(57)【要約】      （修正有）【課題】電池のサイクル寿命を向上させるセパレータを提供する。【解決手段】セパレータ１０、およびセパレータ上に設置される導電層１４を含み、導電層が電極に接触するように適用されることにより、電極からおよび電極への電流の新しいルートを提供する。【効果】電池セパレータは、正極と負極の間をイオンの流れが流動するのを許容しつつ、正極と負極の間を電子の流れが流動するのを防止する。さらに、セパレータは正極への及び正極からの電流の新しいルートを提供することにより、電池のサイクル寿命を延ばすことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池のサイクル寿命を延ばすための電池セパレータであって、
セパレータ、および
前記セパレータ上に設置される導電層を含み、
前記導電層が電極に接触するように適用されることにより、前記電極からおよび前記電極へ電流の新しいルートを提供することを特徴とする電池セパレータ。
【請求項２】
前記導電層が前記電池の正電極に接触するように適用されていることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項３】
前記導電層は前記電池の電極導電体より耐食性に優れ、これによって前記電極導電体の導電性能が劣化したとき前記電極導電体として機能することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項４】
前記導電層は前記電池の正電極導電体より耐食性に優れ、これによって前記正電極導電体の導電性能が劣化したとき前記正電極導電体として機能することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項５】
前記導電層が導電性材料からなる請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項６】
前記導電性材料は、鉛、金、アンチモン、ヒ素、亜鉛、バリウム、ベリリウム、リチウム、マグネシウム、ニッケル、アルミニウム、銀、錫およびこれらの合金からなる群より選択される請求項５に記載の電池セパレータ。
【請求項７】
前記導電性材料は、炭素繊維、黒鉛、炭素ナノチューブおよびバッキーボールからなる群より選択される請求項５に記載の電池セパレータ。
【請求項８】
前記導電層はストリップである請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項９】
前記導電層はスクリーンである請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１０】
前記導電層は薄片（ホイル）である請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１１】
前記導電層は細線（スレッド）である請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１２】
前記導電層は金属線（ワイヤ）である請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１３】
前記導電層は塗布膜である請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１４】
前記導電層は前記電池の上に前記導電層を接着剤で結合することにより設置される請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１５】
前記導電層は前記導電層を前記セパレータに熱融着することにより前記セパレータに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１６】
前記導電層は前記導電層を前記セパレータに塗布することにより設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１７】
前記セパレータはリブを有する請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１８】
前記導電層は前記リブのチップの上に塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の電池セパレータ。
【請求項１９】
請求項１に記載の電池セパレータが使用される鉛−酸電池。
【請求項２０】
電池のサイクル寿命を延ばすための電池セパレータであって、
チップを有するリブを有するセパレータ、および
前記セパレータ上に設置される導電層を含み、
前記導電層は前記チップに塗布された溶媒中に配置された銀粒子からなり、前記導電層が前記電池の正電極に接触するように適用されることにより、前記電極からおよび前記電極へ電流の新しいルートを提供することを特徴とする電池セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次電池に使用される電池セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池セパレータは、電池のセル内において負電極から正電極を分割または「分離」する構成要素である。電池セパレータは２つの主要な機能を有する。第１に、電池セパレータは、２つの電極間を電子の流れが通過するのを防ぐために正電極を負電極から分離する。第２に、電池セパレータは、最も少ない抵抗で正電極と負電極間のイオンの流れを許容する。電池セパレータは多くの異なる材料から作成されるが、これら２つの反対の機能は多孔質の不導体からなる電池セパレータによって最高に適合される。
【０００３】
