DE2755044A1

DE2755044A1 - Flachpack-baterie und verfahren zur herstellung einer scheidewand fuer diese

Info

Publication number: DE2755044A1
Application number: DE19772755044
Authority: DE
Inventors: Phoenix Nathan Dangel; Preston Fairfax Marshall
Original assignee: Kendall Co
Current assignee: Kendall Co
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1978-06-15
Also published as: US4068047A; BE861715A; FR2373886A1; JPS5374248A; FR2373886B1; CA1086819A; JPS6144377B2

Description

THE KENDALL COMPANY, 95 West Street_/ Walpole, Mass./USA

Flachpack-Batterle und Verfahren zur Herstellung einer Scheidewand für diese

Die Erfindung betrifft eine Flachpack-Batterie mit Scheidewänden zwischen den Elektrodenpaaren und ein Verfahren zur Herstellung solcher Scheidewände.

Flachpack-Batterien, z.B. des Typs LeClanche, werden in Computern, Rechenmaschinen, Filmpacks für Instantkameras u.dgl. verwendet. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihre Lagerfähigkeit ziemlich gering ist, weil der in ihnen enthaltene Elektrolyt während der Lagerung und des Gebrauches herausleckt. Dieser Nachteil kommt in erster Linie durch eine fehlerhafte und unvollständige Abdichtung innerhalb des Batteriepacks zustande.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Flachpack-Batterie der eingangs genannten Art und das Verfahren zur Herstellung ihrer Scheidewände derart zu gestalten, daß die Batterie eine unbedingte Dichtheit aufweist und daher die Gefahr eines Herausleckens des Elektrolyten vermieden ist. Diese Aufgabe wird gelöst, indem gemäß der Erfindung die Scheidewände einen rechteckigen Rahmen aus thermoplastischem Material und ein auf den Rahmen aufgelegtes Faservlies enthalten, das an seinen Kanten mit den Rahmenteilen verbunden ist, wobei die Mehrzahl der Fasern in dem Faservlies in der öffnung des Rahmens willkürlich orientiert ist, während die Fasern, die unmittelbar neben den Rahmenteilen liegen, sich in der Längsrichtung der Rahmenteile erstrecken und diejenigen Teile des Faser-

809824/0909

vlieses, die über die Rahmenteile hinweggehen, eine geringe Faserdichte aufweisen und aus Fasern bestehen, die rechtwinklig zu der Längserstreckung der Rahmenteile orientiert sind.

Gemäß weiterer Erfindung werden die Scheidewände für eine Flachpack-Batterie der oben gekennzeichneten Art derart hergestellt, daß auf ein sich bewegendes Siebförderband ein Gitter aus thermoplastischem Material aufgelegt wird, das eine Vielzahl von rechteckigen öffnungen aufweist, daß auf dem Gitter ein druckfluidgetragener Strom von Textilfasern abgelegt wird, die Unterseite des Siebförderbandes einer Saugwirkung ausgesetzt wird, um die Mehrheit der Fasern zu veranlassen, sich in den öffnungen des Gitters abzulegen, wobei die unmittelbar neben dem Gitter liegenden Fasern sich etwa parallel zu den Rahmenteilen orientieren und die restlichen Fasern in willkürlicher Orientierung abgelegt werden, während eine Minderheit von Fasern sich auf dem Gitter in einer Richtung ablegt, die etwa rechtwinklig zu der Längserstreckung der Rahmenteile verläuft, wonach das Gitter erhitzt wird, um die Fasern an ihm zu befestigen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Flachpack-Batterie gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Flachpack-Batterie gemäß der Erfindung vor der Isolierung durch eine Umhüllung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Batterie gemäß Fig. 1 vor der Verbindung der Einzelteile, ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 3 eine Bimetallelektrode für die Flachpack-Batterie gemäß der Erfindung in einem seitlichen Schnitt,

809824/0909

Fig. 4 eine Batteriescheidewand in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 ein. bei der Herstellung von Batteriescheidewänden verwendetes Gitter in einer Draufsicht und in einer Teildarstellung,

Fig. 6 ein auf das Gitter gemäß Fig. 5 aufgelegtes Faservlies in einer Teildarstellung und

Fig. 7 einen Ablaufplan für das Verfahren zur Herstellung von Scheidewänden für die Flachpack-Batterie gemäß der Erfindung.

809824/0909

Fig. 1 zeigt eine Flachpack-Batterie 10, die eine Anzahl von Elektroden enthält, die durch Scheidewände aus Vliesmaterial voneinander getrennt sind. Alle vier Seiten der Batterie sind unter Einwirkung von Wärme und Druck verschlossen worden.

Fig. 2 zeigt einen Stapel, der abwechselnd aus Elektroden 21 und Scheidewänden 22 besteht, und dessen Höhe von der zu erzeugenden Spannung abhängt. Fig. 3 zeigt eine typische Doppelelektrode 21 , bei der die Anode 31 aus einer Schicht aus Mangandioxyd und die Kathode 32 aus einer Schicht aus Zink besteht. Die Anode 31 und die Kathode 32 sind auf eine leitende Folie 33 aus thermoplastischem Material aufgeschichtet, die mit einem leitenden Material, z.B. Kohlenstoff, imprägniert ist.

