Мат из сочетания грубых стекловолокон и микростекловолокон, используемый в качестве сепаратора в свинцово-кислотной аккумуляторной батарее

Мат из сочетания грубых стекловолокон и микростекловолокон, используемый в качестве сепаратора в свинцово-кислотной аккумуляторной батарее

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Сепараторные маты используются в аккумуляторных батареях для физического разделения и электрической изоляции положительных и отрицательных электродов батареи, чтобы предотвращать нежелательное электрическое замыкание. Поскольку сепараторы должны быть способны выдерживать агрессивную химическую среду внутри батареи, сепараторы аккумуляторной батареи обычно бывают химически стойкими к используемому в батареях электролиту, который в свинцово-кислотных батареях часто представляет собой серную кислоту. В настоящее время существует несколько различных типов сепараторов аккумуляторных батарей, которые соответствуют определенному типу батареи. Например, в свинцово-кислотных батареях со свободным электролитом (т.е. свинцово-кислотных батареях, в которых жидкая серная кислота распределена по всему аккумулятору) обычно используется сепаратор, который включает стекловолокна с относительно большим размером волокна в диаметре. Электролит в таких батареях (например, серная кислота) в ходе использования батареи обычно остается в жидком виде и может течь через батарею и/или из батареи, если возникает трещина или утечка.

[0002] Другим типом батареи является свинцово-кислотная батарея с клапанным регулированием (valve-regulated lead-acid battery, VRLA), которая обычно включает иммобилизованный электролит (например, серную кислоту). Иммобилизованный электролит может находиться в виде геля и может оставаться в батарее, даже если в кожухе или оболочке батареи развивается трещина. В батареях VRLA может использоваться сепараторный мат (например, впитывающий стекломат (absorbed glass mat, AGM)) с относительно тонкими волокнами, такими как, например, стеклянные волокна с диаметром волокна примерно 3-5 микрон. Стекломаты из тонкого стеклянного волокна могут обладать высокой площадью поверхности, которая позволяет таким матам поглощать и/или удерживать электролит батареи (например, серную кислоту). Поглощение и/или удерживание электролита может быть связано с капиллярными эффектами. Поглощение и/или удерживание электролита может повышаться с уменьшением диаметра стекловолокна из-за повышения площади поверхности сепараторного мата. Однако, использование стекловолокон с меньшим диаметром может повысить сложность связывания стекловолокон между собой и/или может привести к образованию мата со слабо связанными волокнами. Для надлежащего связывания стекловолокон с малым диаметром может быть необходимо повышенное количество связующего (обычно менее 5% от массы мата). Повышенное количество связующего может негативно повлиять на пористость AGM. Например, многие AGM-маты выполнены с пористостью приблизительно 90%. Повышенное количество связующего может блокировать или закупорить поры в мате и тем самым снизить пористость матов. В некоторых традиционных AGM-матах не используется связующее, и они обладают 95%-ым или большим содержанием тонких волокон (например, 3-5 микрон). Полученный волокнистый мат может оказаться склонным к прокалыванию из-за роста дендритов, к смещению электрода из-за сил вибрации, и т.п. Как таковые, эти маты могут быть относительно слабыми (непрочными) и/или дорогостоящими в изготовлении.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Варианты воплощения описанного здесь изобретения предусматривают сепараторы батареи и способы обеспечения или изготовления сепараторов батареи. Согласно одному варианту воплощения предусмотрен сепаратор для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Такой сепаратор батареи включает нетканый волокнистый мат, который размещается между электродами батареи для электрической изоляции электродов. Нетканый волокнистый мат включает множество спутанных тонких волокон, которые обладают диаметрами волокон между примерно 0,05 и 5 микронами. Нетканый волокнистый мат также включает множество грубых волокон, которые смешаны с множеством спутанных тонких волокон. Множество грубых волокон включают волокна с диаметром волокна между примерно 8 и 20 микронами. Нетканый волокнистый мат дополнительно включает кислотостойкое связующее, которое соединяет множество спутанных тонких волокон с множеством грубых волокон с образованием нетканого волокнистого мата. Нетканый волокнистый мат может включать 60 процентов или более тонких волокон, 40 процентов или менее грубых волокон и 0,5-15% кислотостойкого связующего.