電池を説明するための重要な要因は、到達可能なサイクル数または電池のサイクル寿命である。サイクル寿命は、容量の最低限度または機能停止に至るまで、電池が何回充電され、放電されるかを示すものである。サイクル寿命を有する電池としては、全ての２次電池、または数回再充電されることができる電池が挙げられる。鉛−酸電池に限らず、多くの２次電池が存在する。経済的およびエコロジー的理由により、高いサイクル寿命を有する電池が好ましい。
【０００４】
多くの電池は、正電極導電体の劣化のために低い電池寿命を有するか、または機能停止となる。正電極導電体は、通常、鉛−酸電池において網の形状をしており、電気化学プロセスの間の腐食によって劣化する。正電極導電体は、正電極上の電気化学プロセスの大きな影響により負電極より速く腐食する。電流が正電極導電体中を流れれば流れるほど正電極導電体はより速く腐食する。正電極導電体は、正電極に電子が流入または流出する手段を提供するので、電池の重要な構成要素である。したがって、正電極導電体が劣化するとき、電池に流入又は流出する電子の流れが悪化する。この悪化は、電池のパワーの悪化をもたらし、これによって電池の機能停止に至る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、電池のサイクル寿命を延ばす必要性がある。より特定的には、電池のサイクル寿命を延ばすために正電極導電体の寿命を延ばす必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は電池のサイクル寿命を延ばすための電池セパレータに関するものである。電池セパレータはセパレータおよび導電層を有する。導電層はセパレータ上に設置される。導電層は電池の正電極に接触するように適用され、これによって正電極から及び正電極への電流の新しいルートを提供する。
【０００７】
同じ番号は同じ構成要素を表す図面を参照すると、図１には、電池１２のサイクル寿命を延ばすための電池セパレータ１０の実施例が示されている。電池１２はいずれのタイプの電池であってよい。より特定的には、電池１２は電極導電体の劣化に影響を受けやすいいずれのタイプの電池であり得る。
【０００８】
少なくとも１つの電池セパレータ１０は電池１２（図１参照）に含まれ得る。好ましくは、１つの電池セパレータ１０は電池１２の各セル２４に含まれている。電池セパレータ１０は、正電極１６と負電極１７の間をイオンの流れが流動するのを許容しつつ正電極１６と負電極１７の間を電子の流れが流動するのを防止する。さらに、電池セパレータ１０は正電極へ及び正電極からの電流の新しいルートを提供することにより、電池１２のサイクル寿命を延ばすことができる。電池セパレータ１０は、正電極導電体１８の導電性能が悪化するとき正電極導電体として機能することにより電池１２のサイクル寿命を延ばす。電池セパレータ１０は、多孔質非導電体に限らず、公知の任意の電池セパレータ材料からなることができる。電池セパレータ１０は、平坦又はリブ２２を有するものに限らず、任意の大きさ、形状であることができる。好ましくは、電池セパレータ１０はリブ２２を有することができる（図２参照）。電池セパレータ１０は導電層１４を含むことができる。
【０００９】
導電層１４は電池セパレータ１２上に設置されることができる（図２参照）。導電層１４は電池１２の正電極１６に接触して適用される（図１参照）。導電層１４は正電極１６からおよび正電極への新しいルートを提供するためにある。導電層１４は、鉛、金、アンチモン、ヒ素、亜鉛、バリウム、ベリリウム、リチウム、マグネシウム、ニッケル、アルミニウム、銀、錫およびこれらの合金、炭素繊維、黒鉛、炭素ナノチューブまたはバッキーボールなどこれに限らない導電性材料からなることができる。カーボンナノチューブまたはバッキーボールは結合剤と共に媒体に分散され、電池セパレータに塗布される。導電層１４は正電極導電体１８より耐腐食性が強く、正電極導電体１８の導電性能が悪化するとき導電層１４が正電極導電体１８として機能することを可能にする。導電層１４は、０．８％ないし１．１７％の錫および０より大きく０．０１５％までの銀を含む鉛合金であることができる。導電層１４は０．０２％ないし０．０６％のカルシウム、０．３％ないし３％の錫および０．０１％ないし０．０５％の銀を含む鉛合金であることができる。導電層１４は、ストリップ、スクリーン、薄片（ホイル）、細線（スレッド）、金属線（ワイヤ）、コーティングなどとすることができる。導電層１４の厚さは、適当でよく、例えば、３μｍである。導電層１４は、接着剤、熱融着、塗布などこれに限定されず、任意の手段で電池セパレータ１０上に設置することができる。
【００１０】
リブ２２は電池セパレータ１０に含まれることができる。リブ２２は正電極１６と電池セパレータ１０の間の最大の距離を維持するためにある。リブ２２は電池１２における望まれる電解質の分散を達成することができる。リブ２２は任意の形状（直線、傾き、曲線など）または形（三角、円、四角など）とすることができる。リブ２２はチップ２６を含むことができる。
【００１１】
チップ２６はリブ２２の構成要素であることができる、チップ２６は各リブ２２の末端であることができる。チップ２２は、導電層２４が正電極導電体１６に接触することを許容する電池セパレータ１０上に導電層１４を設置するためのスペースを提供する。より具体的には、チップ２２は導電層１４が正電極導電体１６に接触するために特定の位置を提供し、これによって導電層１４は経済的目的のために最低限の量からなることができる。
【００１２】
例えば、図１−２に示されるように、電池セパレータ１０は多孔質導電体であることができ、チップ２６を有するリブ２２を有することができる。導電層１４は溶媒中に分散された銀の微粒子からできており、リブ２２のチップ２６上に塗布される。電池セパレータ１０は電池１３の各セル２４のセパレータとして使用することができる。
【００１３】
