DE2549515B2

DE2549515B2 - Galvanisches Primärelement mit spiralförmig gewickeltem mehrschichtigem Separator und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2549515B2
Application number: DE2549515A
Authority: DE
Inventors: Ullrich 7090 Ellwangen Costenoble
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2549515A1; DE2549515C3

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Primärelement mit einer Separatorhülse aus einer inneren spiralförmig gewickelten Schicht und einer damit verklebten äußeren spiralförmig gewickelten Schicht sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Separatorhülse.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Separatorhülse für zylindrische Zellen mit MaO₂-, Ag₂O-, AgO- oder HgO-Depolarisator, bzw. einem Depolarisator aus Mischungen dieser Verbindungen und alkalischem Elektrolyten, bei welchen vorkonfektionierte Separatorhülsen verwendet werden, die aus Vliesen, Geweben oder mikroporösen Folien bestehen. Die Vliese, Gewebe oder Folien werden vorzugsweise aus Zellwoll-, Baumwoll-, Polyamid-, Polypropylenoder Polyacrylnitrilfasern bzw. Gemischen dieser Produkte hergestellt

Separatoren für alkalische Primärelemente in zylindrischer Form werden nach den verschiedensten Verfahren hergestellt und in die Zellen eingebracht Das bekannteste Verfahren besteht darin, daß aus einem "> rechteckigen Zuschnitt aus Vlies oder Gewebe eine Röhre geformt wird, die in die Zelle geschoben wird. Das untere Ende dieses Wickels bzw. der Röhre wird durch Einstoßen eines Bodennapfes aus gleichem Material verschlossen. Der Nachteil dieses Verfahrens

in besteht insbesondere bei Rundzellen mit geringen Durchmessern darin, daß eine maschinelle und automatische Wicklung und Einbringung sehr viele Schwierigkeiten bereitet und das insbesondere die Bodennäpfe nach dem Einstoßen teilweise vom Einstoßdorn durch

Klemmwirkung mit zurückgezogen werden.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren werden zwei rechtwinklig übereinandergelegte Separatorstreifen über Führungsschrltern in die Rundzelle so eingestoßen, daß eir.e Streifenbreite mindestens den

2i) halben Umfang der Separatorhülse bildet Der der bereits eingesetzten ringförmigen positiven Elektrode zugewandte äußere Streifen überbrückt dabei die beiden gegenüberliegenden Fugen des inneren Separatorstreifens. Nachteilig ist dabei der Aufwand an

_>-> maschinellen Vorrichtungen und insbesondere ist es von Nachteil, daß die Enden der Streifen ohne Führung und Halt hervorstehen, so daß beim Aufschieben der Dichtungselemente die Streifenenden unkontrolliert weggebogeii werden können.

in Eine weitere bekannte Art von Separatoren sind vorkonfektionierte Hülsen mit umgebördelter Boden. Die Hülsen sind aus einem rechtwinkligen Zuschnitt in drei Lagen gewickelt und verklebt. Nachteilig wirkt sich dabei die verklebte Längsnaht aus, die insbesondere bei

ii Verwendung von Kunststoff-Vliesen zu einer Deformation des runden Querschnitts führt und damit zu einem ungleichmäßigen Anliegen der Separatorhülsen an der zylindrischen positiven Elektrode führt. Darüber hinaus ist die Herstellung solcher Hülsen sehr aufwendig.

ίο Separatoren, die in Form einer Spirale gewickelt und in alkalischen Rundzellen eingesetzt sind, sind in der

DT-AS 14 21 582 dargestellt. Dort sind jedoch über Aufbau und Herstellung keine Angaben gemacht. Daneben ist aus der DT-PS 19 18 725 ein 1- oder

A^ri mehrschichtiger mit einer Kaschierung versehener becherförmiger Separator für galvanische Primärelemente mit rohrförmiger metallischer Lösungselektrode und darin befindlicher Depolarisatorpuppe mit elektronischer Ableitung bekannt, bei welchem die Hülse aus

,D schraubenförmig gewickeltem sich überlappendem und verklebtem bandförmigen Separatormaterial besteht, das an einem Ende ungebördelt und durch eine eingelegte Scheibe verschlossen ist. Die mehrschichtige Hülsenwandung kann dabei zwischen der einzelnen

-,·) Schichten Trockenelektrolyt enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus spiralförmig gewickeltem Material hergestellte Separatorhülse zu entwickeln, die einfach und kontinuierlich in großen Mengen herstellbar ist Darüber hinaus soll die

hi) Separatorhülse eindosierten Elektrolyt in kürzester Zeit aufsaugen, verteilen und an sich binden, um sowohl eine

Separation als auch eine positionierte Elektrolytschicht

zwischen Anode und Kathode zu erhalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

h-, gelöst, daß die Klebeschicht eine auf die Innerschicht spiralförmig aufgewickelte Kunststoffolie ist, die zumindest den Bereich aneinandergrenzenden Kanten der inneren Schicht bedeckt.

