DE2544303B2 - Verfahren zum Herstellen von Separatoren - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von SeparatorenInfo
- Publication number
- DE2544303B2 DE2544303B2 DE2544303A DE2544303A DE2544303B2 DE 2544303 B2 DE2544303 B2 DE 2544303B2 DE 2544303 A DE2544303 A DE 2544303A DE 2544303 A DE2544303 A DE 2544303A DE 2544303 B2 DE2544303 B2 DE 2544303B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- elevations
- embossing
- temperature
- micropores
- microporous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt (DE-OS 30 134). Ober die Verfahrensbedingungen geht aus
der Veröffentlichung nichts hervor.
Es ist weiter ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 28 50 559), wobei lediglich nichts
über die Lage der Spitzen oder Kuppen der Erhebungen
an den Klcktroclenplatlcn ausgesagt ist. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Trägermaterial aus
Zelluloscfasern verwendet, die nicht schmelzbar sind.
Dieses Tr;iKcrmaterial wird mit einem aushärtbaren,
jedoch noch nicht ausgehärteten Kunstharz getränkt. In das so hergestellte Folienmalcrial werden rippcniörmige
Erhebungen eingeprägt, wobei die Temperatur des Prägewerkzeugs zwischen 50° und 80° und damit weit
unterhalb der Aushärtetemperatur des Kunstharzes liegt Beim Prägen werden die Kuppen der Erhebungen
stärker als das übrige Folienmaterial belastet, so daß die Fasern des Trägermaterials und das Kunstharz teilweise
aus dem Bareich der Kuppen seitlich vordrängt werden und in den Kuppen eine gewisse Verdichtung des
Materials auftritt Hierdurch soll jedoch die Porösität
ίο des Separators im Bereich der Kuppen nicht beein·rächtigt
werden. Erst nach dem Einprägen der Erhebungen erfolgt durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt das
Aushärten des Kunstharzes. Die nach diesem Verfahren hergestellten Separatoren weisen jedoch eine nicht in
ι s allen Fällen genügend lange Lebensdauer auf. Dies rührt einmal daher, daß die Zellulosefasern von dem
Kunstharz wegen des Vorhandenseins der Mikroporen nicht vollständig umgeben und geschützt werden und
daher der Elektrolytflüssigkeit ausgesetzt sind, rlie die Zellulosefasern angreift Zum anderen ist durch das
Prägen bei niedriger Temperatur nur eine geringe mechanische Bindung zwischen Kunstharz und Trägermaterial
zu erreichen. Schließlich ist auch eine Verfestigung durch das Einprägen von Rippen nur
><i begrenzt erzielbar; die Verfestigung dürfte im wesentlichen
darauf beruhen, daß die Fasern des Trägermaterials durch das Auswärtsfließen aus dem Bereich der
Kuppen eine derartige räumliche Orientierung erhalten, daß sie im Bereich der Kuppen überwiegend in Bögen
«ι durch die Kuppen hindurch verlaufen und diese
aussteifen, jedoch wird diese Wirkung nur erhalten, wenn der PreßdrucK — wie auch im Interesse der
Erhaltung der Porosität des Kunstharzes erforderlich — nicht allzu hoch gewählt wird, da andernfalls die eine nur
to geringe mechanische Reißfestigkeit aufweisenden Fasern zerrissen würden.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen von Separatoren (DE-AS 11 12 560) wird auf
einen aus nicht porösem Kunststoff bestehenden, eine
·»<> Vielzahl von Perforierungen aufweisenden Träger auf
einer Seite eine poröse Kunststoffmasse so aufgebracht,
daß diese Masse die Perforierungen des Trägers ausfüllt, wobei zur AbMnndgebung dienende Erhebungen aus
demselben porösen Kunststoff gebildet werden, derart,
··'' daß die Erhebungen mit der porösen Kunststoffmasse eine Einheit bilden, und wobei anschließend eine
Wärme- und ggf. Druckbehandlung der gesamten Platte erfolgt. Hierdurch wird eine relativ dicke T-iattc von
geringer Porosität erhalten, da der nicht poröse Trager
■><> in der Draufsicht annähernd die Hälfte der Plaltenflächc
undurchlässig macht. Bei diesem bekannten Verfahren wird zusätzlich eine Verfestigung der gesamten Platte
durch Zusammenpressen nur in deren Randbereich dadurch erzielt, daß dort die Mikroporen des mikropo-
'<'< rösen Materials verschlossen werden oder verschwinden.
