Material laminado no tejido que comprende:

Una primera capa formada de fibras de soplado por fusión que contienen un aditivo fundido hidrofílico y definen una primera superficie del laminado;

Una segunda capa formada de fibras de soplado por fusión de polímero de polipropileno normalmente hidrofóbico que define la superficie opuesta del laminado; y

Una tercera capa intermedia de fibras no tejidas colocadas en húmedo situadas entre dichas primera y segunda capa, estando la tercera capa unida a la primera y segunda capa para formar un laminado, estando producida la tercera capa a partir de una mezcla de fibras hidrofóbicas e hidrofílicas

Material laminado separador de batería.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un material no tejido adecuado para su uso como separador de batería. Más particularmente, la invención se dirige a un material no tejido formado de un laminado de bandas no tejidas.

Antecedentes de la invención

Diferentes tipos de construcciones de batería utilizan un material poroso separador de batería dispuesto entre los electrodos de la batería para colocar los electrodos separados y mantener el electrólito de la batería en contacto con los electrodos. Una construcción conocida consiste por ejemplo de un ánodo enrollado intercalado con un cátodo enrollado, estando el ánodo y el cátodo enrollados separados entre sí por un material poroso separador no conductor que está impregnado de electrólito. Los separadores de batería se han producido a partir de bandas no tejidas de materiales fibrosos. La patente 6.174.826 de los EE.UU. de Williams et al, describe por ejemplo un material separador de batería no tejido que está formado de un mezcla de fibras cortas de polipropileno y fibras de dos componentes envoltura/núcleo de polietileno/polipropileno. La solicitud PCT publicada WO 00/41254 describe un material separador de batería no tejido que incluye fibras poliméricas termoplásticas mezcladas con un aditivo fundido hidrofílico.

Aunque las bandas no tejidas de este tipo ofrecen muchas características ventajosas, existe la necesidad de un mayor control sobre la uniformidad, resistencia, estabilidad dimensional, propiedades de transporte de electrólitos y otras características de un separador de batería no tejido. Es importante por ejemplo que el separador de batería tenga uniformidad en el espesor y el peso base, evitándose orificios o áreas delgadas que podrían producir cortocircuitos o variaciones en la resistencia u otras propiedades eléctricas.

La presente invención proporciona un material que tiene una construcción laminada formada de múltiples capas de banda no tejida. El material tiene utilidad como material separador de batería. El material laminado separador de batería de la presente invención comprende una primera capa de fibras no tejidas que definen una primera superficie del separador de batería; una segunda capa de fibras no tejidas que definen la superficie opuesta del separador de batería; y una tercera capa de fibras no tejidas colocadas entre la primera y segunda capa tal como se describe en las reivindicaciones. Las capas se unen entre sí para formar un laminado. Al menos una de las capas no tejidas comprende una banda no tejida de fibras sopladas por fusión. Además, se ha hecho que una o más de las capas sean permanentemente hidrofílicas formando la banda no tejida a partir de fibras de un polímero normalmente hidrofóbico que tiene incorporado un aditivo fundido hidrofílico.

Al menos una de las capas de banda no tejida del laminado contiene preferentemente fibras aglutinantes que tienen un punto de fusión inferior al de las fibras de las otras capas. Las fibras aglutinantes de esta capa pueden ser activadas mediante el calentamiento a fin de unir las capas del laminado entre sí conservando aún la integridad de las otras capas.

Al menos la banda formada de las fibras sopladas por fusión está realizada preferentemente de un polímero normalmente hidrofóbico que tiene incorporado un aditivo fundido hidrofílico y duradero. El aditivo fundido hidrofílico puede comprender al menos un miembro seleccionado del grupo compuesto de ácidos grasos monoméricos o diméricos que tienen una longitud de cadena de carbono en el rango de 6 a 50, hidroxifenoles, polietilenglicol, alcohol polivinílico y polivinil-formal. Una o más de las otras capas del separador pueden hacerse también permanentemente hidrofílicas de este modo.