[0004] В некоторых вариантах воплощения с множеством спутанных тонких волокон и множеством грубых волокон может быть смешано множество полимерных волокон. В таких вариантах воплощения нетканый волокнистый мат может включать между примерно 0,1 и 15% множества полимерных волокон. В некоторых вариантах воплощения тонкие волокна могут иметь диаметры волокон 1 микрон или менее. В некоторых вариантах воплощения грубые волокна могут иметь диаметры волокон между примерно 10 микронами и примерно 20 микронами.

[0005] В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат может дополнительно включать дополнительный волокнистый мат, который расположен на поверхности нетканого волокнистого мата. Дополнительный волокнистый мат может включать множество грубых волокон, которые армируют нетканый волокнистый мат. В некоторых вариантах воплощения множество грубых волокон может быть расположено относительно множества спутанных тонких волокон с образованием множества прядей (например, тесьмы или ленты) на первой поверхности мата, образованного из множества спутанных тонких волокон, причем множество прядей простирается от ближней первой стороны мата к противоположной стороне мата. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат может включать второе множество спутанных тонких волокон, которые образуют дополнительный волокнистый мат. В таких вариантах воплощения дополнительный волокнистый мат может быть расположен на поверхности нетканого волокнистого мата с множеством грубых волокон, расположенных на одной по меньшей мере поверхности дополнительного волокнистого мата.

[0006] В некоторых вариантах воплощения связующее может быть стойким к серной кислоте и одновременно смачиваемым серной кислотой. Подходящий выбор связующих может включать эмульсию на акриловой основе или раствор связующих. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат может быть изготовлен посредством машины для изготовления нетканых материалов мокрым способом с использованием технологической воды (белой воды), имеющей pH более примерно 4. Вследствие неиспользования подкисленной воды этот способ может стать проще, безопаснее и менее дорогим по сравнению с типичным способом изготовления AGM-сепараторов. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат обладает капиллярной впитываемостью, или капиллярным подъемом, как определено в ISO8787, примерно 0,2-10 см менее чем за 10 мин. В других вариантах воплощения капиллярная впитываемость, или капиллярный подъем, если нетканый волокнистый мат составляет 1-10 см, а чаще 3-10 см, ниже 10 мин.

[0007] Согласно другому варианту воплощения предусмотрен сепаратор батареи. Сепаратор батареи включает множество первых волокон, которые образуют первый волокнистый мат. Множество первых волокон включают волокна с диаметром волокна между примерно 0,05 и 5 микронами, что позволяет первому волокнистому мату поглощать электролит батареи. Сепаратор батареи также включает множество вторых волокон, которые расположены на по меньшей мере одной поверхности первого волокнистого мата. Множество вторых волокон включают волокна с диаметром волокна между примерно 8 и 20 микронами. Множество вторых волокон может быть расположено на одной или более поверхностях первого волокнистого мата с образованием множества прядей, которые простираются между первой кромкой первого волокнистого мата и второй кромкой первого волокнистого мата, противоположной первой кромке.

[0008] В некоторых вариантах воплощения множество прядей может простираться практически от первой кромки первого волокнистого мата до второй кромки первого волокнистого мата. В некоторых вариантах воплощения сепаратор батареи может дополнительно включать второй волокнистый мат, который включает волокна с диаметром волокна между примерно 0,05 и 5 микронами, что позволяет второму волокнистому мату поглощать электролит. Второй волокнистый мат может быть расположен на поверхности первого волокнистого мата таким образом, что множество прядей расположены между первым волокнистым матом и вторым волокнистым матом.

