DE102004041577B4

DE102004041577B4 - Vliesstoff und elektrochemische Zelle

Info

Publication number: DE102004041577B4
Application number: DE102004041577A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.rer.nat. Kritzer; Holger Dr.rer.nat. Schilling; Günter Frey; Michael Appelgrün
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: DE102004041577A1

Abstract

Vliesstoff, insbesondere zur Verwendung als Separator in Batterien oder elektrochemischen Zellen, umfassend Fasern und Pulpmaterial, wobei das Pulpmaterial in hochfibrilliertem Zustand mit den Fasern wirkverbunden ist und wobei das Pulpmaterial zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, gekennzeichnet durch einen Anteil an Pulpmaterial von höchstens 35 Gewichtsprozent, welches durch einen Mahlgrad nach Schoppe-Riegler von 10° bis 50° SR charakterisierbar ist, und durch ein flächiges Fluidaufnahmevermögen bezogen auf 30%ige KOH-Lauge von mindestens 100% seines Flächengewichts bei mechanischer Druckbeaufschlagung mit einem Druck von 0,2 MPa.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff, insbesondere zur Verwendung als Separator in Batterien oder elektrochemischen Zellen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrochemische Zelle, insbesondere Batterie.
Stand der Technik
Aus der DE 691 09 418 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem synthetischen Papier bekannt. Die US 4 245 013 A offenbart Batterieseparatoren, welche synthetisches Pulpmaterial und ein Laminat umfassen. Aus der DE 693 26 443 T2 ist ein Papier bekannt, welches eine Vliesbahn aufweist. Die EP 0 367 989 A2 zeigt einen Vliesstoff, der flüssigkeitsdicht ausgestaltet ist. Aus der EP 1 179 864 A2 ist ein Batterieseparator bekannt, der im Wesentlichen aus nicht-fibrillierten Fasern besteht. Schließlich zeigt die EP 0 402 513 A1 ein Verfahren zur Herstellung hochverdichteter Papiere, welche Zellstoff umfassen.
Aus dem Stand der Technik sind Vliesstoffe bekannt, bei denen ausschließlich Fasern als Rohstoff Verwendung finden. Die EP 1 179 864 A2 sowie die EP 1 085 589 A2 offenbaren einen Vliesstoff, bei dem sogenannte „island in the sea-Fasern” zum Einsatz kommen. Hierbei werden „Inseln” aus Polypropylen in einem „See” aus Polyester gesponnen und die Polyester-Komponente anschließend in einem Extraktionsschritt mit heißer, konzentrierter Lauge weggelöst. Die verbleibenden Polypropylen-Fasern weisen hierbei Dicken auf, welche kleiner als 4 μm sind. Des Weiteren ist aus der EP 0 834 938 B1 der Einsatz von Splittfasern in einem Trockenvlies bekannt, welche nach der Vliesbildung in einem weiteren Arbeitsschritt mechanisch, mit Hilfe von Hochdruckwasserstrahlen, in dünne Faserkomponenten aufgeschlossen werden.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Vliesstoffe bekannt, welche neben den Fasern auch sogenannte Pulpmaterialien als Mischungskomponente enthalten. Pulpmaterialien bestehen aus hochfibrillierten Faserbüscheln mit hoher spezifischer Oberfläche. Die Faserbüschel sind jedoch nicht als Konglomerat von Einzelfasern zu verstehen, sondern als komplexe fasrige Struktur. Die feinen Faserbüschel verfügen aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche über ein sehr gutes Aufnahmevermögen für Fluide. Daher könne solche Vliesstoffe als Separatoren in Batterien Verwendung finden, wo sie die Elektrolytflüssigkeit aufnehmen können.
