DE1030900B - Verfahren zur Herstellung eines Separators fuer Akkumulatoren unter Verwendung von hartem siliciumhaltigem Gel, wie z. B. Diatomeenerde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Separators für Akkumulatoren, der besonders für Sicherheitsbatterien für Bergwerke oder andere säuredichte Batterien geeignet ist.

Für die Herstellung von Bergwerkssicherheitsbatterien sind Batterieseparatoren notwendig, welche imstande sind, die Elektrolytflüseigkeit fast vollständig zu absorbieren, um ein Verschütten einer beachtlichen Menge des Elektrolyten ohne Rücksicht auf die Lage der Batterie zu verhindern. Das Verschütten bzw. Auslaufen des Elektrolyten aus einer Batterie kann leicht verhindert werden durch geeignete Anordnung der Entgasungslöcher und Füllöffnungen. Für solche kippsicheren Batterien ist ein Separatormaterial notwendig, welches eine hohe, über 60 Volumprozent liegende Absorptionsfähigkeit besitzt, welches widerstandsfähig ist gegen die Akkumulatorensäure und welches eine ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit und Festigkeit besitzt. Außerdem muß das Material elektrisch nichtleitend sein, und es darf keine löslichen Salze und keine ionisierbare Verbindungen enthalten.

Die bisher verwendeten Separatoren aus Balsaholz (KorkhoJz) vermögen 55 bis 75 Volumprozent an Batteriesäure aufzusaugen. Sie besitzen aber eine begrenzte Säurewiderstandsfähigkeit und verlieren nach einer gewissen Zeit ihre mechanische Festigkeit und Haltbarkeit, so daß sie die eventuelle Ausdehnung der negativen Batterieplatten nicht verhindern können.

Man hat auch schon vorgeschlagen, Separatoren aus einer Mischung aus geglühtem Kieselgur und einem organischen Binder herzustellen, die auf und in eine Glasmatte aufgebracht wird. Die Verwendung einer Glasmatte erschwert jedoch die Herstellung und erhöht die Herstellungskosten.

Es ist ferner auch vorgeschlagen worden, die Separatoren aus Diatomeenerde herzustellen und mit einem Überzug aus vulkanisiertem Kautschuk zu versehen. Durch den Überzug wird aber die Porosität stark herabgesetzt. Man hat weiterhin Diatomeenerde mit Emulsionen und einem Bindemittel in dispergierter Phase zusammengebracht und daraus einen Separator hergestellt, welcher die Diatomeenerdeteilchen in geregelter Anordnung enthält, so daß Poren vorhanden sind, und in dem diese mittels der vulkanisierten Kautschukteilchen zu einer festen Masse vereinigt sind. In diesem Falle sind jedoch etwa 25 Gewichtsprozent eines Bindemittels nötig, und das Abbinden wird unter Aufhebung der dispergierten Phase erreicht, so daß die dispergierten Teilchen unter Aufrechterhaltung der Porosität und der Zwischenräume zwischen den Diatomeenerdeteilchen koaguliert werden. Diesem Verfahren haftet der Nachteil an, daß die Aufnahmefähigkeit des Separators für den Elektro-Verf ahren zur Herstellung eines Separators für Akkumulatoren unter Verwendung

von hartem siliciumhaltigem Gel,

wie z. B. Diatomeenerde

Anmelder:

Koehler Manufacturing Company,
Marlboro, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Vorwerk und Dipl.-Ing. K. Walther,
Patentanwälte, Berlin-Charlottenburg 9, Bolivarallee 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. April 1953