[0009] В некоторых вариантах воплощения множество вторых волокон может быть расположено на первой поверхности первого волокнистого мата и второй поверхности первого волокнистого мата, противоположной первой поверхности, с образованием множества прядей и на первой поверхности, и на второй поверхности. Пряди на первой поверхности и второй поверхности могут простираться между первой кромкой первого волокнистого мата и второй кромкой первого волокнистого мата. В некоторых вариантах воплощения множество прядей может быть расположено таким образом, чтобы между соседними прядями имелось расстояние между 0 мкм и примерно 10 мм, а чаще - примерно 5 мкм и примерно 10 мм. В некоторых вариантах воплощения множество прядей может представлять собой первое множество прядей, а множество вторых волокон может быть дополнительно расположено на одной или более поверхностях первого волокнистого мата с образованием второго множества прядей, которые простираются между третьей кромкой первого волокнистого мата и четвертой кромкой первого волокнистого мата, противоположной третьей кромке. В таких вариантах воплощения второе множество прядей может быть приблизительно ортогональным первому множеству прядей.

[0010] Согласно другому варианту воплощения предусмотрен способ обеспечения сепаратора батареи. Способ включает обеспечение множества первых волокон с диаметром волокна между примерно 0,05 и 5 микронами и смешивание множества вторых волокон с множеством первых волокон. Множество вторых волокон включает волокна с диаметром волокна между примерно 8 и 20 микронами. Способ также включает нанесение кислотостойкого связующего на смешанные волокна для связывания множества первых волокон с множеством вторых волокон и тем самым образования армированного нетканого волокнистого мата, способного поглощать электролит батареи. Нетканый волокнистый мат может включать примерно 60 процентов или более первых волокон, 40 процентов или менее вторых волокон и 0,5-15% кислотостойкого связующего.

[0011] В некоторых вариантах воплощения способ может дополнительно включать смешивание множества полимерных волокон с множеством первых волокон и множеством вторых волокон. В таких вариантах воплощения нетканый волокнистый мат может включать между примерно 0,1 и 15% множества полимерных волокон. В некоторых вариантах воплощения способ может дополнительно включать обеспечение второго мата, содержащего множество первых волокон и соединяющего второй мат с нетканым волокнистым матом так, чтобы множество вторых волокон было расположено между нетканым волокнистым матом и вторым матом.

[0012] В некоторых вариантах воплощения способ может дополнительно включать размещение множества вторых волокон на поверхности мата, образованного из множества первых волокон, с образованием множества прядей на поверхности мата, которые простираются между первой кромкой мата и второй кромка мата, противоположной первой кромке. В таких вариантах воплощения множество прядей может быть расположено на поверхности стекломата с расстоянием между соседними прядями между примерно 5 мкм и примерно 10 мм.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Настоящее изобретение описано в сочетании с прилагаемыми чертежами:

[0014] ФИГ. 1 иллюстрирует различные элементы батареи согласно варианту воплощения изобретения.

[0015] ФИГ. 2A иллюстрирует армированный сепаратор батареи, включающий смесь тонких и грубых волокон, согласно варианту воплощения изобретения.

[0016] ФИГ. 2B иллюстрирует сепаратор батареи, включающий армирующий слой, согласно варианту воплощения изобретения.

[0017] ФИГ. 3 иллюстрирует сепаратор батареи, включающий тонковолокнистый мат, расположенный между двумя армирующими слоями, согласно варианту воплощения изобретения.

[0018] ФИГ. 4 иллюстрирует сепаратор батареи, включающий армирующий слой, расположенный между двумя тонковолокнистыми матами, согласно варианту воплощения изобретения.

[0019] ФИГ. 5A-5C иллюстрируют различные сепараторы батареи, включающие армирующий слой или слои согласно варианту воплощения изобретения.

[0020] ФИГ. 6 иллюстрирует способ обеспечения сепаратора батареи с армированным слоем согласно варианту воплощения изобретения.

[0021] ФИГ. 7 иллюстрирует другой способ обеспечения сепаратора батареи с армированным слоем согласно варианту воплощения изобретения.

[0022] ФИГ. 8 представляет собой график, иллюстрирующий повышение прочности на растяжение по направлению под прямым углом к ходу полотна на машине, в зависимости от процента потерь на прокаливание согласно варианту воплощения изобретения.

[0023] ФИГ. 9 представляет собой график, иллюстрирующий повышение прочности на прокол, в зависимости от процента потерь на прокаливание связующего согласно варианту воплощения изобретения.

