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Akkumulator, insbesondere Säure-Blei-Batterie, sowie Verfahren
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zur Herstellung von Separatoren für einen derartigen Akkumulator Die
Erfindung bezieht sich auf einen Akkumulator, insbesondere eine Säure-Blei-Battere,
mit zwischen den Elektrodenplatten angeordneten Separatoren. Weiter bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von Separatoren für einen derartigen
Akkumulator.
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Akkumulatoren der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt.
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Bei Säure-Blei-Batterien wurden früher meist Separatoren mit einer
Dicke von 0,7 mm bis 1,0 mm benutzt, die ggf. mit einer Vielzahl von Durchbrüchen
versehen waren und im wesentlichen als Abstandhalter zwischen den Elektrodenplatten
wirkten. Neuerdings
werden auch Separatoren aus einem dünnen, mikroporösen
Folienmaterial verwendet. Dieses hat bei geeigneter Wahl der Porengröße den Vorteil,
für bestimmte, die Elektrodenplatten vergiftende Schwermetalle selektiv undurchlässig
zu sein, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird. Andererseits ist
derartiges Folienmaterial jedoch mechanisch sehr empfindlich und erfordert die Beilage
eines zusätzlichen Abstandhalters, beispielsweise in Form einer Glasfasermatte,
um ein Eiklemmen des Separators zwischen den Elektrodenplatten zu vermeiden und
einen genügenden Abstand der Platten zu gewährleisten. Die zusätzliche Beilage bedeutet
einen zusätzlichen Aufwand, der insbesondere bei der Serienfertigung von Batterien
stark ins Gewicht fällt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Akkumulator der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß einerseits eine hohe Kapazität und eine hohe
Lebensdauer erreicht werden und andererseits die Herstellung in einfacher Weise
erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Akkumulator der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Separatoren aus einem Folienmaterial bestehen,
das von einem großporigen Trägermaterial getragenes mikroporöses Material aufweist
und das mit eingeprägten Erhebungen versehen ist.
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Bei dem Akkumulator gemäß der Erfindung wirkt der Separator aufgrund
der in ihn eingeprägten Erhebungen gleichzeitig als Abstandhalter. Durch das Einprägen
der Erhebungen erfolgt gleichzeitig ein Recken des Folienmaterials im Bereich der
Erhebungen, wodurch sich bei Auswahl geeigneter Kunststoffe eine wesentliche Verfestigung
des sonst schwachen Folienmaterials ergibt.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist als Verfahren zum Herstellen von Separatoren
für einen Akkumulator gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Erhebungen unter Hitzeeinwirkung
eingeprägt werden. Hierdurch wird die Verformung des Folienmaterials erleichtert,
die Gefahr von Beschädigungen des Materials an Prägekanten wird vermindert und zusätzlich
kann gewünschtenfalls erreicht werden, daß die Mikroporen des Folienmaterials zumindest
auf einem Teilbereich jeder Erhebung zumindest teilweise verschlossen werden oder
verschwinden, wodurch sich eine weitere Erhöhung der Steifigkeit der Erhebungen
ergibt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert,
in denen ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung hergestellten Säure-Blei-Batterie
dargestellt ist.
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Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und teilweise aufgeschnitten
eine Säure-Blei-Batterie gemäß der Erfindung; Fig. 2 die Seitenansicht eines Elektrodenplattenpaares
der Batterie nach Fig. 1 mit dazwischenliegendem Separator; Fig. 3 eine Draufsicht
auf den Separator gemäß Fig. 2; Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt entlang der
Linie A-A' in Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt eine Säure-Blei-Batterie 1 mit negativen Elektrodenplatten
2, Separatoren 3 und positiven Elektrodenplatten 4, wobei der zuvorderst liegende
Separator 3 und die auf diesem zuvorderst liegende positive Elektrodenplatte 4 zur
Verdeutlichung teilweise weggeschnitten dargestellt sind. Die Plattensätze sind
in den
Zellen eines Batteriegehäuses 5 untergebracht, das von einem
Deckel 6 verschlossen ist.
