DE1704446C - Method for producing a porous plastic body made up of two layers - Google Patents

Method for producing a porous plastic body made up of two layers

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DE1704446C
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Germany
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plastic
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electrodes
separator
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Expired
Application number
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German (de)
Inventor
Erik Gustav NoI; Korböl Arthur Hafrsfjord Stavanger; Nilsson Ove Karl Gustaf NoI; Sundberg (Schweden). B29f3-04
Original Assignee
Aktiebolaget Tudor, Stockholm
Publication date

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Description

mittels zusammengefügt werden, ± h., das Zusammenfügen der beiden Schichten erfolgt, bevor das Lösungsmittel ganz entfernt ist.be joined by means of ± i.e. the joining of the two layers takes place before the solvent is completely removed.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebaute Kunststoffkörper vereinigt in sich die Vorteile der beiden Separatoren, ohne mit deren Nachteilen behaftet zu sein. Es wird nämlich hier ein gesinterter Separator, der durch Erhitzen von pulverisiertem Kunststoff hergestellt ist, mit einer mikroporösen Separatorschicht vereinigt, die durch Auflösung eines Kunststoffes in einem Lösungsmittel hergestelH ist, wobei das Zusammenlegen der beiden Schichten erfolgt, ehe das Lösungsmittel entfernt ist, so daß die gegen den das Lösungsmittel enthaltenden Separator weisende Sinterschicht zum Teil gelöst wird, wodurch eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Schichten entsteht.The plastic body constructed according to the method according to the invention combines the advantages of the two separators without being affected by their disadvantages. It will be a sintered one here Separator made by heating powdered plastic with a microporous Combined separator layer, which is produced by dissolving a plastic in a solvent where the two layers are brought together before the solvent is removed, so that the sintered layer facing the separator containing the solvent is partially dissolved creating a strong and permanent bond between the layers.

Es wird zuerst ein gesinterter Separator durch Erhitzen von feinem pulverisiertem Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyäthylen, hergestellt. Dieser gesinterte Separator kann entweder mit Riffelung versehen oder glatt gemacht werden. Der Separator ist relativ steif und wird zweckmäßigerweise in Form eines endlosen Bandes in den Prozeß zur Herstellung der mikroporösen Separatorschicht eingeführt. Bei der Herstellung von mikroporösen Separatoren wird im allgemeinen ein Füllmittel, ein sogenannter Porenmacher, beigegeben, welches verhindert, daß der Kunststoff einläuft, wodurch die Porosität verlorengehen würde, wenn das Lösungsmittel verdunstet. Das Füllmittel kann zurückbleiben, wenn es an sich porös ist, wie bei Kieselgel, oder es muß entfernt werden durch Auswaschen oder Auslaugung, wenn es an sich nicht porös ist. Das Zusammenlegen der beiden Separatorenschichten kann so erfolgen, daß keine absolut bestimmbare Grenzschicht entsteht zwischen den beiden Separatorhälften. Auf solche Weise wird das Lösungsmittel von der mikroporösen Schicht die Oberfläche auf dem gesinterten Separatorband auflösen, so daß die Partikeln in der genannten Oberfläche anschwellen und die Beruhrungsfläche den gleichen Charakter annimmt, wie die mikroporöse Separatorschicht Außerdem kann die Masse für die mikroporöse Schicht durch Dosierung des Lösungsmittels so plastisch gemacht werden, daß sie sich einfügt zwischen den Oberfiächenkomen in der gesinterten Schicht und auf diese Weise gut an der Schicht verankert wird.It first becomes a sintered separator by heating fine powdered plastic, for example Polyvinyl chloride, polystyrene or polyethylene. This sintered separator can either be provided with corrugation or made smooth. The separator is relatively stiff and is convenient in the form of an endless belt in the process for producing the microporous separator layer introduced. In the manufacture of microporous separators, a filler is generally used So-called pore maker, added, which prevents the plastic from running in, whereby the Porosity would be lost as the solvent evaporated. The filler may remain, if it is inherently porous, as is the case with silica gel, or it must be removed by washing or leaching, if it is not inherently porous. The merging of the two separator layers can take place in such a way that no absolutely definable boundary layer arises between the two separator halves. In such a way, the solvent from the microporous layer becomes sintered on the surface Dissolve the separator tape so that the particles swell in the surface mentioned and the contact area assumes the same character as the microporous separator layer. In addition, the Mass for the microporous layer are made so plastic by metering the solvent that it fits in between the surface comers in the sintered layer and in this way fits in well the layer is anchored.

