパレータを含む。
【００６０】
少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する他のコンポーネント及び／又は組成物及び／又はその製造方法及び／又は使用方法を対象とする。少なくともいくつかの好適であり得る実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物、及び／又はその製造方法、及び／又は使用方法を対象とする。少なくとも更に好適と考えられる特定の実施形態によれば、本発明は、少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用する、かかる新規の又は改良された鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物を対象とする。少なくとも１つの特定の実施形態によれば、例えばスロット・ダイ押し出しに適したポリエチレン／シリカ／オイル配合物において、ポリオリフィン／シリカ組成物等のシリカ充填ポリマー組成物におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくはすりつぶした魚粉、バイオミネラル）が与えられる。
【００６１】
少なくともいくつかの他の実施形態又は実施例によれば、本発明は、鉛除去、結合（binding）、結合（bonding）、吸収、保持、及び／又は捕捉機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法、及び／又は使用方法を対象とする。
【００６２】
本発明の少なくとも選択した目的によれば、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又は製造方法及び／又は使用方法；重金属除去機能を有する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物、及び／又は製造方法及び／又は使用方法；重金属除去機能を有すると共に重金属結合機能を有する天然及び／又は合成のヒドロキシアパタイトの少なくとも１つのソースを利用する、好ましくは少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を有する、新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物；シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとしてＰＩＭＳ鉱物（好ましくはすりつぶした魚粉、バイオミネラル）が与えられた特定の微小孔鉛酸電池セパレータ実施形態；鉛酸電池のための電池セパレータ、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、改良された電池セパレータ、及び／又は改良されたセパレータ又は積層物等が提供される。
【００６３】
本発明の少なくとも選択した実施形態、実施例、又は目的に従って、新規の又は改良された電池セパレータ、電池、システム、コンポーネント、組成物、及び／又はその製造方法及び／又は使用方法；新規の、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、及び／又は生成方法、及び／又は使用方法等が提供される。
【００６４】
本発明の少なくとも選択した実施形態、実施例、態様、又は目的に従って、好適なセパレータ、電池、及び／又は電気システムは、以下の好適であり得る改良、特性、変更、修正、強化、性能、特徴、プロファイル、形状、構成、構造、部分、属性、空間、厚さ、比率、配合、混合、配合物、添加物、薬剤、コーティング、層、積層物、マット、不織物、表面、含有物、効果、実施形態、実施例、組み合わせ、部分組み合わせ等の、好ましくは１つ以上、更に好ましくは２つ以上、最も好ましいと考えられるのは３つ以上を含むことが好ましい。
【００６５】
（１）電荷受容／電力送出− 電荷受容／電力送出の増大を促進するためのセパレータの好適な特性又は変更：
ａ．低いか又は更に低い電気的抵抗（ＥＲ）− 回生制動中の電荷受容及び内燃機関の再始動中の電力送出を最大限とするため、セパレータのＥＲを最小限に抑えることが重要であり得る。セパレータのＥＲは以下の方法によって低下させることができる。
【００６６】
ｉ．より小さいバックウェブ（ＢＷ）厚さ− ＢＷの厚さはセパレータＥＲの主な要因であるので、これを、１５０から２５０ミクロンの範囲である典型的な値から縮小することができる。しかしながら、これを実行すると、物質は典型的なエンベロープ上で処理することが極めて難しくなり得る。ここで、ＢＷの厚さを７５から１５０ミクロンの間に縮小し、負側横断リブを用いることにより横断方向の剛性を強化することが推奨される（図５及び図６を参照のこと）。
【００６７】
ｉｉ．シリカ対ポリマー比の増大− セパレータにおいてＥＲを低下させるための第２の方法は、ポリマー含有量に対するシリカ投入を増大することである。この変更によって起こり得る１つの重大な問題は、セパレータの酸化抵抗がある程度損なわれる恐れがあることである。標準的なＳＬＩ電池では、電池は著しく過充電され、正側板において酸化種が発生する。しかしながら、ＩＳＳ用途では、過充電状況は電気システムの設計により制限されるので電池は酸化種を発生せず、従ってセパレータは、典型的なＳＬＩ用途において要求される大きさの酸化抵抗を有する必要はない。シリカ対ポリマー比は３．０／１．０から５．０／１．０に変動し得る。
【００６８】
ｉｉｉ．高オイル吸収（高表面積）シリカの利用（多孔率の増大）− ＥＲを低下させるための第３の手法は、高表面積のシリカ（例えば＞２００ｇ／ｍ２）を用いることである。これによって典型的に高オイル吸収が得られる。このタイプのシリカを用いて、孔形成剤の量を押し出しプロセスにおいて重量で６０から６５％から７０から８０％に増大させることができ、このため著しく高い最終多孔率及び低い電気的抵抗を達成する（図１１を参照のこと）。
【００６９】
ｂ．ガス閉じ込めの最小化− 充電及び放電の間に電池の活性物質により発生した水素及び酸素ガスは、セパレータにより閉じ込められて、板の部分を絶縁し、充電及び放電反応に関与できなくする場合があることが認められている。これは最終的に、電池が電荷を受容し電力を送出する能力を制限することがある。以下は、ガス閉じ込めの可能性を低下させるためのいくつかの具体的な変更である。
【００７０】
ｉ．積層構造及び修正− ＩＳＳ電池のために提案された多数の設計においては、正の活性物質（ＰＡＭ）を正側板に保持するのに役立てるため、積層構造はセパレータに組み込まれている。一般に、これらの積層物はセルに閉じ込められるガス量を増大させる傾向がある（図１２及び図１３を参照のこと）。積層構造を修正することによって、ガス閉じ込めが著しく軽減することが予想される。好適であり得る修正は以下のようにすることができる。
【００７１】
１．ガス泡を剥離させる表面エネルギを修正するための化学物質又はプラズマによる積層物の処理
２．泡領域を凝固させ、積層物マトリクスを逃がすことを可能とするための穿孔
３．凝集剤の追加、
４．形成中の積層物の構造の変更
５．積層構造に対するポリマー繊維及び／又は整形ポリマー繊維の追加
６．湿潤剤（界面活性剤）の追加、
７．ガス泡が構造に付着する可能性を低くするような積層物の繊維構造上の方位の変更
８．単に泡付着の場所を少なくするような構造の厚さの最小化
【００７２】
ｉｉ．湿潤剤の選択− ポリエチレン・セパレータ上で用いる湿潤剤の選択が、セル内のガス泡の保持に顕著な影響を及ぼし得ることが実証されている。より疎水性の挙動を有する湿潤剤は、この態様において、親水性の傾向があるものよりも優れた性能を発揮できることは理解されよう。例えば、エトキシル化脂肪アルコールは一般に置換スルホコハク酸よりも好適である。
【００７３】
ｉｉｉ．セパレータの横断リブ（負側及び／又は正側）− ガス発生挙動を調べるために行う試験において、小さい負側横断リブはガス泡の凝集及び／又はセル外部への移動を促進し、板間からガスが逃げることを可能とし、ガス閉じ込めの可能性を低減することができることに留意すべきである。
【００７４】
ｉｖ．ガスの凝集− ガス泡が迅速かつ効率的に成長して、セパレータから解放されて板間の領域から出るまでになるための凝集場所として作用するセパレータ上の領域の提供を促進するため、セパレータに多種多様の修正を行うことができる。
【００７５】
１．形状（粗さ）− ポリエチレン・セパレータの表面上にいくつかのナノ構造を組み込むことによって、ガス凝集を著しく増大させることができる。これらのナノ構造は、一例として角錐、山形、又は柱の形態を取ることができる。それらは、カレンダー、レーザ除去、又は制御された化学的酸化によって形成可能である。
【００７６】
２．添加物− セパレータのマトリクス内（又は表面上）に添加物を組み込んで、それらが表面構造又はエネルギを変更させる表面上の領域を提供することができる。これらの変更は、臨界体積まで発生した小さいガス泡の凝集を促進する。これらの添加物の例は、炭素繊維、カーボン・ナノチューブ、又は硫酸バリウムである。
【００７７】
（２）水和短絡（妨害、遅延、低減、排除）− このタイプの短絡は、電池が長い時間期間にわたって極めて低い酸濃度にあることができる場合に電池で形成される。この現象は電池業界において周知であり、水和短絡を妨害するために電解質に硫酸ナトリウムを追加することも同様である。電池が完全充電となることがまれであるＩＳＳ用途では、水和短絡を形成する危険性は、典型的なＳＬＩ電池におけるよりも著しく高いと考えられる。以下は、水和短絡の発生の低減に役立てることができる顕著な新規のセパレータ変更のいくつかである。
【００７８】
ａ．共通イオン効果− 電池の電解質に硫酸ナトリウムを追加すると、共通イオン効果によって水和短絡の形成が妨害されることは周知である。この変形では、硫酸ナトリウムをセパレータ・マトリクス及び／又は積層物質（含浸によって等）に組み込んで、硫酸ナトリウムを適正な位置に配し、水和短絡の形成の可能性を効率的に低下させることができる。
【００７９】
ｂ．重金属封鎖− 溶液内にある鉛イオンを非可逆的に吸収及び封鎖することによって、いくつかの添加物をセパレータ内に（又はセパレータ表面上に、積層物質内に、電解質内に、電池ケース内に等）組み込んで水和短絡形成を妨害することができる。このために使用可能な物質の例は、アパタイト、ヒドロキシアパタイト鉱物、すりつぶした魚粉、ゼオライト、リグニン、及びゴム誘導体を含む。
【００８０】
ｃ．添加物の配置− 共通イオン効果又は重金属の封鎖に関連した添加物を、セパレータのマトリクス内に直接追加する（好ましくはシリカの一部を置換する充填物として）か、セパレータ上にコーティングするか、積層構造上にコーティング又は積層構造内に含ませるか、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに電池ケースの容器上にコーティングするか、又は電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置する等を実行可能であることに留意すべきである。
【００８１】
ｄ．より低いか又は低減させた酸変位− セパレータが変位させることができる酸が低減すると、酸溶液中の硫酸イオンの合計量が多くなり、この結果として水和効果が抑制される。換言すると、これは電池の過充電に対する追加バッファとなる。これを達成するため、可能な好ましいセパレータ修正は以下を含むことができる。
【００８２】
ｉ．薄いバックウェブ− 横断リブの追加（好ましくは上述のような負側横断リブ）、多孔率の増大、又はセパレータのリブ質量の低減によって、バックウェブ（ＢＷ）厚さを縮小する。
【００８３】
ｉｉ．のこぎり状／頂銃眼リブ− のこぎり状又は頂銃眼リブ設計を用いてリブから質量を除去することができる。この概念は米国特許第７，０９４，４９８号に詳述されており、これは引用により本願にも含まれるものとする。このようにリブ設計を修正することで、セパレータでは酸変位が低減する。
【００８４】
（３）サイクル・ライフの改善− 電池及び車両の製造業者の双方の期待に応えるため、特に電池が高温及び厳しいサイクリング・デューティを経験する場合に、典型的な鉛酸電池のサイクル・ライフを改善するべきである。１つの考えは、電池の充電状態を低減させ、過充電の量及びその後の正側板の腐食を軽減することである。しかしながら、このルートに従うことで、水和短絡の可能性が劇的に増大する。セパレータを修正することによって、これらの潜在的な問題を排除することができる。以下に、可能な好ましい修正のいくつかを記載する。
【００８５】
ａ．積層構造− 多くのディープ・サイクル鉛酸電池において、正側グリッドに正側活性質量を保持するために積層物を利用する。この構造は、サイクリング動作中の正側活性質量の自然膨張のために最終的に正側板に組み込まれる。これによって正側活性質量は密着を維持することができ、従って他の方法で可能であるよりも著しく長い時間期間にわたって容量を維持することができる。液式ＩＳＳ用途のセパレータは、予想されるデューティ・サイクル及び環境が厳しいので、積層物を組み込むことが予想される。
【００８６】
ｉ．ガラス・マット− 多くの液式鉛酸電池において、正側活性物質と正側グリッドとの間の密着の維持に役立てるために、ガラス・マットを利用する。ＩＳＳ用に考えられる１つの可能な変形では、ガラス・マットを引き続き利用するが、圧縮厚が０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲で、マットにおいて異なる繊維長及び幅を混合する可能性がある。好ましくは、液式ＩＳＳ用途のための新規の又は改良されたセパレータはこの積層物を組み込む。
【００８７】
ｉｉ．合成不織物− 最近、鉛酸電池における活性物質保持物として不織物ポリマー・マットも利用されている。これらの物質は典型的にポリエステルから成る（Polymatが発表した米国特許出願２００６／０１４１３５０Ａ１号を参照のこと。これは引用により本願にも含まれるものとする）。好ましくは、液式ＩＳＳ用途のための新規の又は改良されたセパレータはこの積層物を組み込む。
【００８８】
ｉｉｉ．ハイブリッド− ポリマーと混合したガラスのハイブリッドをハイブリッド・マットに組み込むことができ、これが、ガラスに固有の剛性及び酸化抵抗を有しながら不織物の割れ耐性及び強靭さを有すると考えられている。双方の物質のプロパティを組み合わせることによって、電池のための優れたプロパティを有するマットを生成することができる。好ましくは、液式ＩＳＳ用途のための新規の又は改良されたセパレータはこの積層物を組み込む。
【００８９】
ｂ．プロファイル選択− プロファイル又はリブ形成設計の選択は、典型的な液式鉛酸電池に利点を追加するとは考えられないことが多い。しかしながら、ＩＳＳ用途では、プロファイル設計は電池性能にもっと大きな影響を及ぼし得ると考えられている。プロファイル設計は、酸変位の低減という目標に寄与することができる。これに対して、ディープ・サイクル用途にはリブ間隔を密にすることが有益であるということが業界内では確立されている。これら２つの間で唯一無二の折衷案が必要であり得る。例えば、新規の又は改良されたプロファイルは、リブ高さを小さくしたか、リブを狭くしたか、又は頂銃眼リブを用いた等の密なリブ間隔を有する。
【００９０】
ｃ．ポリアスパラギン酸− ポリアスパラギン酸は結晶形成を抑制する。本発明によれば、ポリアスパラギン酸を、セパレータのマトリクスに直接追加する（この一体式手法が好適である）か、セパレータ上にコーティングするか、積層構造上にコーティング又は積層構造内に含ませるか、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに電池ケースの容器上にコーティングするか、電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置することができる。