Las bandas no tejidas utilizadas en el separador laminado de batería pueden formarse mediante diferentes técnicas de procesamiento conocidas en la industria de los materiales no tejidos. Las bandas pueden comprender por ejemplo una banda colocada al aire de fibras cortas, una banda cardada de fibras cortas, una banda colocada en húmedo de fibras cortas, una banda de fibras sopladas por fusión o una banda unida por hilatura de filamentos prácticamente continuos. Las diferentes capas no tejidas pueden estar dispuestas en diferentes configuraciones a fin de proporcionar las propiedades mecánicas eléctricas y de transporte de electrólitos deseadas.

En una realización especifica, por ejemplo, el material laminado separador de batería comprende una primera capa formada de fibras no tejidas sopladas por fusión que definen una primera superficie del separador de batería; una segunda capa formada de fibras no tejidas que definen la superficie opuesta del separador de batería; y una tercera capa intermedia de fibras no tejidas colocadas en húmedo situadas entre dichas primeras y segundas capas y unidas a las citadas primeras y segundas capas para formar un laminado. Al menos una de las primeras y terceras capas comprende fibras permanentemente hidrofílicas de un polímero de polipropileno normalmente hidrofóbico que tiene incorporado un aditivo fundido hidrofílico. En una realización especifica preferida, ambas capas exteriores del material laminado separador de batería se forman a partir de fibras no tejidas sopladas por fusión formadas de un polímero de polipropileno normalmente hidrofóbico que tiene incorporado un aditivo fundido hidrofílico. La primera capa se forma a partir de fibras sopladas por fusión que contienen un aditivo de fusión hidrofílico, de modo que esta superficie del separador es hidrofílica y promueve la capilaridad y la retención del electrólito, y la superficie opuesta del separador es hidrofóbica y está formada a partir de fibras sopladas por fusión de un polímero normalmente hidrofóbico. Entre las dos capas exteriores sopladas por fusión se proporciona una capa de unión, preferentemente una capa no tejida colocada en húmedo formada de fibras cortas, al menos unas de las cuales están formadas de polímero con un punto de fusión relativamente bajo, o contienen el mismo, a fin de funcionar como fibras aglutinantes. Las fibras de esta capa son una mezcla de fibras hidrofóbicas e hidrofílicas.

Otras construcciones ejemplares incluyen un laminado cardado de soplado por fusión, colocado en húmedo; un laminado colocado en húmedo, unido por hilatura, soplado por fusión; un laminado cardado, colocado en húmedo, soplado por fusión, un laminado colocado en húmedo, colocado en húmedo, soplado por fusión y un laminado colocado en húmedo, soplado por fusión y colocado en húmedo. El material separador puede contener también más de tres capas. Se hace que al menos una de las capas exteriores sea permanentemente hidrofílica incorporándose en la misma un polímero de poliolefina normalmente hidrofóbico, y al menos un aditivo fundido hidrofílico.

Las bandas no tejidas utilizadas en el separador laminado de batería de la presente invención pueden incluir fibras multicomponentes que incluyen un primer componente formado de un polipropileno hidrofóbico y un segundo componente formado de una mezcla de poliolefina hidrofóbica y un aditivo fundido hidrofílico. Este segundo componente se dispone en la superficie de las fibras. El componente de poliolefina modificado por el aditivo hidrofílico fundido puede disponerse en diferentes configuraciones en la sección transversal de la fibra y las fibras pueden tener diferentes secciones transversales. El componente hidrofílico puede ocupar por ejemplo una parte de la superficie de la fibra, como ocurriría por ejemplo con una configuración en sección transversal de la fibra multicomponente a modo de sector adosado lateralmente o segmentado.

Existen diferentes aditivos fundidos disponibles que pueden mezclarse por fusión con una composición de poliolefina hidrofóbica a fin de impartir propiedades hidrofílicas duraderas a la poliolefina. Los aditivos fundidos adecuados para la presente invención no deben modificar indeseablemente la cualidad de hilatura por fusión de las fibras multicomponentes y deben ser relativamente compatibles con la composición de poliolefina de modo que el aditivo no sufra prematuramente lixiviación y pierda las propiedades hidrofílicas. Ciertos aditivos fundidos adecuados útiles en la presente invención serán al menos parcialmente inmiscibles con la composición polimérica de poliolefina y tenderán a salir a la superficie de la fibra con el tiempo o con la aplicación de calor para impartir una modificación prolongada de la superficie hidrofílica. Son particularmente adecuados los compuestos...

