DE2332928A1

DE2332928A1 - Separator fuer galvanisches element

Info

Publication number: DE2332928A1
Application number: DE2332928A
Authority: DE
Inventors: Pierre Lasserre; Johann Pitsch
Original assignee: EUROP ACCUMULATEURS; Societe de lAcumulateur Fulmen SARL
Current assignee: EUROP ACCUMULATEURS; Societe de lAcumulateur Fulmen SARL
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-17
Also published as: LU67877A1; FR2191279B1; BE801287A; GB1415976A; IE37866L; US3940536A; IE37866B1; CA992141A; NL7309211A; IT990776B; FR2191279A1

Description

te*

DL/F/RCH _DII,_{L IN(;} OiETRICiI lewald ο ο ο ο η ο ο

F 6754 PMKNi ι.«.« am 2οο/αZo

8 MÜNCHEN 40

BUtNAVEB STRASSB 6

SOCIETE FULMEN

18, Quai de Clichy, 92111 CLICHY (Frankreich)

und

COMPAGNIE EUROPEENNE DUCCüMüLATEURS

l6, rue de la Baume, 75008 PARIS

(Frankreich)

SEPARATOR FUR GALVANISCHES ELEMENT

Die Erfindung betrifft einen mikroporösen Separator für ein galvanisches Element»

Bekanntlich müssen Separatoren für galvanische Elemente zahlreiche, bisweilen widersprüchliche technische und technologische Anforderungen erfüllen.

Die Separatoren müssen Kurzschlüsse zwischen den Elementen verhindern, indem sie den Durchlass für Partikel erschweren. Dennoch müssen Separatoren einen möglichst schwachen elektrischen Widerstand für die Ionenwanderung aufweisen.

309883/1U1

Separatoren erfüllen weiterhin eine mechanische Funktion, indem sie die Aktivmasse halten, die die Tendenz hat, sich von den Elementplatten zu lösen. Darüber hinaus sorgen die Separatoren dafür, dass der Abstand zwischen diesen Platten gewahrt bleibt.

Des weiteren müssen Separatoren die Abscheidung von Gasen erleichtern und gegen chemische Stoffe, die in der Batterie enthalten sind, beständig sein.

Es sind verschiedene Separatortypen bekannt, unter denen die auf Glasfiberbasis vielfach als die besten gelten. Es wurden bereits Zellulose-Separatoren vorgeschlagen, die auf eine oder die beiden Seiten eines Glasfibervlieses aufgebracht werden. Dann wurden die Eigenschaften solcher Separatoren verbessert, indem der Zellulose-Faserteil durch einen Glasfiber-Faserteil ersetzt wurde, wobei die Fasern durch oberflächliches Schmelzen zusammengebacken wurden.

In einer vorbekannten Schrift (franz. Patent Nr. 1.175.515) wurde dieser verbesserte Separator im einzelnen beschrieben, und es wurde darauf hingewiesen, dass die durch oberflächliches Schmelzen der Glasfasern erreichte Verbindung durch Imprägnierung mit einem geeigneten wasseranziehenden Kunstharz verstärkt werden kann.

Die Erfindung soll einen Separator zur Verfügung stellen, der beim Betrieb in einem galvanischen Element mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist, die denen der bis heute bekannten Separatoren überlegen sind.

../ 309883/ IUI

-J-

Die Erfindung soll auch einen Separator schaffen, dessen mechanische Eigenschaften es erlauben, die modernen Fertigungstechnologien für Akkumulatorbatterien anzuwenden, insbesondere hinsichtlich der Automatisierung.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines mikroporösen Separators für ein galvanisches Elementar besteht aus Glasfiberfasern, die durch oberflächliches Schmelzen miteinander verbacken sind. Ihr Durchmesser soll etwa einige Mikron betragen. Der Separator ist dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem mit einem Imprägniermittel behandelt wird, das aus unter Warmeeinfluss härtbaren Kunststoffkörnern besteht, die in ein Bindemittel gegeben werden, das aus der Gruppe der natürlichen und synthetischen Latexe gewählt wird.

Weitere Kennzeichen des Separators werden im Laufe der folgenden detaillierten Beschreibung an Hand der graphischen Darstellung deutlich. Sie zeigt als Beispiel für bekannte Separatoren und für den erfindungsgemässen Separator Spannungskurven in Abhängigkeit von der Entladezeit einer Blei-Akkumulatorbatterie von 12 V, die bei niedriger Temperatur unter starker Stromentnahme entladen wird.

In der Figur entspricht die Kurve 1 dem Fall eines klassischen Zellulose-Separators, der auf eine Seite eines Glasfibervlieses aufgebracht ist. Kurve 2 gehört zu einem Separator, der in der oben erwähnten französischen Patentschrift Nr. 1 175 515 beschrieben ist. Zu diesem Separator gehört ein beidseitig durch ein Glasfibervlies bedeckter mittlerer Abschnitt aus teilweise miteinander verschmolzenen Glasfasern.

../ 309883/1 UI

Zu den Eigenschaften, die man zu verbessern versucht hat, gehören;

1 · Erhöhung der mechanischen Reissfestigkeit, die bei der Verwendung von automatischen Pertigungsanlagen erforderlich ist j

2. Erhöhung der Anfangsspannung des Akkumulators bei Schnellentladungenj

3· Verlängerung der Entladedauer·

Bekanntlich kann eine Erhöhung der Anfangsspannung dadurch erzielt werden, dass der elektrische Widerstand des Separators verringert wird, was erreicht werden kann, indem auf die Verwendung des Glasfibervlieses verzichtet wird.

Kurve 4 zeigt die Kennlinie eines Separators, der im wesentlichen dem zur Kurve 2 gehörenden Separator entspricht, bei dem aber das Glasvlies fortgelassen wurde. Wie ersichtlich verbessert der Verzicht auf das fila.sfibervlies in beträchtlichem Masse die Anfangs spannung und auch ein wenig die Entladedauer: diese Massnahme erfüllt also die oben erwähnten Forderungen 2 und 3· Im Gegensatz dazu wird das Ziel 1, d.h. die Erhöhung der mechanischen Reissfestigkeit, nicht erreicht, da sich die Reissfestigkeit verschlechtert; denn da der Separator aus Glas einem teilweisen Schmelzen ausgesetzt war, ist er besonders zerbrechlich und für jede industrielle Verwendung, insbesondere für die automatische Fertigung, unbrauchbar.

309883/1U1

Unter Bezugnahme auf das zuvor erwähnte Patent ist daraufhin versucht worden, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, indem die aus durch oberflächliches Schmelzen zusammengebackenen feinen Fasern bestehende Folie mit einem Kunstharz imprägniert wird, insbesondere mit einem Phenolharz, unter völliger Fortlassung des Glasfaservlieses, um die weiter oben beschriebenen Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften zu wahren.

Entgegen den Angaben des vorgenannten Patents wurde festgestellt, dass diese Kombination (Imprägnierung mit einem Phenolharz und Fortlassen des Vlieses) ein Ergebnis zeitigte, das hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften kaum zufriedenstellend und bezüglich der elektrischen Eigenschaften vollkommen unzureichend war· Kurve 3 zeigt, dass die Anfangsspannung im Verhältnis zum vorhergehenden Fall (Kurve 4) leicht verringert ist, während die Entladedauer deutlich kleiner geworden ist und fast unzureichende Werte erreicht, die dem klassischen Fall der Kurven 1 und 2 entsprechen. Die verschiedenen Experimente zeigen deutlich, dass die Imprägnierung der Fasern mit einem Kunstharz sich dahin auswirkt, dass die elektrischen Eigenschaften des Separators verschlechtert werden.

Im ersten Zusatz Nr. 69 573 zur französischen Patentschrift Nr. 1 149 289 wurde vorgeschlagen, die mechanischen Eigenschaften der Glasfaserschichten durch Imprägnieren mit unterschiedlichen Harzen (Polyvinyl-, Phenol-, Melamin-,

309883/1141

Polystyrol-, Polyester-, Epoxyd-Harze) oder mit Mischungen dieser Harze zu verbessern. Es wurde auch die Verwendung von Imprägnierungen mit Gummi, Stärke, Gelatine oder Bakelit vorgeschlagen. Versuche in dieser Richtung haben zu Ergebnissen geführt, die denen entsprechen, die durch die Kurve 3 der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind. Es schien also, dass das Problem der gleichzeitigen Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften nicht mit Hilfe von Imprägnierungen gelöst werden konnte. Offenbar sind die angetroffenen Schwierigkeiten der Tatsache zuzuschreiben, dass die Imprägnierungsmittel die Poren des Separators verstopfen, dadurch den elektrischen Widerstand erhöhen und so den durch Fortlassen des Glasfibervlieses erreichten Vorteil wieder zunichte machen.

Trotzdem wurde das Problem gelost, und zwar mit Hilfe der Imprägnierung des mikroporösen Separators, dessen Porendurchmesser zwischen 1 und 100 Mikron liegen, mit einer besonderen Mischung aus wärmehärtbarem Kunstharz und einem Bindemittel, das unter den natürlichen und synthetischen Latexen ausgewählt wird.

Insbesondere wurde entdeckt, dass die Imprägnierung von teilweise miteinander verschmolzenen Glasfasern mit einer Mischung aus synthetischem Latex und Phenol-Formolharz das Erreichen des angestrebten Ziels ermöglichte, d.h. gleichzeitig die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Separators zu verbessern, der nunmehr industriell ohne den Einsatz eines Glasfibervlieses genutzt werden kann.

309883/1 UI

-t-

Kurve 5 stellt die elektrischen Eigenschaften eines mikroporösen Separators dar, der mit einer Mischung aus praktisch gleichen Teilen eines Phenol-Pormolharzes zuzüglich Harnstoff in wasseriger Lösung und eines im Wasser als Dispersion vorliegenden Latex des Styrol-Butadien-Kopolymertyps imprägniert ist. Ein so imprägnierter Separator wird zur Trocknung des Latex und zur Polymerisation des Harzes in eine Trockenkammer verbracht.

Kurve 5 zeigt insbesondere, dass die Anfangsspannung im Verhältnis zum Fall des nicht imprägnierten Separators ohne Glasvlies nicht abgenommen hat, dass sie andererseits aber grosser ist als die, die mit einem Separator ohne Glasvlies mit alleiniger Kunstharzimprägnierung erreicht wird.

Im übrigen zeigt die Kurve 5» dass die Entladedauer im Verhältnis zu der aller bekannten Separatoren beträchtlich erhöht ist.

Man könnte meinen, dass die Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften der Tatsache zu verdanken sind, dass die mikroskopisch kleinen Körnchen des Harzes sich in den durch die Glasfasern gebildeten KhÖtchen festsetzen und so die mechanischen Eigenschaften verbessern, wobei gleichzeitig die Porosität des Separators unverändert bleibt. Die Porosität des Separators ist grosser als die des klassischen Separators, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Glasfibervliese nicht mehr vorhanden sind.

Der erfindungsgemässe Separator findet vor allen Dingen in Bleiakkumulatorbatterien Verwendung,

-Patentansprüche-309883/1 1 41

Claims

PATENTANSPRÜCHE

!ί. Mikroporöser Separator für galvanisches Element aus durch oberflächliches Schmelzen miteinander verbackenen Glasfasern, deren Dicke etwa einige Mikron beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Stoff imprägniert wird, der aus wärmehärtbaren Kunststoffkornern besteht, die in ein Bindemittel getaucht werden, das unter den natürlichen und synthetischen Latexen ausgewählt wird.
2. Separator für galvanisches Element gemäss Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnchen aus wärmehärtbarem Material einen Stoff enthalten, der aus der Gruppe der Phenol-, Melamin«, Polystyrol-, Polyester- und Epoxydharze ausgewählt wird.
3. Separator für galvanisches Element gemäss Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmehärtbare Stoff ein Phenol-Formolharz ist.
4. Separator für galvanisches Element gemäss einem der Ansprüche 2 und 3,dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Styrol-Butadien-Kopolymer ist.
5. Herstellungsverfahren für einen Separator gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Glasfibervlies zuerst mit einem Stoff imprägniert wird, zu dem eine Mischung aus wärmehärtbarem Harz in wässeriger Lösung

309883/ 1 U1

-t-

und synthetischem Latex in wässeriger Dispersion geh'drt, und dass der Separator zur Trocknung des Latex und zur Polymerisation des Harzes in eine Trockenkammer verbracht wird.

6 φ Herstellungsverfahren gemäss Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus gleichen Teilen Harz und Latex besteht.

309883/1 UI

Leerseite