[0024] На прилагаемых чертежах сходные компоненты и/или признаки могут иметь одинаковые цифровые обозначения. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа могут различаться по буквенному обозначению, следующему за цифровым обозначением, что позволяет различать между собой сходные компоненты и/или признаки. Если в спецификации используется только первое цифровое обозначение, описание применимо к любому из сходных компонентов и/или признаков, имеющих такое же первое цифровое обозначение, независимо от буквенного индекса.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Последующее описание приводит лишь примерные варианты воплощения и не должно рассматриваться как ограничивающее объем, применимость или конфигурацию раскрытия. Наоборот, последующее описание примерных вариантов воплощения будет предоставлять специалистам в данной области техники облегчающее описание для внедрения одного или более примерных вариантов воплощения. Следует понимать, что могут быть сделаны различные изменения в функции и расположении элементов без отступления от сущности и объема изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.

[0026] Конкретные подробности приведены в следующем описании для обеспечения полного понимания вариантов воплощения. Однако, обычному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что варианты воплощения могут быть реализованы на практике без этих конкретных подробностей. Также следует отметить, что отдельные варианты воплощения могут быть описаны в виде процесса, который изображен как блок-схема, схема последовательности операций, блок-схема потока данных, структурная схема или блочная диаграмма. Хотя блок-схема может описывать операции в виде последовательного процесса, многие из этих операций могут быть осуществлены параллельно или одновременно. В дополнение, порядок операций может быть реорганизован. Процесс может быть закончен, когда его операции завершены, но он может иметь дополнительные этапы, не обсуждаемые и не приведенные на фигуре. Кроме того, не все операции в любом конкретно описанном процессе могут иметь место во всех вариантах воплощения. Процесс может соответствовать способу, функции, процедуре, подпрограмме, части программы, и т.д.

[0027] В приведенном здесь описании использованы термины «тонкие волокна» и «грубые волокна» для общего описания волокон с различающимися друг относительно друга диаметрами волокна. Ссылка на тонкие волокна обычно означает, что такие волокна обладают меньшими диаметрами волокна, чем описанные грубые волокна, которые в некоторых вариантах воплощения могут составлять примерно 5 микрон или менее. Аналогично, ссылка на грубые волокна обычно означает, что такие волокна обладают большими диаметрами волокна, чем описанные тонкие волокна, которые в некоторых вариантах воплощения могут составлять примерно 5 микрон или более. Использование терминов «тонкие» или «грубые» не подразумевают других характеристик волокон помимо относительных размеров волокон, если только эти другие характеристики не описаны.

[0028] Варианты воплощения изобретения предусматривают сепараторы батареи и способы обеспечения или изготовления сепараторов батареи. В одном варианте воплощения сепаратор батареи может включать волокнистый мат, который включает тонкие волокна, которые могут представлять собой волокна с диаметром примерно менее примерно 5 микрон, обычно в диапазоне примерно 0,05-5 микрон, или примерно 2-3 микрона, или менее. В некоторых вариантах воплощения большинство тонких волокон может быть меньше примерно 1 микрона. Тонкие волокна мата могут позволить мату поглощать и/или удерживать электролит батареи, вследствие чего электролит удерживается в батарее, даже если кожух или оболочка батареи растрескивается или разрушается. Тонковолокнистый мат может быть аналогичен используемым в свинцово-кислотных батареях с клапанным регулированием (VRLA), таким как впитывающие стекломаты (AGM). В одном варианте воплощения используемые для мата тонкие волокна включают стекловолокна, хотя могут быть использованы и другие волокна, такие как органические волокна, которые могут быть добавлены к мату для различных целей, например, для повышения общей прочности.

[0029] Одним преимуществом таких тонковолокнистых матов является обеспечиваемая ими повышенная пористость, которая может достигать вплоть до 90% или выше в некоторых случаях. Тонковолокнистые маты также могут проявлять различные другие свойства, которые делают их исключительным выбором для использования в качестве сепараторов батареи. Однако недостаток тонковолокнистых матов может состоять в прочности мата. Например, в некоторых вариантах воплощения тонковолокнистые маты могут обеспечивать небольшую прочность на прокол. Как таковые, эти маты могут быть подвержены прокалыванию электродом из-за вибрационных или других сил, роста дендритов и т.п., что может закорачивать батарею.

