MATERIAL DE VELO CON RELLENO DE PARTÍCULAS.

La invención se refiere a una capa conforme a la cláusula precaracterizante de la reivindicación 1. Estado conocido de la técnica A partir del documento DE 102 38 944 A1 se conoce una capa a base de un material de velo de fibras polímeras que presenta un revestimiento cerámico. A partir del documento US 2005/0208383 A1 se conoce una capa en la que un cuerpo poroso está provisto, al menos por una cara, de un revestimiento de resina. El documento WO 2006/062153 A1 da a conocer un cuerpo poroso en el que están alojadas partículas y una resina. El documento DE 31 25 751 A1 da a conocer una capa que contiene partículas inorgánicas. Estas partículas se incorporan en una papilla junto con fibras de celulosa con poliolefina. Sobre la capa están aplicadas ranuras de estampación. A partir del documento DE 103 47 568 A1 se conoce un cuerpo poroso que está provisto de un revestimiento cerámico. Capas del tipo mencionado se conocen ya a partir del estado de la técnica. Capas de este tipo se emplean como separadores en baterías y condensadores que sirven para el almacenamiento de energía. El almacenamiento de la carga en baterías y condensadores tiene lugar por vía química, física o en una forma mixta, p. ej., mediante quimiosorción. Con el fin de evitar una descarga interna dentro de la batería o del condensador, electrodos con cargas opuestas son separados uno de otro mecánicamente mediante materiales no conductores de electrones, los denominados separadores o espaciadores. Al mismo tiempo, los separadores o espaciadores posibilitan, en virtud de su porosidad adaptada al sistema de almacenamiento de energía y a su aplicación, el transporte de portadores de carga iónicos de un electrolito entre los electrodos. Los separadores conocidos por el estado de la técnica muestran pequeñas aberturas, conectadas entre sí, en el intervalo de micrómetros. Estas aberturas deben ser lo más grande posible, con el fin de que la conductividad del electrolito en el separador impregnado sea lo más elevada posible y, por consiguiente, la batería presenta una elevada densidad de potencia. Sin embargo, si las aberturas son demasiado grandes, entonces dendritas de metales pueden conducir a un cortocircuito entre los dos electrodos a separar en realidad eléctricamente uno de otro. Las dendritas de metales se componen de litio o de otro metal que pueden presentarse en la batería en forma de impurezas. Además, partículas de materiales de electrodos eléctricamente conductores pueden desplazarse a través de las aberturas. En virtud de estos procesos, puede resultar un cortocircuito en los electrodos y puede acelerarse grandemente una autodescarga de la batería o del condensador. En el caso de un cortocircuito, pueden fluir corrientes localmente muy elevadas, con lo que se libera calor. Este calor puede conducir a la fundición del separador, con lo cual puede disminuir claramente de nuevo el efecto aislante del separador. Una batería que se autodescarga muy rápidamente alberga, con ello, en virtud de su elevado contenido en energía así como de la capacidad de combustión del electrolito y de otros componentes, un elevado riesgo de seguridad. Otro inconveniente de los separadores conocidos por el estado de la técnica es su deficiente estabilidad a temperaturas crecientes. El punto de fusión en el caso de utilizar polietileno se encuentra en torno a 130ºC o en torno a 150ºC en el caso de utilizar polipropileno. Como causas de los cortocircuitos pueden mencionarse una contracción del separador debida a una temperatura demasiado elevada en la batería, un crecimiento de dendritas de metales por reducción de iones de metales (litio, hierro, manganeso o demás impurezas metálicas), abrasión de partículas de electrodos, abrasión por corte o revestimiento interrumpido de los electrodos y contacto directo de los dos electrodos planos bajo presión. En el documento EP 0 892 448 A2 se da a conocer el denominado mecanismo de apagado (Shut down). Este 2   actúa en contra de su expansión en la superficie en el caso de un calentamiento local, por ejemplo debido a un cortocircuito, reprimiendo la conducción de electrones en la proximidad del cortocircuito inicial. Debido al calor de pérdida del cortocircuito, el polietileno se calienta hasta que funde y obtura los poros del separador. Polipropileno de mayor punto de fusión permanece mecánicamente intacto. El documento US 2002/0168569 A1 describe la constitución de un separador consistente en poli(difluoruro de vinilo) que se disuelve en el proceso de preparación con un disolvente, se mezcla con partículas de dióxido de silicio y se aplica en forma de una película delgada. Al retirar el disolvente, queda una membrana porosa. El documento WO 2006/068428 A1 describe la preparación de separadores para baterías de iones de litio utilizando un separador de poliolefina el cual es cargado adicionalmente con polímeros a modo de gel y partículas inorgánicas. El documento WO 2004/021475 A1 describe el empleo de partículas cerámicas que, a través de inductores de la adherencia orgánicos de silicio y aglutinantes inorgánicos a base de óxidos de los elementos silicio, aluminio y/o zirconio se conforman para configurar un artículo plano delgado. Con el fin de ajustar una flexibilidad mecánica suficiente, las partículas cerámicas se incorporan en un material de sustentación, por ejemplo un material de velo. Esto lo da a conocer el documento WO 2005/038959 A1. Con el fin de evitar cortocircuitos en la fase inicial de la formación de dendritas de metales, en el documento WO 2005/104269 A1 se describe el empleo de ceras de bajo punto de fusión en forma de adición a una pasta cerámica. En el documento WO 2007/028662 A1 se describe la adición de partículas de polímero con un punto de fusión superior a 100ºC a materiales de carga cerámicos con el fin de mejorar las propiedades mecánicas del separador. Los materiales descritos deben servir como separador para materiales de iones litio. A pesar de que con estos separadores se puede alcanzar una mayor estabilidad a la temperatura en comparación con las membranas, no pueden todavía consagrarse comercialmente. Esto puede deberse, por una parte, a los costes relativamente elevados y, por otra parte, al espesor del material demasiado elevado que se encuentra por encima de 25 m. El documento WO 2000/024075 A1 describe la producción de una membrana que puede emplearse en celdas de combustible. Esta membrana se compone de materiales de fibras de vidrio en los que se fijan polímeros de hidrocarburos fluorados por medio de un ligante de silicatos. Finalmente, el documento JP 2005268096 A describe un separador para baterías de iones Li el cual se produce mediante la fundición conjunta de partículas termoplásticas en un material sustentador de fibras de polietileno/polipropileno mediante calentamiento. Este separador posee una estructura de poros en forma de ampollas con un diámetro de los poros de 0,1-15 m. El estado conocido de la técnica no muestra, sin embargo, ningún separador económico que muestre, con un grosor pequeño, una elevada porosidad y una elevada estabilidad a la temperatura y que pueda ser empleado en baterías con una elevada densidad de potencia y de energía a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas con requisitos de seguridad elevados. Representación de la invención La invención se basa, por lo tanto, en la misión de configurar y perfeccionar una capa de la clase mencionada al comienzo de manera que, tras un acabado económico y con escaso grosor, presente una elevada porosidad y una elevada estabilidad frente a la temperatura. La presente invención resuelve el problema antes mencionado mediante las características de la reivindicación 1. La distribución de la probabilidad de los tamaños medios de los poros se ajusta conforme a la invención de modo que más del 50% de los segundos poros muestren tamaños de poros medios que se encuentran por debajo del diámetro medio de las partículas. Conforme a la invención, se ha reconocido que la estructura de los poros de un material de velo económico puede ser modificada mediante una disposición y elección adecuadas de las partículas. De manera muy concreta, se ha reconocido que la porosidad de la capa de acuerdo con la invención puede aumentarse en comparación con membranas de poliolefina, sin disminuir su estabilidad. La disposición de una pluralidad de partículas, cuyo diámetro medio es mayor que el tamaño medio de los poros de la gran mayoría de los 3   segundos poros en la zona rellena, permite la configuración de una elevada porosidad y, con ello, una absorción del electrolito favorecida mediante el material de velo. Al mismo tiempo, se crea una estructura de los poros en la que, prácticamente, no se pueden formar dendritas de metales nocivas. Mediante la disposición de las partículas de acuerdo con la... [Seguir leyendo]

1.- Capa con un cuerpo base de un material de velo, en donde el cuerpo base se compone de fibras (1) y presenta primeros poros (2) formados por las fibras (1), en donde el cuerpo base está relleno, al menos en parte, con partículas (3), en donde las partículas (3) rellenan, al menos en parte, los primeros poros (2), y configuran zonas (4) rellenas con partículas (3), en donde las partículas (3) configuran segundos poros (5) en las zonas rellenas (4), siendo el diámetro medio de las partículas (3) mayor que el tamaño medio de los poros de la mayoría de los segundos poros (5), en donde al menos una parte de las zonas (4) rellenas está configurada como revestimiento del cuerpo base con las partículas (3), y en donde la capa muestra una fuerza de tracción máxima de al menos 15 N/5 cm en la dirección longitudinal, en donde el cuerpo base está calandrado, en donde las partículas (3) están distribuidas homogéneamente en la superficie en el cuerpo base y en donde las partículas (3) están hechas de polímeros orgánicos que se eligen del grupo de polipropileno, polivinilpirrolidona, poli(fluoruro de vinilideno), poliésteres, politetrafluoroetileno, perfluoro-etileno-propileno (FEP), poliestireno, copolímeros de estireno-butadieno, poliacrilato o polímeros de nitrilo-butadieno, así como copolímeros de los polímeros antes mencionados, caracterizada porque se utilizan mezclas a base de partículas con diferentes puntos de fusión de modo que se determina un cierre de los poros gradual o escalonado, con temperatura creciente, y en donde el punto de fusión de las partículas se encuentra por debajo de los puntos de fusión de las fibras del material de velo. 2.- Capa según la reivindicación 1, caracterizada porque las partículas (3) están configuradas en forma de esfera. 3.- Capa según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las partículas (3) están unidas con el material de velo a través de un aglutinante a base de polímeros orgánicos que se eligen del grupo de polivinilpirrolidona, ácido poliacrílico, poliacrilato, ácido polimetacrílico, polimetacrilato, poliestireno, poli(alcohol vinílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida y copolímeros a base de los antes mencionados, celulosa y sus derivados, poliéteres, resina fenólica, resina de melamina, poliuretano, caucho de nitrilo (NBR), caucho de estireno-butadieno (SBR), así como látex. 4.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el punto de fusión del aglutinante se encuentra por debajo de los puntos de fusión de las partículas (3) y/o de las fibras (1). 5.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las partículas (3) presentan un diámetro medio en el intervalo de 0,01 y 10 m. 6.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las fibras (1) del material de velo están hechas de polímeros orgánicos que se seleccionan del grupo de poli(tereftalato de butilo), poli(tereftalato de etileno), poliacrilonitrilo, poli(fluoruro de vinilideno), poliéter-éter-cetona, poli(naftalato de etileno), polisulfona, poliimida, poliésteres, polipropileno, polioximetileno, poliamida o polivinilpirrolidona. 7.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la longitud media de las fibras (1) del material de velo supera a su diámetro medio en al menos el doble, preferiblemente en un múltiplo. 8.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque al menos el 90% de las fibras (1) del material de velo presenta un diámetro medio de a lo sumo 12 m. 9.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque al menos el 40% de las fibras (1) del material de velo presenta un diámetro medio de a lo sumo 8 m. 10.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por un espesor de a lo sumo 100 m, preferiblemente de a lo sumo 60 m, y de manera muy particularmente preferida, de 25 m. 11.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por una porosidad de al menos el 25%, preferiblemente de al menos el 35%. 12.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque los primeros y los segundos poros (2, 5) configuran una estructura a modo de laberinto. 8   13.- Capa según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por un tamaño de los poros de los segundos poros (5) de a lo sumo 3 m, preferiblemente de a lo sumo 1 m. 9     11   12