【００９１】
ｄ．圧縮− 圧縮性、可撓性、又は弾力性のリブ構造がサイクル・ライフを向上させることができる。例えば、Ｉビーム・リブ・プロファイルは所望の圧縮を与えることができる。
【００９２】
（４）酸の層形成− 様々な液式鉛酸電池において、電解質における酸の層形成は、厳しいサイクリング要求があり完全な再充電がほとんど行われない用途において問題であった。電池がサイクルを繰り返すが充分に充電又は過充電されない場合、電池内の酸が分離して、電池の上部に水が、底部に濃縮硫酸が生じる可能性がある。典型的に、電池製造業者は、電池をある程度過充電させて、水の電気分解を促進することを規定する。この過充電の間に生成された水素及び酸素が電解質を攪拌し、水及び酸を混合させる。先に述べたように、ＩＳＳ用途では電池はＰＳｏＣ状況に維持されるので、過充電となって酸を混合する可能性はほとんどない。従って、セパレータからの酸の混合又は酸層形成の抑制のいずれかに対する潜在的な利点は極めて重要である。
【００９３】
ａ．プロファイル選択− 前述のように、プロファイル選択は多数のプロパティのために重要な属性であり得る。別の利点は、セパレータ表面全体に組み込んだ水平方向のリブが、酸の層形成に対する物理的バリアとして作用することから得られる。これらの横断リブは多種多様な形態を取ることができると考えられる（上述の負側横断リブの特許出願及び正側横断リブの特許を参照のこと）。
【００９４】
ｂ．積層構造− ポリエチレン・セパレータに取り付けた積層構造は、酸の層形成を抑制するように機能することができる。その物質全体で、あるパターンに繊維を整合させることによって、ガラス・マットは酸の層形成の阻止に役立つことができると考えられる。また、ポリエチレン・セパレータの正側及び負側の双方の面に積層構造を追加することも、酸の層形成を低減するように機能することができる。
【００９５】
ｃ．表面積− 酸の層形成を最小限に抑えることは、セパレータ構造の表面積を増大させることによっても達成可能である。これは、第１に積層構造の繊維直径を縮小すること、又は第２に、シリカのタイプ又は濃度によってセパレータの内表面を増大させること、多孔率を上昇させること、横断リブを有すること等によって達成することができる。
【００９６】
ｄ．酸の固定化− 酸の層形成を最小限に抑えることは、酸の固定化によっても達成可能である。これは、例えば、酸を適切な位置に保持する傾向がある横断リブを有すること（図２６を参照のこと）、積層物及び／又はセパレータ表面上にシリカ層を追加すること、又は積層物にシリカを追加して酸を「ゲル化」し固定化すること、DaramicＡＪＳ技術を利用すること等によって達成可能である。
【００９７】
（５）ＶＲＬＡ− また、制御弁式鉛酸（ＶＲＬＡ）電池は、自動車ＩＳＳ用途の市場において役割を担うことができると認識されている。このタイプの構成では、セパレータのマトリクスに電解質が吸収され保持されている。このための主流の技術は、ガラス・マット吸収式（ＡＧＭ）セパレータを用い、又は、典型的にシリカを結合剤として電解質をゲル化する。ＶＲＬＡ技術に対するいくつかの新規の手法を以下に詳細に示す。
【００９８】
ａ．酸ゼリー状セパレータ− 酸ゼリー状セパレータ（ＡＪＳ）は、過去に用いられていた概念である。ポリエステル・セパレータに高表面積シリカを大量に投入して組み込むようにセパレータを修正することで、新規の又は改良された製品を生成し、セパレータが充分な酸を吸収してＶＲＬＡ設計のために有効なセパレータとなることができる。このDaramicＡＪＳ製品により、製造業者は標準的な液式電池構成及び技法を用いてＶＲＬＡ製品を生成することができる。DaramicＡＪＳセパレータは、正側板と密着しているので、サイクリングの改善において優れた挙動を有し、活性物質の剥離を防ぐ。また、これは酸の層形成の問題も防止する。ポリマー・マトリクスがシリカと共に電解質の流れ及び分離を抑えるからである。
【００９９】
ｂ．ポリエチレン／ガラス・マット吸収式ハイブリッド− ＡＧＭセパレータを用いた電池において板間隔を縮小する際の重要な制約要因の１つは、ＡＧＭが板の欠陥に耐えて短絡の発生を防ぐ能力である。典型的に、これらの短絡が現れるのは、電池が完全な組立て及び充電プロセスを経た後であり、その上このタイプの製品はコストが高い。ＡＧＭセパレータの一方側の内部又は上部に平坦なＰＥセパレータ膜を組み込むことによって、寿命の初期の故障を増すことなく電池内の板間隔を縮小することが可能となる。ＰＥセパレータはシールドとして機能し、小さい板の欠陥が短絡を引き起こす可能性を低下させる。
【０１００】
ｃ．他の積層物ハイブリッド− 不織物又は他のガラス・マットのいずれかの他の積層システムを平坦なＰＥセパレータ膜と関連付けて用いることで、許容可能なＶＲＬＡセパレータを形成することができると考えられる。
【０１０１】
本発明の鉛酸蓄電池は、電気自動車の主電源として電力を供給するだけでなく、ハイブリッド電気自動車、簡略化ハイブリッド自動車、及びアイドル・ストップ・アンド・スタート（ＩＳＳ）機能を有するＩＳＳコンパチブル自動車の始動及び回生電流回復のための電源としての新しい機能を提供することが要求される可能性がある。
【０１０２】
２００９年１０月２０日に出願された「LEAD ACID BATTERY SEPARATOR WITH CROSS RIBS AND RELATED METHODS」と題する米国特許出願第６１／２５３，０９６号、及び２０１０年１０月１４日に出願された「BATTERY SEPARATOR WITH CROSS RIBS AND RELATED METHODS」と題する係属中の米国特許出段第１２／９０４，３７１号の様々な構成及び方法の負側横断リブを有するセパレータの完全な記載及び図面は各々、引用により本願にも全体的に含まれるものとする。
【０１０３】
セパレータの走行性（runnability）を維持し、更には向上させるため、我々は、セパレータの負極対向側に近接配置した横断リブによってセパレータの曲げ剛性を高めることを提案する（図５及び図２６を参照のこと）。負側横断リブを含むDaramic Duralife（登録商標）セパレータを有する市販のエンベローパ（enveloper）に多数の試験を行うと、標準的である平坦な表面を有するセパレータと比べて処理歩留まりの著しい向上が示された（図２５を参照のこと）。曲げ剛性の上昇によりエンベローパ処理が改善され、ここで我々は、もっと薄いベースウェブ又はバックウェブ（ＢＷ）厚さを有するセパレータについて検討し、セパレータの電気的抵抗が２５％も低下すると予測することができる。
【０１０４】
セパレータの厚さを小さくすることによって、我々は電池性能に２重の利点が得られると考える。第１に、セパレータの電気的抵抗が２５％低減するので、この結果、電池の電力送出及び電荷受容が向上する。第２に、セパレータが占める体積が小さくなるので、電極間の酸が多くなる。多くの電池が電解質不足に設計されているので、セパレータ質量を酸で置換することは、電池の電気蓄積容量の点で利点を生じるだけである。
【０１０５】
セパレータの電気的抵抗を低下させ、電極間の酸の量を増大させるために、他の問題点がある。今日、典型的なＰＥセパレータは６０％の多孔率を有し、これは換言するとセパレータ体積の４０％が塊（mass）によって占められるということである。セパレータの塊を半分すなわち２０％に減らすと、電気的抵抗は同様の割合で低下し、このためセパレータの多孔率は８０％となる。我々の仮定を確認するため、様々な多孔率で実験的なセパレータを生成し、結果として得られた電気的抵抗を測定した（図７を参照のこと）。
【０１０６】
特別なタイプのシリカ（表面面積が大きい）を用いることによって、ＰＥセパレータを極めて高い多孔率で生成することができ、このため電気的抵抗が低下する。負側横リブを薄いＢＷ厚さ及び極めて高い多孔率（新しいシリカ）と組み合わせることによって、極限的な最低の電気的抵抗を有する好適なセパレータを構築することができる。
【０１０７】
セパレータの機能的電気的抵抗を低下させ、従って電池性能を向上させると我々が考える別の方法がある。我々は意図的に「機能的」電気的抵抗という言葉を用いたが、これはセパレータの「測定された」電気的抵抗と比較したいものである（図８及び図１０を参照のこと）。今日、セパレータの電気的抵抗は、単一対の電極化学セルを介して電圧を印加するデバイスによって定量化されることが多い。電極間にセパレータがある場合及びない場合で抵抗を測定することで、セパレータの電気的抵抗を定量化する。この方法は、電池性能に対するセパレータの影響を予測するために有用であるが、我々は重要な要素が欠けていると考える。つまり、ガスの閉じ込めである。
【０１０８】
形成又は充電イベントの間、いったん電極を充電すると、正極及び負極において酸素及び水素がそれぞれ生成される。電解質がこれらのガスによって素早く飽和すると、泡が生成される。電解質にこれらの泡が形成されると、これらは合体し、最終的には、新たにグラスに注いだビール内の二酸化炭素と同様に、電解質の表面に上昇する。しかしながら、ガスを排気するプロセスは比較的遅く、電池性能に対する影響は大きい。グラス内のビールと同様に、これらの小さい泡は、セパレータの表面を含めた様々な表面に付着する。泡が付着した場合、電解質は欠乏し、これらの領域は高抵抗エリアとなる。従って、セパレータの「機能的」電気的抵抗を、測定された電気的抵抗として、これらのガス泡によって覆われた表面エリアの割合を考慮に入れて記述することができる。
【０１０９】
閉じ込められたガスを測定するため、標準的なセパレータ及び変更したセパレータを用いてセルを調製した（図９を参照のこと）。形成及び過充電の後、各セルについて電解質レベルを記録し、真空を発生させてガスを排気した。レベルの差は、閉じ込められたガスと我々が定義するものである。ベース・ラインを設定するため、セパレータなしでセルを試験した。代わりにガラス棒を用いて電極の空間を維持した。この研究から、電極に関連付けられたガス閉じ込め量に関する情報を得ることができる。下の表１からわかるように、標準的なセパレータを追加すると、セパレータなしのセルに比べて、閉じ込められたガス量が２倍以上となる。変更したセパレータすなわち負側横断リブを用いたDaramic Duralife（登録商標）の場合、標準的なセパレータに関連したガス閉じ込めを約５０％低減させることができる。
【０１１０】
【表１】
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【０１１１】
先に、負側横断リブを追加してエンベローパの走行性を向上させることによってセパレータの電気的抵抗を低下させるための方法を提案した。これによって、現在利用可能であるよりもバックウェブ厚さを薄くしてセパレータ材料を処理するための道が開かれる。当初、負側横断リブは実際にはガス閉じ込めを増大させると懸念されるかもしれない。ここで、負側横断リブは、標準的なセパレータよりも閉じ込められたガスが少ないDaramic Duralife（登録商標）セパレータによって含まれる変更の１つであったことを注記するのは重要である。負側横断リブ・パターンは、小さい泡が合体して大きい泡になるための媒介物として機能するので、浮力が表面固着力よりも大きくなり、標準的なセパレータを用いた場合よりもガスが迅速に逃げることができるという理論を立てた。
【０１１２】
今までのところ、２つの独立した作用によって、標準的なセパレータに比べて電気的抵抗を２５％から５０％低下させるための方法について実証してきた。我々の試験によって、セパレータ表面上に閉じ込められたガス量を４０％超低減するための方法も見出した。これは、機能的セパレータ電気的抵抗に同等の低下をもたらすはずである。これらの変更を全て組み合わせることによって、機能的抵抗が典型的なセパレータ値の５０から２５％に低下すると予想することができる。これにより、マイクロ・ハイブリッド電池、ＩＳＳ電池等における電力送出及び電荷受容の向上を得ることができる。
【０１１３】
我々は、マイクロ・ハイブリッド電池は高出力自動車電池と高エネルギ・ディープ・サイクリング電池との間の融合であると提案した。このため、少しの間、適用の際に必要なディープ・サイクリングの面での改善について考えたい。鉛酸電池のサイクルを頻繁に又は深く行うと、正の活性物質が剥離し（shed）、負の活性物質が硫酸化し、負の端子（lug）が薄くなることがあり、特に部分的充電状態で動作した場合に酸が層形成する可能性があり、最終的にセパレータを介して水和飽和が生じる場合がある。これらの状況に対処するために多くの設計上の選択肢が研究されているが、セパレータに関連したものについて見てみる。活性物質を長く適切な位置に保持することができれば、電池の機能的寿命を延ばすことができる。活性物質の剥離を防ぐために２つの選択肢がある。第１に、セパレータ上のリブ数を増やすことで、正の活性物質を適切な位置に保持するための接触点を増やすことができる。第２に、ガラス・マット等の積層物をセパレータに追加する。
【０１１４】
この積層物は、正の活性物質の剥離を防ぐための積極的な支持を提供する。しかしながら、これらの積層物は、ガス閉じ込めを増大させないように慎重に選択しなければならない。ガス閉じ込めの増大は機能的電気的抵抗を上昇させると共に、電池の電力送出及び電荷受容を低減させるからである。前述の方法を利用して、我々は様々な積層物を用いたセパレータに対してガス閉じ込め試験を行った。実験室での研究から、まず板及びセパレータに関連付けられた閉じ込めガス量を求めて、様々な積層物の影響を見ることができるようにした。この試験から、ガス閉じ込めレベルに関して、様々な積層物間で大きな差があることがわかった。従って、正の活性物質の剥離に対する優れた保護を維持しながら良好な電荷受容及び電力送出を維持するため、正しい積層物を選択することが必要であると考える（図１２及び図１３を参照のこと）。
【０１１５】
サイクリングと良好な電気的性能との間の相乗作用には別の点がある。我々の以前の研究から、電極間で電解質を増大させるための方法を特定した。これは、セパレータのバックウェブの厚さを小さくし、セパレータの多孔率を高くし、セパレータ上の閉じ込めガス量を低減することによって達成された。一般にこれらのステップは、水和短絡、酸の層形成の開始、及び負極の硫酸化を防ぐと考えられる。このため、板間に酸が増えると、電荷受容、電力送出が向上し、マイクロ・ハイブリッド用途において用いられる電池の機能的寿命が延びると我々は考える。
【０１１６】
このため、電池の向上をもたらすセパレータの概念を述べている。電池の電力送出及び電荷受容を改善するため、セパレータの電気的抵抗を低下させるための方法は、（１）Duralife（登録商標）セパレータを用いた負側横断リブの実施によって、薄いセパレータのエンベロープ処理を可能とすること、及び（２）セパレータの多孔率を実質的に上昇させ、電気的抵抗を劇的に低下させるための方法を含む。また、上述の変更は、板間の利用可能な酸を増大させるように機能し、これによって電解質が限られている場合に電池の電気的容量を増大させる。また、板間の酸の量を増大させるために、より良い電気的性能をもたらすガス合体及び排気を促進するための方法を提案した。
【０１１７】
特にディープ・サイクリングの用途において鉛酸電池の機能的性能を拡大するため、リブの数を増やして、密なサイクリングの間に剥離する可能性が高い正の活性物質の接触点を増やすことを提案した。活性物質の剥離を防ぐための別の方法は、セパレータに積層物を追加することである。しかしながら、閉じ込めガス量を最小限に抑え、従って電池の電力送出及び電荷受容を最大とするように、この積層物は慎重に選択しなければならない。酸の層形成の開始を最小限に抑え、セパレータを介した水和短絡を防ぐことによってサイクル・ライフを延長することについて、更に言うべきことがある（図１４を参照のこと）。