[0030] В некоторых вариантах воплощения изобретение предусматривает слой грубых волокон на поверхности тонковолокнистого мата. Грубые волокна могут армировать тонковолокнистый мат и/или повышать прочность на прокол волокнистого мата. В некоторых вариантах воплощения грубые волокна могут включать волокна с диаметром волокна примерно 5 микрон или более, а, как правило, более примерно 10 микрон. В примерном варианте воплощения большинство грубых волокон может обладать диаметрами волокна между примерно 8 и примерно 30 микронами, а, как правило, между примерно 8 и примерно 20 микронами. Примеры грубых волокон, которые могут быть использованы, включают: стеклянные волокна, полимерные волокна, базальтовые волокна, полиолефиновые, полиэфирные и т.п. волокна, или смесь таких волокон.

[0031] В некоторых вариантах воплощения слой грубых волокон может включать множество волоконных прядей, которые однонаправленно или двунаправленно размещены на одной поверхности или на противоположных поверхностях тонковолокнистого мата. В другом варианте воплощения слой грубых волокон может включать грубоволокнистый мат, который расположен прилегающим и присоединенным к поверхности тонковолокнистого мата. Второй грубоволокнистый мат может быть расположен прилегающим и присоединенным к противоположной поверхности тонковолокнистого мата, вследствие чего тонковолокнистый мат может проложен или расположен между двумя грубоволокнистыми матами. В еще одном варианте воплощения два тонковолокнистых мата могут быть расположены прилегающими и присоединенными к противоположным поверхностям грубоволокнистого мата, вследствие чего грубоволокнистый мат проложен или расположен между двумя тонковолокнистыми матами. Как описано выше, слой грубых волокон может армировать тонковолокнистый мат и/или придавать тонковолокнистому мату повышенную прочность на прокол. Сочетание грубоволокнистых матов, слоев, волоконных прядей и т.п. с тонковолокнистыми матами может позволить изготавливать маты (тонко- и/или грубоволокнистые) без использования избыточного связующего, и/или может позволить использовать для тонковолокнистого мата волокна меньшего диаметра из-за армирования грубыми волокнами. Таким образом, затраты на изготовление могут быть снижены, поскольку избыточное связующее может не потребоваться, и/или могут быть повышены свойства поглощения/удержания, поскольку могут быть использованы волокна с меньшим диаметром.

[0032] Некоторые традиционные волокнистые маты имеют содержание микроволокон в диапазоне 5-30%. В некоторых из описанных здесь вариантов воплощения содержание микроволокон может составлять более примерно 60%. Варианты воплощения могут включать кислотостойкие волокна и связующее, поскольку маты обычно используются в свинцово-кислотных батареях. Некоторые традиционные маты также могут включать несколько слоев (например, 1-3 слоев), каждый из которых обладает относительно высокой пористостью и/или размерами пор менее примерно 1 микрона. В некоторых из описанных здесь вариантов воплощения мат, изготовленный с сочетанием грубых и тонких волокон, и/или с одним или более слоев мата, не обладает достаточно высокой пористостью и/или размерами пор менее примерно 1 микрона. В некоторых вариантах воплощения тот слой описанных здесь матов, который изготовлен из грубых волокон, может не обладать настолько хорошей скоростью поглощения (впитывания) электролита, как слой мата, изготовленный из тонких волокон. Напротив, некоторые традиционные маты включают несколько слоев, которые обладают относительно однородными скоростями поглощения. В описанных здесь вариантах воплощения может быть использовано связующее, предпочтительно, органическое связующее, для повышения прочности на растяжение мата из смешанных микроволокон и грубых волокон.