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Die Separatoren 3 sind aus einem Folienmaterial hergestellt, das seinerseits
dadurch gebildet wurde, daß auf eine dünne, großporige Trägermaterialschicht eine
Lösung aufgetragen wurde, die aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Kunstharz,
einem Lösungsmittel für den Kunststoff und einer den Kunststoff nicht lösenden,
vorzugsweise mit dem Lösungsmittel mischbaren Flüsigkeit besteht, worauf eine Trocknung
bis zum Entzug des Lösungsmittels und der Flüssigkeit erfolgte. Dieses Folienmaterial
wurde dann mittels einer Prägewalze oder eines Prägestempels und einer entsprechenden
Matrize mit eingeprägten Erhebungen 3' versehen, wie auch aus Fig. 2 bis 4 hervorgeht.
Während die bei dem Prägevorgang nicht verformten, verbleibenden ebenen Teile des
Folienmaterials hinsichtlich Anzahl und Größe ihrer Mikroporen nicht verändert werden,
werden zweckmäßig die Mikroporen des Folienmat-erials zumindest auf einem Teilbereich
jeder Erhebung 3 zumindest teilweise verschlossen oder zum Verschwinden gebracht.
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Hierdurch wird die mechanische Festigkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit
und der Elastizitätsmodul erhöht, so daß die eingeprägten Erhebungen 3' eine genügende
Festigkeit haben, um die negativen Platten 2 und die positiven Platten 4 in einem
geeigneten Abstand zu halten, wobei Elektrolytflüsigkeit Zwischenräume 3' t k ausfüllt,
die sowohl auf der Vorderseite, auf der die Spitzen oder Kuppen der Erhebungen 3'
liegen, als auch auf der Rückseite im Inneren der Erhebungen 3' gebildet sind.
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Beim Ausfuhrungsbeispiel haben die Erhebungen 3' die Form von abgeschnitten
Kegeln mit kreisrunder Fläche. Zumindest die abgeschnittenen oder abgerundeten Spitzen
oder Kuppen werden beim Einprägungen der Erhebungen 3' so stark gepreßt und erhitzt,
daß
in ihrem Bereich die Wandung der Erhebung 3' keine Mikroporen mehr aufweist, wie
dies in Fig. 4 durch einen ausgefüllt schwarzen Querschnitt angedeutet ist. Weiter
können auch die kegelförmigen Wandungen 3'1 beim Prägen derartig gepreßt und erhitzt
werden, daß in ihnen die Mikroporen vollständig verschwinden oder zumindest hinsichtlich
ihres mittleren Durchmessers wesentlich verengt werden. Dies ist in Fig. 4 durch
eine im Querschnitt gepunktete Darstellung der Wandungen 3t' angedeutet. Die in
Fig. 4 zuunterst waagerechtund 3a waagerecht verlaufenden, ebenen ursprünglichen
Teile des Folienmaterials sind durch das Prägen dagegen nicht verändert.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Spitzen oder Kuppen der Erhebungen
3' jeweils an der positiven Elektrodenplatte 4 an, 3a während die verbleibenden
ebenen Teile des Separators 3 an der gegenüberliegenden Seite der negativen Elektrodenplatte
2 liegen.
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Hierdurch wird eine relativ geringe Berührungsfläche zwischen Separator
3 und positiver Elektrodenplatte 4 erreicht, und da die positive Elektrodenplatte
4 einer besonders starken Oxydation ausgesetzt ist und im allgemeinen eine besonders
starke korrodierende Wirkung auf den Separator 3 hat, wird diese Korrosion weitgehend
vermieden, wodurch eine hohe Lebensdauer der Batterie gefördert wird.
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Im folgenden sollen einige Beispiele für die Herstellung der Separatoren
und des Akkumulators gemäß der Erfindung gegeben werden.
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Beispiel 1 14 Teile Polyvinylchlorid wurden in 56 Teilen Tetrahydrofuran
als Lösungsmittel aufgelöst, und dieserlösung wurden 30 Teile Isopropylalkohol zugesetzt,
in dem Polyvinylchlorid nicht löslich
ist. Diese Mischung wurde
homogen gerührt. Als großporiges Trägermaterial wurde ein Polyestervlies mit einer
Dicke von 0,1 mm verwendet, das mit der Mischung getränkt und danach getrocknet
wurde. Hierdurch wurde ein Folienmaterial erhalten, das einige 107 bis einige 108
Mikroporen je cm2 mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,4?1 aufwies. Dieses
Folienmaterial wurde zwischen einer Prägewalze und einer Gummi-Gegenwalze hindurchgeführt,
wobei die Prägewalze den zu prägenden Erhöhungen entsprechende erhabene Vorsprünge
von 2 mm aufwies, auf eine Temperatur von 1300 C aufgeheizt war und unter einem
an der Berührungslinie gemæsenen Druck von 45 kp/cm2 angedrückt wurde. Hierdurch
wurden in das Folienmaterial Erhebungen mit einer Höhe von 0,5 mm eingeprägt, in
deren Wandungen insbesondere nahe den Kuppen die Mikroporen verkleinert oder vollständig
verschwunden waren.
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Die von Mikroporen freien Teilbereiche machten etwa 25 % der gesamten
Oberfläche des Folienmaterials aus. Durch Veränderungen des Anpreßdruckes und/oder
der Temperatur der Prägewalze konnte die Höhe der eingeprägten Erhöhungen und der
Anteil der von Mikroporen freien Flächenbereiche verändert werden. Zweckmäßig wird
der Druck jedoch nicht so groß gewählt, daß die zwischen den erhabenen Vorsprüngen
der Prägewalze liegende Zylinderfläche der Prägewalze die verbleibenden ebenen Teile
3a des Trägermaterials berüht, um dort die Mikroporen nicht zu beeinflussen. Weiter
sollten Anpreßdruck und Temperatur so gewählt werden, daß die von Mikroporen freien
Teile 5 % bis 40 % der Gesamtoberfläche ausmachen. Bei höherem Anteil der von Mikroporen
freien Teile wird nämlich der elektrische Widerstand des Separators merklich erhöht,
während bei einem Anteil unter 5 % die mechanische Festigkeit der eingeprägten Erhöhungen
stark abnimmt, wodurch die Gefahr eines Zusammendrückens mit anschließendem Kurzschluß
zwischen den Elektrodenplatten 2, 4 auftritt. Beim Ausführungsbeispiel, bei dem
der
der von Mikroporen freie Teil 25 % der Gesamtfläche ausmachte,
ergab sich ein sehr geringer Widerstandswert von 5.10 4 Ohm/dm2 je Folie bei einer
Temperatur von 250 C in verdünnter Schwefelsäure vom spezifischen Gewicht 1,200.
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Eine in der vorstehend erläuterten Weise hergestellte Folienbahn wurde
in Separatoren geeigneter Größe geschnitten, und diese wurden in einer Säure-Blei-Batterie
verwendet, wobei die Spitzen der eingeprägten Erhebungen an den positiven Elektrodenplatten
anlagen. Diese Batterie wurde mit einer gleichartigen Batterie verglichen, bei der
jedoch Separatoren ohne eingeprägte, von Mikroporen weitgehend befreite Erhebungen
verwendet wurden.
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Dabei ergab sich ein besonders günstiges Verhalten bei tiefen Temperaturen;
die Entladezeit bei einer Umgebungstemperatur von 150 Cund einem Entladestrom von
150 A war bei einer Batterie nach der Erfindung um 20 % höher, und ihre Lebensdauer
war etwa doppelt so lang wie diejenige der Vergleichsbatterie.
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Die beim Einprägen der Erhöhungen verwendete Temperatur des Prägewerkzeuges
richtet sich weitgehend nach der Zusammensetzung des Folienmaterials. Im allgemeinen
hat es sich zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des Werkzeuges um zumindest annähernd
300 C höher zu wählen als die Erweichungstemperatur eines als mikroporöses Material
verwendeten Kunststoffes.
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Zur Verwendung als Trägermaterial und als mikroporöses Material kommen
eine große Anzahl verschiedener Kunststoffe in Betracht.
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Dabei ist es möglich, ein Trägermaterial zu verwenden, dessen Schmelzpunkt
niedriger als derjenige des mikroporösen Materials ist. Eine Verfestigung beim Einprägen
der Erhebungen kann dann
darauf beruhen, daß sich die relativ großen
Poren des Trägermaterials schließen und dabei auch die Mikroporen des beispielsweise
in das Trägermaterial eingelagerten mikroporösen Materials verschließen. Weiter
kann eine Verfestigung in diesem Fall auch auf der Erscheinung beruhen, daß Kunststoffe
durch Recken eine größere Steifigkeit erhalten.
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Eine andere, besonders zweckmäßig gefundene Kombination von großporigem
Trägermaterial und mikroporösem Material ergibt sich dann, wenn ein Trägermaterial
verwendet wird, dessen Schmelzpunkt höher liegt als die Temperatur des beim Prägen
verwendeten, geheizten Prägewerkzeugs, und wenn ein mikroporöses Material verwendet
wird, dessen Schmelzpunkt tiefer liegt als die Temperatur des Prägewerkzeuges. Dann
schmilzt während des Prägevorganges nur das mikroporöse Material mehr oder weniger
stark, wobei sich die Mikroporen zumindest verengen oder vollständig verschwinden.
Das großporige Trägermaterial wird dagegen beim Prägen lediglich gereckt, und es
wird innerhalb seiner Poren nach Beendigung des Prägevorganges durch das zunächst
geschmolzene mikroporöse Material, das jetzt zu einem zumindest überwiegend porenlosen
Film erstarrt, ausgesteift.
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Das mikroporöse Material kann abweichend von dem vorstehend erläuterten
Beispiel weiter z.B. sein: Polystyrol, Akrylnitril-Butadien-Styrol, Polysulfon,
Polyvinylidenfluorid, Polypropylen oder ein Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Kopolymer.
Dabei ist selbstverständlich jeweils ein zweckmäßiges Lösungsmittel und ggf.
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eine weitere, vorzugsweise mit dem Lösungsmittel mischbare und stärker
flüchtige Flüssigkeit zu wählen. Der mittlere Durchmesser der Mikroporen kann so
durch die Wahl des Materials, des Lösungsmittels, der zusätzlichen Flüssigkeit und
der Trocknungsbedingungen eingestellt werden.
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Das großporige Trägermaterial kann aus synthetischen Fasern gewirkt,
gestrickt, als Netz geknüpft oder in sonstiger Weise, beispielsweise als Wirrfaservlies,
hergestellt sein, oder es kann aus einer Glasfasermatte bestehen, und seine Dicke
sollte höchstens 0,5 mm betragen. Vorzugsweise ist das mikroporöse Material in die
Poren des Trägermaterials eingelagert, wodurch sich die beschriebene Versteifungswirkung
der von Poren befreiten Teile der eingeprägten Erhebungen besonders günstig auswirkt.
Würde lediglich eine Folie aus mikroporösem Material mit eingeprägten Erhebungen
versehen, so wäre diese in mechanischer Hinsicht wesentlich weniger widerstandsfähig
als das bei der Erfindung verwendete Folienmaterial, das von einem großporigen Trägermaterial
getragenes mikroporöses Material aufweist.
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Die eingeprägten Erhebungen können eine Vielzahl von geometrischen
Formen haben. Abweichend von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
wäre es bepielsweise ebenfalls möglich, Erhebungen in Form langgestreckter, untereinander
paralleler Sicken einzuprägen, so daß der Separator im Querschnitt eine annähernde
Wellenform hat. Da jedoch die von dem Separator ausgehaltene Druckkraft der Elektrodenplatten
2, 4 teilweise davon abhängt, wie groß der Querschnitt der Seitenwände 3 " je Flächeneinheit
ist, sind für die Erhebungen Formen wie die in den Zeichnungen dargestellte Kegelform,
die Form einer rhombischen Pyramide oder die Form einer Kegels mit elliptischer
Grundfläche besonders günstig. Dabei kann jeweils wie beim Ausführungsbeispiel die
Kuppe oder Spitze abgerundet oder in geometrischer Hinsicht abgeschnitten und geschlossen
sein um eine Überlastung der Spitze zu vermeiden. Soweit die Erhebungen eine ausgeprägte
Achsrichtung in der Ebene des Folienmaterials aufweisen, wie dies bei Sicken, rhombischen
Pyramiden
oder elliptischen Kegeln der Fall ist, sollte die größere
Achse in vertikaler Richtung angeordnet sein, um an den Elektrodenplatten 2, 4 entstehende
Gasbläschen beim Aufsteigen innerhalb des Elektrolyten möglichst wenig zu behindern.
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Wie bereits erwähnt, kann die Größe des porenlosen Bereichs der Erhebungen
bezogen auf die Gesamtfläche des Folienmaterials durch Andruckkraft und Temperatur
des Präguwerkzeuges beeinflußt werden.
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Man wird im allgemeinen zunächst unter Berücksichtigung der Steifigkeit
des verwendeten Folienmaterials eine geeignete Andruckkraft des Prägewerkzeuges,
beispielsweise der Prägewalze, wählen, worauf eine Feineinstellung durch Veränderung
der Temperatur und ggf. auch der Andruckkraft des Prägewerkzeuges erfolgen kann.
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Wird beim Prägen der Erhebungen wie bei dem oben beschriebenen Beispiel
1 eine gummielastische Gegenlage verwendet, so wird das Folienmaterial vor allem
an den Kuppen oder Spitzen der eingeprägten Erhebungen einem besonders hohen Druck
ausgesetzt, so daß vor allem dort die Mikroporen beseitigt oder zumindest verskIeinert
werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, vor allem in den Seitenwänden der eingeprägten
Erhebungen die Mikroporen zu beseitigen, wenn eine mit geeigneten, den Erhebungen
des Prägewerkzeuges entsprechenden Vertiefungen versehene Matrize verwendet wird,
in deren Vertiefungen das mit dem zu prägenden Folienmaterial bedeckte Prägewerkzeuge
hineingedrifokt wird.
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Auch in diesem Fall können Prägewerkzeug und Matrize die Form von
Walzen haben, zwischen denen das Folienmaterial kontinuierlich hindurchgeführt wird.
Auch die Matrize kann aus einem gummielastischen Werkstoff bestehen, wodurch wiederum
die Verteilung der verschwundenen, der verkleinerten und der noch unverändert vorhandenen
Mikroporen im Bereich der Erhebungen beeinflußt werden
kann. In
manchen Anwendungsfällen kann es auch genügen, wenn die Mikroporen im Bereich der
Erhebungen nirgends vollständig zum Verschwinden gebracht werden, sondern lediglich
in ihrem mitteren Durchmesser wesentlich verkleinert werden, wodurch sich bereits
eine starke Verfestigung des Folienmaterials ergibt.
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Das Beseitigen oder teilweise Verkleinern: der Mikroporen im Bereich
der Erhebungen erfolgt zwar am zweckmäßigsten durch Hitzeeinwirkung, jedoch muß
diese nicht notwendig mit dem Prägen der Erhebungen zusammenfallen. Beispielsweise
ist es möglich, zunächst in das großporige Trägermaterial Erhebungen einzuprägen,
dann auf das Trägermaterial die oben beschriebene Lösung- von Kunststoff, Lösungsmittel
und zusätzlicher Flüssigkeit aufzutragen und zu trocknen, so daß in den Poren des
großporigen Trägermaterials und ggf. auf diesem das mikroporöse Material abgelagert
wird, und erst hierauf das mikroporöse Material in den gewünschten Flächenbereichen
der Erhebungen der Hitzeeinwirkung zu unterwerfen. Ebenfalls ist es möglich, zunächst
wie im Beispiel 1 das Folienmaterial herzustellen, indem auf das großporige Trägermaterial
die Mischung von Kunststoff, Lösungsmittel und zusätzlicher Flüssigkeit aufgetragen
und getrocknet wird, worauf in das so gebildete Folienmaterial die Erhebungen eingeprägt
werden und erst danach die gewünschten Stellen der Erhebungen einer Hitzebehandlung
unterworfen werden. Zur weiteren Versteifung können in allen Fällen die auf den
Rückseiten der Erhebungen gebildeten Vertiefungen mit einem Füllmaterial, vorzugsweise
einem Kunststoff, insbesondere einem Kunstharz ausgefüllt werden. Die Separatoren
können dann wie bei:#em Ausführungsbeispiel durch Zerschneiden der Folienmaterialbahn
in Stücke geeigneter Größe hergestellt
werden, oder aus dem Folienmaterial
können in an sich bekannter Weise Taschen gebildet werden, in die die negativen
Elektrodenplatten 2 eingesetzt werden und von denen die eingeprägten Erhebungen
igelartig nach außen zu den positiven Elektrodenplatten 4 hin weg stehen.
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Beispiel 2 In ein Polypropylenvlies mit einem Flächengewicht von 60
gtm2 und einer Schichtdicke von 0,2 mm wurden Siliziumoxidpartikel und mikroporöser
Kunststoff eingelagert, indem das Vlies mit einer Mischung imprägniert wurde, die
aus zwei Teilen Polyvinylchlorid, 30 Teilen Siliziumoxid und 50 Teilen Tetrahydrofuran
bestand, worauf das Lösungsmittel durch Trocknen entfernt wurde.
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Das so gebildete Folienmaterial wurde zwischen einer Prägewalze mit
rhombisch-pyramidenförmi#en erhabenen Vorsprüngen und einer Gummi-Gegenwalze hindurchgeführt,
wobei die Andruckkraft am Walzenspalt 3 kp/cm2, die Temperatur der Prägewalze 1300
C, die Höhe der erhabenen Vorsprünge der Prägewalze 0,8 mm, die Fußfläche dieser
erhabenen Vorsprünge 3 mm2 und die Höhe der im Folienmaterial gebildeten Erhebungen
0,6 mm betrug.
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Durch den Gehalt des Folienmaterials an anorganischem Material wurde
vermieden, daß sich das erhitzte, ursprünglich mikroporöse Material nach dem Prägevorgang
zusammenzog, wodurch sich eine hohe Präzision der Prägung und Formkonstanz der Erhebungen
ergab. Obwohl der Anteil der von Mikroporen freien Oberfläche an der Gesamtoberfläche
des Folienmaterials nur 15 t betrug, ergab sich bei einer Temperatur von 800 C unter
einem Druck von 200 e der Elektrodenplatten eine Verformung von weniger als 0,5
%, was zeigt, daß die mechanische Festigkeit des Separators erstaunlich hoch war.
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Der elektrische Widerstand des wie vorstehend beschrieben hergestellten
Separators betrug 4.10 Ohm/dm2 vor dem Einprägen der Erhebungen und 5.10 Ohm/dm2
nach dem Prägen, jeweils gemessen bei einer Temperatur von 250 C in verdünnter Schwefelsäure
mit einem spezifischen Gewicht von 1,240. Die Lebensdauer der mit den Separatoren
ausgerüsteten Batterie betrug 305 Entladezyklen.
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Beispiel 3 Ein Polypropylenvlies mit einem Flächengewicht von 50 g/m2
und einer Schichtdicke von0,15 mm wurde auf einer Seite mit einer Kunststoffmischung
bestrichen, die aus 20 Teilen Polyvinylidenfluorid und 80 Teilen Dimethylformamid
als Lösungsmittel bestand, wobei die Dicke der aufgetragenen Schicht 0,5 mm betug.
Das Lösungsmittel wurde in einem Wasserbad entfernt, und das gebildete Folienmaterial
wurde getrocknet. Hieraus hergestellte Separatoren wiesen zwei unterscheidbare Schichten
auf, nämlich das Polypropylenvlies als großporiges Trägermaterial mit einem mittleren
Porendurchmesser von antigen 10 », und die mikroporöse Materialschicht aus Polyvinylidenfluorid
mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,05 r, wobei die Gesamtdicke 0,12 mm betrug.
Nachdem in den Separator in gleicher Weise wie im Beispiel 2 unter Hitzeeinwirkung
Erhebungen eingeprägt worden waren, war die mikroporöse Schicht aus Polyvinylidenfluorid
und die großporige Schicht aus Polypropylenvlies im Bereich der eingeprägten Erhebungen
vollkommen miteinander verschmolzen, wodurch sich eine Erhöhung der mechanischen
Festigkeit um 25 % ergab.
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Der elektrische Widerstand des Folienmaterials betrug 5.10#40hmIdm2
je Folie vor dem Einprägen der Erhebungen und 6.10 4 Ohm/dm2 je Folie nach dem Prägevorgang.
Die Lebensdauer der mit den
Separatoren ausgerüsteten Batterie
betrug 320 Entladezyklen.
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Beispiel 4 20 Teile Polypropylenpulver, 30 Teile Siliziumoxid mit
einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,1 p und 70 Teile Polyin äthylenglykol
als Plastifizierungszusatz wurden KugeLmühle zu einer homogenen Mischung verarbeitet,
die in einæ Extruder gegeben wurde, bei einer Temperatur von 1750 C geschmolzen
wurde, kontinuierlich extrudiert wurde und hierbei in Form einer dünnen Schicht
gespritzt wurde. Der Spritzdruck betrug 35 kp/cm2, das Flächengewicht der extrudierten
Schicht 30 gim2. Die extrudierte Schicht wurde auf ein kontunierlich am Extruder
vorbeigeführtes Polypropylenvlies aufgebracht, dessen Schichtdicke 0,1 mm und dessen
Flächengewicht 40 g/m2 betrug. Das so gebildete Material wurde abgekühlt und durch
ein Wasserbad laufen gelassen, um das Polyäthylenglykol zu entfernen. Das nun erhaltene
Folienmaterial hatte eine Dicke von 0,12 mm und einen mittleren Porendurchmesser
von 0,3 p. Sein elektrischer Widerstand in verdünnter Schwefelsäure mit einem spezifischen
Gewicht von 1,2 betrug 6.1Q 40hm/dm2 je Folie. Nachdem das Folienmaterial in gleicher
Weise wie im Beispiel 2 mit eingeprägten Erhebungen versehen worden war, betrug
der elektrische Widerstand 7,5.1O#'4OhmIdm2 je Folie. Die unter den gleichen Bedingungen
wie bei den vorstehenden Beispielen ermittelte Lebensdauer der unter Verwendung
von aus dem Folienmaterial hergestellten Separatoren aufgebauten Batterie betrug
293 Entladétyklen.
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Als Kontroliversuch wurde die wie vorstehend erzeugte extrudierte
Schicht mit einer Dicke von 0,12 mm weiter verarbeitet, ohne daß sie auf ein Polypropylenvlies
aufgebracht worden war. Der Plastifizierungszusatz wurde entfernt, und die erhaltene
Folie
wurde in gleicher Weise wie beim Beispiel 2 mit eingeprägten
Erhebungen versehen. Bereits hierbei jedoch zerbrach das Material an den Kanten
der erhabenen Vorsprünge der Prägewalze, so daß die geringe Elastizität und geringe
mechanische Festigkeit verhinderten, daß das Folienmaterial überhaupt zur Herstellung
eines Separators gebraucht werden konnte. Um so weniger hätte selbstverständlich
ein aus derartigen Material hergestellter Separator die zwischen benachbarten Elektrodenplatten
ausgeübten Kräfte aufnehmen können. Der Kontrollversuch zeigt, daß nur durch die
Verwendung sowohl von mikroporösem Material als auch von großporigem Trägermaterial
eine besonders gute mechanische Festigkeit erzielt wird.
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Bei allen vorbeschriebenen Beispielenlaben die Separatoren in den
von Mikroporen befreiten Teilen der eingeprägten Erhebungen nicht einmal mehr Gaseinschlüsse,
wodurch sich in diesen Teilen eine besonders hohe Festigkeit ergibt. Soweit die
Mikroporen nicht vollætändig verschwunden sind, haben sie einen sehr geringen Durchmesser,
wodurch sich immerhin auch noch eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeit ergibt.
Da die Mikroporen nur im Bereich der eingeprägten Erhebungen im Durchmesser verringert
werden oder verschwinden, behält der Separator in den nicht verformten und auch
von der Prägewalze nicht berührten Teilen des Folienmaterials eine genügende Porosität.
Die Separatoren vereinen daher die Vorteile der bekannten, jedoch mechanisch zu
empfindlichen, dünnen mikroporösen Separatoren mit dem Vorteil, daß sie gleichzeitig
als Abstandhalter zwischen den Elektrodenplatten dienen können und hierzu eine genügende
mechanische Festigkeit aufweisen. Auch wird durch das Anliegen der Spitzen oder
Kuppen, die durch das Verschwinden der Mikroporen chemisch besonders widerstandsfähig
sind, an den positiven
Elektrodenplatten eine größtmögliche Sicherheit
gegen eine chemische Zersetzung der Separatoren erhalten.
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Weitere Abwandlungen der Erfindung im Rahmen des Hauptanspruchs sind
selbstverständlich möglich. So können beispielsweise die Separatoren jeweils nach
entgegengesetzen Seiten aus der ursprünglichen Ebene des Folienmaterials herausgeprägte
Erhebungen aufweisen,# um ein Anliegen der nicht verformten, ebenen Teile des Folienmaterials
an der negativen Elektrodenplatte zu vermeiden, wodurch die Diffusion des Elektrolyten
und die Abführung von an den negativen Platten gebildeten Gasen erleichtert wird.
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Auch ist es möglich, eine Bahn des großporigen Trägermaterials und
eine Bahn mikroporösen Materials getrennt voneinander herzustellen, beide Bahnen
sodann miteinander zu verbinden und dann das so gebildete zweischichtige Folienmaterial
mit eingeprägten Erhebungen zu versehen.
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L e e r s e i t e