【０１１８】
マイクロ・ハイブリッド用途のために創り出したこれらの新しい概念は、現在の市場の要望に応える既存の製品に速やかに適用可能であると我々は考える。例えば、改良されたエンベローパの走行性は、工場の効率を更に改善しようとする電池製造業者に歓迎される利点となる。ガス閉じ込め量を低減させ、従って電力及び電気機能性を向上させるセパレータの変更は、既存の電池の支持を得ようと奮闘している電池製造業者にとっての利点となることができる。
【０１１９】
本発明は、微小孔物質（例えば１ミクロン未満の孔）に非常に適切なものとすることができるが、ゴム、ＰＶＣ、合成木材パルプ（ＳＷＰ）、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン、及びそれらの組み合わせを含む他の多孔及びマクロ孔（例えば１ミクロン超の孔）物質にも適用される。
【０１２０】
少なくとも選択した実施形態又は態様に従って、本発明は、改良されたＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ等の改良された、独特の、及び／又は高性能のＩＳＳ鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含むＩＳＳ電池、生成方法、及び／又は使用方法を対象とする。本発明の好適なＩＳＳ電池セパレータは、同時に多数のセパレータ・プロパティに対処し、負側横断リブ及びＰＩＭＳ鉱物を含むことができる。
【０１２１】
本発明は、好ましくは充填ポリエチレン・セパレータであるポリオレフィン・セパレータ等のＩＳＳ液式鉛酸電池のためのセパレータに限定されず、キャパシタ、蓄電池、ゲル電池、ポリマー電池、炭素電池、電池／キャパシタの組み合わせ、電気化学セル、多孔膜、多孔フィルム、多孔積層物、コーティングした膜、及びそれらの組み合わせのためのセパレータにも適用される。
【０１２２】
少なくとも選択した実施形態又は態様に従って、本発明は、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、生成方法、及び／又は使用方法を対象とする。
【０１２３】
現在のセパレータ技術が個別のセパレータにおいて１つ又は２つの重要なプロパティに対処しているのに対して、本発明の１つの好適であり得る電池セパレータは、同時に多数のセパレータ・プロパティに対処しそれらを最適化する。少なくともいくつかの実施形態によれば、本発明は、同時に多数のセパレータ・プロパティに対処する必要性を認識する最初のものであり、特定の多数のセパレータ・プロパティの組み合わせを選択する最初のものであり、以下で述べるように採算がとれる多数のプロパティの電池セパレータを生成する最初のものであると考えられる。
【０１２４】
燃料消費及び排気ガスの発生を低減させるために、自動車製造業者は様々なレベルの電気的なハイブリッド化を実施している。ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の１つの形態は、「マイクロＨＥＶ」又は「マイクロ・ハイブリッド」と称されることが多い。かかるマイクロＨＥＶ又は概念において、自動車はアイドル・ストップ／スタート（ＩＳＳ）機能を有し、多くの場合は回生制動を有する。コスト・ダウンを維持するため、多くの自動車製造業者は、ＩＳＳ機能に関連した電気的機能性を満足させる液式又は強化液式鉛酸電池（ＥＦＢ）について検討している。この電池に関連した機能性は、ＳＬＩ電池等、標準的な自動車用途とは異なることが多いので、結果として、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータの異なる機能又は好ましい性能が得られる。
【０１２５】
少なくとも選択した実施形態又は態様に従って、本発明は、改良された、独特の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、生成方法、及び／又は使用方法を対象とする。
【０１２６】
１つの好適であり得る実施形態は、排気口付き又は液式鉛酸電池とすることができるが、電池は、強化液式鉛酸電池（ＥＦＢ）、制御弁式鉛酸（ＶＲＬＡ）電池、低メンテナンス鉛酸充電式電池、ガラス・マット吸収式（ＡＧＭ）電池、ＶＲＬＡ  ＡＧＭ電池、ゲル電池（ゲル・セル）、ＶＲＬＡゲル電池、シール鉛酸電池、「酸欠乏（acid-starved）」設計電池、「組み換え型（recombinant）」電池（正側板で発生した酸素が負側板で発生した水素と概ね再結合して水を生成する）、ポリマー、炭素鉛酸、又は他の電池、キャパシタ、スーパーキャパシタ、蓄電池、電池／キャパシタの組み合わせ等とすることが可能であることは理解されよう。
【０１２７】
また、本発明の改良したセパレータは、ＩＳＳ電池、ＩＳＳシステム、ＩＳＳ車両において特別な用途を見出すことができるか、又は他の電池もしくはデバイスにおいて使用することも可能である。
【０１２８】
回生制動を用いるか又は用いないマイクロＨＥＶ及びＩＳＳの出現によって、電池及び電池セパレータに対する新たな要求が生まれる。かかる新たな要求は、本発明のセパレータ、電池、システム、又は方法の少なくともいくつかの実施形態によって対処するか又は満足することができる。
【０１２９】
ＩＳＳ液式鉛酸電池は、通常１００％充電状態で動作する典型的なＳＬＩ電池とは異なり、約５０から８０％の部分的充電状態で動作する。回生制動及び頻繁な再始動により、電池は浅い充電及び再充電サイクルとなる。電気システムの設計に応じて、ＩＳＳ電池は通常は過充電にならない場合があり、このため酸混合に有用であり得る酸素及び水素ガスを発生しない場合がある。
【０１３０】
鉛酸電池は、新しい用途への成長及び拡大を続けている。１つの成長している用途のカテゴリは、ディープ・サイクリングと称され、電池を頻繁にかつ深く放電するものである。かかる用途の例には、例えばマイクロ・ハイブリッド車両、アイドル・スタート・ストップ、電力バックアップ、風力又は太陽光に関連した再生可能エネルギ、及び電気フォーク・トラック、ゴルフ・カート等への給電に用いるもの等の輸送業務に関連したものが含まれる。
【０１３１】
鉛酸電池はこれらのディープ・サイクリング用途において用いられているので、特にマイクロ・ハイブリッド車両で用いて使用のための適合性を向上させることに関連して、多くの研究が進行中である。このため、科学者達は、いくつか挙げると、アクティブな質量の導電性及び利用を向上させ、硫酸化の有害な影響を防ぎ、グリッド及び端子の腐食を最小限に抑え、活性物質の剥離を防ぐための様々な選択肢について調べている（図１６を参照のこと）。鉛酸電池は１００年を超えて民生用に利用されているが、今なお進歩し続けている。
【０１３２】
本発明の少なくともいくつかの実施形態又は態様によれば、新規の、改良された、高性能の、及び／又は複合的な性能のセパレータは、これらのディープ・サイクル用途における鉛酸電池の機能性の拡張にプラスの影響を与えることができる。もっと大型の電池の業界と同様、研究作業の多くは最近マイクロ・ハイブリッド車両のためのセパレータ開発に焦点を当てているが、これらの進歩の多くはもっと広いディープ・サイクリング市場にとって利益であると我々は考えている。状況を説明するため、初めにセパレータ設計において得られた歴史的な改善について述べ、最後に最近の研究又は現在進行中の研究について述べる。
【０１３３】
歴史的には、図１７を参照すると、鉛酸電池は、木材の板、ゴム、焼結ＰＶＣ、及び含浸セルロース材料から構成したセパレータを用いた。セパレータとして、これらの材料は、様々な理由のために世界中で減少している。図１８及び図１９を参照して、最終的に古い技術に取って代わった新しいセパレータに見られるいくつかのプロパティに焦点を当てる。（１）孔サイズの分布、（２）酸の変位、（３）酸化抵抗、及び（４）溶接性である。セパレータの孔サイズの重要性を理解するため、最初に、活性物質で用いる鉛粒子が平均１〜５ミクロンの直径を有することに留意すべきである。鉛粒子がセパレータを介して移動することを防ぎ、従って電極間での電子コンダクタンスのポイント形成を防ぐために、歴史的なセパレータ材料からＰＥセパレータ等のサブミクロン孔を有するものへとシフトしている（図１８を参照のこと）。
【０１３４】
次に挙げられる点は酸変位であり、これはセパレータが占める体積を意味する。セパレータが占める体積が大きくなると、電極間で利用可能な酸は少なくなる。セパレータの体積が小さくなって酸が増えると、通常は電池容量が増大し、特に電池における酸体積により限定されている場合には放電定格を増大させ得ることが多い。新しいセパレータ材料は、以前のものよりも占める体積が小さいので、所期の寿命を通して機能するために酸化抵抗を高くする必要がある。簡単に言うと、板間の酸を増大させることができるセパレータは典型的にバックウェブ厚が小さく、従って酸化攻撃に対する耐性を高める必要がある。
【０１３５】
歴史的な関心の最後の点は、ポケット又はスリーブに形成される能力である。多くの場合、鉛酸電池の機能的寿命は、コケ形成（mossing）すなわち側部又は底部の短絡のために短くなり得る。コケ形成とは、入口の空間が存在する場合であっても、活性物質が剥離し、セパレータの側部又は底部の周囲に導電性ブリッジを形成することを意味する。ポケット又はスリーブに形成することができるセパレータは、これらのタイプの故障を著しく軽減するか又は防止することができる。
【０１３６】
これまで、正極及び負極を分離しながらイオン及び電解質の自由流を可能とするというセパレータの最も基本的な条件においてその機能性について述べた。図２０を参照して、多くの場合アンチモン中毒と呼ばれるものを抑制するセパレータのもっと積極的な機能について検討する。電池の寿命の間、正のグリッドに追加されたアンチモンの一部は電解質に溶解可能となり、負極の表面上に移動してこれに堆積する。アンチモンによる被覆は、負極を減極させ、このため充電中に正極に対する電圧負荷が増す。電池を充電すると、負極上に被覆されたアンチモンによって水の加水分解が開始し、この後で硫酸鉛はスポンジ鉛に変換される。従って、充電電流の一部は蓄積されず、水から水素及び酸素を生成する際に無駄使いされる。
【０１３７】
このアンチモンの問題を扱うため、電池製造業者はアンチモンの集中を軽減させるか、又はこれを完全に排除した。しかしながら、ディープ・サイクリング用途においては、アンチモンの合金から得られる多くの積極的な利点がある（図２１を参照のこと）。電池を深く放電すると、鉛は硫酸鉛に変換されるが、これは約４０％体積が大きいので、セルの膨張を招く。アンチモン合金はグリッドの強度を高め、有害な変形を防止し、これは究極的には充電中に硫酸鉛の鉛への再変換を促進することができる。次に、経験により、アンチモン合金が活性物質とグリッドとの間の界面を改善することがわかっている。界面の改善により、いっそう効率的な活性物質の使用及び電荷受容の向上を期待することができる。最も注目に値するアンチモンの理由は、正グリッドの腐食率を低下又は抑制することである。冶金学の分野で進んだ考察は始まっていないが、アンチモン合金は、特に頻繁に放電を行う電池においてグリッド腐食を軽減するための１つの典型的な設計変更である。
【０１３８】
本発明の少なくとも選択した実施形態又は態様によれば、電池製造業者は、アンチモンに関連した前述の利点を利用することができ、適切なセパレータを選択することによって、いかなる有害な影響にも対処することができる。適切な又は好適なセパレータは、変更された、新規の、改良された、及び／又は複合的な性能のＰＥセパレータである。ＰＥセパレータは、起動力、インバータ電池、ゴルフ・カート、及び再生可能エネルギ等のディープ・サイクリング用途において、更には低水量損失（low water loss）のための厳しいＯＥＭ仕様のＳＬＩ用途において、何年にもわたって用いられている。このため、アンチモン合金を用いる場合には、利点を充分に利用し、関連した有害な影響を軽減するために、適切なセパレータを選択することが重要である。
【０１３９】
先に述べたように、鉛酸電池業界に関連した科学者の多くは、最近では、ＩＳＳ又はマクロ・ハイブリッド車両に関連した要求を満足させることに特に焦点を当てている。図２２を参照すると、ＩＳＳ又はマクロ・ハイブリッド用途の要求は、ＳＬＩ電池に関連した高出力要求と起動力用途のディープ・サイクリング要求との間の折衷である。
【０１４０】
電池において発生電力を増大することができるセパレータの変更から見ていく。内部抵抗が低下すると、電池から得られる電力が増大する。電極間に更に多くの酸を供給することによって、拡散に関連した制約を解決し、発生電力を増大することができる。セパレータ抵抗は、実験室のデバイスにおいて電池の外側で特徴付けられることが多い。かかるデバイスから得られた値は一般に有用であるが、重要な要素が欠けていると我々は考える。すなわちガス閉じ込めである（図２３を参照のこと）。液式鉛酸電池では、充電電流に応じて様々な程度でガスが発生する。このガスは最終的に電池から逃げるが、一時的に電極及びセパレータ表面に付着する。ガスが付着した場合、これはイオン・コンダクタンスの不感帯となる効果がある。我々は、セパレータに付着するガス量を効果的に約４０％低減する方法を見出した。セパレータに関連するガスを好ましくは４０％以上低減することにより、セパレータに関連した機能的イオン抵抗が著しく向上し、電池の電力性能を改善することができる。
【０１４１】
電池の電力を改善するための別の方法は、電極間の酸の量を増大させることである（図２４を参照のこと）。本発明の少なくとも１つの実施形態又は態様によれば、これは、セパレータに対する段階的な変更によって行うことが好ましい。第１に、セパレータの酸化抵抗を改善して、主な機能性を損なうことなくセパレータの質量を低減可能とする必要がある。これによって電極の電子短絡を防ぐ。質量が低減しても、セパレータはなお、電池に組み立てることができる適切な機械的プロパティを有しなければならない。かかる２つのプロパティは、破壊抵抗及び曲げ剛性である。適切なレベルの破壊抵抗及び剛性を維持しながら酸化抵抗の改善を図ったならば、セパレータ質量を低減して電極間の電解質の体積を増大させることができる。電極間で利用可能な酸が増えると、電池は酸の拡散に関連した制約を受ける可能性が低くなり、このため電力出力が向上する。図２４の表は、選択された標準的なDaramic（登録商標）HP及びDuraLife（登録商標）セパレータ（現在、ノースカロライナ州シャーロットのDaramic. LLCによって、マイクロ・ハイブリッド電池用途向けに提供されている）間の比較を示す。
【０１４２】
２つのセパレータの比較において、DuraLife（登録商標）セパレータは酸化抵抗の著しい上昇を示したが、Daramic（登録商標）HPで見られる高い破壊抵抗を維持し、これは約１５％小さい質量で達成されたことがわかる。セパレータの質量が低減することは、DuraLife（登録商標）セパレータにより変位される酸が少なく、このため板間の酸が多くなることを意味する。マイクロ・ハイブリッド用途に焦点を当てる製造業者は、Daramic（登録商標）DuraLife（登録商標）セパレータによって構成された電池は、標準的なＰＥセパレータに比べ、急速放電の間の電池抵抗が低く電力出力が高いことを認識している。
【０１４３】
マイクロ・ハイブリッド用途に関連した別の大きな課題は、電池のサイクル・ライフを延ばす能力である。多くの場合、この用途の電池は部分的充電状態で動作し、車両が停止している時間期間及びかかる停止中の電気的デューティ量に応じて様々な程度に放電され、放電間で完全に再充電されない。