[0033] Нетканые стекломаты обычно изготавливают с помощью традиционных процессов изготовления мокрым способом, как описано в патентах США №№ 4112174, 4681802 и 4810576, раскрытия которых включены сюда по ссылке. В этих процессах взвесь стекловолокна получают добавлением стекловолокна к типичной белой воде (или так называемой «технологической воде») в пульпере для диспергирования волокна в белой воде с образованием взвеси, имеющей концентрацию волокон примерно 0,2-1,0 мас.%, дозированием взвеси в поток белой воде и осаждением этой смеси на движущееся сито из проволоки, с обезвоживанием и образованием влажного нетканого волокнистого мата, на машинах типа HydroformerTM, изготовленных компанией Voith-Sulzer, Аплтон, Висконсин, или DeltaformerTM, изготовленной компанией North County Engineers, Glenns Falls, Нью-Йорк. Этот влажный нетканый мат (холст) из стекловолокна затем перемещают на второе движущееся сито и пропускают через станцию пропитки нанесением связующего, где на мат наносят водную смесь связующего, такого как акриловое связующее. За этим следует откачивание избытка связующего и высушивание несвязанного, влажного мата и отвержение полимерного связующего, которое связывает волокна друг с другом с образованием мата. Предпочтительно, связующее наносят с использованием устройства для нанесения поливом или устройства для нанесения окунанием и прессованием, но также будут работать и другие способы нанесения, такие как распыление. В печи для сушки и отверждения мат подвергают воздействию температур 250-450 или 500 градусов F, в течение периодов, обычно не превышающих 1-2 минут и, как минимум, несколько секунд.

[0034] AGM-сепаратор, выполненный из по существу микроволоконного стекла, изготавливают на специальных бумагоделательных машинах. Согласно одному варианту воплощения подробности изготовления представлены в патенте США № 5091275, а также в работе «Изготовление сепараторов из микростекла», под авторством George C. Zguris из компании Hollingsworth & Vose Company, опубликованной на 1-й Ежегодной конференции по применениям и усовершенствованиям аккумуляторных батарей, 1996 г., раскрытия которых включены сюда по ссылке. Основное отличие этого процесса от типичного процесса изготовления нетканых материалов мокрым способом состоит в том, что для содействия диспергированию микроволокон используют подкисленную воду. Как правило, используют серную кислоту, но могут быть использованы и другие кислоты, такие как фосфорная. Типичный pH, используемый для диспергирования волокна, находится в диапазоне 2,0-3,0. Из-за этой кислотной природы в качестве материала для изготовления всех трубопроводов и другого основного оборудования выбирают нержавеющую сталь. Это повышает капитальные затраты на оборудование. Операция изготовления нетканых материалов мокрым способом для типичного нетканого стекла является более простой, более безопасной и менее дорогостоящей. Обычно используемая белая вода (или технологическая вода), как правило, имеет pH>4, предпочтительно, pH>5. Этот процесс изготовления нетканых материалов мокрым способом, который не включает в себя использование подкисленной воды, может быть использован для создания описанных здесь вариантов воплощения. При наличии описанных в общем нескольких вариантов воплощения, дополнительные особенности сепараторов батареи по изобретению могут быть реализованы со ссылкой на фигуры.

[0035] Обратимся теперь к ФИГ. 1, где проиллюстрировано изображение в перспективе элементов батареи 100. В частности, ФИГ. 1 показывает первый электрод 102, который может представлять собой положительный или отрицательный электрод, и второй электрод 106, который может представлять собой электрод с противоположной электроду 102 полярностью (т.е. положительный или отрицательный). Между первым электродом 102 и вторым электродом 106 расположен сепаратор 104 батареи. Сепаратор 104 электрически изолирует первый электрод 102 от второго электрода 106, как известно из уровня техники. Сепаратор 104 может представлять собой тонковолокнистый мат с множеством тонких волокон (например, волокон с диаметром примерно 5 микрон или менее, а как правило, примерно 3 микрона или менее). Тонкие волокна могут позволить мату поглощать электролит (не показан) батареи или иным образом удерживать электролит в контакте с первым и вторым электродами, 102 и 106, вследствие чего может протекать электрохимическая реакция по мере того, как батарея разряжается, перезаряжается и т.п.

[0036] Сепаратор 104 может быть армирован слоем или смесью грубых волокон, как описано здесь, для обеспечения различных преимуществ, таких как повышенная прочность на прокол, и т.п. Повышенная прочность на прокол армированного сепаратора 104 может поддерживать электроды 102 и 106 физически раздельными и предотвращать развитие закорачивания через сепаратор 104 из-за прокалывания сепаратора. Армированный сепаратор 104 может противодействовать прокалыванию из-за роста дендритов, вибрационных сил и т.п.

