DE1596064A1

DE1596064A1 - Trennwand fuer einen Akkumulator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1596064A1
Application number: DE19661596064
Authority: DE
Inventors: Piotr Zenczak
Original assignee: Evans Products Co
Current assignee: Evans Products Co
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-12-07
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DE1596064C3; DE1596064B2; FR1505013A; US3450571A

Description

Patentanwalt

Kir¹ a. B rosa

f 323 //unchen-FuIb* 1596064

VHs München-Pullüoh, 7.12.1966

1o Ö51

ji'VAiid PRODUCTS COMPANY, eine ffirma nach den Gesetzen des Staates Delaware, 1121 B, W. Salmon Street, Portland, Oregon, USA

Trennwand für einen Akkumulator und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die j_,rfinüun_tr betrifft Trennwände, wie sie zwischen den Platten voxi ülejj&äureakkumulatoren verwendet werden. Solche Trennwände verhindern Kurzschlüsse der Batterie und einen unerwünschten Transport des Plattenmateriales.

Die zwiacnen α en abwechselnd positiven und negativen Zellen angeordneten porösen Trennplatte^ in den Zellen von Akkumulatoren sind hauptsächlich zu dem Zweck vorgesehen, elektriiiurüscnlüijs-e der Zelle zu vermeiden, die hauptsächlich eine körperliche Verschiebung der Platten, oder duroh Una chemische !ieaiitionen verursacht werden können. dan tTeiinwaruie müssen zwar als elektrische Isolatoren zwiaoien <ien Platten ausgebildet sein, müssen aber andererseits eine freie elektrolytische Stromleitung duroh Ionenflu;.;j üurüii aie hindurch gestatten, au doö der innere elektriac.'jfj ,/i-lern Land des üKkumulators so niedrig wie möglich ijfc. L"i;.,JL dif i rennplutten einen Ionenfluss gestatten, weiten niü ^Mfii» /ieizahi iiiikrosKopisch kleiner Öffnungen auf. üitiiid O.füiui>;a .iiütjuen aber von auuaerordentiich kleinen AbififiijHuu eil sjoin, 'la'aiL ijioh kein Metall von den Platten in <i»i;i ^/.'Vivm,.en ariijüLüöii kann, woil solche Anaätae leioht duroh 'iei.d-i.tiHcneij ,/uurmtum oder dergleichen duroh die Trennwand .•lind ιΓ'-.'.ι waciiiien Können und damlL eln^u Kurzsohlune zwischen

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nebeneinander angeordneten Platten hervorrufen können. Wenn die Trennplatten aus verschmolzenem thermoplastischem Polymeroder Cοpolymerpulver bestehen, dann besteht bei zu dünner Ausführung der Platten die Gefahr, daß solche zu grosBen Löcher in den Platten sind, die ein solches dendritisches Wachstum gestatten. Ein dendritisches Wachstum kann auch bei anderen Platten vorkommen, die z.B. aus imprägniertem phaserigem Material bestehen, d.h. also bei Platten, die dadurch hergeetellt werden, daß man ein Blatt aus Holzzellulose-Papier mit einem warmaushärtbarem Harz, z.B. Phenolformaldehyd-Kunstharz, welches in dem Papier in diffuser Form vorliegt, imprägniert. Offensichtlich sollen solche Trennplatten so dünn wie möglich sein, um eine maximale Porosität und einen minimalen inneren Widerstand zu erhalten. Diese Forderung besteht auch, weil man die G-esamtgrösse solcher Akkumulatoren möglichst gering halten will. Nun ist aber die Verringerung der Dicke in den meisten Fällen nicht verträglich mit der Erfordernis, daß in den Platten keine Löcher sein sollen, da eine Verringerung der Dicke der Platten normalerweise die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß kleine Löcher auftreten.

Die Erfindung richtet aichaif die Schaffung einer Trennwand oder Trennplatte für Akkumulatoren, welche eine geringere Dicke haben als dies bisher möglich war, bei denen aber keine solchen kleinen Löcher oder andere öffnungen auftreten, durch welche ein dendritisches Metallwachstum möglich ist.