Vor diesem Hintergrund beschreibt die US 4,279,979 A einen Vliesstoff, der als Separator für alkalische Batterien dient. Bei diesem Vliesstoff findet neben Fasern aus Polyamid ein Polyolefin-Pulpmaterial Verwendung. Dieses Pulpmaterial wird durch einen Schmelzprozess verfestigt. Der Vliesstoff wird durch den Schmelzprozess jedoch nachteilig beeinflusst. Die hochfibrillierten Faserbüschel des Pulpmaterials werden im Hinblick auf ihre spezifische Oberfläche durch Zusammenschmelzen reduziert und insoweit in ihrem Aufnahmevermögen in Bezug auf die Elektrolytflüssigkeit beeinträchtigt.
Seit 1998 ist das Separatormaterial FS 2246 des Herstellers Freudenberg Vliesstoffe KG, Weinheim bekannt, welches bei einem Flächengewicht von 60 g/m² und einer Dicke von 170 μm einen Anteil von 40% an Polypropylenpulpmaterial aufweist. Das Pulpmaterial ist in hochfibrilliertem Zustand mit den Fasern wirkverbunden. Dieser Separator kommt vor allem in primären Lithium-Batterien zum Einsatz. Das Separatormaterial ist jedoch im Hinblick auf sein Fluidaufnahmevermögen in Batterien mit wässrigen Elektrolytflüssigkeiten aufgrund der physiko-chemischen Eigenschaften des Polypropylens nur in aufwändiger Weise optimierbar.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vliesstoff und eine elektrochemische Zelle der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein optimiertes Aufnahmevermögen für ein Fluid problemlos realisierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe hinsichtlich eines Vliesstoffes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Vliesstoff gekennzeichnet durch einen Anteil an Pulpmaterial von höchstens 35 Gewichtsprozent, welches durch einen Mahlgrad nach Schoppe-Riegler von 10° bis 50° SR charakterisierbar ist, und durch ein flächiges Fluidaufnahmevermögen bezogen auf 30%ige KOH-Lauge von mindestens 100% seines Flächengewichts bei mechanischer Druckbeaufschlagung mit einem Druck von 0,2 MPa.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass eine permanente und gute Benetzbarkeit des Vliesstoffes durch ein Fluid von großer Bedeutung für dessen Fluidaufnahmevermögen ist. Des Weiteren ist erkannt worden, dass sich unter den Polyolefinen Polyethylen besonders gut als Pulpmaterial eignet, da Polyethylenoberflächen im Hinblick auf eine Hydrophilierung besonders gut und problemlos zu modifizieren sind. Schließlich ist erkannt worden, dass ein Material um so leichter zu hydrophilieren ist, je höher der Anteil an Polyethylen an dessen Oberfläche ist.
Das Pulpmaterial ist durch einen Mahlgrad nach Schopper-Riegler von 10°–50° SR charakterisierbar. Dies gewährleistet ein gutes Fluidaufnahmevermögen, insbesondere in Bezug auf 30%ige KOH(Kalimhydroxid)-Lauge, bei problemloser Verarbeitbarkeit des Pulpmaterials.
Vor diesem Hintergrund ist insbesondere denkbar, dass Pulpmaterial mit einem Mahlgrad von 15°–35° SR Verwendung findet. Ein Vliestoff bei dem solches Pulpmaterial mit Fasern wirkverbunden ist, zeichnet sich durch ein optimales Aufnahmevermögen in Bezug auf 30%ige KOH(Kaliumhydroxid)-Lauge aus. Die Gründe hierfür sind ein besonders günstiges Verhalten des Vliesstoffes bei Hydrophilierungsprozessen und seine Homogenität.
Der Anteil an Pulpmaterial beträgt höchstens 35 Gewichtsprozent, bezogen auf den Vliesstoff. Dieser Anteil an Pulpmaterial ist im Hinblick auf die mechanische Stabilität des Vliesstoffes von Vorteil. Die Höchstzugkraft in Längsrichtung, der ein Vliesstoff standhält, nimmt mit steigendem Pulpmaterial-Anteil deutlich ab. Bei Anteilen an Pulpmaterial um etwa 40 Gewichtsprozent liegt die Höchstzugkraft bereits unterhalb des technisch relevanten Wertes von 45 N/5 cm. Insoweit zeichnet sich ein Vliesstoff, der einen Anteil an Pulpmaterial von höchstens 35 Gewichtsprozent aufweist, durch eine ausreichende Gebrauchstauglichkeit aus.