Eine Verfestigung im Bereich der Spitzen oder Kuppen der Erhebungen der Platte wird hierdurch nicht
erzielt; eine Verstärkung im Bereich der Spitzen oder Kuppen wird bei dem bekannten Verfahren dadurch
Wi angestrebt, daß sich der Träger auch in diese Kuppen
hineinerstreckt, wodurch dann jedoch der Träger eine schwierig herzustellende Form aufweist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen von Separatoren für Bleiakkumulatoren
ί· (GB-PS 7 70 241) wird ein poröses Trägermaterial aus
Zelluloscfasern mit einem in der Hitze atishartbarcn
Kunslstoffmatcrial getränkt, in das so hergestellte Folienmaterial werden llrhcbungen eingeprägt, die
Erhebungen werden zur Erhöhung der Steifigkeit des herzustellenden Separators von ihrer Rückseite her mit
einem weiteren in der Hitze aushärtbaren, mikroporösen
K-unststoffmaterial gefüllt, und anschließend erfolgt
eine Aushärtung durch Hitzebehandlung. Um eine gute mechanische Bindung zwischen dem die Erhebungen
ausfüllenden Kunststoffmaterial und dem Folienmaterial zu erreichen, soll dabei der Kunststoff, mit dem das
Trägermaterial imprägniert ist, nicht oder vorzugsweise nur teilweise ausgehärtet sein, bevor das gemeinsame
Aushärten mit dem die Erhebungen ausfüllenden mikroporösen Material erfolgt Die Aushärtetemperatur
des Kunststoffmaterials, mit dem das großporige Trägermaterial getränkt ist, muß also mindestens so
hoch wie die Temperatur dec beim Prägen verwendeten Prägewerkzeugs liegen. Das Aushärten in zwei getrennten
Arbeitsgängen und das Einbringen von mikroporösem Material in die Erhebungen erfordert bei diesem
Verfahren einen relativ hohen Aufwand
Aus demselben Zusammenhang (GB-PS 7 70 241) ist
als Stand der Technik ein Verfahren bekannt, bei dem zur Erhöhung der Steifigkeit eines Separators, der durch
Prägen eines mit Kunststoffmaterial imprägnierten, großporigen Trägermaterials gebildet wird, auf die
Kuppen der eingeprägten Rippen zusätzliches &unststoffmaterial
aufgebracht wird, wodurch sich der Durchmesser der Poren im Bereich der eingeprägten
Kuppen vermutlich vernvndert. Der zusätzliche Verfahrensschritt bedeutet jedoch wieder einen beträchtlichen
Herstellungs aufwand.
Der Erfiidung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei geringem Herstellungsaufwand eine gute
Permeabilität und eine hohe Lebensdauer des hergestellten Separators erzielbar sind. Die Aufgabe wird bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichenteil des
Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein schmelz- oder erweichbares Trägermaterial verwendet,
jedoch wird Hie Temperatur des Prägewerkzeuges
geringer als die Schmelz- oder Erweichungstemperatur des Trägermaterials gehalten. Hierdurch wird eine
Verringerung der mechanischen Festigkeit des Trägermaterials beim Prägen vermieden — im Gegenteil wird
bei Verwendung eines reckfähigen Kunststoffs als Trägermaterial sogar durch das beim Prägen erfolgende
Recken die Festigkeit erhöht. Andererseits wird ein mikroporöses Material verwendet, dessen Schmelzoder
Erweichungspunkt tiefer liegt als die Temperatur des Prägewerkzeugs, so daß dieses mikroporöse
Material beim Prägen im Bereich der Spitzen oder Kuppen der Erhebungen schmilzt und seine Poren
zumindest teilweise verliert. Hierdurch ergibt sich eine intensive mechanische Verbindung zwischen mikroporösem