Die Erfindung richtet sich weiter auf die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung derartiger Trennwände für Akkumulatoren, mit deesen Hilfe man Trennwände mit der erwünschten geringen Dicke herstellen kann, ohne daß Öffnungen mit so ^rossem Durchmesser auftreten, daß dies für den Betrieb des Akkumulators nachteilig wäre. Naoh der Erfindung wird eine mikroporöse lirundeohicht, die ·δ.ι\, aus gesinterten thermoplastischem Pulver

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bestehen kann oder aus mit einem geeigneten Kunstharz imprägnierten Holzzellulosegewebe, bzw. einem anderen geeigneten Grundmaterial, welches aber von geringerer Dioke ist, als

dies bisher der Fall war, mit einer Schicht aus einer Mischung bedeckt, die ein feinverteiltes inertes Material, z.B. Talk oder Bergmehl (Diathomeen-Erde) in einem wärmeschmelzbaren Kunstharz, z.B. Polyvinyl-Chlorid jln Mischung enthält. Dieser Überzug wird durch Bürsten dazu gebracht, in die Öffnungen in der Oberfläche der Unterlage einzudringen. Danach wird überflüssiges Material durch Bürsten oder Absaugen entfernt und zum' Abschluss wird der Überzug durch Schmelzen des Kunstharzmateriales fixiert. Dieser Überzug dient zum Ausfüllen der Löcher, so daß sich also in derartigen Löchern kein Metall mehr niederschlagen kann, wobei ein poröser Aufbau erhalten bleibt, durch welchen hindurch sich Ionen frei bewegen können, so daß also die fertige Platte als Trennplatte in einem Akkumulator verwendbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Hinweis auf die Zeichnung, sowie aus den Patentansprüchen. In der Zeichnung zeigt:

JPigur 1 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Trennplatten nach der Erfindung und

Figur 2 im vergrösserten Maßstabe in Ansicht eine

Formmatrize, die in der Vorrichtung nach Figur Anwendung findet.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Akkumulator-Trennplatten mit einer Grundschicht, bestehend aus bei Wärmeeinwirkung schmelzbarem Kunstharz, z.B. Polyvinyl-Chlorid, PoIy-

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äthylen, Polypropylen oder einem ähnlichen Polymer bzw. Copolymer bzw. einer Miachung aus solchen Stoffen. Aus einem oberhalb eines Förderbandes 12 angeordneten Vorrats- und Zuliefer-Trichter 1o fällt das in Pulverform vorliegende Überzugsmaterial. Die Pulvergrösse liegt im Durchschnitt bei 5 Mikron, es sollen keine grösseren Partikel als 1oo Mikron vorkommen. Eine Schicht 14 aus diesem Pulver wird zu einem Leit- oder Abstreifblech 16 transportiert, welches den Pulverfluss mitreguliert. Das unter dem Abstreifblech 16 hindurchlaufende Pulver wird zu einer Art Matrize 18 verbracht, die an ihrer unteren Kante in der in Figur erläuterten Weise Ausnehmungen hat. Die Matrize 18 hat eihe im wesentlichen gradlinige untere Kante 2o und darin sind Ausnehmungen 22 vorgesehen, so daß also auf dem durchlaufenden GrUt aus Pulver bestehende Rippen auf der sonst glatten Oberfläche des Materiales entstehen, wenn es aus der Matrize 18 austritt.

Von der Matrize 18 aus gelangt die Pulverschicht 28 in einen Sinterofen 3o, dessen Temperaturen so eingestellt bzw. geregelt sind, daß die Pulverteilchen des Materiales gesintert werden. Auf diese Weise tritt eine zusammenhängende gesinterte Bahn 32 aus dem Ofen 3o aus. Die auf der flachen Oberfläche des Pulverbandes geformten Rippen erscheinen auf dem gesinterten Band wieder. Die Bahn 32 wird auf dem Förderband 12 so lange weitertransportiert, daß sie zur Verfestigung so weit abkühlen kann, daß bei weiterer Behandlung das Material nicht mehr verforint wird.