[0037] Обратимся теперь к ФИГ. 2A, где проиллюстрирован сепаратор 220 для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Сепаратор 220 включает нетканый волокнистый мат 222, который размещается между электродами батареи для электроизоляции электродов. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат 222 включает стекловолокна и возможно другие электроизолирующие волокна, тогда как в другом варианте воплощения нетканый волокнистый мат 222 полностью состоит из стекловолокон. Нетканый волокнистый мат 222 включает множество спутанных тонких волокон и множество грубых волокон, которые смешаны с множеством спутанных тонких волокон с образованием единого нетканого волокнистого мата 222. Множество спутанных тонких волокон включает волокна, которые обладают диаметром волокна между примерно 0,05 и 5 микронами, а в некоторых вариантах воплощения - диаметром волокна менее 1 микрона. Множество грубых волокон включает волокна, которые обладают диаметром волокна между примерно 8 и 30 микронами, а чаще - между примерно 8 и 20 микронами. Нетканый волокнистый мат 222 также включает кислотостойкое связующее, которое соединяет множество спутанных тонких волокон с множеством грубых волокон с образованием нетканого волокнистого мата 222. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат 222 включает примерно 60 процентов или более тонких волокон, 40 процентов или менее грубых волокон и 0,5-15% кислотостойкого связующего.

[0038] Выбор подходящего связующего для создания описанных здесь матов является важным. Например, связующее должно выдерживать серную кислоту, т.е. быть кислотостойким. Кислотостойкость связующего может быть оценена следующим образом: лист ручного отлива, изготовленный из испытываемого связующего и кислотостойких стекловолокон (например, волокон из C- и T-стекла), пропитывают в 40%-ной серной кислоте при 70°C в течение 72 часов. Измеряют потери массы мата. Меньшие потери массы указывают на лучшую кислотостойкость связующего.

[0039] Кроме того, связующее предпочтительно является ацидофильным, иначе связующее будет существенно снижать капиллярные свойства и способность к смачиванию мата. Ацидофильность связующего может быть оценена путем измерения капиллярной впитываемости, или капиллярного подъема, как определено в ISO8787. Испытываемое связующее наносят окунанием на микроволоконную бумагу (ватман GE/A) и подвергают отверждению. Затем проводят испытание согласно стандарту ISO8787. Далее перечислены результаты испытаний для нескольких испытанных связующих, где «+» означает «удовлетворительно», «++» означает «отлично», а «-» означает «неудовлетворительно». Согласно результатам испытания, приведенным в Таблице 1 ниже, наилучшим выбором из испытанных связующих является RHOPLEXTM™ HA-16.

Таблица 1
Связующее	Смачиваемость кислотой/капиллярные свойства	Кислотостойкость
RHOPLEXTM™ HA-16 от компании Dow Chemical	+	+
Rovene 6014 от компании Mallard Creek	-	Н.д.
Rovene 5500 от компании Mallard Creek	-	Н.д.
Hycar 26903 от компании Lubrizol	-	++
Plextol M630 от компании Synthomer	-	Н.д.
QRXP-1676 от компании Dow Chemical	++	-

[0040] В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат 222 включает множество полимерных волокон, смешанных с множеством спутанных тонких волокон и множеством грубых волокон. Нетканый волокнистый мат 222 может включать между примерно 0,1 и 15% полимерных волокон. Хотя это не показано на ФИГ. 2A, в некоторых вариантах воплощения на одной или более поверхностях нетканого волокнистого мата 222 может быть расположен дополнительный волокнистый мат. Дополнительный волокнистый мат (не показан) может включать множество грубых волокон, тонкие волокна и/или их смесь, для армирования нетканого волокнистого мата 222 и/или обеспечения дополнительного мата для поглощения электролита. В некоторых вариантах воплощения нетканый волокнистый мат 222 может обладать толщиной T₁ между примерно 15 мил и примерно 80 мил (т.е. 0,015-0,080 дюйма).