Material und Trägermaterial und eine wirksame Versteifung im Bereich der Kuppen oder Spitzen. Es hat
sich gezeigt, daß hierdurch die Porosität des gesamten Separators praktisch nicht nachteilig beeinflußt wird, da
bei geeigneter Wahl der Form der Erhebungen die weniger oder nicht porösen Oberflächenteile des
.Separators auf einen genügend kleinen Anteil an der
Gesamtfläche des Separators beschränkt werden können und da durch die Wahl der Anzahl der
Mikroporen je Flächeneinheit im nicht betroffenen Material die Gesamtporosität in gewünschter Weise
eingestellt werden kann. All dies wird bei einem einzigen Prägevorgang erreicht, so daß das Verfahren
nur einen geringen Herstellungsaufwand bedeutet,
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben
Die Erfindung wird im folgenden anhand der
Die Erfindung wird im folgenden anhand der
■i Zeichnungen näher erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung hergestelltes Bleiakkumulators
dargestellt ist Es zeigt
F i g. 1 in perspektivischer Ansicht und teilweise aufgeschnitten einen Bleiakkumulator mit gemäß der
ι ü Erfindung hergestellten Separatoren;
F i g. 2 die Seitenansicht eines Elektrodenplattenpaares
der Batterie nach F i g. 1 mit dazwischenliegendem Separator;
Fig.3 eine Draufsicht auf den Separator gemäß
ti Fig.2;
F i g. 4 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie A-A 'in F i g. 3.
Fig.] zeigt einen Bleiakkumulator t mit negativen
Elektrodenplatten 2, Separatoren 3 und positiven Elektrodenplatten 4, wobei der zuvorderst liegende
Separator 2 und die auf diesem zuvorderst liegende positive Elektrodenplatte 4 zur Verdeu iichung teilweise
weggeschnitten dargestellt sind. Die Plat.ensätze sind in den Zellen eines Batteriegehäuses 5 untergebracht,
>-i das von einem Deckel 6 verschlossen ist.
Die Separatoren 3 sind aus einem FoUenmaterial hergestellt das seinerseits dadurch gebildet wurde, daß
auf eine dünne, großporige Trägermaterialschicht eine Lösung aufgetragen wurde, die aus einem Kunststoff,
«ι einem Lösungsmittel für den Kunststoff und einer den
Kunststoff nicht lösenden, zweckmäiiig mit dem Lösungsmittel mischbaren Flüssigkeit besteht, worauf
eine Trocknung bis zum Entzug des Lösungsmittels und der Flüssigkeit erfolgte. Dieses Folienmaterial wurde
j-i dann mittels einer Prägewalze oder eines Prägestempel"
und einer entsprechenden Matrize mit eingeprägten Erhebungen 3' versehen, wie auch aus F i g. 2 bis 4
hervorgeht. Während die bei dem Prägevorgang nicht verformten, verbleibenden ebenen Teile des Folienma-
iü terials hinsichtlich Anzahl und Größe ihrer Mikroporen
nicht verändert wurden, wurden die Mikroporen des Folienmaterials zumindest auf einem Teilbereich jeder
Erhebung 3' zumindest teilweise verschlossen oder zum Verschwinden gebracht. Hierdurch wird die mechani-
i. sehe Festigkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit und
der Elastizitätsmodul erhöht, so daß die pingeprägten
Erhebungen 3' eine genügende Festigkeit haben, um die negativen Platten 2 und die positiven Platten 4 in einem
geeigneten Abstand zu halten, wobei Elektroiytflüssig-
->(i keit Zwischenräume 3'" ausfüllt, die sowohl äff der
Vorderseite, auf der die Spitzen oder Kuppen der Erhebungen 3' lieger, als auch auf der Rückseite im
Inneren der Erhebungen 3' gebildet sind.