Nach entsprechendem Abkühlen der Bahn 32 tritt sie hinter dem Förderband 12 durch zwei vertikal angeordnete Düsen 34 oder dergleichen, welche gegen die untere und die obere Oberfläche

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daa die Überzüge bildende Material aufsprühen. Die Düaen 34 werden z.B. aus einem Vorratsgefäß 36 beliefert. Anschliessend durchläuft die Bahn 32 eine Schwabbeleinrichtung mit einer festen unteren Platte 38 und einer beweglichen oberen Platte 34, die parallel zur Bewegungsrichtung der Bahn 32 hin und her bewegt wird. Zu dieaem Zweck kann z.B. die dargestellte exzentrische Antriebseinrichtung 42 dienen. Die Platten 4o und 38 sind zweckmässig mit einem abriebfesten Material z.B. einem rauhen oder festen Gewebe oder dgl, belegt. Die Hin- und Herbewegung der Schwabbelplatte 4o bewirkt ein Eindringen des Ütjerzugamateriales in die rauhe Oberfläche der Bahn 32. Der Druck der Platte 4o gegen die Platte 38 bewirkt weiterhin, daß das Überzugamaterial in öffnungen und Unregelmäsaigkeiten in der Oberfläche der .dann eindringt, die vorhanden sein könnten. G-ewohnlich ist die untere Fläche der Bahn 32 wesentlich glatter als deren obere Oberfläche. Nach dem Austritt aus den Platten 38, 4o wird die Bahn 32 durch eine Einrichtung zur Entfernung überachüasigen Überzugamateriala geführt, die beispielaweiae zwei Abaaugdüaen 44 aufweist. Wahlweise oder zusätzlich kann diese Einrichtung noch mit leichtem Druck arbeitende Bärsten 46 aufweisen. Dann wird die Bahn 32 auf ein zweites Förderband 48 geleitet und durch einen Ofeij i>o geführt. In dieaem Ofen wird daa Band so weit aufgeheizt, daß der Kunsthurssbinder des Überzugmaterialee ausreichend schmilzt, damit daa OberzUf/amaterial fest an den beiden Oberflächen der ijahn j2 haftet. Nach dem Austritt aus dem Ofen 5o und nachfolgendem entsprechenden Kuhlen wird die Bahn duroh eixie bei 52 angedeutete Schneidvorrichtung in Akkumulatoren-Trennplatten zerschnitten.

Offensichtlich kann die Erfindung auf Trennpiatten aus einer Vielzahl von Materialien angewendet werden und die überzüge Können durcn beliebige andere geeignete Vorriohtungen biw.

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Verfahren aufgebracht werden. Die Überzüge nach der Erfindung können z.B. auf Trennplatten aufgebracht werden, die aus faserigem Zellulosematerial bestehen, wie in der US-Patentschrift 2 882 331 beschrieben ist. Ganz allgemein kann der Überzug nach der Erfindung und das Verfahren zu seiner Herstellung in Verbindung mit jeder Trennplatte verwendet werden, bei welcher die Grundplatte oder die Ausgangsbahn kleine Löcher haben kann. Da der Überzug naoh der Erfindung solche kleinen Löcher ausfüllt und damit die Bildung von Dendriten durch solche Löcher verhindert, kann man beim Vorgehen naoh der Erfindung die Dioke des Grundmateriales in Bezug auf den Stand der Technik stark verringern, selbst wenn man so dünnes Grundmaterial nimmt, daß mit grosser Wahrscheinlichkeit eine Vielzahl kleiner Löoher in diesem Material vorhanden sind. In einigen Anwendungsfällen kann es ausreichend sein, einen Überzug nur auf einer Seite des Grundmaterials anzubringen, zweokmässig wird man dies aber an beiden Oberflächen vornehmen. Als Füllstoff für die Überzüge nach der Erfindung kann irgendein inertes Silikat oder ein anderes Mineral Verwendung finden, das nicht mit dem üatterie-Elektrolyten reagiert und sich nicht in diesem löst, wenn es in Form eines feinen Pulvers vorliegt. Das Füllmaterial kann z.B. seins Talk, Aluminiumailikat, Pyrophyllit, Woliastonit, oder eisenfreier Ton. Besonders zweokmässig ist Bergerde oder Talk.