1. Material laminado no tejido que comprende:

2. Material según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho aditivo fundido hidrofóbico comprende al menos un miembro seleccionado del grupo compuesto de ácidos grasos diméricos o monoméricos que tienen una longitud de cadena de carbono en el rango de 6 a 50, hidroxifenoles, polietilenglicol, alcohol polivinílico y polivinil-formal.

3. Material según la reivindicación 1, que incluye una serie de uniones de puntos térmicos y discretos que funden entre sí las fibras de la citada primera, segunda y tercera capa para formar un laminado unitario integral.

4. Material según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera, segunda y tercera capa comprenden permanentemente fibras de soplado por fusión permanentemente hidrofílicas formadas de un polímero del polipropileno normalmente hidrofóbico que tiene un aditivo fundido hidrofílico incorporado.

5. Material según la reivindicación 1, caracterizado porque la citada tercera capa intermedia de fibra no tejida colocada en húmedo incluye fibras de dos componentes de envoltura y núcleo que tienen un núcleo de polipropileno y una envoltura de polietileno.

6. Material según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha tercera capa intermedia contiene fibras aglutinantes que tienen un punto de fusión inferior al de las fibras de las otras capas del laminado.

7. Separador de batería formado a partir del material de la reivindicación 1.

8. Medio de filtrado formado a partir del material de la reivindicación 1.

9. Material según la reivindicación 1, que tiene un alto potencial superior a los 400 voltios, una resistencia iónica inferior a los 25 ohm-cm; y una absorbencia n en 100 psi entre 0,50 y 0,70 g/cm³.

10. Material laminado no tejido que comprende:

11. Material según la reivindicación 10, caracterizado porque al menos una de la primera y la segunda capa tiene una capacidad de absorción de amoniaco de 0,16% de nitrógeno, caracterizado porque el nitrógeno se mide utilizándose una serie de pasos para convertir el nitrógeno en amoniaco, comprendiendo los pasos de (a) tratar una muestra con ácido sulfúrico concentrado (H₂SO₄), permanganato de potasio (KmnO₄), y ácido perclórico (HclO₄), para convertir el nitrógeno en sulfato de amonio (b) diluyendo la solución y añadiendo álcali en exceso, (c) destilando el amoniaco que se forma en un ácido estándar y (d) determinando la cantidad de amoniaco generada mediante la titulación del ácido sobrante.

12. Material según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha tercera capa intermedia contiene fibras aglutinantes que tienen un punto de fusión inferior al de las fibras de las otras capas del laminado.

13. Material según la reivindicación 10, caracterizado porque dicho aditivo fundido hidrofóbico comprende al menos un miembro seleccionado del grupo compuesto de ácidos grasos monoméricos o diméricos que tienen una longitud de cadena de carbono en el rango de 6 a 50, hidroxifenoles, polietilenglicol, alcohol polivinílico y polivinil-formal.

14. Material según la reivindicación 10, que incluye una serie de uniones de puntos térmicos y discretos que funden entre sí las fibras de la citada primera, segunda y tercera capas para formar un laminado unitario integral.

15. Material según la reivindicación 10, caracterizado porque las citada primera, segunda y tercera capas comprenden fibras de soplado por fusión permanentemente hidrofílicas formadas de un polímero de polipropileno normalmente hidrofóbico que tiene un aditivo fundido hidrofílico incorporado.

16. Material según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha capa intermedia de fibra no tejida colocada en húmedo incluye fibras de dos componentes de envoltura y núcleo que tienen un núcleo de polipropileno y una envoltura de polietileno.

17. Separador de batería formado a partir del material de la reivindicación 10.

18. Medio de filtrado formado a partir del material de la reivindicación 10.

19. Material según la reivindicación 10, que tiene un alto potencial superior a los 400 voltios, una resistencia iónica inferior a 25 ohm-cm; y una absorbencia en 100 psi entre 0,50 y 0,70 g/cm³.