Beim Ausführungsbeispiel haben die Erhebungen 3'
ν, die Form von abgeschnittenen Kegeln mit kreisrunder
Fläche. Zumindest die abgeschnittenen oder abgerundete.i
Spitzen oder Kuppen werden beim Einprägen der Erhebungen 3' so stark gepreßt und erhitzt, daß in ihrem
Bereich die Wandung der Erhebung 3' keine Mikropo-
M) ren mehr aufweist, wie dies in F i g. 4 durch einen
ausgefüllt schwarzen Querschnitt angedeutet ist. Weiter können auch die kegelförmigen Wandungen 3" beim
Prägen derartig gepreßt und erhitzt werden, üaß in ihnen die Mikroporen vollständig verschwinden oder
.'. zumindest hinsichtlich ihres mittleren Durchmessers wesentlich verengt wc den. Dies iM in F i g. 4 durch eine
im Querschnitt gepunktete Darstellung der Wandungen 3" angedeutet. Die in F i g. 4 zuunterst und waagerecht
verlaufenden, ebenen ursprünglichen Teile 31 (Fig. 3)
des Folienmaterials sind durch das Prägen dagegen nicht verändert.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Spitzen oder Kuppen der Erhebungen 3' jeweils an der positiven
Elektrodenplatte 4 an, während die verbleibenden ebenen Teile 3* des Separators .3 an der gegenüberliegenden
Seite der negativen Elektrodenplatte 2 liegen. 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.
Im folgenden sollen einige Beispiele für die Herstellung der Separatoren und des Akkumulators
gemäU der Erfindung ergeben werden.
14 Teile Polyvinylchlorid wurden in 56 Teilen Tetrahydrofuran als Lösungsmittel aufgelöst, und dieser
Lösung wurden 30 Teile Isopropylalkohol zugesetzt, in dem Polyvinylchlorid nicht löslich ist. Diese Mischung
wurde homogen gerührt. Als großporiges Trägermaterial wurde ein Polyestervlics mit einer Dicke von 0.1 mm
verwendet, das mit der Mischung getränkt und danach getrocknet wurde. Hierdurch wurde ein Folienmaterial
erhalten, daseinige 10r bis einige I08 Mikroporen je cnv'
mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,4 μιη
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 130" C aufgeheizt war und unter einem an der Berührungslinie
gemessenen Druck von 441 N/cm: 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. 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 vier Prägewalze liegende Zylinderfläche
der Prägewalze die verbleibenden ebenen Teile 3' des Trägermaterials berührt, 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 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 25° C in
verdünnter Schwefelsäure vom spezifischen Gewicht
Eine in der vorstehend erläuterten Weise hergestellte Folienbahn wurde in Separatoren geeigneter Größe
geschnitten, und diese wurden in einem Bleiakkumulator 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. Dabei ergab sich ein besonders günstiges Verhalten bei tiefen Temperaturen;
die Entladezeit bei einer Umgebungstemperatur von — 15"C und einem Entladestrom von 150A war bei
einer Batterie nach der Erfindung um 20% höher, und ihre Lebensdauer war etwa doppelt so lang wie
diejenige der Vergleichsbatterie.
Die beim Einprägen der Erhöhungen verwendete Temperatur des Prägewerkzeuges richtel sich weitge
hend nach der Zusammensetzung des ruiieniiiaiciiäiv
Im allgemeinen hat es sich zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des Werkzeuges um zumindest annähernd
30"C höher zu wählen als die Erweichungstemperatur eines als mikroporöses Material verwendeten Kunst
stoffes.
Zur Verwendung als Trägermaterial und als mikroporöses Material kommen eine große Anzahl verschiedener
Kunststoffe in Betracht. Dabei wird ein Trägermaterial '·. tvwendet. dessen Schmelz- oder Erweichungspunkt
höher liegt als die Temperatur des beim Prägen verwendeten, geheizten Prägewerkzeugs, und ein
mikroporöses Material, dessen Schmelz- oder Erweichungspunkt 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.
Das mikroporöse Material kann abweichend von dem vorstehend erläuterten Beispiel weiter z. B. sein:
Polystyrol. Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polysulfon. Polyvinylidenfluorid, Polypropylen oder ein Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copoiymer.
Dabei ist selbstverständlich jeweils ein zweckmäßiges Lösungsmittel und ggf. 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.
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. Zweckmäßig 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.