Der Vliesstoff weist ein flächiges Fluidaufnahmevermögen von mindestens 100% seines Flächengewichts bei einer mechanischen Druckbeaufschlagung mit einem Druck von 0,2 MPa auf. Diese konkrete Ausgestaltung des Vliesstoffes erlaubt ein hohes Rückhaltevermögen des Elektrolyten sowohl beim Wickeln der elektrochemischen Zellen als auch bei deren Betrieb, da der Separator hierbei einer hohen mechanischen Komprimierung unterworfen wird.
Folglich ist ein Vliesstoff realisierbar, der die eingangs genannte Aufgabe löst.
Im Vliesstoff könnte zumindest ein Teil der Fasern ausschließlich als Bindefasern fungieren. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Pulpmaterial an der Verbindung mit den Fasern im Vliesstoff nur passiv und nicht aktiv teilnimmt und daher nach der Verbindung unverändert vorliegt. Allein die Bindefasern werden durch den Verbindungsprozess in ihrer Struktur und Beschaffenheit geändert. Insoweit ist der Einfluß der Verbindung auf seine fluidspeichernden Eigenschaften minimiert.
Im Vliesstoff könnte zumindest ein Teil der Fasern ausschließlich als stabilisierende Strukturfasern fungieren, welche nach einem Verbindungsprozess unverändert im Vliesstoff vorliegen. Allein die Bindefasern werden durch den Verbindungsprozess in ihrer Struktur und Beschaffenheit geändert, die Strukturfasern können dann der Verfestigung des Vliesstoffes dienen.
Die Fasern und das Pulpmaterial könnten durch einen Schmelzprozess miteinander wirkverbunden sein, der bei einer Temperatur geführt wird, die niedriger als die Schmelztemperatur des Pulpmaterials und größer oder gleich der Schmelztemperatur zumindest eines Teils der Fasern ist. Durch diese Art der Verbindung werden lediglich die Fasern angeschmolzen, so dass sie mit dem Pulpmaterial eine feste Verbindung eingehen können. Dabei wird ausschließlich die Oberflächenstruktur der Fasern beeinträchtigt und das Pulpmaterial bleibt nahezu unbeeinträchtigt und kann seine fluidspeichernden Eigenschaften bewahren. Dabei dienen die angeschmolzenen oder zusammengeschmolzenen Fasern als Bindefasern, die nicht beeinträchtigten als Strukturfasern.
Die Fasern des Vliesstoffes könnten Polyolefinfasern umfassen. Die Vorkehrung von Fasern aus Polyolefinen ermöglicht eine Fixierung des Pulpmaterials mit weiteren Fasern im Vliesstoff. Dabei ist denkbar, dass ein hochfibrilliertes Polyethylenpulpmaterial mit niedrig schmelzenden Polyolefinfasern thermisch fixiert wird. Bei der thermischen Fixierung werden jedoch ausschließlich die Bindefasern angeschmolzen und im Hinblick auf ihre Oberflächenbeschaffenheit modifiziert, wobei das Pulpmaterial durch den thermischen Fixierungsprozess sowie Strukturfasern nicht beeinträchtigt werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die physiko-chemischen Eigenschaften des ursprünglich der Herstellung des Vliesstoffes zugrunde gelegten Pulpmaterials im fertigen Vliesstoff unverändert sind. Die Verwendung von Polyolefinfasern ist des Weiteren vorteilhaft, da sich diese durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen stark alkalische Elektrolyten und gegen Oxydationsprozesse im chemischen Umfeld elektrochemischer Zellen auszeichnen.