【０１４４】
様々な停止後にエンジンを再始動するため迅速なブースト電力を送出することに加えて、電池は予想される電池寿命の間に数万回の浅いサイクルを経験する場合がある。これらの電池がサイクルを繰り返すと、酸勾配が生じる可能性がある（図２５を参照のこと）。酸がセルの底部に集中すると、電気化学反応は電極の上部にいっそう限定され、これは早期の容量喪失につながる。ディープ・サイクル用途では、充分な過充電によってガス泡が生成され、これが酸の混合及び酸の層形成の防止に役立つ。しかしながら、ＩＳＳ等の電池が完全に充電されることがまれな用途では、酸の層形成を防ぐために別の手段を適用しなければならない。
【０１４５】
酸の層形成を防ぐ別の手段を用いるために、なぜこれが生成されるかという機構を最初に理解することが重要である。部分的充電状態で電池に電流を印加すると、硫酸鉛が変換され、高濃度の硫酸が最初に板表面に形成される。この時点で、硫酸の境界層が板表面に隣接して固着する。この酸層が大部分の酸よりも濃縮すると、拡散するか又は大部分の空間内の低濃縮の酸と混合する駆動力が生じる。拡散力に加えて、この境界層上には重力も作用する。残念なことに、高濃縮の硫酸は大部分の酸よりも１０から２０％重い場合があり、この境界層は高密度のコラムとして作用し、結果として酸はセルの底部に集中する。この酸の層形成の傾向は、部分的な充電状態で動作し、セパレータによって酸が固定化されていない液式電池で特に見られるものである。ＶＲＬＡ電池において充電を行うと、電極表面で生成された濃縮酸は、電極間の全空間を充填するガラス繊維とすぐに接触し、交差している繊維の毛管作用によって重力の反力が加わって、酸が層形成する傾向を低減する。
【０１４６】
DuraLife（登録商標）セパレータの導入により、液式鉛酸電池において酸の層形成を最小限に抑えるのに役立つと我々が考える設計変更が行われ、実際、電池試験によって肯定的な結果が確認されている。第１に、DuraLife（登録商標）セパレータは従来のセパレータに比べて占有する体積が約１５％少ない。このため、電極間で利用可能な酸が増える。これは電気的性能を最大限とするために重要である。留意すべき次の設計パラメータは、好ましい負側横断リブ構成である（図２６を参照のこと）。典型的に、負極に対向するセパレータ表面は、平坦であるか、又は垂直（又は長手方向）方向に小型リブを有する（図２５を参照のこと）。
【０１４７】
再び図２６を参照すると、DuraLife（登録商標）セパレータに関連した好ましい負側横断リブ設計は、水平（又は横断方向）方向に多数の小さい小型リブを有する。水平方向に多数の小さい小型リブがあると、電解質はある程度固定化されると考えられる（図２６を参照のこと）。これらの負側横断リブは、ＡＧＭセパレータとは異なるが機能的に類似の機械的バリアを与え、酸勾配の発生を防止する。好ましい場合、負側横断リブ設計は、数百以上の小型横断方向ダムを生成して、重い酸が下方に流れることを防ぐ。
【０１４８】
酸の層形成を防止することに加えて、負側横断リブの設計は別の領域に役立つことも可能である。急速放電では、高出力が要求される場合に、負極への酸の拡散率が制約要因になることが多い。従って、負側横断リブ設計により数百の小型ダムを生成し、これによって電極表面全体で均一に数百の小型の酸プールを生成する。これまで、酸の層形成を防止し、電力送出を改善するための可能な機構について述べてきた。DuraLife（登録商標）セパレータは、マイクロ・ハイブリッド電池試験において電力送出を改善することが確認され、酸の層形成を低減した。更に試験を行うことで、我々は様々な機構についていっそう理解し、従ってこれらの新しい用途におけるセパレータの寄与を増大する。
【０１４９】
ディープ・サイクリング電池の寿命を延ばすための別の態様は、正の活性物質の剥離を防止することである。このため、セパレータをガラス・マット等の不織積層物と組み合わせることが多い（図２７を参照のこと）。積層構造は典型的に、正極と直接接触したセパレータ表面に適用される。何年にもわたって、これはディープ・サイクリング電池の機能的寿命を延ばすための一般的な民生用の手法であった。しかしながら、古い積層構造では電池の電力出力が低下した。マイクロ・ハイブリッド電池においては、この用途は、サイクリング能力及び電力出力の双方を同時に向上させることを必要とする。
【０１５０】
このため、最近、マイクロ・ハイブリッド用途向けに積層構造を最適化するための研究が行われている。第１に、積層物は、所期の電池寿命にわたって活性物質の剥離を防止するための機械的プロパティを維持しなければならない。この要求を満足させるため、積層物は、繊維構造を用いて、酸化攻撃に耐える材料で構築しなければならない。第２に、積層物は、できる限り少量の酸を変位させ、このため最大の酸の利用可能度を保証しなければならない。できる限り少量の酸を変位させるということは、物質が最低基本重量（basis weight）であることを意味する。基本重量が低下すると、通常、機械的プロパティも低下する。このため、プロパティを同時に最適化することが過去及び現在の課題である。低い基本重量によって生じる別の課題は、２つの材料（セパレータ、積層物）の接合点である。材料を結合するための通常の技法は、セパレータのリブ表面及び積層物に接着剤を塗布することであるが、積層物が薄くなると、接着剤は次の層に這い上がり、処理上の問題を引き起こす。別の接合手法は、積層構造をリブ上部に音波溶接し、これによってシステム全体から接着剤を排除することである。この種の手法は、積層物がマット内に充分な量の合成繊維を有する場合にのみ実用的であり得る。
【０１５１】
本質的に明らかでないが電池のエネルギ変換を大幅に限定することができる別の積層物基準がある。すなわちガス閉じ込めである。鉛酸電池を過充電した場合はいつでも、水の加水分解によって水素及び酸素が形成される。液式電池においては、これらのガスは最終的に逃げる。しかしながら、一時的にこれらのガスは、電極、セパレータ、及び、特に電池のサイクル・ライフを延ばすために組み込まれた積層構造の表面に付着する。ガスが閉じ込められると、電池内の電解質の高さの上昇によって実証されるように、電解質は電極間の空間から押し出される。ガスは強力な絶縁体であるので、イオン・コンダクタンスの経路は大きく低減される。このため、ディープ・サイクル又はマイクロ・ハイブリッドのいずれかの用途において鉛酸電池の電力及び電気容量を最大限とするために、ガス閉じ込めを最小限に抑えるための積層物の最適化は極めて重要であると考えられる。
【０１５２】
図２８を参照すると、要点がまとめられている。過去１００年超にわたり、鉛酸電池は、新しい用途の様々な要求に応えて概ね発展的な方法で進歩している。これらの要求を満たすため、セパレータを含む構成材料において変更が行われてきた。これまで、セパレータは、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＬＷＰＥ：Ultra High Molecular Weight Polyethylene）等の合成構成材料へと移行している。これらの合成材料によって、セパレータは、短絡防止のため微小孔となり、寿命を延ばすため酸化抵抗を改善し、側部及び底部の短絡を防ぐようにエンベロープ可能となることができる。これらの新しいタイプのＰＥセパレータでは、アンチモン中毒を防止し関連する水量損失を低減するために、セパレータに添加物を組み込む等の他の機能性を追加する可能性が得られる。
【０１５３】
マイクロ・ハイブリッド等の新しい市場の可能性に対処するため、これまでも、そして今後も、セパレータを含む構成材料の変更が必要であることは確かである（図２９を参照のこと）。マイクロ・ハイブリッド用途では、従来のＳＬＩ電池において見られるようにエンジンをかけるために高電力が必要であり、ディープ放電電池において見られる頻繁なサイクリングが必要である。電力を増大するため、セパレータのガス閉じ込めを最小限に抑えることによって利用可能な酸を増大させ電気的抵抗を低下させるようにセパレータを好ましく変更した。電池の寿命を延ばすため、好ましく酸を固定化し、このため酸の層形成の開始を防止した。次に、活性物質を適切な位置に保持するために積層物を追加した。これらの設計変更は、積層物の３つのプロパティを同時に最適化することに焦点を当てると好ましい。すなわち、基本重量、機械的プロパティ、及びガス閉じ込めである。設計変更を行い提案しただけでなく、セパレータ及び積層物の変更の少なくともいくつかを有効化して、マイクロ・ハイブリッド液式電池の性能を向上させた。
【０１５４】
マイクロ・ハイブリッド用途に関連した課題に対処することは、鉛酸電池により現在対応している他の用途において利点を有する可能性がある。例えば、酸の層形成を最小限に抑え、ガス閉じ込めを低減し、酸量を最大限とし、電気的抵抗を低下させ、サイクル・ライフを延ばすためのセパレータの変更は全て、現在の電池用途に直接移すことができる。これらの発展的な変更により革命的なセパレータが生まれ、固有の良好なコスト構造対競合技術に関連して、ＩＳＳ及びマイクロ・ハイブリッド市場を開発するために鉛酸電池は優れた選択肢となる。
【０１５５】
少なくとも選択した実施形態によれば、ディープ・サイクル又はＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド・セパレータ等の、好適な新規の、改良された、及び／又は複合的な性能のセパレータは、液式鉛酸電池において酸の層形成を最小限に抑えるのに役立つ特性を有し、従来のセパレータよりも占有する体積が約１５％小さく、負側横断リブを有し、水平方向に多数の小さい小型リブを有し、酸勾配が生じることを防止する機械的バリアを有し、重い酸が下方に流れるのを防ぐ数百の小型ダムを有し、電極表面全体で均一に数百の小型の酸のプールを生成する数百の小型ダムを有し、マイクロ・ハイブリッド電池等において電力送出を向上させると共に酸の層形成を低減する。
【０１５６】
本発明の少なくとも選択した目的によれば、改良された、独特の、高性能の、及び／又は複合的な性能の電池セパレータ、鉛酸電池セパレータ、液式鉛酸電池セパレータ、強化液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ又はマイクロ・ハイブリッド電池セパレータ、ＩＳＳ液式鉛酸電池セパレータ、ＩＳＳ強化液式鉛酸電池セパレータ、かかるセパレータを含む電池、かかる電池又はセパレータを含むシステム又は車両、生成方法、及び／又は使用方法等が提供される。
【０１５７】
図３１から図３４は、リーフ又はピース・タイプのセパレータを対象とする。図３１は、図３３のDaramic（登録商標）Auto PE Leaf Separator又はDaramic（登録商標） Industrial PE Leaf Separator等、例示的なリーフ酸電池の概略斜視図であり、部品を分解して、リーフ又はピース・セパレータの外側の配置を示している。図３３のDaramic（登録商標）PE Leaf Separatorは、オプションのガラス・マット積層物と共に示している（各拡大端図を参照のこと）。
【０１５８】
少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法、及び／又は使用方法を対象とする。少なくともいくつかの好適であり得る実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物、及び／又はその製造方法及び／又は使用方法を対象とする。少なくともいっそう好適であり得る特定の実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有すると共に少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物を対象とする。少なくとも１つの特定の微小孔鉛酸電池セパレータの実施形態によれば、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとしてＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）が与えられる。少なくともいくつかの実施形態又は実施例によれば、本発明は、電池セパレータの製造方法、電池セパレータの使用方法、改良された電池セパレータ、及び／又は鉛酸電池のための改良されたセパレータ又は積層物を対象とする。
【０１５９】
少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法、及び／又はその使用方法を対象とする。少なくともいくつかの好適であり得る実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物、及び／又はその製造方法及び／又は使用方法を対象とする。少なくともいっそう好適であり得る特定の実施形態によれば、本発明は、新規の又は改良された鉛酸電池、鉛酸電池セパレータ（単層又は多層）、鉛酸電池コンポーネント（電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、コーティング、表面、充填物、電極、電極配合物、電解質等）、及び／又はポリマー又は樹脂組成物を対象とし、これらは、重金属除去機能を有すると共に、重金属結合機能を有する天然又は合成のヒドロキシアパタイトの少なくとも１つのソースを利用する、好ましくは内部又は上部に少なくとも１つの充填物又はコンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用する。少なくとも１つの特定の微小孔鉛酸電池セパレータの実施形態によれば、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとしてＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）が与えられる。
【０１６０】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、微小孔鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとして「リン酸塩誘導金属安定化（ＰＩＭＳ）」鉱物を利用する新規と考えられる概念が提供される。１つの特定の実施形態又は実施例によれば、最近のシリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）においてシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）が与えられる。
【０１６１】
上述のように、鉛酸電池業界内の一般的な故障の形は「水和短絡」の現象である。少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物を対象とし、これらは、「水和短絡」の現象に対処するか、これを遅延、軽減、又は排除する重金属除去機能を有する。
【０１６２】
本発明によれば、多種多様なＰＩＭＳ鉱物が識別されており、そのうちいくつかは鉛親和性について評価されている（以下の表２及び表３を参照のこと）。魚骨（市販の、実験室ですりつぶした魚粉等）から得たＰＩＭＳ鉱物は、評価した他のサンプルに比べ鉛イオンの親和性が最大であることが示されている。魚骨又は魚粉は、試験動作によって、いくつかの投入濃度で、典型的な鉛酸電池セパレータ・フォーマットに押し出される。結果として得られるＰＩＭＳを組み込んだセパレータを、鉛除去効率について評価した。セパレータは、酸性溶液における鉛濃度が著しく低下した。例えば、約１７％から１００％の％Ｐｂ低下が実証された。シリカの約１％から２０％、更に好ましくは約２％から１０％、最も好ましくは約２％から５％の置換レベルで、シリカ充填物を置換するために魚骨粉を追加することが好ましい。少なくとも他のいくつかの実施形態によれば、シリカの約１％から５０％以上、更に好ましくは約５％から３０％、最も好ましくは約１０％から２０％の置換レベルで、シリカ充填物の一部を置換するために、すりつぶした魚骨粉（すりつぶした魚粉）を追加することが好ましい。  