Die eingeprägten Erhebungen können eine Vielzahl von geometrirchen Formen haben. Abweichend von
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbcispiel
wäre es beispielsweise ebenfalls möglich, Erhebungen in Form langgestreckter, untereinander paralleler
Sir';en einzuprägen, so daß der Separator im Querschnitt
eine annähernde Wellenform hat. Da jedoch die von dem Separator ausgehaltenc Druckkraft der
Elektrodenplatten 2, 4 teilweise davon abhängt, wie groß der Querschnitt der Seitenwand^ 3" je Flächeneinheit
ist, sind für die Erhebungen Formen wie die in den Zeichnungen dargestellte Kegelform, die Form einer
rhombischen Pyramide oder die Form eines 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 Folienmalerials 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 verhindern.
Wie bereits erwähnt, kann die Größe des poienlosen Bereichs der Erhebungen bezogen auf die Gesamtfläche
des Folicnmatcrials durch Andruckkraft und Temperattides
Prägew erk/euges beeinflußt werden. 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 Prägewerkze :ges erfolgen kann.
Wird beim Prägen der Erhebungen wie bei dem oben
beschriebenen Beispiel ! 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 verkleinert 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 Prägewerkzeug
hineingedrückt wird. 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 mittleren
Durchmesser wesentlich verkleinert werden, wodurch sich bereits eine starke Verfestigung des FolienmateriaJs
ergibt.
Zur weiteren Versteifung kennen in allen Fällen die auf den Rückseiten der Erhebungen gebildeten Vertie-
fungen mit einem Füllmaterial, zweckmäßig einem Kunststoff ausgefüllt werden.
In ein Polypropylenvlies mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 und einer Schichtdicke von 0,2 mm wurden
Siliziumdioxidpartikel und mikroporöser Kunststoff eingelagert, indem das Vlies mit einer Mischung
imprägniert wurde, die aus zwei Teilen Polyvinylchlorid, 30 Teilen Siliziumdioxid und 50 Teilen Tetrahydrofuran
bestand, worauf das Lösungsmittel durch Trocknen entfernt wurde. Das so gebildete Folienmaterial wurde
zwischen einer Prägewalze mit rhombisch-pyramidenförmigen erhabenen Vorsprüngen und einer Gummi-Gegenwalze
hindurchgeführt, wobei die Andruckkraft am Walzenspalt 29.4 N/cm2, die Temperatur der
Prägewalze 130°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 0,4 mm betrug.
Durch den Gehalt des Folienmaterials an anorganischem Material wurde vermieden, daß sich das erhitzte,
ursprünglich mikroporöse Material nachdem 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% betrug, ergab sich bei einer Temperatur
von 800C unter einem Druck von 196 N/cm2 der
Elektrodenplatten eine Verformung von weniger als 0.5%, was zeigt, daß die mechanische Festigkeit des
Separators erstaunlich hoch war.
Der elektrische Widerstand des wie vorstehend beschrieben hergestellten Separators betrug 4 ■ 10-4
Ohm/dm2 vor dem Einprägen der Erhebungen und 5 · 10-4 Ohm/dm2 nach dem Prägen, jeweils gemessen
bei einer Temperatur von 250C in verdünnter Schwefelsäure mit einem spezifischen Gewicht von
1.240 g/cm3. Die Lebensdauer der mit den Separatoren ausgerüsteten Batterie betrug 305 Entladezyklen.
Ein Polypropylenvlies mit einem Flächengewicht von 50 g/m2 und einer Schichtdicke von 0,15 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 betrug. 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 einigen ΙΟμίτι, und die mikroporöse
Materialschicht aus Polyvinylidenfluorid mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,05 μπι, 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.
Der elektrische Widerstand des Folienmaterials betrug 5 - 10-4 Ohm/dm2 je Folie vor dem Einprägen
der Erhebungen und 6 · 10—'Ohm/dm2 je Folie nach dem Prägevorgang. Die Lebensdauer der mit den
Separatoren ausgerüsteten Batterie betrug 320 Uitladezyklen.