Die Partikelgröase des Füllmaterials hängt von den Eigenschaften der Grundplatte ab, auf welche der Überzug aufgebracht werden soll und auaatrdem von den Eigeneohaften, die der Überzug haben soll. Xm allgemeinen ist eine Partikelgröaae zwiaohen einem und zehn Mikron zweokmäsaig, bevorzugt werden Füllmaterialien mit Partikelgrösaen awiiohen drei und fünf Mikron.

Das Verhältnis von Bindehart zu Füllmaterial liegt vorzugsweise

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zwischen 4o - 60 $> Harz und 60 bis 40 $> Füllmaterial. Dieees Verhältnis kann je nach Art dee Harzes, des füllmaterials und des Grundmaterial im Sinne optimaler Ergebnisse verändert werden, -was im einzelnen durch Versuche festgestellt werden

Es kann eine Vielzahl von Bindeharzen verwendet werden. Offensichtlich muss das Harz säurefest sein und ausserdem muss es bei einer so niedrigen Temperatur schmelzeni daß der Überzug aufgeschmolzen werden kann, ohne das Grundmaterial zu zerstören. Geeignete Harze sind z.B. Thermoplaste wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen und ähnliche Polymere bzw. Copolymere. Das Bindeharz muss in Form eines feinen Pulvers vorliegen, so daß diese Pulverteilchen in kleine Löcher und Oberflächenunebenheiten des Grundmateriales eintreten können. Die maximale Partikelgrösse des Kunstharzes sollte bei etwa 1 Mikron liegen.

Die Menge des auf eine bestimmte Trennplatte aufzubringenden Überzugsmaterials hängt von der Aufnahmefähigkeit der Trennplatte bezüglich des Füllmateriales ab. Ein Grundmaterial,bestehend aus feinem Gewebe nimmt natürlich weniger Überzugsmaterial auf, als ein Grundmaterial aus gröberem Gewebe. Im allgemeinen bringt man mehr Überzugsmaterial als notwendig auf und bürstet oder schwabbelt das Material so, daß es in die Oberflächenunebenheiten der Grundplatte eindringt und dann bläst oder saugt man das überschüssige Material in der oben beschriebenen Weise ab. Beim Herstellen von Trennplatten entsprechend dem oben erwähnten US-Patent 2 882 331 wurden gute Ergebnisse dadurch erzielt, daß 24o g einer Mischung aus 60 fo Polyvinylchlorid und 4o ^cß> Bergerde auf I000 Trennplatten der Kantenlänge 12 χ 15 cm aufgebracht wurden.

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Wenn die Trennplatten aus gesintertem Polyvinylchlorid bestehen, wurden gute Ergebnisse dadurch erzielt, daß auf eine Platte der oben angegebenen Abmessungen ein halbes Gramm, bestehend aus 60 <?o PVC und 4o^v# Bergerde aufgebracht wurde.

Die Schmelzzeit und die Schmelztemperatur hängen natürlich von den Eigenschaften des Bindemateriales ab. Im Falle von Polyvinylchlorid wurden gute Ergebnisse erzielt mit einer Temperzeit von 3o Sekunden und einer Tempertemperatur von 17o⁰C für die Überzüge.

eine
Normalerweise hat/aus Polyvinyl bestehende Trennplatte mit den oben angegebenen Maßen zwischen 1o und 12 g, damit die Anzahl kleiner Löcher auf dem erwünschten Minimum gehalten wird. Dadurch, daß ein Überzug in der oben beschriebenen Weise auf die Grundplatte aufgebracht wird, kann man Grundplatten mit einem Gewicht von nur 5 - 6 g verwenden. Der Überzug selbst bringt nur noch etwa 1/2 bis 1 g zum Gesamtgewicht hinzu, womit also eine erhebliche Materialeinsparung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die dünneren Platten Platz gespart wird, womit die Gesamtgrösse eines Akkumulators verringert werden kann.