【０１６３】
これは、電池セパレータ、押し出しポリオレフィン・ポリマー樹脂、及び多孔ポリマー・フィルム又は膜におけるバイオミネラルの民生用の用途として最初のものであると考えられる。
少なくとも選択した実施形態によれば、鉛酸電池セパレータにＰＩＭＳ鉱物を組み込むこと、好ましくは魚骨から得られたＰＩＭＳ鉱物を組み込むことによって、鉛低減が達成される。
【０１６４】
本発明は、化学的に活性のプロパティを有する新規の微小孔膜基板を提示する。セパレータ押し出し及び抽出プロセスには、多様で様々な化学的に活性の又は反応性の鉱物充填物が利用可能かつ適用可能である。これらの鉱物は所望の純度で低コストで利用可能であり、魚骨（又は魚粉）の場合、多数のソースから入手可能な産業上の副生成物である。利点には、原材料のコストが低いこと、及び、特定の電池製造業者が硫酸ナトリウムを伴う既存の生成プロセスを合理化する必要性が含まれる。
【０１６５】
好適なセパレータは、微小孔物質（例えば１ミクロン未満の孔）である。それにもかかわらず、多孔物質又はマクロ孔物質等の他の物質も想定される。例えば、マクロ孔セパレータ（例えば１ミクロン以上の孔）は、ゴム、ＰＶＣ、合成木材パルプ（ＳＷＰ）、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン、及びそれらの組み合わせから形成されたセパレータを含む。
【０１６６】
少なくとも選択した実施形態によれば、電池は、排気口付き又は液式鉛酸電池、強化液式鉛酸電池（ＥＦＢ）、制御弁式鉛酸（ＶＲＬＡ）電池、低メンテナンス鉛酸充電式電池、ガラス・マット吸収式（ＡＧＭ）電池、ＶＲＬＡ  ＡＧＭ電池、ゲル電池（ゲル・セル）、ＶＲＬＡゲル電池、シール鉛酸電池、組み換え型電池、ポリマー電池、炭素鉛酸電池、又は他の電池、キャパシタ、スーパーキャパシタ、蓄電池、電池／キャパシタの組み合わせ等の鉛酸又は鉛カルシウム電池とすることができる。好適な電池は、排気口付き又は液式鉛酸電池である。
【０１６７】
少なくとも選択した実施形態によれば、電池セパレータは、可撓性又は剛性のセパレータ、ポケット、エンベロープ、シート、ピース又はリーフ・セパレータ、単層又は多層のセパレータ、複合又は積層セパレータ、排気口付き又は液式鉛酸電池、強化液式鉛酸電池（ＥＦＢ）、制御弁式鉛酸（ＶＲＬＡ）電池、低メンテナンス鉛酸充電式電池、ガラス・マット吸収式（ＡＧＭ）電池、ＶＲＬＡ  ＡＧＭ電池、ゲル電池（ゲル・セル）、ＶＲＬＡゲル電池、シール鉛酸電池、組み換え型電池、ポリマー電池、炭素鉛酸電池、又は他の電池、キャパシタ、スーパーキャパシタ、蓄電池、電池／キャパシタの組み合わせのためのセパレータ等、鉛酸又は鉛カルシウム電池セパレータとすることができる。好適な電池セパレータは排気口付き又は液式鉛酸電池のセパレータである。
【０１６８】
ヒドロキシアパタイトは、重金属結合機能が実証されている鉱物である。ヒドロキシアパタイトは、合成により生成し、ナノ結晶物質として精製することができる。ヒドロキシアパタイトは、多くの天然発生の植物及び動物の骨格（及びカオリナイト等、天然発生鉱物の少量の成分）内で見出される。ヒドロキシアパタイトの最も一般的な動物由来のソースは、ウシ科及び豚のソースからの水生（魚、甲殻類、甲殻類動物）及び陸生のものである。ヒドロキシアパタイトの最も一般的な植物由来のソースは、茶、ケルプ、及び様々な種の樹皮で発生する。全ての天然性生物と同様、様々な程度の純度及び効能を予想することができる。一例として、魚粉は、非骨格残留物の消化レベルに基づいて多用な純度で市販されている。すなわち、魚粉は、残留している肉成分からの大量のタンパク質を含有する場合がある。これは「高窒素」魚粉と呼ばれることがある。タンパク質成分を完全に消化するように充分に処理し、骨格含有物をそのまま残している魚粉は、「高リン」魚粉と呼ばれることがある。
【０１６９】
ヒドロキシアパタイトのほとんどの動物及び植物由来のソースは、粒子の粗い物質として市場に供給されている。本発明の少なくとも１つの実施形態、態様、又は実施例によれば、ヒドロキシアパタイト含有物質を効率的に利用するために、粉砕（又は細砕）動作を実行して、粒子サイズを小さくし、有効表面積を増大することで、ヒドロキシアパタイトに対する重金属の最適な露呈の促進を図ることが望ましい。また、粉砕動作は、例えば膜の押し出し、含浸、コーティング、積層、成形、小型容器（sachet）製造、又はこれらの技法の組み合わせによって電池に粒子を組み込むことを容易にする。例えば、１０μｍと８０μｍとの間のＤ５０粒子サイズとして、２軸押し出し手法によってすりつぶした魚粉を電池セパレータに組み込むために最適な条件を実現することが好ましい。また、上述の粒子サイズ範囲が望ましいのは、天然のヒドロキシアパタイト物質を不織積層セパレータ構造に組み込み、含浸、コーティング、成形、及びバルク粉末小型容器タイプの送出方法の場合である。
【０１７０】
本発明の少なくとも選択された実施形態によれば、ヒドロキシアパタイト・ソース（すなわちすりつぶした魚粉又は粉砕魚粉）をセパレータ押し出し配合物（ポリマー／シリカ／魚粉配合物又はポリマー／シリカ／魚粉／オイル配合物）に混合することが好ましい。このように生成したセパレータは、既知の鉛酸電池セパレータの所望の電気化学的性能属性を提供するが、溶液内で鉛をアクティブに封鎖する（sequester）ことによって従来のセパレータ機能を驚くほど凌駕する。ディープ放電の状況では、電解質は、曲がりくねったセパレータ・マトリクスを通過する還元鉛の含有レベルが上昇し、本発明の少なくとも選択した実施形態に従って、セパレータは、負極に移動する前に元素の鉛を封鎖するために押し出し固定化ヒドロキシアパタイト（魚粉）を含む。従って、少なくとも選択した好適であり得る実施形態によれば、ヒドロキシアパタイトのソースをセパレータ押し出しプロセスに組み込むことによって固定化して、表面エリア接触の確率及び保護を必要とする電極に対する近接性を利用する。
【０１７１】
ヒドロキシアパタイトをセパレータ及び／又は電池に組み込むための別の手法は、反応性鉱物を積層マットに含ませることである。この積層物マットは、セパレータに隣接しているか、及び／又は、溶接、スポット溶接、超音波溶接、接着、熱、熱及び圧力、又は他の既知のプロセス等の取り付け手段によってセパレータに取り付けられている。積層物はガラス・マットとすることができ、魚粉又はヒドロキシアパタイトの他のソースを、ガラス・マットの形成中に用いるバインダーと混合するか、マット上にコーティングするか、及び／又はマット内に含浸させることができる。魚粉又はヒドロキシアパタイトの他のソースは、繊維化プロセス中に樹脂と共有押し出しを行い、これによって「カード（carded）」乾式プロセス不織物及び湿式レイド（wet-laid）・プロセスに含ませることができる。あるいは、魚粉又はヒドロキシアパタイトの他のソースは、バインダーに追加すること、及び／又は湿式レイド繊維形成の前に原料（furnish）に直接追加することによって、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＰ等の合成不織物質内で用いることも可能である。この方法は、魚粉又はヒドロキシアパタイトの他のソースを「ペースト紙」等のセルロース積層物に追加する際に有用である。また、例えば、セパレータに接触している無機及び有機繊維積層物材料に対する、コーティング接着（セパレータ形成後）、直接包含（形成中）、及び／又はそれらの組み合わせによって、ヒドロキシアパタイトの１つ以上のソースをセパレータ上又はセパレータ内に組み込むことも可能である。
【０１７２】
ヒドロキシアパタイト（すりつぶした魚粉等）を組み込むための別の手法は、魚粉をセパレータの正側及び／又は負側の表面に直接コーティングすることである。この方法の一例は、所望の濃度のスラリーを生成し、既知のコーティング方法（ディップ、スプレー、ローラ、ニップ等）によって正側又は負側の表面をスラリーでコーティングし、続いてスラリー−セパレータ物を乾燥させて、電池の構築及び形成前の不可欠なセパレータ処理ステップ中に魚粉の固定化を保証する。従って、ヒドロキシアパタイトのソースは、例えば水（又は他の溶剤又はバインダー）のようなビヒクルと混合して、表面コーティング（好ましくは多孔コーティング）の用途に適したスラリー又は混合物を生成することにより、塗布することができる。
【０１７３】
ヒドロキシアパタイトをエネルギ保存デバイスに組み込むための別の手法は、反応性鉱物（例えば魚粉）を、電池自体のための容器ハードウェア（ケース、支持物、仕切り、カバー等）を生成する際に利用する樹脂内に混合することである。このため、時間が経つと、電解質及び樹脂ケースの表面、支持物、仕切り、上部カバー、及び電池コンパートメントを含む関連部品と、何らかのレベルの接触が起こり得る。更に、電池コンパートメントを含む部品は、魚粉等の活性物質（反応性鉱物）を、比較的高い濃度で内部又は内表面に組み込むように射出成形されている場合がある。これは一般に「イン・モールディング（in-molding）」と称される。更に、ヒドロキシアパタイトを多孔、不織、紙、及び／又はプラスチックの筐体又は別の設計内にバルク粉末として含ませて自由電解質内にヒドロキシアパタイトを保存することを可能とする小型容器デバイスを用いて、活性剤（反応性鉱物）を、電解質（魚粉含浸ガラス繊維、ガラス・マット、又は他の不織パック物質、持続放出ビーズ、反応性鉱物を含むゲル等）内に、急速に又は徐々に放出することができる。ヒドロキシアパタイトを電解質バルク保存に直接含ませることを利用して、電池形成の直前又は電池製造プロセス中のいずれかの時点で電解質充填中に固定用量の成分を供給することができる。また、ヒドロキシアパタイト（魚粉等）を、正極及び負極にそれぞれ塗布した電気化学的活性物質コーティングに混合することも可能である。活性物質化学成分を調製するプロセス及び活性物質を電極グリッドに適用するプロセスは、魚粉又は他のヒドロキシアパタイト物質の追加を含むように変更することができる（反応性鉱物は電気化学的活性電極組成物に含ませることができる）。最後に、ヒドロキシアパタイトは、電池の寿命の後期において添加物として有用であり得る。例えば、提示された耐用期間後に、電池にあるレベルのヒドロキシアパタイトを注入して、負極の減極に対して継続的な保護を行う（及び「水和短絡」を防止する）ことによって耐用寿命を延ばす。
【０１７４】
ヒドロキシアパタイト物質の選択した実施例及び試験に従って、以下の表２は、ヒドロキシアパタイト（魚粉等）の少量の投入によって達成可能な予期しない結果を示す。例えば、サンプルＧの電池セパレータにおいてシリカ充填物の代わりに魚粉を１０％投入すると、驚くべきことに、２０ｍＬ  Ｐｂ溶液において鉛は７２．６％の低下を示した。
【０１７５】
【表２】
2013542558.tif 000004
【０１７６】
サンプルＥの対照のセパレータ（シリカ充填）は、Ｐｂの19.9％の低下を示した。しかしながら、対照のセパレータ・データは析出シリカの可逆吸収性除去機構を受ける。シリカ含有量がヒドロキシアパタイト・ソースによって置換されると（サンプルＦ）、吸収性機構は、PIMS封鎖結合機構によって徐々に阻害され、最終的には取って代わられる（サンプルＧ）。換言すると、サンプルＦ及びＧにおけるＰｂの低下は、サンプルＥによる一時的な吸収と比べて、永続的な結合（封鎖）である。
サンプルＢ、Ｃ、及びＤの粉末化（整った）サンプルは、Ｐｂ分析溶液内で容易に濡れ、浸漬した。粉末と溶液との完全な接触が観察された。サンプルＥ、Ｆ、及びＧセパレータ膜サンプルは、典型的な鉛酸電池セパレータに利用されるものと同等のレベルで、市販の界面活性剤で処理した。
全てのセパレータ膜サンプルは、Ｐｂ分析溶液内で容易に濡れ、浸漬した。表面と下方の孔との完全な接触が観察された。
【０１７７】
ヒドロキシアパタイト物質の他の選択した実施例及び試験によれば、以下の表３は、ヒドロキシアパタイト充填物（魚粉等）の少量の投入によって達成可能な驚くべき結果を示す。例えば、例えば、サンプルＬの電池セパレータにおいてシリカ充填物の代わりに魚粉を１０％投入すると、２０ｍＬ  Ｐｂ溶液において鉛は５６．２％の予想外の低下を示し、サンプルＭの電池セパレータにおいてシリカ充填物の代わりに魚粉を５０％投入すると、驚くべきことに、２０ｍＬ  Ｐｂ溶液において鉛は９９．６％の低下（実質的に完全な除去）を示した。
【０１７８】
【表３】
2013542558.tif 000005
【０１７９】
サンプルＥ及びＩの対照のセパレータ（シリカ充填〜70％）は、それぞれＰｂの15.4％及び23.9％の低下を示した。しかしながら、対照のセパレータ・データは析出シリカの可逆吸収性除去機構を受ける。シリカ含有量が魚粉ヒドロキシアパタイト・ソースによって置換されると（サンプルＪ及びＫ）、吸収性機構は、ＰＩＭＳ封鎖結合機構によって徐々に阻害され、最終的には取って代わられる（サンプルＬ及びＭ）。換言すると、サンプルＬ及びＭにおけるＰｂの低下は、サンプルＥ及びＩによる一時的な吸収と比べて、永続的な結合（封鎖）である。
【０１８０】
サンプルＢ、Ｃ、Ｄ、及びＮの粉末化（整った）サンプルは、Ｐｂ分析溶液内で容易に濡れ、浸漬した。粉末と溶液との完全な接触が観察された。
サンプルＥからＭのセパレータ膜サンプルは、典型的な鉛酸電池セパレータに利用されるものと同等のレベルで、市販の界面活性剤で処理した。
全てのセパレータ膜サンプルは、Ｐｂ分析溶液内で容易に濡れ、浸漬した。表面と下方の孔との完全な接触が観察された。
Ｐｂ分析試験方法はICP/MS EPA方法200.8により実行した。全てのサンプルは48〜72時間、攪拌せずに静止浸漬した。露呈後の全サンプルのリンのレベルを試験し、最大許容可能レベル未満であることがわかった。
【０１８１】
ある群の無機（鉱物）化合物は、鉛、カドミウム、鉄、亜鉛、及び銅等の重金属を効果的に結合することが知られている。鉱物が重金属に結合する仕組みは、「リン酸塩誘導金属安定化（ＰＩＭＳ）」と呼ばれ、汚染した土壌及び水の環境修復のために広く利用されている。環境修復の用途においては、毒性の金属に対するＰＩＭＳ親和性を有する大量の鉱物を、汚染した土壌と混合するか又は筐体内に含ませ、これによって汚染した水が大量の鉱物の塊に浸み込むことができる。
【０１８２】
本発明のいくつかの改良された環境修復の実施形態によれば、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）又はヒドロキシルアパタイトの少なくとも１つのソース（合成及び／又は天然のヒドロキシアパタイト、好ましくはＰＩＭＳ鉱物、更に好ましくはすりつぶした魚骨又は魚粉）を、高表面積ポリマー構造、好ましくは多孔ポリマー膜、更に好ましくは微小孔ポリオレフィン膜（平坦なシート又は中空繊維）、最も好ましくはＰＩＭＳ鉱物を、充填物として、好ましくはシリカ充填微小孔ポリエチレン膜のシリカ充填物コンポーネントを部分的に置換するものとして用いた微小孔ポリエチレン膜に追加する新規の概念が提案される。ヒドロキシアパタイト鉱物充填膜を、フィルタ媒体、パッキング、ライナー等として用いて、水等の汚染された液体からの重金属の除去を容易にすることができる。
【０１８３】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物は、１つ以上の化学的に活性又は反応性の、天然又は合成の鉱物充填物、粒子、コーティング、薬剤等、好ましくは骨又は歯からのバイオミネラル、更に好ましくは魚骨又は魚粉によって与えられる化学的活性プロパティによる重金属除去機能を有する。かかる新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物は、原材料のコストが低いこと、鉛除去、硫酸ナトリウムの必要性の低下、電池保証の延長、リサイクル又は産業廃棄物又は副生成物の使用等の利点を有する。