Bisweilen kann es vorteilhaft sein, die gesinterte Separatorschicht mit Riffelung auszuführen und eineSometimes it can be advantageous to carry out the sintered separator layer with corrugation and a

sehr dünne mikroporöse Separatorschicht auf die glatte Seite der gesinterten Schicht aufzulegen. Indessen kann auch die mikroporöse Schicht mit Riffelung oder Erhebungen versehen werden, je nach dem speziellen Verwendungsgebiet.Put a very thin microporous separator layer on the smooth side of the sintered layer. Meanwhile the microporous layer can also be provided with corrugations or elevations, as the case may be special area of use.

Ein besonders wichtiger Vorteil ergibt sich dadurch, daß in die mikroporöse Schicht kein Füllmittel eingemengt werden muß bzw. die Füllmittelmenge in jedem Falle geringer als sonst sein kann, da das Einlaufen der mikroporösen Schicht bei Entfer-A particularly important advantage results from the fact that there is no filler in the microporous layer must be mixed in or the amount of filler in each case may be less than usual, because the shrinkage of the microporous layer upon removal

ao nung des Lösungsmittels zum großen Teil dadurch verhindert wird, daß die Schicht fest an den gesinterten Träger angeschlossen ist.Ao tion of the solvent is largely prevented by the fact that the layer is firmly attached to the sintered Carrier is connected.

Die Stegstärllce des gesinterten Separators wie auch die des mikroporösen Separators kann sehr dünn ge-The web thickness of the sintered separator as well that of the microporous separator can be very thin

as halten werden, denn beim Zusammenlegen der porösen Schichten ist das Risiko, daß eventuelle sogenannte Nadellöcher sich überlappen, sehr gering.as will hold, because when you fold the porous Layers, the risk that possible so-called pinholes overlap is very low.

Nach dem Zusammenfügen der Schichten und nach der Entfernung des Lösungsmittels wird dasAfter joining the layers and removing the solvent, the

vorzugsweise endlos hergestellte Band in Stücke, je nach gewünschtem Format, geschnitten.preferably endless tape cut into pieces, depending on the desired format.

Die makroporöse und die mikroporöse Schicht können aus verschiedenem Material hergestellt werden, und da in bestimmten Fällen, z. B., wenn dasThe macroporous and microporous layers can be made of different materials, and since in certain cases, e.g. B. if that

Material in Brennstoffzellen verwendet werden soll, es von Vorteil sein kann, Material mit unterschiedliehen Benetztingseigenschaften zu haben, werden die verschiedenen Schichten aus Material hergestellt, das entweder hydrophil oder hydrophob ist, oder es wer-Material to be used in fuel cells, it can be advantageous to borrow material with different To have wetting properties, the various layers are made of material that is either hydrophilic or hydrophobic, or it is

den dem Material Netzmittel in bekannter Weise zugesetzt. the wetting agent added to the material in a known manner.

Claims (1)

\ :■ leicht ableiten zu, können, werden die Separatoren \: ■ can be easily deduced, the separators n , normalerweise mit Riffelung hergestellt, zumindest n , usually made with fluting, at least Patentanspruch: auf emer Seite und dann meistens auf der zur posiPatent claim: on emer side and d ann mostly on the posi to tiven Elektrode weisenden Seite.tive electrode facing side. Verfahren zum Herstellen eines porösen, aus 5 Es ist vorgeschlagen worden, Separatoren mittels zwei Schichten aufgebauten Kunststoffkörpers, bei Zusammensintern von Kunststoffpulver, wie PVC dem die eine Schicht mikroporös und durch Auf- oder Polyäthylen, herzustellen, und es wurde weiter lösen von Kunststoff in einem Lösungsmittel her- vorgeschlagen, derartige Separatoren aus mehreren gestellt ist und die andere eine makroporöse Schichten herzustellen, wobei jede einzelne Schicht Schicht ist, welche durch Aufbringen von pulver- »o aus Pulver verschiedener Korngröße besteht,
förmigem. Kunststoff und Sinterung gebildet ist, Bei Separatoren, die mittels Sintern von Ku nststoff-Method for producing a porous, from 5 It has been proposed to produce separators by means of two layers of plastic body, with sintering together of plastic powder, such as PVC, the one layer microporous and by dissolving or polyethylene, and it was further dissolving plastic in one Solvent is proposed, such separators are made of several and the other to produce a macroporous layer, each individual layer being a layer which consists of powder of different grain sizes by applying powder,
shaped. Plastic and sintering is formed, in the case of separators made by sintering plastic dadurch gekennzeichnet, daß die ein- pulver hergestellt sind, kann man eine höhere Porosizelnen Schichten während des Verdämpfens des tat als 45 bis 6Oe/o nicht erzielen, und derartige Sepa-Lösiingsmittels zusammengefügt werden. ratoren sind verhältnismäßig makroporös. Es ist un-characterized in that the powder produced are mono-, can be a higher Porosizelnen layers did than 45 to 6O e o not achieve / during the Verdämpfens and such Sepa-Lösiingsmittels are joined together. rators are relatively macroporous. It is un- 15 möglich zu verhindern, daß aktives Material durch die Separatoren hindurchdringt und Ursache für15 possible to prevent active material from penetrating through the separators and cause direkte Kurzschlüsse zwischen Elektroden mit entgegengesetzter Polarität ist. Da der Elektrolyt freiis direct short circuits between electrodes with opposite polarity. Because the electrolyte is free Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- durch die großen Poren hindurchströmt, bedeutet dies stellen eines porösen, aus zwei Schichten aufgebauten ao auch, daß sich der Elektrolyt im Anodenraum und Kunslstoffkörpers, bei dem die eine Schicht mikro- Kathodenraum leicht vermischt, was in einer Bleiporös und durch Auflösen von Kunststoff in einem batterie bedeutet, daß Antimon von den positiven zu Lösungsmittel hergestellt und die andere eine makro- den negativen Elektroden übergeht, wobei die verporöse Schicht ist, welche durch Aufbringen von pul- hältnismäßig niedrige Porosität auch eine Begrenzung verförmigem Kunststoff und Sinterung gebildet ist. »5 der Elektrolytmenge zwischen den Elektroden mit Kunststoffkörper dieser Art werden beispielsweise sich bringt. Zu den positiven Seiten eines gesinterten als Diafragma in elektrochemischen Prozessen ver- Separators kann allerdings gerechnet werden, daß wendet. Außerdem vor allem als Separatoren in elek- dieser mechanisch steif ist und daß die relativ groben trischen Akkumulatoren und eventuell nach zweck- Poren die Abführung des sich bei der Elektrolyse geentsprechender Zusammensetzung als Elektroden in 30 bildeten Gases erleichtert. Bei Verwendung in einer sogenannten Brennstoffzellen in galvanischen Primär- Brennstoffzelle erleichtert die grobe Porosität die Abelementcn. leitung des in der Reaktionszone gebildeten Wassers.The invention relates to a method for flowing through the large pores, this means make a porous, composed of two layers ao that the electrolyte is in the anode compartment and Plastic body, in which the one layer of the micro-cathode compartment is slightly mixed, which results in a porous lead and by dissolving plastic in a battery means that antimony is from the positive too Solvent produced and the other a macro- the negative electrode passes over, whereby the porous Layer is which, by applying low porosity in terms of pulp, is also a limitation deformed plastic and sintering is formed. »5 the amount of electrolyte between the electrodes Plastic bodies of this type are brought, for example. On the positive sides of a sintered one as a diafragm in electrochemical processes, however, it can be expected that turns. In addition, especially as separators in electrical this is mechanically stiff and that the relatively coarse tric accumulators and possibly according to the purpose pores the discharge of the corresponding in the electrolysis Composition as electrodes in 30 formed gas facilitated. When used in a So-called fuel cells in galvanic primary fuel cells, the coarse porosity facilitates the separation. conduction of the water formed in the reaction zone. In der Beschreibung der Erfindung wird davon Bei einem makroporösen Separator, der gegen eine ausgegangen, daß das Verfahren gemäß der Erfin- gasabgebende Elektrode anliegt, kann das Gas von dung für einen Kunststoffkörper dient, der als 35 den Poren aufgesaugt werden, wohingegen sich oft Scheideorgan, d. h. als sogenannter Separator in elek- Gastaschen bilden, wenn ein mikroporöser Separator trischen Batterien, insbesondere in Akkumulatoren gegen eine solche Elektrode anliegt. Mikroporöse vom Blei-Säurc-Typ verwendet wird. Kunststoffseparatoren werden durch Auflösung vonIn the description of the invention is of it in a macroporous separator, which against a Assuming that the process is applied according to the invented gas-emitting electrode, the gas from Use for a plastic body, which is absorbed as 35 the pores, whereas often Vaginal organ, d. H. as a so-called separator in electrical gas pockets if a microporous separator tric batteries, especially in accumulators against such an electrode. Microporous of the lead-acid type is used. Plastic separators are made by dissolving Bei den unterschiedlichen Arten von Batterien und Kunststoff in einem Lösungsmittel, welches dainncrhalb der verschiedenen elektrochemischen Pro- 40 nach entfernt wird, hergestellt. Hierbei werden zesse hat man, je nach Aufbau bzw. Zweck, Verwen- Porenbildner verschiedenster Art verwendet. Ein dung für Separatoren mit unterschiedlicher Porosität, mikroporöser Separator hat gegenüber einem makro- und in vielen Fällen ist es wünschenswert, aus meh- porösen Separator insofern große Vorteile, als der reren Schichten bestehende Separatoren zu haben, Porendurchmesser weit unter 10 μ liegt und der Sepawobei die Porosität jeder einzelnen Schicht verschie- 45 rator mit Porositäten bis zu 85 bis 90°/« hergestellt den ist. werden kann. Die feinen Poren ermöglichen es, daßWith the different types of batteries and plastic in a solvent which is inside the various electrochemical processes after 40 is removed. Here will be Depending on the structure or purpose, various types of pore formers have been used in processes. A suitable for separators with different porosities; microporous separators have a greater and in many cases it is desirable to have great advantages from the multi-porous separator in that the To have more existing separators, pore diameters far below 10 μ and the Sepawobei The porosity of each individual layer is differentiated with porosities of up to 85 to 90 ° / « that is. can be. The fine pores allow that Die Separatoren bilden zwischen Elektroden ent- eine große Menge Elektrolyt zurückgehalten werden gegengesetzter Polarität Barrieren, die verhindern, daß · kann, Elektrolytmischung in Ruhe zwischen Anoden-Partikeln von aktivem Material sich von der einen und Kathodenraum kommt nicht vor, ebenso werden Elektrode zur anderen bewegen und die die Bildung 50 Kurzschlüsse zwischen Elektroden verschiedener von leitenden Brücken von Elektrode zu Elektrode Polarität vermieden. Ein gemäß dem vorstehend Geverhindern, wobei gleichzeitig die Ionenwanderung sagten hergestellter mikroporöser Separator hat den in geringstmöglichem Umfang behindert werden soll. Nachteil, daß er infolge seiner hohen Porosität mecha-Dic Separatoren müssen auch geringen elektrischen nisch biegsam und weich ist Im Gegensatz zu dem Widerstand haben; während der Lade- und Entlade- 55 makroporösen Separator kann er das Gas nicht leicht zeiten sollen sie eine ungehinderte Elektrolyt-Zirkula- aufsaugen und ableiten, weshalb die zu den Elektrolion ermöglichen, sie jedoch während der Ruhezeiten den weisenden Flächen mit Riffelung versehen werverhindcrn. In gewissen speziellen Fällen, z. B. wenn den müssen, weil andernfalls die Gefahr für Gassie als Scheideorgane zwischen den Elektroden in taschenbildung besteht.The separators form a large amount of electrolyte between electrodes Opposite polarity barriers that can prevent electrolyte mixing at rest between anode particles of active material separate from the one and cathode compartment does not appear to be as well Move electrode to the other and the formation of 50 short circuits between electrodes of different of conductive bridges from electrode to electrode polarity avoided. A prevent according to the above, where at the same time the ion migration has said manufactured microporous separator should be hindered to the least possible extent. Disadvantage that it is due to its high porosity mecha-Dic Separators also need to be flexible and soft, as opposed to the low electrical niche Have resistance; during the loading and unloading 55 macroporous separator, it cannot easily remove the gas At times, they should soak up an unimpeded electrolyte circulation and derive what is the reason for the electrolion enable them to be provided with corrugations during the rest periods. In certain special cases, e.g. B. if you have to, because otherwise the danger for Gassie as a vaginal organ between the electrodes in the form of pockets. Blei-Akkumulatoren verwendet werden, sollen die 60 Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Her-Separatoren auch eine unterstützende Wirkung auf stellen eines porösen, aus zwei Schichten aufgebauten das aktive Material in den positiven Elektroden aus- Kunststoff körpers, bei dem die eine Schicht mikroüben, zumindest, wenn es sich um sogenannte Gitter- porös und durch Auflösen von Kunststoff in einem platten handelt. Auch müssen die Separatoren es er- Lösungsmittel hergestellt ist, und die andere eine möglichen, daß die sich an den Elektroden ent- 65 makroporöse Schicht ist, welche durch Aufbringen wickelnden Gase frei entfernt werden können, ohne von pulvcrförmigem Kunststoff und Sinterung gebildaß sie sogenannte Gastaschen bilden, hinter denen dct ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen die Elektrodenflächen unwirksam sind. Um das Gas Schichten während des Verdämpfens des Lösungs-Lead accumulators should be used, the 60 The method according to the invention for Her separators also has a supporting effect on bodies of a porous, two-layer structure the active material in the positive electrodes made of plastic body, in which the one layer micro-exert, at least if it is a so-called lattice-porous and dissolving plastic in one plates. Also, the separators must be made of solvent, and the other one possible that the macroporous layer is ent- 65 on the electrodes, which by application Winding gases can be removed freely without the formation of powdery plastic and sintering they form so-called gas pockets, behind which there is dct, is characterized in that the individual the electrode surfaces are ineffective. To remove the gas layers during the evaporation of the solution

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