[0041] Обратимся теперь к ФИГ. 2B, где проиллюстрирован вариант воплощения сепаратора 200, который может быть использован для разделения электродов 102 и 106 батареи 100. Сепаратор 200 может включать мат 204, который включает множество тонких волокон, которые в одном варианте воплощения могут включать волокна с диаметром волокна примерно 5 микрон или менее (например, диаметрами волокон в диапазоне между 0,05 и 5 микронами), а в другом варианте воплощения могут включать волокна (или большинство волокон) с диаметрами примерно 1 микрон или менее. В одном варианте воплощения множество тонких волокон может представлять собой слой из нетканых спутанных волокон, которые образуют мат 204. Тонкие волокна могут представлять собой электроизолирующие волокна или, иными словами, волокна, обладающие высоким электросопротивлением (т.е. низкой проводимостью), вследствие чего мат 204 может быть расположен между электродами в целях электроизоляции электродов.

[0042] В одном варианте воплощения тонковолокнистый мат 204 включает стекловолокна и, возможно, другие электроизолирующие волокна, тогда как в другом варианте воплощения мат 204 полностью состоит из стекловолокон. Мат 204 может поглощать (абсорбировать) электролит (не показан) батареи (не показана) или иным образом удерживать электролит в контакте с электродами батареи. В некоторых вариантах воплощения мат 204 может иметь толщину T₁ между примерно 15 мил и примерно 80 мил (т.е. 0,015-0,080 дюйма). Толщина T₁ мата 204 может позволить мату поглощать достаточное количество электролита с тем, чтобы протекала электрохимическая реакция с соседними электродами по мере того, как батарея разряжается, перезаряжается и т.п. Мат 204 может быть пропитан в электролите (например, в серной кислоте) до или после его помещения между электродами батареи и может удерживать электролит в батарее, даже когда кожух или оболочка батареи растрескивается или разламывается. Поглощение и/или удержание электролита может происходить из-за высокой площади поверхности тонковолокнистого мата 204 и/или капиллярных эффектов. Тонкие волокна мата 204 могут быть соединены друг с другом с использованием одного или более связующих.

[0043] В одном варианте воплощения рядом с поверхностью тонковолокнистого мата 204 находится мат 202, содержащий множество грубых волокон. Множество грубых волокон может представлять собой слой из нетканых спутанных волокон, которые образуют мат 202. Мат 202 может иметь приблизительно те же размеры, что и мат 204 (например, ту же форму, продольную длину, поперечную длину и т.п.). Для различения двух матов на чертежах тонковолокнистый мат 204 может быть проиллюстрирован в виде сплошного мата, тогда как грубоволокнистый мат 202 проиллюстрирован как волокнистый, хотя следует понимать, что оба мата обычно представляют собой волокнистые маты. В одном варианте воплощения грубоволокнистый мат 202 включает волокна с диаметром волокна примерно 5 микрон или более (например, с диаметрами волокон в диапазоне между 8 и 20 микронами), а в другом варианте воплощения может включать волокна (или большинство волокон) с диаметрами примерно 10 микрон или более. В примерном варианте воплощения большинство волокон составляют между примерно 8 и примерно 30 микронами в диаметре, а чаще - между примерно 8 и примерно 20 микронами в диаметре. Подобно тонким волокнам, грубые волокна могут представлять собой электроизолирующие волокна или, иными словами, волокна, обладающие высоким электросопротивлением (т.е. низкой проводимостью), вследствие чего мат 202 электрически изолирует электроды батареи. Грубоволокнистый мат 202 может включать стеклянные волокна, полимерные волокна, базальтовые волокна, полиолефиновые, полиэфирные и т.п., или их смесь. В одном варианте воплощения грубоволокнистый мат 202 полностью состоит из стеклянных волокон, полимерных волокон или базальтовых волокон, хотя другие варианты воплощения могут включать смесь таких волокон. Хотя это не показано на ФИГ. 2B, в одном варианте воплощения множество грубых волокон смешаны с тонкими волокнами с образованием единого волокнистого мата, а не отдельных волокнистых матов, расположенных друг рядом с другом.

[0044] В одном варианте воплощения мат 202 может быть соединен с матом 204 с использованием одного или более связующих, таких как кислотостойкое акриловое связующее, и т.п. В другом варианте воплощения мат 202 может быть ламинирован с матом 204. В одном варианте воплощения ламинирование матов мо