【０１８４】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、我々は、
・現在のセパレータ生成プロセスとコンパチブルな物質を電池セパレータに組み込んで、溶液内のＰｂを系統的に結合し、電池の使用寿命にわたって水和短絡の発生を低減する。
【０１８５】
・一般的な（及び再生可能な）ソースからの物質を組み込む。
−魚（低〜超低ｐＨで最も効率的）
・骨
・鱗
−甲殻類（魚粉と同様の機能範囲）
・外骨格
−甲殻類動物（ｐＨ８．５超の基本条件で最も効率的）
・外皮
−牛（魚粉と同様の機能範囲）
・骨
−ピート（中性ｐＨ付近の機能範囲）
・腐植土、腐食した植物性物質。
−茶殻（中性ｐＨ付近の機能範囲）
・茶の製造の副生成物、茎、不要の茶葉。
【０１８６】
・好適と考えられる魚粉を「外洋性」魚類からのものとして識別した。
−人により食べられないと見なされることが多い小型の骨の多い魚。
−甲殻類動物は少量の要素を構成する場合がある。
−魚粉は本質的に、精製、洗浄、乾燥、及び細砕後の骨及び鱗である。
・典型的に４〜６％の間の残留オイルが魚粉に残っている。
・魚粉は鉱物アパタイトｗ／配合から成る。
・Ca10-xNax (PO4)6-x(CO3)x(OH)2
【０１８７】
少なくとも選択された好適であり得る実施形態によれば、本発明は、充填物コンポーネントとして１つ以上のＰＩＭＳ鉱物を有する電池セパレータ、１つ以上の魚骨又は魚粉充填物を有する電池セパレータ、シリカ充填物の少なくとも一部の代わりに魚骨粉を有するポリエチレン及びシリカ電池セパレータ、及び／又はその製造又は使用方法を対象とする。
【０１８８】
例えば液式鉛酸ＳＬＩ電池のような例示的な鉛酸電池は、負極（電極）及び正極（電極）を含み、それらの間にセパレータが挿入されている。これらのコンポーネントは容器内に収容されており、この容器は端子支柱、排気口、及びギャング・ベント・プラグ（gang-vent plug）も含む。好適な実施形態によれば、セパレータは、負側板に対向する表面上に横断方向のリブを有し、正側板に対向する表面上に長手方向のリブを有する（例えば図５及び図２６を参照のこと）。特定の電池を図３１に示すが、本発明のセパレータは、限定ではないが例えばシール鉛酸、液式鉛酸、ＩＳＳ鉛酸、電池及びキャパシタの組み合わせユニット、他の電池タイプ、キャパシタ、蓄電池等を含む多くの異なるタイプの電池又はデバイスにおいて用いることができる。
【０１８９】
図５及び図２６の好適と考えられるセパレータは、多孔ポリマー膜であると好ましい（約１ミクロン未満の孔を有する微小孔ポリエチレン膜等）。それにもかかわらず、本発明のセパレータは微小孔又はマクロ孔膜（約１ミクロン超の孔を有する）として、ポリオリフィン、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、セルロース繊維、又はそれらの組み合わせ等の天然又は合成物質から形成することも可能であり、更に好ましくは、熱可塑性ポリマーから形成した微小孔膜とすることができる。好適と考えられる微小孔膜は、約０．１ミクロン（１００ナノメートル）の孔直径及び約６０％の多孔率を有することができる。熱可塑性ポリマーは、原則として、鉛酸電池に用いるのに適した全ての酸抵抗性熱可塑性物質を含むことができる。好適な熱可塑性ポリマーは、ポリビニル及びポリオレフィンを含む。ポリビニルは例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む。ポリオレフィンは、例えばポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、及びポリプロピレンを含む。１つの好適な実施形態は、充填物（例えばシリカ及び／又は反応性鉱物）及びＵＨＭＷＰＥの混合物を含むことができる。一般に、好適なセパレータ前駆物質は、押し出し機で重量約３０％の充填物を重量約１０％のＵＨＭＷＰＥ及び約６０％の処理オイルと混合することによって形成可能である。この混合物は、セパレータ技術において一般的であるように、少量の他の添加物又は薬剤（湿潤剤、着色剤、静電防止添加物等）を含むことも可能であり、平坦なシートの形状に押し出される。リブは、対向するカレンダー・ローラの刻印表面によって形成することが好ましい。この後、処理オイルの多くを抽出し、微小孔膜を形成する。
【０１９０】
再び図面の図５及び図２６を参照すると、１つの特定の実施例によれば、負側横断リブは約４ミルの厚さであり、バックウェブは約６ミルの厚さであり、正側リブは約２０ミルの厚さである（合計のセパレータ厚は約３０ミル）。好適なセパレータは、（図３３の）切断されたピース又はリーフのセパレータであるか、又は、オプションの積層物（図２７を参照のこと）、（図３３の）ガラス・マット、又は合成不織物を有するか又は有しないラッピング、エンベロープ、小袋、ポケットとすることができ、主要な長手方向のリブに対するセパレータの対向面に横断方向の横断リブを有することができる。
【０１９１】
長手方向のリブに対するセパレータの対向面の横断方向横断リブは、シートの剛性及び保護を増大し、バックウェブの質量の縮小、ＥＲの低下、コスト削減、及び高速生成及び組立て（高速セパレータ、エンベロープ、及び／又は電池生成及び／又は組立てを含む）に必要であり得るような物理的プロパティの向上を可能とする。かかるセパレータ又は前駆物質は、ロール、エンベロープ（又はポケット）、及びピースで生成することができ、高速自動化又は手動組立てによるセパレータの処理が利用されて高い生産性が望まれる場合に用いることができる。
【０１９２】
また、例えば主要な長手方向のリブに対向する横断方向又は横リブを追加することによって、電池内部の処理及び性能に必要な物理的プロパティを維持しながら、セパレータの質量を低減することができる。対向側に横断リブを追加する場合に主要リブの質量を低減させて、所望の全体的なセパレータ厚を達成する（主要リブ＋バックウェブ＋横断リブ）。また、横断方向又は横断リブを追加することで、剛性等の生産性プロパティを維持すると共に電池寿命の間の摩耗及び酸化裂け及び割れからシートを保護しながら、シートの厚さを小さくすることができる。
【０１９３】
少なくとも１つの実施例又は実施形態によれば、負極に接触する鉛酸セパレータの側に、小さい、密な間隔の横断方向のリブを追加する（好ましくは正側の主要リブに加えて）。小さい、密な間隔の負側の横断方向リブは、限定ではないが、連続的又は不連続的な正弦波、対角線、又は直線のリブ・パターンを含む多くの異なる形態とすることができる。処理を容易にするため、丸みのある直線リブが好適であり得る。
【０１９４】
正側の長手方向の主要リブは、例えば連続的又は不連続的な正弦波、対角線、又は直線のリブのような、実質的に長手方向に延出する多くの形態を取ることができる。処理を容易にするため、丸みのある直線リブが好適であり得る。日本設計と称されることが多いいくつかの電池設計では、正側にリブは存在せず、その代わりにセパレータの平坦な正側の面に重いガラス・マットが積層されている。このガラス・マット正側面セパレータの実施形態では、本発明の横断方向の負側のリブは、正側の長手方向リブを用いた実施形態と同じように機能する。正側の面は平滑又は平坦とするか、突起を有するか、リブを有するか、又は不織物を結合又は積層することができる。かかる不織物材料は、ガラス繊維、ポリエステル（ＰＥＴ）、リサイクルＰＥＴ、又はそれらの組み合わせ（本発明の反応性鉱物を用いるか又は用いない）等の、剛性、天然、有機又は無機材料又は混合物で形成することができる。セパレータは、切断されたピース・セパレータ又はラップ、エンベロープ、小袋、又はポケット・タイプのセパレータとすることができる。
【０１９５】
セパレータの少なくとも選択した特定の実施形態又は実施例に関して、好適なセパレータは以下を有する。
（１）横断方向リブの高さ− 好ましくは約０．０２から０．３０ｍｍの間であり、最も好ましくは約０．０７５から０．１５ｍｍの間である。
（２）シート（基板）の厚さ− 好ましくは約０．０６５から０．７５ｍｍの間である。
（３）全体的な厚さ（正側リブ＋バックウェブ＋負側リブ）− セパレータの全体的な厚さは約０．２００から４．０ｍｍの間であると好ましい。
（４）質量低減− 好ましくは５％よりも大きく、更に好ましくは１０％よりも大きい。横方向のリブは、セパレータの横断方向の剛性を増大させ、バックウェブ又は基板の厚さを小さくすることができる。横断方向の剛性を維持し増大させながら、バックウェブ及び正側リブの双方から質量を除去することができる。また、横断方向の負側リブはセパレータの全体的な厚さに寄与する。従って、負側横リブの高さによって、長手方向の正側リブの高さを直接小さくすることができる。
（５）セパレータのタイプ− セパレータは、微小孔又はマクロ孔熱可塑性物質、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、及びそれらの混合物、並びにゴム、ポリオレフィン、フェノール、交差結合フェノール樹脂、セルロース、ガラス、又はそれらの組み合わせ等の多孔物質から形成することができる。
【０１９６】
負側横リブの追加による付加的な又は代替的な利点は以下を含む。
（１）電気的抵抗の低下− 負側横リブのプロファイル設計によって、横断方向の曲げ剛性を同等に維持又は増大しつつ質量を除去することができるので、観察される電気的抵抗は好ましくは低くなる。
（２）割れの伝播の最小化− セパレータが過度に酸化すると、バックウェブに亀裂又はひびが生じ、主要な長手方向リブに並行に延出する可能性がある。負側横リブは、例えばリブの余分な質量のため、かかる割れの伝播を阻止すると好ましい。
（３）側面整合− 組立てプロセスにおいて、ストラップを与えて正極及び負極をそれぞれ接続する前に、包んだ板を水平方向及び垂直方向に整合する。垂直方向の整合では、正側リブが、セパレータ及び板が相互に接触した際にスライドする手段を提供する。典型的な側面の整合では、負側板が平坦なバックウェブに接触するとスライドすることができる。負側の横断方向リブは、与える表面が小さく、側面整合動作を促進することが好ましい。
【０１９７】
少なくとも１つの実施形態によれば、セパレータは、処理オイル及び析出シリカ及び／又は反応性鉱物の充填物と混合した超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成される。少なくとも１つの特定の実施形態によれば、負側横リブは、２〜６ミルの半径及び１０〜５０ミルのリブ間隔を有することが望ましい。
【０１９８】
少なくとも選択した実施形態によれば、電池セパレータは多孔膜を含み、この多孔膜は、バックウェブと、バックウェブの正側の少なくとも２行の正側リブと、バックウェブの負側の複数の負側横リブ又は横断方向リブと、を有する。正側リブは、直線状又は波状とすることができ、中実部を有することができ、切頭角錐形状を有することができる。膜は、ポリオレフィン、ゴム、ポリ塩化ビニル、フェノール、セルロース、又はそれらの組み合わせの群から選択することができ、膜は好ましくは蓄電池のための電池セパレータを形成するポリオレフィン物質である。
【０１９９】
電池セパレータは、電池の正極及び負極を分離させるために用いられ、典型的に微小孔を有するのでイオンがこれを通過して正極及び負極に到達可能となっている。自動車又は産業用電池のいずれかの鉛／酸蓄電池では、電池セパレータは典型的に、バックウェブ及びバックウェブ上にある複数の正側リブを有する微小孔ポリエチレン・セパレータである。典型的に、自動車電池用セパレータは、連続した長さに形成して巻き、次いで折りたたみ、縁に沿って密閉して、電池の電極を収容する小袋を形成する。産業用（輸送業務用）電池のセパレータは、典型的に、電極板とほぼ同じサイズに切断する（ピース・セパレータ）。
【０２００】
プラスチック物質のシートから鉛／酸電池セパレータを形成する本発明の方法の一実施形態においては、シートをカレンダー成形してクロス又は負側の横断方向リブ又は突起を形成し、好ましくはカレンダー成形してシートの対向側に正側の長手方向リブ及び負側のクロス又は横断方向リブを同時に形成する。
【０２０１】
いったん電池を充分に充電し、電流を連続的に印加したら（すなわち過充電）、負側板に水素が発生し、正側板に酸素が発生する。水素が負側板に形成されると、これは負側板から離れる方向にセパレータを押してガス・ポケットを形成し、ガスが逃げるのを阻止することがある。本発明の少なくとも選択した実施形態はこの問題に対処し、改良された電池セパレータを提供することができる。例えば、裏面又は負側面に延出する負側横リブを、各正側リブの後ろの平坦な領域、割れ目、又はくぼみによって中断させることができる（図２６を参照のこと）。平坦部、割れ目、又はくぼみは、長手方向に延出して水素ガスを逃がすことができるチャネルを形成し、正側リブから可塑剤又は潤滑剤を抽出すること等を可能とする。水素ガスを逃がすことができるこのようなチャネルを有するセパレータが好適であり得る。
【０２０２】
少なくとも１つの実施形態によれば、セパレータは微小孔を有する熱可塑性物質から成り、長手方向の正側リブ及び横断方向の負側リブを備え、長手方向のリブの少なくとも大部分の高さは横断方向のリブのものよりも大きく、長手方向及び横断方向のリブはプラスチックから一体的に形成された中実リブであり、横断方向のリブはセパレータの裏側のほぼ全幅にわた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から０．５０ｍｍ、長手方向のリブの高さは０．３から２．０ｍｍ、横断方向のリブの高さは０．１から０．７ｍｍ、１００ｍｍ幅の長手方向の剛性は約５ｍＪ、横断方向の剛性は約２．５ｍＪ、セパレータの全厚は２．５ｍｍ未満とすることができる。
【０２０３】
本発明に従ったセパレータは、従来のポリエチレン・セパレータと同様に製造し、反応性鉱物の充填物、負側横リブを形成するための溝を有する負側ロール、溝を有しないか又は浅い溝を有する正側ロール等を追加又は置換することができる。好適な方法では、充填物を含むプラスチック物質をスロット・ダイにより押し出してフィルムを形成し、次いで２つのカレンダー・ロール（正側ロール、負側ロール）を通し、これによって正側の長手方向リブ及び負側の横断方向リブを生成し、セパレータ・シートを所望の厚さまで薄くする。正側ロールは浅い円周方向の又は環状の溝を有し、これによって、正側の長手方向リブ及びランド又は平滑領域又はポケットの縁を密閉するためのセパレータ上の平滑領域を形成するストライプを形成することができる。負側ロールは浅い軸方向の溝を有し、これによって横リブを形成することができる。また、負側ロールは、浅い軸方向の離間した溝の集合を有し、それらの間に平滑なランド又は領域（例えば溶接ゾーンのため）を生成することができる。
【０２０４】
負側横リブを有する本発明によるセパレータは、好ましくは、かかる横断方向のリブを有しないものよりも機械加工性が良好であり、横断方向の剛性向上の結果としてセパレータ・トラックの案内が優れており、横断方向の剛性向上により電極板をポケットに配置するための処理性が改善しているはずである。更に、シート厚さが大幅に低減し、結果として電気的抵抗が低下したセパレータの生成が可能となるはずであり、これは一定の電池体積で電池出力を常に増大させる取り組みに関して特に重要である。本発明によるセパレータは、従来の機械で容易にポケットを形成するように処理可能であるはずである。追加の横断方向の負側リブは、熱又は超音波手段を用いたポケットの溶接において、又はポケット生成のための機械的プロセスにおいて、問題を引き起こさないはずである。
【０２０５】
少なくとも１つの特定の実施形態において、弾性プラスチックで形成され、鉛酸蓄電池で用いるのに適したセパレータは、内部領域及び２つの周辺領域を有するシート物質を含み、このシート物質は、更に長手方向に延出する正側リブを有し、内部領域の長手方向のリブは周辺領域のものよりも広く離間しており、更に横断方向に延出する負側リブを有する。
新規の又は改良された鉛酸電池は、好ましくは、負極から離間した正極を収容する筐体を含むことができ、正極と負極との間に多孔セパレータが位置し、正極と負極との間に電解質がイオン連通し、筐体、セパレータ、正極、負極、及び電解質の少なくとも１つが、少なくとも１つの天然又は合成のヒドロキシアパタイト鉱物を含む。
【０２０６】
新規の又は改良された鉛酸電池は、好ましくは、負極から離間した正極を収容する筐体を含むことができ、正極と負極との間に多孔セパレータが位置し、正極と負極との間に電解質がイオン連通し、筐体、セパレータ、正極、負極、及び電解質の少なくとも２つが、少なくとも１つの天然又は合成のヒドロキシアパタイト鉱物を含む。
新規の又は改良された鉛酸電池は、好ましくは、負極から離間した正極を収容する筐体を含むことができ、正極と負極との間に多孔セパレータが位置し、正極と負極との間に電解質がイオン連通し、筐体、セパレータ、正極、負極、及び電解質の少なくとも３つが、少なくとも１つの天然又は合成のヒドロキシアパタイト鉱物を含む。
【０２０７】
新規の又は改良された鉛酸電池は、好ましくは、負極から離間した正極を収容する筐体を含むことができ、正極と負極との間に多孔セパレータが位置し、正極と負極との間に電解質がイオン連通し、筐体、セパレータ、正極、負極、及び電解質の少なくとも４つが、少なくとも１つの天然又は合成のヒドロキシアパタイト鉱物を含む。
【０２０８】
新規の又は改良された鉛酸電池は、好ましくは、負極から離間した正極を収容する筐体を含むことができ、正極と負極との間に多孔セパレータが位置し、正極と負極との間に電解質がイオン連通し、筐体、セパレータ、正極、負極、及び電解質の各々が、少なくとも１つの天然又は合成のヒドロキシアパタイト鉱物を含む。
【０２０９】
本発明の新規の又は改良されたセパレータは、鉛酸電池セパレータ、始動時に用いられるセパレータ、ディープ・サイクリング及び待機電力電池用途、又は、始動、静止、起動力及びディープ・サイクル鉛酸電池用途等の用途で用いる液式、ゲル、及びＡＧＭ電池タイプにおいて、並びに、液式及び特別の鉛酸電池用途、及び／又は特に優れた鉛酸ゲル電池において、用途を見出すことができる。更に、かかるセパレータは、他の電池、蓄電池、キャパシタ等においても使用可能である。
【０２１０】
少なくともいくつかの実施形態によれば、ヒドロキシアパタイト鉱物の少なくとも１つのソース（すりつぶした魚粉等）を追加して、シリカ充填セパレータにおけるシリカ充填物の一部を、シリカの約１％から５０％、更に好ましくは約５％から３０％、最も好ましくは約１０％から２０％の置換レベルで置換することが好ましい。
【０２１１】
少なくとも他のいくつかの実施形態によれば、ヒドロキシアパタイト鉱物の少なくとも１つのソース（すりつぶした魚粉等）を、充填セパレータにおける充填物として、約１％から７５％、更に好ましくは約５％から５０％、最も好ましくは約１０％から３０％の充填物レベルで加えることが好ましい。
【０２１２】
少なくとも他の実施形態によれば、ヒドロキシアパタイト鉱物の少なくとも１つのソース（すりつぶした魚粉等）を、電池セパレータにおける充填物として、セパレータの約１％から７５％重量パーセント、更に好ましくは約２％から３５％、最も好ましくは約５％から２０％のレベルで加えることが好ましい。
【０２１３】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、微小孔鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとしてＰＩＭＳ鉱物を利用するという新規と考えられる概念が提供される。１つの特定の実施形態又は実施例によれば、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）は、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして提供される。
【０２１４】
本発明の少なくともいくつかの実施形態によれば、微小孔鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとして１つ以上の天然又は合成のＰＩＭＳ鉱物を利用するという新規の概念が提供される。いっそう具体的な実施形態又は実施例によれば、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）は、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして提供される。少なくとも選択した実施形態によれば、本発明は、重金属除去機能を有する新規の又は改良された電池、セパレータ、コンポーネント、及び／又は組成物、及び／又はその製造方法及び／又は使用方法を対象とする。
【０２１５】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、微小孔ＰＥ  ＩＳＳ鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとしてＰＩＭＳ鉱物を利用するという新規と考えられる概念が提供される。１つの特定の実施形態又は実施例によれば、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）は、シリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして提供される。
【０２１６】
鉛電池業界内の一般的な故障の形は、「水和短絡」の現象である。水和短絡を防ぐための従来の手法は、電池製造中に電解質に硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）を追加することから成る。この手法には追加の製造ステップが必要であり、電池処理に複雑さが増す。硫酸ナトリウムの追加は水和短絡を「隠す」ように作用する。
【０２１７】
本発明によれば、多種多様なＰＩＭＳ鉱物が識別されており、そのうちいくつかは鉛親和性について評価されている。魚骨（市販の、実験室ですりつぶした魚粉等）から得たＰＩＭＳ鉱物は、評価した他の天然又は合成のサンプルに比べ鉛イオンの親和性が最大であることが示されている。
少なくとも選択した実施形態によれば、ＩＳＳ鉛酸電池セパレータにＰＩＭＳ鉱物を組み込むこと、好ましくは魚骨から得たＰＩＭＳ鉱物を組み込むことによって、鉛の低減を達成する。
【０２１８】
本発明の少なくとも選択した実施形態によれば、微小孔ＩＳＳ鉛酸電池セパレータ内の充填物コンポーネントとしてＰＩＭＳ鉱物を利用するという新規と考えられる概念が提供される。１つの特定の実施形態又は実施例によれば、ＰＩＭＳ鉱物（好ましくは魚粉、バイオミネラル）は、最新のシリカ充填鉛酸電池セパレータ（好ましくはポリエチレン／シリカ・セパレータ配合物）におけるシリカ充填物コンポーネントを少なくとも部分的に置換するものとして提供される。
【０２１９】
本発明の少なくとも選択した実施形態又は目的によれば、以下が提供される。
負側横リブ、３：１よりも大きいシリカ対ポリマー比、及び充填物コンポーネントとして１つ以上のＰＩＭＳ鉱物の少なくとも１つを有するＩＳＳ電池セパレータ。
１つ以上の魚骨又は魚粉充填物を有する上記のＩＳＳ電池セパレータ。
セパレータが、シリカ充填物の少なくとも一部を置換した魚骨又は魚粉充填物を有するシリカ充填ポリエチレン電池セパレータである、上記のＩＳＳ電池セパレータ。
【０２２０】
液式鉛酸電池において、上述のＩＳＳ電池セパレータを含む改良。
ＩＳＳ電気システムにおいて、上述の電池を含む改良。
電荷受容、電力送出、水和短絡の低減、サイクル・ライフの改善、及び酸の層形成の低減を同時に最適化した多数のセパレータ・プロパティを有するＩＳＳ電池セパレータ。
ＩＳＳ鉛酸電池において、上述のセパレータを含む改良。
ＩＳＳ車両において、上述の電池を含む改良。
【０２２１】
以下の改良、特性、変更、修正、強化、性能、特徴、プロファイル、形状、構成、構造、部分、属性、空間、厚さ、比率、配合、混合、配合物、添加物、薬剤、コーティング、層、積層物、マット、不織物、表面、含有物、効果、実施形態、又は実施例の少なくとも３つを含む電池セパレータ。
【０２２２】
（１）電荷受容／電力送出− 電荷受容／電力送出の増大を促進するためのセパレータの好適な特性又は変更：
ａ．低いか又は更に低い電気的抵抗（ＥＲ）− 以下の方法によるセパレータＥＲの最小化：
【０２２３】
ｉ．より小さいバックウェブ（ＢＷ）厚さ− ＢＷ厚さを７５から１５０ミクロン間に縮小し、次いで負側横リブを用いることで横断方向の剛性を強化することによって、１５０から２５０ミクロン間の範囲である典型的な値からＢＷ厚さを縮小する、
ｉｉ．シリカ対ポリマー比の増大− ポリマー含有量に対するシリカ投入を増大し、約３．０／１．０から５．０／１．０のシリカ対ポリマー比を有する、
【０２２４】
ｉｉｉ．超高オイル吸収（高表面積）シリカ（多孔率の増大）− 高表面積のシリカを含み（例えば＞２００ｇ／ｍ２）、これによって典型的には高オイル吸収が得られ、孔形成剤の量は押し出しプロセスにおいて重量で約７０から８０％である、
ｂ．ガス閉じ込めの最小化− ガス閉じ込めの可能性を低減させる：
ｉ．積層構造及び修正− ガス閉じ込めを低減するための修正した積層構造、
【０２２５】
１．ガス泡を剥離させる表面エネルギを修正するための化学物質又はプラズマによる積層物の処理、
２．泡領域を凝固させ、積層物マトリクスを逃がすことを可能とするための穿孔、
３．凝集剤の追加、
４．形成中の積層物の構造の変更、
５．積層構造に対するポリマー繊維及び／又は整形ポリマー繊維の追加、
６．湿潤剤（又は界面活性剤）の追加、
７．ガス泡が構造に付着する可能性を低くするような積層物の繊維構造上の方位の変更、
８．単に泡付着の場所を少なくするような構造の厚さの最小化、
【０２２６】
ｉｉ．湿潤剤の選択− より疎水性の湿潤剤の使用、エトキシル化脂肪アルコールを用いる、
ｉｉｉ．セパレータの横リブ（負側及び／又は正側）− ガス泡の凝集又は移動を促進し、ガスが板間から逃げることを可能とするため、又はガス閉じ込めの可能性を低下させるため、小さい負側横リブを有する、
【０２２７】
ｉｖ．ガスの凝集− ガス泡が迅速かつ効率的に成長して、セパレータから解放されて前記板間の領域から出るまでになるための凝集場所として作用するセパレータ上の領域を有する、
１．プロファイル形状（粗さ）− ガス凝集を増大させるためにセパレータの表面上にナノ構造を追加し、かかるナノ構造は、角錐、山形、又は柱の形態を取ることができ、カレンダー、レーザ除去、又は制御された化学的酸化によって形成可能である、
【０２２８】
２．添加物− セパレータのマトリクス内（又は表面上）に添加物を組み込んで、それらが表面構造又はエネルギを変更させて臨界体積まで発生した小さいガス泡の凝集を促進する領域を表面上に提供し、添加物は炭素繊維、カーボン・ナノチューブ、又は硫酸バリウムとすることができる、
【０２２９】
（２）水和短絡（妨害、遅延、低減、排除）− 水和短絡を妨害するために電解質に硫酸ナトリウムを追加する、又は
ａ．共通イオン効果− セパレータ・マトリクス及び／又は積層物材料内に（含浸によって等で）硫酸ナトリウムを組み込む、
【０２３０】
ｂ．重金属封鎖− アパタイト、ヒドロキシアパタイト鉱物、すりつぶした魚粉、ゼオライト、リグニン、ラテックス、又はゴム誘導体をセパレータ内に（又はセパレータ表面上に、積層物質内に、電解質内に、電池ケース内に等）組み込むことによって溶液内にある鉛イオンを封鎖して水和短絡形成を妨害する、
【０２３１】
ｃ．添加物の配置− セパレータのマトリクス内に（好ましくはシリカの一部を置換する充填物として）、セパレータ上にコーティングして、積層構造上にコーティング又は積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに電池ケースの容器上にコーティングして、又は電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して添加物を有する、
【０２３２】
ｄ．より低いか又は低減させた酸変位− 以下を含むセパレータ修正による：
ｉ．薄いバックウェブ− 横リブの追加（好ましくは上述のような負側横リブ）、多孔率の増大、又はセパレータのリブ質量の低減によってバックウェブ（ＢＷ）厚さを縮小する、
ｉｉ．のこぎり状／頂銃眼リブ− リブから質量を除去するためにのこぎり状又は頂銃眼リブ設計を用いる、
【０２３３】
（３）サイクル・ライフの改善− 以下のようにセパレータを修正することによる：
ａ．積層構造− 正側グリッドに正側活性質量を保持するために積層物を利用する、
ｉ．ガラス・マット− 圧縮厚が０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲である、異なる繊維長及び幅を有するガラス・マットを利用する、
ｉｉ．合成不織物− 不織物ポリマー・マット、ポリエステル・マットを利用する、
【０２３４】
ｉｉｉ．ハイブリッド− ガラス繊維をポリマー繊維と混合したハイブリッド・マットを利用する、
ｂ．プロファイル選択− プロファイル設計選択による酸変位の低減に寄与し、リブ高を小さくしたか、リブを狭くしたか、又は頂銃眼リブを用いた密なリブ間隔を有するプロファイルを用いる、
【０２３５】
ｃ．ポリアスパラギン酸− セパレータのマトリクスに直接、又はセパレータ上にコーティングして、積層構造上にコーティング又は積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに電池ケースの容器上にコーティングして、又は電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して、ポリアスパラギン酸を追加する、
ｄ．圧縮− Ｉビーム・リブ・プロファイル等、サイクル・ライフを向上させるために、圧縮性、可撓性、又は弾力性のリブ構造を用いる、
【０２３６】
（８）酸の層形成− 電池がある程度過充電されると、水の電気分解が促進される、又は
ａ．プロファイル選択− セパレータの表面全体に水平方向のリブを組み込む、
ｂ．積層構造− ポリエチレン・セパレータに取り付けた積層構造を追加し、物質全体で、あるパターンに繊維を整合し、ポリエチレン・セパレータの正側及び負側の面の双方に積層構造を追加する、
【０２３７】
ｃ．表面積− セパレータ構造の表面積を増大させ、積層構造の繊維直径を縮小し、又はシリカのタイプ又は濃度によってセパレータの内表面を増大させる、多孔率を上昇させる、横リブを有する、
ｄ．酸の固定化− 酸を適切な位置に保持する傾向がある横リブを有することで酸を固定化し、積層物及び／又はセパレータ表面上にシリカ層を追加し、又は酸を「ゲル化」するために積層物にシリカを追加し、又はDaramic AJS技術を利用する、
【０２３８】
ｅ．ポリエチレン／吸収性ガラス・マット・ハイブリッド− ＡＧＭセパレータ内部又はその一方側上に平坦なＰＥセパレータ膜を組み込む、
【０２３９】
ｆ．他の積層物ハイブリッド− 許容可能なセパレータを形成するために、平坦なＰＥセパレータ膜と関連付けた不織物又は他のガラス・マットで、他の積層システムを利用する。
負側横リブを有する上述のセパレータ。
鉛酸電池において、上述のセパレータを含む改良。
【０２４０】
ディープ・サイクル、ＩＳＳ、又はマイクロ・ハイブリッド・セパレータ等の電池セパレータであって、以下の少なくとも２つを含む：酸の層形成を最小限に抑えるのに役立ち、従来のセパレータよりも占有する体積が約１５％小さく、負側横リブを有し、水平方向に多数の小さい小型リブを有し、酸勾配が生じることを防止する機械的バリアを有し、重い酸が下方に流れるのを防ぐ数百の小型ダムを有し、電極表面全体で均一に数百の小型の酸のプールを生成する数百の小型ダムを有し、マイクロ・ハイブリッド電池等において電力送出を向上させると共に酸の層形成を低減する特性。
【０２４１】
シリカ充填電池セパレータを生成する方法において、シリカ充填物の少なくとも一部を少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物で置換することを含む改良。
【０２４２】
鉛酸電池において、少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するセパレータ、コンポーネント、又は組成物；少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有する電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、不織物、マット、紙、コーティング、表面、イン・モールド（in-mold）、充填物、電極、電極配合物、電解質、ポリマー組成物、又は樹脂組成物；少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するポリマー又は樹脂組成物；シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられた少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を有するシリカ充填微小孔鉛酸電池セパレータ；シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられたすりつぶした魚粉を有するシリカ充填微小孔ポリエチレン鉛酸電池セパレータ、又はそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む改良。
【０２４３】
本発明、その精神及び本質的な属性から逸脱することなく他の形態で具現化することができ、従って、本発明の範囲を示すものとして、前述の規定ではなく添付の特許請求の範囲を参照するものとする。
【図１】
2013542558.tif 000006
【図２】
2013542558.tif 000007
【図３】
2013542558.tif 000008
【図４】
2013542558.tif 000009
【図５】
2013542558.tif 000010
【図６】
2013542558.tif 000011
【図７】
2013542558.tif 000012
【図８】
2013542558.tif 000013
【図９】
2013542558.tif 000014
【図１０】
2013542558.tif 000015
【図１１】
2013542558.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2013542558.tif 000018
【図１４】
2013542558.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
2013542558.tif 000021
【図１７】
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【図１９】
2013542558.tif 000023
【図２０】
2013542558.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2013542558.tif 000031
【図２８】
2013542558.tif 000032
【図２９】
2013542558.tif 000033
【図３０】
2013542558.tif 000034
【図３２】
2013542558.tif 000035
【図３３】
2013542558.tif 000036
【図１８】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月18日(2012.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負側横断リブ、３〜５：１の範囲のシリカ対ポリマー比のシリカ及びポリマー、及び充填物コンポーネントとして１つ以上のアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物の少なくとも１つを有するＩＳＳ（アイドル・ストップ・スタート）電池セパレータ。
【請求項２】
前記アパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物は、１つ以上の魚骨又は魚粉充填物である請求項１に記載のＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項３】
前記セパレータが、前記シリカ充填物の少なくとも一部を置換した前記魚骨又は魚粉充填物を有するシリカ充填ポリエチレン電池セパレータである、請求項２に記載のＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のＩＳＳ電池セパレータを含む液式鉛酸電池。
【請求項５】
請求項４に記載の電池を含むＩＳＳ電気システム。
【請求項６】
電荷受容、電力送出、水和短絡の低減、サイクル・ライフの改善、及び酸の層形成の低減を同時に最適化した多数のセパレータ・プロパティを有するＩＳＳ電池セパレータ。
【請求項７】
請求項６に記載のセパレータを含むＩＳＳ鉛酸電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池を含むＩＳＳ車両。
【請求項９】
以下の（１）〜（４）の改良、特性、変更、修正、強化、性能、特徴、プロファイル、形状、構成、構造、部分、属性、空間、厚さ、比率、配合、混合、配合物、添加物、薬剤、コーティング、層、積層物、マット、不織物、表面、含有物、効果、実施形態、又は実施例の少なくとも３つを含む電池セパレータであって、
（１）電荷受容／電力送出− 電荷受容／電力送出の増大を促進するためのセパレータの特性又は変更、
ａ．低いか又は更に低い電気的抵抗（ＥＲ）− 以下の方法によるセパレータＥＲの最小化、
ｉ．より小さいバックウェブ（ＢＷ）厚さ− 前記ＢＷ厚さを７５から１５０ミクロン間に縮小し、次いで負側横断リブを用いることで横断方向の剛性を強化することによって、１５０から２５０ミクロン間の範囲である典型的な値から前記ＢＷ厚さを縮小する、
ｉｉ．シリカ対ポリマー比の増大− 前記ポリマー含有量に対するシリカ投入を増大し、約３．０／１．０から５．０／１．０のシリカ対ポリマー比を有する、
ｉｉｉ．超高オイル吸収（高表面積）シリカ（多孔率の増大）− 高表面積のシリカを含み（例えば、２００ｇ／ｍ２を超える）、これによって典型的には高オイル吸収が得られ、孔形成剤の量は押し出しプロセスにおいて重量で約７０から８０％である、
ｂ．ガス閉じ込めの最小化− ガス閉じ込めの可能性を低減させる、
ｉ．積層構造及び修正− ガス閉じ込めを低減するための修正した積層構造、
１．ガス泡を剥離させる表面エネルギを修正するための化学物質又はプラズマによる前記積層物の処理、
２．泡領域を凝固させ、前記積層物マトリクスを逃がすことを可能とするための穿孔、
３．凝集剤の追加、
４．形成中の前記積層物の構造の変更、
５．前記積層構造に対するポリマー繊維及び／又は整形ポリマー繊維の追加、
６．湿潤剤（又は界面活性剤）の追加、
７．ガス泡が前記構造に付着する可能性を低くするような前記積層物の繊維構造上の方位の変更、
８．単に泡付着の場所を少なくするような前記構造の厚さの最小化、
ｉｉ．湿潤剤の選択− より疎水性の湿潤剤の使用、エトキシル化脂肪アルコールを用いる、
ｉｉｉ．セパレータ横断リブ（負側及び／又は正側）− ガス泡の凝集又は移動を促進し、前記ガスが板間から逃げることを可能とするため、又はガス閉じ込めの可能性を低下させるため、小さい負側横断リブを有する、
ｉｖ．ガスの凝集− ガス泡が迅速かつ効率的に成長して、前記セパレータから解放されて前記板間の領域から出るまでになるための凝集場所として作用する前記セパレータ上の領域を有する、
１．プロファイル形状（粗さ）− ガス凝集を増大させるために前記セパレータの表面上にナノ構造を追加し、かかるナノ構造は、角錐、山形、又は柱の形態を取ることができ、カレンダー、レーザ除去、又は制御された化学的酸化によって形成可能である、
２．添加物− 前記セパレータのマトリクス内（又は表面上）に添加物を組み込んで、それらが表面構造又はエネルギを変更させて臨界体積まで発生した小さいガス泡の凝集を促進する領域を前記表面上に提供し、前記添加物は炭素繊維、カーボン・ナノチューブ、又は硫酸バリウムとすることができる、
（２）水和短絡（妨害、遅延、低減、排除）− 水和短絡を妨害するために電解質に硫酸ナトリウムを追加する、又は
ｃ．共通イオン効果− 前記セパレータ・マトリクス及び／又は積層物材料内に（含浸によって等で）硫酸ナトリウムを組み込む、
ｄ．重金属封鎖− アパタイト、ヒドロキシアパタイト鉱物、すりつぶした魚粉、ゼオライト、リグニン、ラテックス、又はゴム誘導体を前記セパレータ内に（又は前記セパレータ表面上に、前記積層物質内に、前記電解質内に、前記電池ケース内に等）組み込むことによって溶液内にある鉛イオンを封鎖して水和短絡形成を妨害する、
ｅ．添加物の配置− 前記セパレータの前記マトリクス内に（好ましくは前記シリカの一部を置換する充填物として）、前記セパレータ上にコーティングして、前記積層構造上にコーティング又は前記積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに前記電池ケースの容器上にコーティングして、又は前記電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して添加物を有する、
ｆ．より低いか又は低減させた酸変位− 以下を含むセパレータ修正による、
ｉ．薄いバックウェブ− 横断リブの追加（好ましくは上述のような負側横断リブ）、多孔率の増大、又は前記セパレータのリブ質量の低減によって前記バックウェブ（ＢＷ）厚さを縮小する、
ｉｉ．のこぎり状／頂銃眼リブ− 前記リブから質量を除去するためにのこぎり状又は頂銃眼リブ設計を用いる、
（３）サイクル・ライフの改善− 以下のように前記セパレータを修正することによる
ｇ．積層構造− 正側グリッドに正側活性質量を保持するために積層物を利用する、
ｉ．ガラス・マット− 圧縮厚が０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲である、異なる繊維長及び幅を有するガラス・マットを利用する、
ｉｉ．合成不織物− 不織物ポリマー・マット、ポリエステル・マットを利用する、
ｉｉｉ．ハイブリッド− ガラス繊維をポリマー繊維と混合したハイブリッド・マットを利用する、
ｈ．プロファイル選択− プロファイル設計選択による酸変位の低減に寄与し、リブ高を小さくしたか、リブを狭くしたか、又は頂銃眼リブを用いた密なリブ間隔を有するプロファイルを用いる、
ｉ．ポリアスパラギン酸− 前記セパレータの前記マトリクスに直接、又は前記セパレータ上にコーティングして、前記積層構造上にコーティング又は前記積層構造内に含ませて、射出成形プロセスの前又は後のいずれかに前記電池ケースの容器上にコーティングして、又は前記電解質又は積層構造内の多孔バッグ又は小袋に配置して、ポリアスパラギン酸を追加する、
ｊ．圧縮− Ｉビーム・リブ・プロファイル等、サイクル・ライフを向上させるために、圧縮性、可撓性、又は弾力性のリブ構造を用いる、
（４）酸の層形成− 前記電池がある程度過充電されると、水の電気分解が促進される、又は
ｋ．プロファイル選択− 前記セパレータの前記表面全体に水平方向のリブを組み込む、
ｌ．積層構造− 前記ポリエチレン・セパレータに取り付けた積層構造を追加し、前記物質全体で、あるパターンに前記繊維を整合し、前記ポリエチレン・セパレータの正側及び負側の面の双方に積層構造を追加する、
ｍ．表面積− 前記セパレータ構造の表面積を増大させ、前記積層構造の繊維直径を縮小し、又はシリカのタイプ又は濃度によって前記セパレータの内表面を増大させる、多孔率を上昇させる、横断リブを有する、
ｎ．酸の固定化− 前記酸を適切な位置に保持する傾向がある横断リブを有することで前記酸を固定化し、前記積層物及び／又はセパレータ表面上にシリカ層を追加し、又は前記酸を「ゲル化」するために前記積層物にシリカを追加し、又はDaramic AJS技術を利用する、
ｏ．ポリエチレン／吸収性ガラス・マット・ハイブリッド− ＡＧＭセパレータ内部又はその一方側上に平坦なＰＥセパレータ膜を組み込む、
ｐ．他の積層物ハイブリッド− 許容可能なセパレータを形成するために、平坦なＰＥセパレータ膜と関連付けた不織物又は他のガラス・マットで、他の積層システムを利用する、電池セパレータ。  
【請求項１０】
負側横断リブを有する請求項９に記載の電池セパレータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電池セパレータを含む鉛酸電池。
【請求項１２】
ＩＳＳ（アイドル・スタート・ストップ）、又はマイクロ・ハイブリッド・セパレータから選ばれる電池セパレータであって、酸の層形成を最小限に抑えるのに役立ち、従来のセパレータよりも占有する体積が約１５％小さく、負側横断リブを有し、水平方向に多数の小さい小型リブを有し、酸勾配が生じることを防止する機械的バリアを有し、重い酸が下方に流れるのを防ぐ数百の小型ダムを有し、電極表面全体で均一に数百の小型の酸のプールを生成する数百の小型ダムを有し、マイクロ・ハイブリッド電池等において電力送出を向上させると共に酸の層形成を低減する特性の少なくとも２つを含む電池セパレータ。
【請求項１３】
シリカ充填物の少なくとも一部を少なくとも１つのアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物で置換することを含むシリカ充填電池セパレータの製造方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するセパレータ、コンポーネント、又は組成物、
少なくとも１つのアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有する電池ケース、電池部品、多孔バッグ、積層物、不織物、マット、紙、コーティング、表面、イン・モールド、充填物、電極、電極配合物、電解質、ポリマー組成物、又は樹脂組成物、
少なくとも１つの充填物コンポーネントとして少なくとも１つのアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物を利用した重金属除去機能を有するポリマー又は樹脂組成物；シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられた少なくとも１つのＰＩＭＳ鉱物を有するシリカ充填微小孔鉛酸電池セパレータ、
シリカ充填物を少なくとも部分的に置換するものとして与えられたアパタイトを含むＰＩＭＳ鉱物を有するシリカ充填微小孔ポリエチレン鉛酸電池セパレータ、又はそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む鉛酸電池。
【国際調査報告】
2013542558.tif 000039