20 Teile Polypropylenpulver, 30 Teile Siliziumdioxid mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,1 μπι
und 70 Teile Polyathylenglykol als Plastifizierungszusatz wurden in einer Kugelmühle zu einer homogenen
Mischung verarbeitet, die in einen Extruder gegeben wurde, bei einer Temperatur von 175° C geschmolzen
wurde, kontinuierlich extrudieri wurde und hierbei in Form einer dünnen Schicht gespritzt wurde, deren
Schmelzpunkt bei I47°C lag. Der Spritzdruck betrug 343 N/cm2, das Flächengewicht der extrudierten Schicht
30 g/m2. Die extrudierte Schicht wurde auf ein kontinuierlich am Extruder vorbeigeführtes Polypropylenvlies
aufgebracht, dessen Schichtdicke 0,1 mm und dessen Flächengewicht 40 g/m2 betrug und dessen
Schmelzpunkt zwischen 1650C und 1731C lag. Das so
gcbildeic Mäici'iäi würde uugcküiiii und durch ein
Wasserbad laufen gelassen, um das Polyathylenglykol zu entfernen. Das nun erhaltene Folienmaterial hatte
eine Dicke von 0,12 mm und einen mittleren Porendurchmesser von 0,3 μηι. Sein elektrischer Widerstand
in verdünnter Schwefelsäure mit seinem spezifischen Gewicht von 1,2 g/cm1 betrug 6 · 10 * Ohm/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 · 10-4 Ohm/dm2 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 Entladezyklen.
Als Kontrollversuch wurde die wie vorstehend erzeugte extrudierte Schicht mit einer Dicke von
0,12 mm weiter ''erarbeitet, jhne 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 c!er Prägewalze, so daß die geringe Elastizität und die geringe mechanische
Festigkeit verhinderten, daß das Folienmaterial überhaupt zur Herstellung eines Separators gebraucht
werden konnte. Um so weniger hätte selbstverständlich ein aus derartigem Material hergestellte! Scpaiator 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. Abwandlungen der Erfindung im Rahmen des
HaupiiiMspriK'iis sind seiuMveisiaiiuiidi iiiügiieii. Su
können beispielsweise die Separatoren jeweils nach entgegengesetzten Seiten aus der ursprünglichen Ebene
des Folienmatcrials 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. 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen von zwischen den Elektrodenplatten eines Akkumulators, insbesondere
eines Bleiakkumulators, angeordneten Separatoren, wobei ein Folienmaterial aus einem großporigen
Trägermaterial und einem mikroporösen Material hergestellt wird und in das Folienmaterial
Erhebungen eingeprägt werden, die vorzugsweise mit ihren Spitzen oder Kuppen an die stärker
positiven Elektrodenplatten angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägermaterial
verwendet wird, dessen Schmelz- oder Erweichungspunkt höher liegt als die Temperatur
des beim Prägen verwendeten Prägewerkzeugs, daß ein mikroporöses Material verwendet wird, dessen
Schmelz- oder Erweichungspunkt tiefer liegt als die Temperatur des Prägewerkzeuges und daß beim
Prägen die Andruckkraft und die Temperatur des Prägewerkzeu^es so gewählt werden, daß die
Mikroporen üss mikroporösen Materials zumindest
im Bereich der Spitzen oder Kuppen der Erhebungen in ihrem Durchmesser verringert werden,
verschlossen werden und/oder verschwinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägermaterial aus einem reckfähigen
Kunststoff verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikroporöses
Material verwendet wird, das zusätzlich zu dem Kunststoff ein anorganisches Material, vorzugsweise
Siliziumdioxidpartikel enthält, das nach dem Prägen die Formkonstanr der Er! ibungen fordert
4. Verfahren nach ein^m der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeiefcr H, daß die Andruckkraft
und die Temperatur so gewählt werden, daß der Flächenanteil der Bereiche, in denen die
Mikroporen in ihrem Durchmesser verringert werden, verschlossen werden und/oder verschwinden,
an der gesamten Oberfläche des Folienmaterials 5% bis 40%, vorzugsweise 25% beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Vielzahl von annähernd kegel- oder pyramidenförmigen Erhebungen eingeprägt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den
Rückseiten der Erhebungen gebildeten Vertiefungen mit einem Füllmaterial, vorzugsweise einem Kunststoff,
ausgefüllt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2544303A DE2544303C3 (de) | 1975-10-03 | 1975-10-03 | Verfahren zum Herstelen von Separatoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2544303A DE2544303C3 (de) | 1975-10-03 | 1975-10-03 | Verfahren zum Herstelen von Separatoren |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2544303A1 DE2544303A1 (de) | 1977-04-07 |