Der Überzug nach der Erfindung bringt nur eine vernachlässigbar kleine Vergrösserung des elektrischen Widerstandes einer Trennplatte mit sich; diese Vergrösserung des Widerstandes ist für einen überzug auf einer Seite nur etwa in der Grössenordnung zwischen 0,0008 bis 0,0015 Ohm/cm.

Alle dargestellten Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

8AD

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

A. Verfahren zur Herstellung einer Trennplatte für einen Akkumu-. lator, gekennzeichnet duroh folgende Verfahrensachritte:

Herstellen eines feinporösen Blattes aua elektrisch isolierendem Material,

Auflegen eines Überzuges, bestehend aus einer Misohung aua feinverteiltem inertem mineralischen Material und einem unter Wärmeeinwirkung schmelzbarem Harz auf eine Oberfläche und Eintretenlassen eines Teiles des Überzugsmaterlales in die Poren des glattes,

antfernen des überschüssigen Überzugamaterialea von dem Blatt j und

ücnmelzen des Harzes durch Heizen.
2. Verfahren zum Herstellen einer Trennplatte für einen Akkumulator, vorzugsweise naoh Anspruch 1, gekennzeichnet duroh folgende Verfahrensaohrittei

Herstellen einer Schicht aua pulvriaiertem, duroh Wärmeeinwirkung schmelzbaren Harz,

Sintern dieser Schicht durch Wärmeeinwirkung derart, daß duroh Zuaammerisohmelzung der Pulverpartikel ein einheitlicher poröser Körper entsteht}

Auflegen einer Mischung aue schmelzbarem Harz und pulverförmigem inertem füllstoff auf eine Oberfläche dieses Körpers j

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- 1o -

Schwabbeln des Überzugsmateriales, damit dessen Partikel in Oberfläohenunvollkommenheiten des Körpers eindringt; und

Erhitzen des belegten Körpers bis das Kunstharz gesintert is-t und der Überzug fest an dem Körper anhaftet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das Kunstharzpolyvinylchlorid und der Füllstoff Bergerde iat.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzpolyvinylchlorid und der Füllstoff Talk ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Polyvinylchlorid-Partikel der Schicht eine Durohschnittsgrösse von 5 Mikron und eine maximale Partikelgrösee von 1oo Mikron haben.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus etwa 6o i> Harz und etwa 4o i» inertem Füllstoff besteht.
7. Verfahren zum Herstellen einer Trennplatte für einen Akkumulator, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh folgende Verfahrenasohritte:

Herateilen eines porösen Blattes aus aaugföhigem Holzzellu-ΙθΒθ-Papieri

Imprägnieren dieses Papieres mit einem· dasselbe mechanisch versteifenden warmauahärtbarem Phenolaldehyd-Har«| Aushärten des Harseet

Einfügen einer Miβοhung aus pulverisiertem inertem minerali-Bohem Material und sohmelabarem Harz in die Poren der Oberflttohtn de· Blattes als Überzug} q_Aq original

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Tempern des Harzes dea Überzuges}
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Polyvinylchlorid und das Füllmaterial aus Talk oder Bergerde besteht.
9. Akkumulator mit Trennplatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennplatten bestehen aus:

einem elektrisch nicht leitenden Material mit einer Vielzahl durchgehender mikroskopisch kleiner Poren und einem Überzug aus einer Mischung aus pulverisiertem inertem Material und geschmolzenem, säurefestem Harz.
10. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte aus gesinterten Harzpartikeln besteht.
11. Akkumulator nach Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet, daß das Kunstharz !Polyvinylchlorid ist.
12. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug besteht aus etwa 6o i<> Polyvinylchlorid und etwa 4o °/o Bergerde oder Talk.
13. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein mit Kunstharz verklebtes oder verbundenes Papier aus saugfähiger Holzzellulose ist.

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