lyten gering ist, da der verhältnismäßig große Anteil an Bindemittel· die zur Aufnahme des Elektrolyten dienenden Poren zu stark verstopft.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß durch Verwendung eines harten siliziumhaltigen Gels, das weitgehend bis in die Nähe größtmöglicher Verdichtung entsprechend der gegebenen Korngröße verdichtet wird, der erforderliche Anteil des Binders auf höchstens 12% verringert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich durch die Bereitung einer Mischung aus einem hartert siliziumhaltigen Gel und nicht mehr als 12 Gewichtsprozent eines säurewiderstandsfähigen organischen Harzes in einem flüssigen Medium, Verformung dieses Gemisches unter Pressen zu einem dichten Gefüge und anschließendes Abziehen des flüssigen Mediums. Hierbei ergibt sich nicht nur eine wesentlich einfachere Vorbereitung zur Schaffung des abgebundenen Silicagels, sondern es wird auch ein Material erreicht, das eine längere Lebensdauer sowohl im Betrieb als auch bei der Lagerung aufweist. Weiterhin hat es mehr als gleichwertige Härte gegenüber den bekannten Materialien, so daß es gut gehandhabt werden kann und den üblichen Belastungen beim Zusammenbau gut widerstehen kann.

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Für die erfindungsgemäß hergestellten Batterie- der mit dem Füllmaterial auszufüllende freie Raum Separatoren muß ein hartes und nicht leicht zusam- nicht mehr als 25 Volumprozent, berechnet auf das menpreßbares Silicagel verwendet werden, welches Volumen der Silicagelmasse, beträgt. Um das Einein hohes Aufsaugvermögen für den Elektrolyten be» dringen des Binders in die Poren der Silicagel teilchen sitzt. Ein Produkt dieser Art ist Diatomeenerde, 5 und der gegebenenfalls mitverwendeten Füllmittelteilwelche deshalb für die beanspruchten Separatoren zur chen weitgehend zu verhindern und um die höchstmög-Herstellung besonders geeignet ist. Dieses natürliche liehe Bindemittelwirkung der organischen Bindemittel-Silicagel hat trotz seiner wirklichen Nichtzusammen- lösungen zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Bindepreßbarkeit den Vorteil einer ziemlich weichen Ober- mitteililösung durch Zusatz eines Nichtlösungsmittels fläche und leichten Formpreßbarkeit. Aber auch ein 10 für den Binder zu verdünnen. Für diesen Fall gibt man Silicagel, welches durch Ansäuern einer SilicatlÖsung z. B. zu einer Lösung von Polystyrol in Toluol etwas ausgefällt, gewaschen und getrocknet wird, ist hier- Aceton zu, oder bei Verwendung einer wäßrigen für gut brauchbar, wenngleich es wegen seiner scharf- Emulsion verdünnt man mit Alkoholen oder Äthern, kantigen Oberfläche nicht so leicht formbar ist wie sofern dadurch die Beständigkeit der Emulsion nicht die Diatomeenerde. Dagegen sind weiche und leicht 15 gestört wird. Unabhängig davon, ob ein Lösungs- und zusammenpreßbare Silicagele für die beanspruchten Verdünnungsmittel zugesetzt wird oder nicht, wird Separatoren nicht geeignet. Sie dienen gegebenenfalls die trocken erscheinende Masse in der Form bei einem zum Ausfüllen der verbleibenden Zwischenräume zwi- Druck von 35 kg/cm² und höher verpreßt. Die Erfinschen den eng gepackten Separatoren aus hartem dung ist aber nicht auf das Verformen durch Pressen Silicagel. Die für die vorliegende Erfindung notwen- 20 unter Druck beschränkt, vielmehr kann auch z. B. ein digen Silicagele haben im allgemeinen einen SiO₂- in der Saugfilterform erzeugtes Produkt verwendet Gehalt von über 80%; sie enthalten ein Minimum an "werden. Es ist aber wesentlich, daß die Dichte der löslichen Salzen und metallischen Verunreinigungen fertigen Separatorplatte nicht weniger als 0,5, vor- und müssen so gut wie frei sein von Chlor. Das zugsweise zwischen 0,65 und 0,75 beträgt.
Volumenaufnahmevermögen für Batteriesäuren soll 25 Die Erfindung wird weiterhin durch die Zeichnunvor dem Verformen des Silicagels zu dem Separator gen erläutert, und zwar durch die beiden Fig. 1 und 2, mindestens 75 °/o betragen. welche einen senkrechten Schnitt durch eine Batterie

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Binde- mit Separatoren gemäß der Erfindung darstellen. Die

mittel müssen dicht, säurewiderstandsfähig, organi- Fig. 2 zeigt einen etwas vergrößerten Schnitt von

scher und zementartiger Natur sein. Hierfür kommen 30 Fig. 1.

besonders Lösungen von Polystyrol in Betracht, welche In der Fig. 1 ist mit 13 der Batteriekasten oder nach der Erfindung nur in geringen Mengen ange- -behälter aus dem üblichen Baumaterial, wie Phenolwandt werden und eine feste und säurewiderstands- Kunststoffen oder Hartgummi, dargestellt. In diesem fähige Bindung ergeben, ohne die Aufsaugefähigkek Gehäuse 13 sand mit 14 die positive Platte, mit 15 und des verpreßten harten Silicagels wesentlich herabzu- 35 16.diebeiden negativen Platten und mit 11 und 12 die setzen. Während die Polystyroläösungen gemäß der beiden Separatoren bezeichnet. Das Gehäuse 13 ist mit Erfindung ein bevorzugtes Bindemittel für die Her- einer Abdeckung 17 versehen, durch welche die Abstellung von Separatoren darstellen, können auch leitungen von der positiven und den negativen Platten andere Lösungen von säurewiderstandsf ähigen Harzen hindurchragen. 19 zeigt eine geeignete Anordnung zur mit zufriedenstellenden Ergebnissen angewandt wer- 40 Verhinderung des Vergießens von Batterieflüssigkeit, den. Es werden beispielsweise genannt Mischpolymeri- und 20 ist eine Entlüftung.

sate von Polyvinylchlorid und -acetat, Acrylsäureharz, In der Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform

Polyvinylchloridharz sowie Lösungen von Poly- dargestellt, welche zwischengelegte Schichten 21 und

äthylenen und Kautschukarten. Es können auch Emul- 22 aus Glasfasermaterial zeigt. Dieses Material dient

sionen oder Dispersionen von diesen organischen 45 zur Stabilisierung der Separatoren und zum Schutz

Bindemitteln verwendet werden, wenngleich diese auch, gegen Zerbrechen derselben, besonders beim Aufladen

selbst in kleinen Mengen angewandt, das Aufsauge- der Batterie. Diese Zwischenschichten können zwischen

vermögen in dem Endprodukt stärker herabsetzen als den Separatoren 11, 12 und die negativen Platten 15,

die vorgenannten Lösungen. Deshalb werden auch die 16 angeordnet sein, wie es die Fig. 2 zeigt, oder aber

Lösungen bevorzugt. 50 sie können auch zwischen den Separatoren und der

Die Bindemittel werden in verhältnismäßig geringen Positivplatte 14 liegen. Der Einbau der Zwischen-Mengen angewandt, die nicht mehr als .12 Gewichts- schichten kann auch unterbleiben, wie die Fig. 1 zeigt, prozent betragen. Es ist erkennbar, daß solche ge- Die Herstellung der Separatoren gemäß der Erringen Mengen des Bindemittels nur einen verhältnis- findung wird weiter durch die folgenden Beispiele ermäßig kleinen Teil der Oberfläche der verpreßten 55 läutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
harten Silicagelteilchen überdecken, so daß das Auf- . .
Saugevermögen derselben dadurch nicht wesentlich Beispiel!
herabgesetzt wird. Auf diese Weise gelangt man leicht Ein Separator für säuredichte Bergwerkssicherzu Separatoren mit einem Aufsaugevolumen von etwa heitsbatterien wird aus folgenden Stoffen hergestellt: 55 bis 75 Volumprozent. 60 Gewichtsteile

Für die Herstellung und Verformung der Separa- Diatomeenerde 54,5

toren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Aceton 19,0

harte Silicagel, gegebenenfalls zusammen mit einer Toluol 21,0

geringen Menge an Füllmitteln, wie Glasfasern oder Polystyrol 5,5

weiche Silicagele,· mit der Lösung des Binders in ge- 65 mn η"

eigneter Menge zu einer mehr oder weniger trocken '

erscheinenden Konsistenz gemischt. Diese Mischung Das Polystyrol wird in dem Aceton-Tuluol-Gemisch

wird in die Form gebracht und danach z. B. zu glat- gelöst, und mit der erhaltenen Lösung wird die

ten oder gerippten Platten verpreßt. Diese werden Diatomeenerde verrührt. Das mehr oder weniger

dicht zwischen den Batterieplatten eingebaut, so daß 70 trockene oder krümelige Gemisch wird in die Form

Claims (5)

1. 5 6
2. für die Separatoren gebracht. Danach wird das Mate- formen können, wodurch die Lebensdauer der Batterie
3. rial bei einem Druck von etwa 53 kg/cm² gepreßt, aus langer erhalten bleibt.
4. der Form herausgenommen und sorgfältig bei etwa 90 Falls es erwünscht ist, die Separatorenplatten mit bis 100° C getrocknet. Der erhaltene Separator hat Hohlräumen zu versehen und dabei aber doch beim eine Dichte von etwa 0,7, ein Aufsaugevermögen für
5. 5 Einbau ein festes und dichtes Gefüge aufzuweisen, so die Batteriesäure von etwa 65% und zeigt eine Be- können dem zu verformenden Gemisch von Diatomeenständigkeit und Widerstandsfähigkeit in der gelade- erde od. dgl. und Bindemittel lösliche Zusatzstoffe zunen Batterie nach mehreren Monaten ohne irgend- gesetzt werden, die nachher aus den verpreßten Platwelche Zeichen der Zerstörung. ten herausgelöst werden und dabei Hohlräume hinter-

   _ ίο lassen.
   Beispiel 2

   Ein brauchbarer Separator wird nach dem Ver- Patentanspruch·
   fahren des Beispiels 1 unter Verwendung folgender

   Ausgangsstoffe hergestellt. Verfahren zur Herstellung eines Separators für

   Gewichtsteile 15 Akkumulatoren unter Verwendung von hartem

   Diatomeenerde 54,5 siliiciumhaltigem Gel, wie z. B. Diatomeenerde, geBenzol 40,0 kennzeichnet durch die Bereitung einer Mischung

   Kautschuk 5,5 ^aus trockenem hartem siliciumhaltigem Gel und

   nicht mehr als 12 Gewichtsprozent eines säure-

   Die daraus hergestellten Separatoren wurden in be- 20 widerstandsfähigen organischen Harzes in einem

   triebstätigen. Batterien längere Zeit verwendet, und flüssigen Medium und Verformung dieses Ge-

   danach wurde festgestellt, daß sie den bisher verwen- misches unter solchem Preßdruck, daß nach an-

   deten bekannten Separatoren gegenüber überlegene schließendem Entfernen des flüssigen Mediums der

   Eigenschaften besitzen. Sie haben eine lange Lebens- Separator eine Dichte von 0,5 bis 0,75 aufweist.

   dauer, verbunden mit dem Vorteil der großen Auf- 25

   Saugefähigkeit der flüssigen Elektrolyten, wie sie auch In Betracht gezogene Druckschriften:

   den Balsaholzseparatoren eigen ist, aber daneben Deutsche Patentschriften Nr. 349 799, 352 989,

   wegen ihrer Härte und nicht quellenden Eigenschaften 672 930;

   ein festes Gefüge besitzen. Dieses verhindert, daß die britische Patentschriften Nr. 537 377, 678 719;

   negativen Batterieplatten sich ausdehnen und ver- 30 USA.-Patentschriften Nr. 2 155 016, 2 302 833.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809'528/177 5.58