Die Polyolefinfasern könnten einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 20 μm ist. Dabei ist insbesondere denkbar, dass der Durchmesser sogar kleiner als 15 μm ist. Eine solche Dimensionierung der Polyolefinfasern ist für den Einsatz in NiMH-Batterien von Vorteil, da dieser Batterietyp hochkapazitive Zellen (sogenannte „high capacity cells”) umfasst. Diese Batterietypen erfordern besonders dünne Separatoren, da dickere Separatoren bei gleichem Bauvolumen der Batterie eine geringere Zellkapazität bewirken als dünnere. Derzeitige Marktanforderungen für NiMH-Batterien der Baugröße AA verlangen beispielsweise für Zellkapazitäten, deren Wert 1800 mAh übersteigt, Separatordicken unterhalb von 140 μm. Für Batterien mit einer Zellkapazität von 2300 mAh werden Separatordicken um ca. 120 μm gefordert. In Batterien mit höheren Zellkapazitäten müssen noch dünnere Materialien eingesetzt werden. Solche Materialien können durch Verwendung von Polyolefinfasern realisiert werden, die einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 20 μm ist.
Der Schmelzpunkt zumindest eines Teils der Polyolefinfasern könnte unterhalb des Pulpmaterials liegen. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass bei einer thermischen Fixierung des Pulpmaterials durch Polyolefinfasern das Pulpmaterial nicht angeschmolzen und somit seine Oberflächenbeschaffenheit nicht beeinträchtigt wird.
Die Polyolefinfasern könnten Polyethylenfasern umfassen, die als Bindefasern fungieren. Dabei ist denkbar, dass die Polyolefinfasern Polyethylenfasern sowie Fasern aus anderen Materialien umfassen. Bei Verwendung von Polyethylenfasern als Bindefasern könnten diese derart modifiziert sein, dass sie einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als Pulpmaterial, welches aus Polyethylen besteht. Durch eine solche Ausgestaltung ist sichergestellt, dass der Vliesstoff besonders leicht hydrophilierbar und homogen aufgebaut ist.
Die Polyolefinfasern könnten Polypropylenfasern umfassen, die als stabilisierende Strukturfasern fungieren. Polypropylenfasern zeichnen sich durch ihre Beständigkeit gegen Kaliumhydroxid aus. Diese Eigenschaft der Polypropylenfasern ist von Vorteil, wenn der Vliesstoff in alkalischen Batterien verwendet wird, da in diesen Kaliumhydroxid als Elektrolyt fungiert.
Die Polyolefinfasern könnten Bikomponentenfasern umfassen, wobei eine Komponente eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Pulpmaterial. Beispielsweise ist denkbar, dass eine Komponente Polyethylen und die andere Polypropylen umfasst. Durch diese Ausgestaltung ist ein Vliesstoff realisierbar, bei dem eine Faser zugleich als Bindefaser und Strukturfaser fungiert. Dabei ist insbesondere denkbar, dass beispielsweise der Kern der Bikomponentenfaser aus einem hochstabilen und bei einer höheren Temperatur schmelzenden Material wie Polypropylen besteht, wobei der Mantel aus Polyethylen bei einer sehr geringen Temperatur schmelzen könnte. Durch diese konkrete Ausgestaltung sind Bikomponentenfasern zur thermischen Fixierung von Pulpmaterial besonders geeignet, da sie einen Verbund mit dem Pulpmaterial schon bei sehr niedrigen Schmelztemperaturen herstellen können und nach der Verbindung als Strukturfasern fungieren. Bei diesem Prozess wird lediglich die Manteloberfläche der Bikomponentenfasern angeschmolzen, wodurch die Bikomponentenfasern einen Verbund mit dem Pulpmaterial eingehen.
Die Fasern könnten Polymerfasern aus Ethylenvinylalkohol (EVOH) umfassen, die als Strukturfasern fungieren und einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 15 μm ist. Eine solche Ausgestaltung des Vliesstoffes ist im Hinblick auf dessen Verwendung in alkalischen Batterien von Vorteil, da EVOH-Fasern gegen KOH-Lauge resistent sind, die in alkalischen Batterien als Elektrolyt Verwendung findet.
Der Vliesstoff könnte ein Flächengewicht von höchstens 65 g/m² aufweisen. Vliesstoffe mit Flächengewichten, die unter 65 g/m² liegen, sind als Separatoren besonders geeignet, da sie den Bau elektrochemischer Zellen mit besonders hohen Kapazitäten ermöglichen.
Der Vliesstoff könnte eine Dicke von höchstens 150 μm aufweisen. Dabei ist insbesondere denkbar, dass der Vliesstoff eine Dicke von höchstens 120 μm aufweist. Eine solche Dimensionierung des Vliesstoffes ist im Hinblick auf dessen Verwendung als Separator von besonderem Vorteil, da dickere Separatoren zu einer geringeren Zellkapazität der Batterien führen als dünnere Separatoren. Beispielsweise kann in NiMH-Batterien der Baugröße AA eine Zellkapazität erzielt werden, die größer als 1800 mAh ist, wenn ein Separator verwendet wird, dessen Dicke unterhalb von 140 μm liegt. Batterien mit einer Zellkapazität von 2300 mAh erfordern Separatordicken um ca. 120 μm. Insoweit ist durch die konkrete Ausgestaltung des Vliesstoffes eine besonders hohe Zellkapazität der Batterien erzielbar.
Der Vliesstoff könnte eine mechanische Festigkeit in Längsrichtung von mindestens 45 N/5 cm aufweisen. Eine solche mechanische Festigkeit ist dahingehend vorteilhaft, dass der Vliesstoff Wickelprozessen unterworfen werden kann, ohne zu reißen. Bei Wickelprozessen wird der Vliesstoff, insbesondere bei kleinen Wickelradien der innerste Wickel einer Rundzelle, einer hohen mechanischen Belastung unterworfen.
Der Vliesstoff könnte ein flächiges Fluidaufnahmevermögen in Bezug auf 30%ige KOH-Lauge von höchstens 250% seines Flächengewichts aufweisen. Diese konkrete Ausgestaltung des Vliesstoffes ermöglicht ein besonders hohes Elektrolytaufnahmevermögen.
Der Vliesstoff könnte einen Porendurchmesser von höchstens 90 μm aufweisen. Das Separatormaterial elektrochemischer Zellen soll bei größtmöglicher Porosität geringste Porendurchmesser aufweisen, um ein hohes Rückhaltevermögen für Dendriten und Partikel zu gewährleisten, die sich auf den Elektroden bilden bzw. von den Elektroden abgelöst werden. Dies kann dadurch erzielt werden, dass besonders dünne Fasern eingesetzt werden. Eine Ausgestaltung des Vliesstoffes mit einem maximalen Porendurchmesser von höchstens 90 μm gewährleistet eine hohe Funktionalität des Vliesstoffes in Bezug auf dessen Rückhaltevermögen, da Dendrite und Partikel meist größer als 90 μm sind.
Der Vliesstoff könnte durch eine sich an seine Fertigung anschließende Nachbehandlung hydrophiliert werden. Um eine dauerhaft hydrophile Oberfläche zu erzeugen, müssen Polyolefinfasern in einem weiteren Arbeitsschritt nachbehandelt werden. Als gängige Verfahren der Oberflächenmodifizierung kommen eine Gasphasenfluorierung, eine Plasmabehandlung, eine Sulfonierung oder ein Graften von polaren, ungesättigten organischen Verbindungen in Betracht. Dabei ist eine Pfropfung von polaren ungesättigten organischen Substanzen wie Acrylsäure denkbar. Durch die Hydrophilierung ist eine permanente und gute Benetzbarkeit durch ein Fluid realisierbar. Insoweit kann durch eine solche Nachbearbeitung des Vliesstoffes dessen Benetzbarkeit durch einen Elektrolyten selektiv eingestellt werden. Vor diesem Hintergrund ist zu erwähnen, dass eine zu glatte Oberfläche der verwendeten Fasern zu einer leichten Verdrängung des Elektrolyten führt. Daraus resultiert ein erhöhter Ionendurchgangswiderstand, womit verschlechterte Batterieeigenschaften einhergehen. Insoweit ist eine selektive Abstimmung der Hydrophilie in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit der Fasern möglich.
Des Weiteren ist die obige Aufgabe im Hinblick auf eine elektrochemische Zelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 gelöst. Danach ist eine elektrochemische Zelle dadurch gekennzeichnet, dass der Separator einen erfindungsgemäßen Vliesstoff umfasst.
Um Wiederholungen in Bezug auf die der elektrochemischen Zelle zugrunde liegende erfinderische Tätigkeit zu vermeiden, sei an dieser Stelle auf die Ausführungen zum Vliesstoff als solchem verwiesen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Vliesstoffes anhand der Tabelle zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Tabelle werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Beispiele
Alle Vliesstoffe der Beispiele 1 bis 15 wurden wie folgt hergestellt:
Die Fasern und Pulpmaterialien wurden in Wasser dispergiert und mit Hilfe eines Hydroformers als Blätter abgelegt. Die Trocknung bzw. der Schmelzprozess erfolgten mit Hilfe eines Durchlauftrockners bei Temperaturen von 90 bis 120°C in Abhängigkeit vom Schmelzbereich der Bindefasern. Die Dickenkalibrierung erfolgte mit einem Kalander, bestehend aus zwei Stahlwalzen. Die Kalandrierung erfolgte bei einer Temperatur von 90 bis 100°C und Liniendrücken von 20 bis 40 N/mm. Zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Beispielen, welche Pulpmaterialien aufweisen, wurden Polyolefinvliesstoffe hergestellt, die ausschließlich Fasern und kein Pulpmaterial aufweisen.
Beispiele 1 bis 4
Die Materialien der Beispiele 1 bis 4 in der nachfolgenden Tabelle enthalten als Bestandteile Polyolefin-Bikomponentenfasern und Polyethylen-Pulpmaterialien in veränderlichen Anteilen von 10 bis 40 Gewichtsprozent.
Beispiele 5 bis 7
Die Materialien der Beispiele 5 bis 7 enthalten Polyolefin-Bikomponentenfasern und Polyethylen-Pulpmaterialien mit Gewichtsanteilen von 20, 30 und 40 Gewichtsprozent. Jedes der Materialien der Beispiele 5 bis 7 enthält des Weiteren einen Anteil an Polypropylenfasern von 10 Gewichtsprozent.
Beispiel 8
Das Material nach Beispiel 8 enthält als Bindefasern keine Polyolefin-Bikomponentenfasern sondern reine Polyethylenfasern, nämlich „Homofil-Fasern”. Der Anteil an Pulpmaterial beträgt 30 Gewichtsprozent.
Beispiel 9
Das Material nach Beispiel 9 enthält als Bindefasern reine Polyethylenfasern sowie einen Anteil von 10 Gewichtsprozent an Polypropylenfasern. Des Weiteren enthält das Material nach Beispiel 9 einen Anteil von 30 Gewichtsprozent an Polyethylen-Pulpmaterial.
Beispiel 10
Das Material nach Beispiel 10 enthält Polyolefin-Bikomponentenfasern und einen Anteil von 10 Gewichtsprozent an reinen Ethylenvinylalkoholfasern (EVOH-Fasern). Das Material nach Beispiel 10 umfasst einen Anteil von 30 Gewichtsprozent an Polyethylen-Pulpmaterial.
Beispiele 11 bis 13
Die Materialien der Beispiele 11 und 12 weisen die gleiche Zusammensetzung wie das Material nach Beispiel 2 auf. Sie sind lediglich im Hinblick auf ihr Flächengewicht und ihre Dicke reduziert worden. Das Material nach Beispiel 13 weist die gleiche Zusammensetzung auf wie das Material nach Beispiel 5 und ist lediglich im Hinblick auf sein Flächengewicht und seine Dicke reduziert worden.
Beispiele 14 und 15
Das Material nach Beispiel 14 umfasst ausschließlich Polyolefinfasern mit einem Durchmesser von 11 μm. Das Material nach Beispiel 15 umfasst ausschließlich Polyolefinfasern mit einem Durchmesser von 18 μm.
Die Bestimmung der Dicke der Materialien wurde nach EN 20534 durchgeführt. Die Bestimmung der maximalen Porendurchmesser erfolgte nach ASTME 1294 mit Hilfe eines PMI Capillary Flow Porometer (Cornell Industry). Der maximale Porendurchmesser wurde bei einer Flussrate von 25 L/min ermittelt. Für die Bestimmung des Elektrolyt-Speichervermögens wurde die Masse an 30%iger Kaliumhydroxidlauge bestimmt, die von einem Material definierter Fläche aufgenommen werden kann, und mit dem Flächengewicht des Materials ins Verhältnis gesetzt. Das Speichervermögen unter Druck wurde mit zwei Stempeln bei einem Auflagedruck von 0,2 MPa bestimmt.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, das die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Vliesstoff, insbesondere zur Verwendung als Separator in Batterien oder elektrochemischen Zellen, umfassend Fasern und Pulpmaterial, wobei das Pulpmaterial in hochfibrilliertem Zustand mit den Fasern wirkverbunden ist und wobei das Pulpmaterial zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, gekennzeichnet durch einen Anteil an Pulpmaterial von höchstens 35 Gewichtsprozent, welches durch einen Mahlgrad nach Schoppe-Riegler von 10° bis 50° SR charakterisierbar ist, und durch ein flächiges Fluidaufnahmevermögen bezogen auf 30%ige KOH-Lauge von mindestens 100% seines Flächengewichts bei mechanischer Druckbeaufschlagung mit einem Druck von 0,2 MPa.
Vliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fasern als Bindefasern fungiert.
Vliesstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fasern als stabilisierende Strukturfasern fungiert.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit dem Pulpmaterial durch einen Schmelzprozess miteinander wirkverbunden sind, der bei einer Temperatur stattfindet, die niedriger als die Schmelztemperatur des Pulpmaterials und größer oder gleich der Schmelztemperatur zumindest eines Teils der Fasern ist.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Polyolefinfasern umfassen.
Vliesstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinfasern einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 20 μm ist.
Vliesstoff nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt zumindest eines Teils der Polyolefinfasern unterhalb dem des Pulpmaterials liegt.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinfasern Polyethylenfasern umfassen, die als Bindefasern fungieren.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinfasern Polypropylenfasern umfassen, die als stabilisierende Strukturfasern fungieren.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinfasern Bikomponentenfasern umfassen, wobei eine Komponente eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Pulpmaterial und die andere eine höhere.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Ethylenvinylalkohol(EVOH)-Fasern umfassen, deren Durchmesser kleiner als 15 μm ist und die als stabilisierende Strukturfasern fungieren.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Flächengewicht von höchstens 65 g/m².
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Dicke von höchstens 150 μm.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine mechanische Festigkeit in Längsrichtung von mindestens 45 N/5 cm.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein flächiges Fluidaufnahmevermögen bezogen auf 30%ige KOH-Lauge von höchstens 250 Prozent seines Flächengewichts.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Porendurchmesser von höchstens 90 μm.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine sich an seine Fertigung anschließende Nachbehandlung, welche dessen Hydrophilierung bewirkt.
Vliesstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophilierung eine Fluorierung umfasst.
Vliesstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophilierung eine Plasma-Behandlung umfasst.
Vliesstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophilierung eine Sulfonierung umfasst.
Vliesstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophilierung eine Pfropfung von polaren ungesättigten organischen Substanzen umfasst.
Elektrochemische Zelle, insbesondere Batterie, mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse zumindest teilweise mindestens eine positive und eine negative Elektrode sowie ein Material aufnimmt, welches den Transport von Ladungsträgern erlaubt, und wobei ein Separator die Elektroden trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator einen Vliesstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.