Es können dabei sowohl die Innenschicht als auch die Außenschicht mikroporöse Folien sein. Es ist aber auch möglich, daß die Innenschicht eine porenfreie Folie und die Außenschicht eine saugfähige mikroporöse Folie ist

Die als Klebeschicht dienende Kunststoffolie besteht zweckmäßigerweise aus Polyvinylalkohol. Es können jedoch auch Cellulosederivate verwendet werden.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung einer derartigen Separatorhülse besteht darin, daß die Innenschicht auf einen Dorn spiralförmig aufgewickelt wird, daß auf diese Innenschicht eine Klebeschicht spiralförmig aufgebracht wird und daß auf diese Schichten eine mit einem Lösungsmittel versehene saugfähige Außenschicht spiralförmig aufgewickelt wird. Selbstverständlich können auch Innenschicht, Kunststoffolie und Außenschicht nacheinander spiralförmig aufgewickelt werden, und anschließend kann der gesamte Wickel mit einem Lösungsmittel für die Kunststoffolie bzw. Kunststoffmittelschicht besprüht werden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß eine folienartige Klebeschicht verwendet wird, ergibt sich eine Vielzahl besonderer Vorteile. Würden die einzelnen Schichten lediglich mittels eines dünnflüssigen Klebers miteinander verbunden, so würde dieser bei der Fertigung so schnell in die Vliese eindringen und sich verteilen, daß für eine Haftung mit der zweiten Lage Vliesmaterial keine Klebekraft mehr vorhanden wäre. Dazu hätten die Vliese dann einen großen Teil ihrer Saugkraft für den später aufzunehmenden Elektrolyten verloren. Die Verwendung eines dickflüssigen Klebers würde dagegen zur Bildung einer Filmschicht auf den Vliesen führen und durch diese starke Filmbildung würde der Kleber stark hemmend auf die Separatoreigenschaften wirken. Die Lösungsmittel in einer derartigen Klebeschicht müßten durch längere Verdunstungs- bzw. Trocknungszeiten während der Spiralwicklung beseitigt werden, da sich sonst nach Freilaufen der Hülse aus der Maschine die Spirale wieder auswickeln könnte.

Beim Einsatz von Klebern, die durch nachfolgende eingebrachte Lauge wieder aufgelöst werden, könnte sich das aus der rohrförmigen positiven Elektrode überstehende Hülsenende des Separators wieder auswickeln und zu Kurzschlüssen in der Zelle führen, wenn sich Zinkpaste mit der positiven Elektrode berührt

Als Klebeschicht wird daher vorzugsweise ein Band aus Kunststoffen, beispielsweise nach den folgenden Verfahren eingewickelt

Nachdem die erste Lage Separatorvlies oder Gewebe auf einem Wickeldorn fixiert ist, folgt ein Band aus Polyvinylalkoholfolie möglichst in einer Dicke von 0,02 bis 0,04 mm, welche kalt- oder warmlöslich ist Diese Lage kann diagonal oder bündig oder überlappt zur ersten Lage aufgewickelt werden. Die dritte Lage besteht dann wieder aus entsprechendem Vliesmaterial, welches jedoch im Falle der Polyvinylalkoholfolie vorher durch ein Wasserbad läuft und damit mit Wasser getränkt ist Das benetzte Band wird auf die bereits spiralförmig fixierte Polyvinylalkoholfolie gewickelt, die dadurch in ihrer gesamten Dicke angelöst wird, stark klebende Eigenschaften erhält und die Verklebung der beiden Vliesschichten bewirkt Die Polyvinylalkoholfolie wirkt dabei als Kleber in an sich bekannter Weise auch als Separatormaterial.

Anstelle eines geschlossenen Polyvinylalkoholbandes

kann auch eine perforierte Folie oder ein Gewebeband aus Polyvinylalkohol verwendet werden. Es können auch durch ein schmales Band lediglich die Fugen verklebt werden. Die Benetzung ist beispielsweise auch

^r> durch Besprühung der Vliesaußenschicht, die vorher trocken aufgewickelt wurde, möglich, und es kann durch Strahler oder Heißluft der erforderliche Trocknungsvorgang auf dem Wickeldorn beschleunigt werden.
Anstelle von Polyvinylalkoholfolien oder Geweben

κι ist es möglich, Kunststoffolien, die durch Lösungsmittel angelöst oder angequollen werden, einzusetzen. Sehr gut eignen sich dafür Cellulosederivate, wie z. B. Celluloseacetat oder Cellulosetriacetat, die ebenfalls als Separator wirksam und bekannt sind. Auch dabei ist der

i'i Einsatz von gewebten oder perforierten Bändern möglich (Acetatkunstseide). Als Lösungsmittel eignen sich z. B. Dichiormethan (Methylenchlorid) oder Aceton. AJs weitere Möglichkeit können Kunststoffolien verwendet werden, die ebenfalls mittels Lösungsmittel zur Klebung aktiviert werden, die später jedoch durch die Einwirkung der Lauge zerfallen. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Polycarbonat- oder Polyesterfolien. Als Lösungsmittel sind dann Methylchlorid und Äthylenchlorid oder bei Polyesterfolien

>5 Benzylalkohol oder Resorctnlösung geeignet

Besonders zweckmäßig ist es beispielsweise, die Innenschicht aus Celluloseacetatfolie, welche nicht wasserlöslich ist, herzustellen, als Zwischenschicht eine Polyvinylalkoholfolie, welche mit Wasser aktiviert

in werden kann, zu verwenden und als Außenschicht ein Cellulosevlies oder Kunststoffvlies zu benutzen. Eine weitere besonders gut geeignete Möglichkeit besteht darin, als Innenschicht eine Polyvinylalkohol- oder Cellulosefolie zu verwenden, die nicht in Lösungsmittel

» löslich sind, als Zwischenschicht Celluloseacetatfolie zu benutzen, die mit Lösungsmittel aktiviert werden kann und als Außenschicht wiederum eine Cellulose- oder

Kunststoffvliesschicht In der Figur ist das Prinzip der Herstellung einer

erfindungsgemäßen Separatorhülse dargestellt Dabei ist 1 die Innenschicht, 2 die Klebeschicht und 3 die Außerschicht, welche auf den Wickeldorn 4 aufgewikkelt sind, mit S sind schematisch Sprühdosen zum Aufsprühen von Wasser bzw. Lösungsmittel dargestellt Die Zulauf richtung ist mit 6 bezeichnet Die beschriebenen Vliese oder Gewebe sollten Dicken von 0,1 bis O^ mm und Bandbreiten von 10 bis 20 mm besitzen.

Die besonderen Vorteile der spiraligen Aufwicklung der Separatorfolien mit zwischenliegenden Klebefolien,

5i) die ebenfalls Separatorwirkung besitzen, liegen insbesondere in der Möglichkeit einer kontinuierlichen Herstellung mit hoher Geschwindigkeit Durch die Verwendung einer Klebefolie wird eine einwandfreie gesteuerte Verteilung des Klebers erreich'.. Bei Folien, die mit Vliesschichten zusammenkaschiert werden, berühren nur einzelne Fasern der äußeren Faserebene. Die Folien dringen nicht in das Vliesmaterial ein, wie dies Kleber oder Flüssigkeiten tun, und es entsteht eine schwimmende Filmschicht, die die Saugkraft der

bu Separatorschichten nicht vermindert Weiterhin ist es möglich, perforierte oder gewebte Schichten zu verwenden, was bei Benutzung eines Klebers nicht möglich ist, und wenn es notwendig ist, z. B. bei Ag2O-, AgO- oder HgO-Depolarisator, kann die Klebefolie als

b5 porenfreier Film erhalten bleiben und als zusätzlicher Separator wirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Galvanische Primärelemente mit einer Separatorhülse aus einer inneren spiralförmig gewickelten Schicht und einer damit verklebten äußeren spiralförmig gewickelten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht eine auf die Innenschicht (1) spiralförmig aufgewickelte Kunststoffolie (2) ist, die zumindest den Bereich aneinandergrenzender Kanten der inneren Schicht (1) bedeckt
2. Galvanische Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innenschicht (1) und Außenschicht (3) mikroporöse Folien sind.
3. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (1) eine porenfreie Folie und die Außenschicht (3) eine saugfähige mikroporöse Folie ist
4. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Klebeschicht (2) dienende Kunststoffolie aus Polyvinylalkohol besteht
5. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Klebeschicht (2) dienende Folie aus Cellulosederivaten steht
6. Verfahren zur Herstellung einer Separatorhülse nach den Ansprüchen 1 bis 5·, bei welchem eine innere Schicht auf einen Wickeldorn spiralförmig aufgewickelt wird und anschließend eine zweite äußere Schicht spiralförmig aufgeklebt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenschicht (1) eine Klebeschicht (2) in Form einer Kunststoffolie spiralförmig aufgebracht wird und daß auf diese Schichten die mit einem Lösungsmittel für die Kunststoffolie versehene saugfähige Außenschicht (3) spiralförmig aufgewickelt wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer Separatorhülse nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei welchem eine innere Schicht auf einen Wickeldorn spiralförmig aufgewickelt wird und anschließend eine zweite äußere Schicht spiralförmig aufgeklebt wir, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (1). eine Kunststoffolie (2) und die Außenschicht (3) nacheinander spiralförmig aufgewickelt werden und daß anschließend der Wickel mit einem Lösungsmittel für die Kunsttstoffolie besprüht wird.