DE2544303B2 true DE2544303B2 (de) | 1980-09-18 |
DE2544303C3 DE2544303C3 (de) | 1981-06-11 |
Family
ID=5958232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2544303A Expired DE2544303C3 (de) | 1975-10-03 | 1975-10-03 | Verfahren zum Herstelen von Separatoren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2544303C3 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2751684C3 (de) * | 1976-11-20 | 1981-12-17 | Yuasa Battery Co. Ltd., Takatsuki, Osaka | Verfahren zum Herstellen eines Separator s für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren |
NL8000423A (nl) * | 1979-02-12 | 1980-08-14 | Grace W R & Co | Batterij-separator. |
US4228225B2 (en) * | 1979-06-22 | 1994-03-29 | Grace W R & Co | Battery separator |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1112560B (de) * | 1954-05-20 | 1961-08-10 | Continental Gummi Werke Ag | Scheiderplatten aus Kunststoff fuer Akkumulatoren |
GB770241A (en) * | 1954-05-28 | 1957-03-20 | Us Rubber Co | Improvements in electric battery separators and process of making same |
US2850559A (en) * | 1955-01-10 | 1958-09-02 | Texon Inc | Battery separator and method of making same |
US3272657A (en) * | 1960-11-14 | 1966-09-13 | Evans Prod Co | Method of making a battery separator |
JPS4940716U (de) * | 1972-07-12 | 1974-04-10 |
-
1975
- 1975-10-03 DE DE2544303A patent/DE2544303C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2544303A1 (de) | 1977-04-07 |
DE2544303C3 (de) | 1981-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69427701T2 (de) | Komposit manchette/separator | |
DE60302654T2 (de) | Elektrochemischer kondensator und dessen herstellung | |
DE10327080B4 (de) | Separatormaterial zum Bilden eines Separators für einen Säureakkumulator und Verfahren zu deren Herstellung | |
EP0646188B1 (de) | Werkzeug und verfahren zur herstellung einer mikrostrukturierten kunststoffschicht | |
DE69932103T2 (de) | Batterieseparator mit mehreren erhebungen und vertikalen rippen | |
DE2216584A1 (de) | Gestalteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE60111158T2 (de) | Herstellungsverfahren von einer Elektrodenanordnung für einen elektrischen Doppelschichtkondensator | |
DE2729738B2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines elastischen Kunststoffkörpers mit eingelagerten Körnern eines metallischen oder anderen elektrisch leitenden Füllstoffes | |
EP2368285B1 (de) | Textiles flächiges material für eine batterieelektrode | |
DE60028409T2 (de) | Elektrochemische zellenkonstruktionen und verfahren zu deren herstellung | |
DE2524774C3 (de) | Negative Kobalt-Elektrode für alkalische Akkumulatoren und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE1949958A1 (de) | Separator fuer wartungsfreie Akkumulatoren | |
DE2232153A1 (de) | Mehrschichtiger separator fuer elektrochemische zellen | |
DE2311957C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodengefüges für elektrische Zellen | |
EP0758490A1 (de) | Separator mit längs- und querrippen zur verwendung in akkumulatoren | |
DE2544303C3 (de) | Verfahren zum Herstelen von Separatoren | |
WO1996019014A1 (de) | Verfahren zur reparatur von batterie-separatoren | |
DE1596064C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Separators für elektrische Akkumulatoren aus einem porösen Träger | |
DE2407426C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kontaktfahnen mit Leitbahnen auf einer Elektrodenplatte | |
DE1933305C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für Brennstoffelemente | |
DE3125751A1 (de) | "batterietrennmaterial und verfahren zum herstellen desselben" | |
DE1144357B (de) | Verfahren zur Herstellung von Separatoren fuer elektrische Akkumulatoren | |
DE947182C (de) | Separator fuer Akkumulatoren und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung | |
DE2751684C3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Separator s für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren | |
DE2847463C2 (de) | Scheider für elektrische Akkumulatoren aus einem mikroporösen Grundmaterial |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: SCHAUMBURG, K., DIPL.-ING. THOENES, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |