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Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrode, die aus einem Gerüst, einem mit diesem verbundenen, aktiven Material und einer Kapsel, die dieses Gerüst und das aktive Ma- terial umgibt, besteht.
Elektrische Zellen, z. B. Blei-Säure-oder Silber-Zink-Sammler u. dgl. weisen im allgemeinen einen
Behälter, einen geeigneten Elektrolyten, wenigstens eine positive und eine negative Elektrode und ein geeignetes Diaphragma oder eine Trennwand, welches oder welche zwischen den Elektroden angeordnet ist, auf. Die Trennwand erfüllt eine Anzahl von Funktionen, die teilweise von der Art der Zelle abhängig sind.
Von diesen Funktionen wird erwähnt, die Verhinderung der Polarisation infolge der Wanderung des aktiven Materials von der positiven zur negativen Elektrode durch den Elektrolyten und umgekehrt, die mechanische Trennung der Elektroden, die möglichst nahe zusammen angeordnet werden sollen, um Platz und Gewicht zu sparen, ohne Gefahr, dass dadurch untereinander ein Kontakt infolge von mechanischen Stössen und dadurch ein Kurzschluss der Zelle erfolgt, usw. Bei einigen Zellentypen, bei denen das aktive Material eine pasten-oder pulverförmige Substanz ist, besteht eine Tendenz des aktiven Materials, von der Anode abzufallen, in dem Elektrolyten suspendiert und eventuell zur Kathode hin bewegt zu werden, wo es elektrolytisch in dem Ladungskreis abgeschieden wird.
Solche Ablagerungen nehmen die Form von Auswüchsen oder Bäumen an, die den Zwischenraum zwischen den Elektroden überbrücken, indem sie sich durch die Trennwand oder um ihre Ecken verschieben und dann die Zelle kurzschliessen. Bei dem üblicherweise verwendeten Bleisäuresammler tritt dieses Problem auf.
Um die Schwierigkeiten zu überwinden, ist bereits ein Verfahren bekannt, nach dem entweder die positive oder die negative Elektrode oder beide vollkommen in ein Umfüllungsmaterial eingekapselt werden, das die abgelösten Teilchen des aktiven Materials abhält, so dass diese nicht von einer Elektrode zur andern wandern können. Solche Vorschläge, obgleich sie im Prinzip durchdacht waren, haben niemals ausser für bestimmte begrenzte Anwendungen zu einem wesentlichen, wirtschaftlich bedeutenden Erfolg geführt, aus folgenden Gründen :
Zwei zusätzliche Materialschichten, entweder an jeder Elektrode oder an jeder zweiten Elektrode haben ein wesentliches Anwachsen der Grösse und der Kosten der Batterie zur Folge. Es wurde versucht, das Trennwandmaterial selbst als abhaltendes Umhüllungsmaterial zu verwenden. Das führte zu einer Anzahl von ernsten Schwierigkeiten.
An erster Stelle muss das Trennwandmaterial selbst eine genau definierte Porosität haben, um eine freie Durchdringung durch den Elektrolyten zu gewährleisten, während es gleichzeitig frei von Löchern sein muss, welche eine Überbrückung und einen Kurzschluss fördern würden.
Natürlich muss dieses Material auch widerstandsfähig gegenüber dem Elektrolyten und mit einem angemessenen Kostenaufwand herzustellen sein.
Das abhaltende Material muss auch, um eine freie Diffusion des Elektrolyten zu ermöglichen, genügend durchlässig sein, und weiter eine solche Beschaffenheit aufweisen, dass es leicht in eine gewünschte Hüllenform verarbeitet werden kann.
Zu einem kostenmässig annehmbaren Preis lässt sich bisher kein bekanntes Material mit diesenEigenschaften herstellen. Kleinporige Vinyltrennwände wurden vorgeschlagen, aber es war schwierig und teuer, die kleinporigen Vinylschichten mit einem annehmbaren Porositätsgrad herzustellen und die zusätzlichen Verfahrensschritte zu entwickeln, um Abdeckelemente zu erzeugen, die jede Plattenseite bedecken, um
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zu verbinden. Die Verwendung einervorgeformtenPlatte aus kleinporigem Vinylharzmachtessehr schwie- rig oder unmöglich, einen innigen Kontakt zwischen der Plattenoberfläche und dem abhaltenden Trenn- wandmaterial herzustellen, so dass das aktive Material, obgleich es in der Umhüllung abgeschlossen war. sich darin frei bewegen konnte.
Bei andern konventionellen Trennwandmaterialien bestehen diese und andere Nachteile.
Deshalb ist ein Ziel der Erfindung, e in Verfahren zur Herstellung von eingekapselten Elektroden zu schaffen, bei dem es unnötig ist, die Kapsel aus mehreren Teilen herzustellen, diese um die Platten- elemente zu fügen und sie hernach an Ort und Stelle zu verbinden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein solches Verfahren zu schaffen, bei dem die Herstellung, Anbringung und Versiegelung des eingekap- selten Elements in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen kann.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass die Kapsel aus einem faserigen Zellulosematerial gebildet wird, dessen einzelne Fasern mit einem in situ gebildeten Polymer aus einem Kohlenwasserstoff- olefinmonomer wenigstens teilweise überzogen sind, und dass die überzogenen Fasern durch Erweichen und nachfolgendes Wiedererhärten des Polyolefins verbunden werden.
Gemäss einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag werden Zellulosezusammenset- zungen, in denen die Zellulosefasern mit einem Polymer aus ungesättigtemOlefinkohlenwasserstoffmono- mer überzogen sind, dadurch erhalten, dass das Cellulosematerial mit einer Mehrkomponentenkatalysator- zusammensetzung, die die Polymerisation olefinisch ungesättigter Kohlenwasserstoffmonomeren zu kata- lysieren im Stande ist, umgesetzt und das so modifizierte Zellulosematerial mit einem aliphatischen 1-
Olefin in Berührung gebracht wird. Es- wurde gefunden, dass dieses Material in Fabrikate geformt werden kann durch Erweichen und Verkleben der Polyolefinanteile benachbarter Fasern und dass aus diesen Fabri- katen ausgezeichnete Trennwandelemente für elektrische Zellen geformt werden können.
Die Kapsel wird zweckmässig dadurch gebildet, dass eine Schicht der Zusammensetzung hergestellt wird, auf die das Gerüst gelegt wird, und hierauf dieses Gerüst mit einer zusätzlichen Menge dieser Zu- sammensetzung bedeckt und sodann die ganze Anordnung einer Wärme- und Druckbehandlung unterwor- fen wird.
Während das Verfahren in besonderer Hinsicht auf Plattenelektroden beschrieben wurde, kann es ebenso gut auf andere Elektrodenformen in üblichen, technischen Variationen angewandt werden. Ebenso soll besonders bemerkt werden, dass das Verfahren gemäss dieser Erfindung auf verschiedene Zellenarten anwendbar ist, einschliesslich der üblichen Blei-Säure-Sammlerzellen, alkalischen Zellen, wie die von Silber-Zink-Sammlern u. dgl. und auch auf Trockenelemente, wo Trennwände nötig sind.
Einer der Vorteile der Kapsel, wie sie in der oben beschriebenen Art hergestellt wird, ist im Gegensatz zu dem vorgeformten Plattenmaterial, das infolge einer zufälligen Unregelmässigkeit der Plattenoberfläche grosse Teile der Plattenoberfläche nicht berührt, dass die Trennwände nach dieser Erfindung auf der Platte hergestellt werden und so sich einfach diesen Unregelmässigkeiten anpassen, sie bedecken und einen guten Kontakt mit der ganzen Oberfläche der Platte herstellen. An Stellen, wo die Trennwand nicht in innigem Kontakt mit der Platte ist, kann das aktive Material, obgleich es innerhalb der Kapsel eingeschlossen ist, abgelöst werden und sich in der Kapsel frei bewegen, wohingegen die Trennwand, die nach dieser Erfindung in Verbindung mit der Platte erzeugt wird, einen innigen Kontakt mit der ganzen Oberfläche herstellt und so jegliche Bewegung verhindert.
Das Erweichen desPolyolefinanteils der Faser kann entweder mit einem geeigneten Lösungsmittel oder mit Hitze erreicht werden. Für den vorliegenden Zweck ist es vorteilhafter, das ganze Gebilde (Platte und Bedeckungsmaterial) auf geeignete Temperatur zu erwärmen (vorzugsweise zirka von 100 bis 1500C) und es hernach abzukühlen. Obgleich nicht wesentlich für die Herstellung eines annehmbaren Produktes, ist es im allgemeinen vorzuziehen, einen leichten Druck während des Erhitzens anzuwenden, um das Zellulosepolyolefinmaterial zu verdichten, so. dass es weniger Platz einnimmt und um die Wärme besser zu übertragen.
An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung an einem Beispiel erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer erfindungsgemäss hergestellten Batterieplatte, Fig. 2 zeigt einen Grundriss der in Fig. 1 gezeigten Platte.
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zung. Am oberen Rand dieser Kapsel sind kleine Löcher 13 eingebohrt, welche zum Entweichen der Gase dienen.
Die Umhüllung hört bei 14 auf und dadurch ist der Zwischenraum zwischen der Kapsel und der Zuleitung 15, welche durch die Kapsel hindurchführt, sichtbar, und hier ist ebenfalls eine Möglichkeit für den
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Austritt der Gase vorhanden. Wenn erforderlich, kann die Auslassweite an diesem Punkt verbessert werden, indem ein kleiner Keil od. dgl. neben der Öffnung für die Zuleitung während des Formens eingesetzt und später wieder entfernt wird, wodurch ein Zwischenraum zwischen der Zuleitungsöffnung und der umgebenden Kapsel belassen wird.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrode bestehend aus einem Gerüst, einem mit diesem Gerüst verbundenen, aktiven Material und einer Kapsel, die dieses Gerüst und das aktive Material umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel aus einem faserigen Zellulosematerial gebildet wird, dessen einzelne Fasern mit einem in situ gebildeten Polymer aus einem Kohlenwasserstoffolefinmonomer wenigstens teilweise überzogen sind, und dass die überzogenen Fasern durch Erweichen und nachfolgendes Wiedererhärten des Polyolefins verbunden werden.