操作においては、電池セパレータ１０は電池セパレータの機能を果たす。すなわち、電池セパレータ１０は、２つの電極間に電流が流れるのを防ぐために、正電極１６を負電極１７から物理的に離すことができ、電池セパレータ１０は正電極１６と負電極１７間にイオン流が流れることを可能にする。これらの機能は電気化学プロセスが生じるのを可能にすることができ、電流が正電極から負電極へと流れ、電池１２にエネルギーを提供することを可能にする。
【００１４】
電池セパレータ１０は電池１２に電池のサイクル寿命の延長を提供する。電池のサイクル寿命の延伸は導電層１４によって達成されることができる。導電層１４は電池１２のサイクル寿命を延ばす２つの方法を提供する。
【００１５】
第一に、導電層１４は電池１２の正電極１６と接触するように適用され、導電層１４は導電性材料から作成され、導電性材料１４第２の正電極として機能することができる。これは、導電層１４が正電極からおよび正電極への新しい電流のルートを提供することを意味する。導電層１４によるこの新しいルートは正電極導電体１８を通る電流の量を減らすことができる。したがって、正電極導電体１８が劣化する速度が減少される。よって、導電層１４は電池１２のサイクル寿命を延ばすことができる。
【００１６】
第二に、導電層１４は正電極１６に接するように適用され正電極１６からおよび正電極への電流の新しいルートを提供し、また、導電層１４は正電極導電体１８より耐食性が強いので、正電極導電体１８の導電性能が悪化したとき導電層１４が正電極導電体として機能することができる。これは、正電極導電体の劣化のため電池が破壊したとき、導電層１４が正電極導電体として機能するので電池セパレータ１０を有する電池１２は破壊しないことを意味する。
【００１７】
以上のように、電池セパレータ１０、より特定的には、電池セパレータ１０上の導電層１４は電池１２のサイクルのサイクル寿命の延長の２つの方法を提供する。
【００１８】
試験１
１つの３板セルがリブの端部を導電性にする多様な選択肢を使用して構築された。次の記載は、使用された多くのアイディアに関するものである。
【００１９】
セルＡは、リブのチップに接着剤により付着された薄い純鉛のストリップを使用した。
【００２０】
セルＢは、複数の外側リブのチップに熱融着により付着されたアルミホイルを使用した。
【００２１】
セルＣ１およびＣ２は、電池の中心にホイルの押出し連続層を有するリブのチップに熱融着により付着されたアルミニウムホイルを使用した。ホイル性能を評価する２つの異なる方法が使用された。１つは大きな「窓」を使用するものであり、他方はホイル層に小さいスリットを使用するもので、これにより電解質が自由に流出するのを可能にする。
【００２２】
セルＤは試験のための材料であった。
【００２３】
ゼルＥはセパレータのリブのチップに塗布された銀の塗布剤（ＳＥＭコート試作に使用される溶媒中に分散された銀の微粒子）である。約１ｇの銀粉末がセパレータに、約２０μｍ層で適用された。
【００２４】
これらのセルが形成されて、次のサイクルにさらされた。１０Ａで１．６５Ｖまで放電された。２．５０Ｖ（限度１０Ａ）で充電されて１２０％Ａｈ除去された。１Ａで１．６５Ｖまで放電された。２．５０Ｖ（限度１０Ａ）で充電されて１２０％Ａｈ除去された。１Ａで１００時間で充電された。このサイクルは、容量が最初の容量の５０％未満に低下するまで繰り返された。
【００２５】
最初の試験の結果を示すチャートが図３に示されている。図３において、ｙ軸はサイクル１容量を表し、ｘ軸はサイクル数を表している。
【００２６】
試験１の結果に示されているように、導電層を有する電池セパレータは電池のサイクル寿命を延ばすことができる。電池セパレータに銀の塗布剤が塗布された他の選択肢に比べて約２倍続いた。
【００２７】
試験２
試験１の実行された試験およびその結果により、試験１の結果を検証するために試験２が開始された（図４参照）。この試験のため、総計６の完成した電池が作成された。３つがコントロールで、３つがリブのチップ上にシルバーを有する電池セパレータである。続いて、これら電池について、高温（７５℃）において次の点を変更したＳＡＥ  Ｊ−２４０寿命試験を行った。電池は社内で作成され、標準の規格またはセル相互間のコネクターを有しないので、ＣＣＡレートでの放電の代わりに、保存容量が測定された。
【００２８】
試験２の結果を示すチャートが図４に示されている。図４において、ｙ軸は数分内の容量を示し、ｘ軸は週の数を表す。コントロール電池は参照文字Ａで表され、試験電池は参照文字Ｂで表されている。
【００２９】
試験２の結果、リブ上に銀が塗布された電池はコントロール電池より長く続くことが確認された。
【００３０】
実施された２つの電池試験の結果を検討すると、電池セパレータ１０は電池のサイクル寿命を延ばす結果を示している。さらに、本発明の電池セパレータを有する電池の容量はコントロール電池より大きくなることができる。
【００３１】
本発明は、本発明の精神および本質的な帰結から離れない限り他の形で実施することができ、したがって、発明の範囲に関しては、明細書でなく特許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の電池セパレータの一実施例の電池の断片断面図である。
【図２】本発明の電池セパレータに一実施例の等大図である。
【図３】試験１の結果を示すグラフである。
【図４】試験２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電池セパレータ
１２  電池
１４  導電層
１６  正電極
１７  負電極
１８  正電極導電体
１９  負電極導電体
２２  リブ
２６  チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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