In Fig. 2 ist eine 6-Volt-Batterie dargestellt, deren Stapel aus vier Scheidewänden 22 besteht, zwischen die drei Doppelelektroden 21 eingelegt sind, und der weiterhin zwei Endelektroden 21 und eine etwas größer gestaltete obere Eisenfolie 23 enthält, die das negative Ende der Batterie darstellt und um die Unterseite der Batterie herumgelegt ist, so daß der negative und der postitive Anschluß sich auf derselben Seite befinden. Die nicht gezeichnete obere Endelektrode ist unmittelbar unterhalb der Eisenfolie 23 angeordnet. Eine Anschlußstelle wird durch die Eisenfolie 23 gebildet, die mit der Anode 31 der obersten Elektrode in Berührung steht, während die andere Anschlußstelle durch die Kathode 32 der untersten Elektrode gebildet wird. Die kohlenstoffgetränkten Kunststoff-Folien 33 der einzelnen Elektroden sind durch innere Verbindungen innerhalb der Batterie in Reihe geschaltet. Die gesamte Anordnung wird sodann durch eine nicht dargestellte Umhüllung isoliert. Die Spannung kann vergrößert oder verkleinert werden, indem Elektroden oder Scheidewände hinzugefügt oder weggenommen werden.

809824/0909

Eine 6-Volt-Batterie dieser Art weist eine Dicke von weniger als 3,8 nun, eine Länge von etwa 88,9 mm und eine Breite von 69,9 mm auf. Sie ist daher für viele Anwendungsfälle in dem Minielektronik-Bereich geeignet.

Ein Lecken des flüssigen Elektrolyten durch die verschweißten imprägnierten Kanten der Batterie wird durch die Verwendung von Scheidewänden der besonderen in Fig. 4 dargestellten Beschaffenheit verhindert. Jede der Scheidewände 41 enthält einen rechteckigen Rahmen 42 aus thermoplastischem Material, z.B. aus Versalon 1117, einem niedrigviskosen thermoplastischen Folienmaterial, das aus Polyamidkunststoff besteht und von der Firma General Mills Chemicals, Inc., Minneapolis, Minnesota, vertrieben wird. Die öffnung in dem Rahmen 42 ist durch ein Vliesmaterial 43 ausgefüllt, das aus wirr angeordneten Textilfasern besteht. Teile des Materials 43 von sehr kleiner Dichte erstrecken sich über den Rahmen 42, und die Fasern 44 sind insoweit in eine Richtung orientiert, die etwa rechtwinklig zu der Längserstreckung der betreffenden Rahmenteile verläuft. Dieser Aufbau der Scheidewand 41 erleichtert eine unbedingt dichte Verbindung der Bestandteile der Batterie, wobei trotzdem eine Batterie von ausreichender Festigkeit und Dicke zustandekommt.

Die Scheidewand 41 kann hergestellt werden, indem ein von Druckluft getragener Strom von Stapelfasern auf ein kontinuierlich bewegtes Siebförderband nach unten gerichtet wird, wie dies im US-Patent 3 969 561 beschrieben und dargestellt ist. Das Förderband läuft über einen Saugkasten und trägt auf seiner Oberseite ein Gitter 51 aus Versalon 1117 oder einem ähnlichen thermoplastischen Folienmaterial (Fig. 5), wobei es zwischen seinen Gitterteilen 53 rechteckige Offnungen 52 gleicher Größe aufweist.

809824/0909

Die von unten ausgeübte Saugwirkung veranlaßt die Mehrzahl der Fasern in dem Strom, von denen ein ziemlich großer Anteil vorzugsweise aus thermoplastischen Fasern besteht, sich innerhalb der öffnungen 52 abzulagern, wie dies bei 43 in Fig. 6 dargestellt ist, während gleichzeitig eine Minderheit von Fasern die Gitterteile des Gitters überbrückt, wie dies bei 44 gezeigt ist, wobei diese Fasern durch die Saugwirkung auf jeder Seite der Gitterteile beeinflußt werden. Im allgemeinen werden sich über 80% der Fasern innerhalb der Öffnungen 52 in dem Gitter 51 ablegen. Die überbrückenden Fasern 44 werden in einer Richtung orientiert, die etwa rechtwinklig zu der Längserstreckung der Gitterteile 53 des Gitters verläuft, während die Fasern in jeder der Öffnungen 52, die den Gitterteilen 53 unmittelbar benachbart sind, in einer Richtung orientiert werden, die etwa parallel zur Längserstreckung der Gitterteile 53 verläuft. Die restlichen Fasern in jeder der öffnungen 52 weisen eine willkürliche Orientierung auf. An den Ecken 4 5 jeder öffnung 52 unterliegen die Fasern einer Saugwirkung aus vier offenen Bereichen mit dem Ergebnis, daß diese Fasern sich unter einem Winkel von etwa 45° zu den Fasern 44 in den Bereichen geringer Faserdichte orientieren. Das auf diese Weise gebildete Scheidewandblatt wird sodann durch eine oder unter einer Heizvorrichtung hindurch- bzw. vorbeibewegt, die z.B. aus einem Infrarotstrahler besteht, um auf diese Weise die Scheidewand auf dem Gitter zu befestigen. Die auf diese Weise erzeugten Scheidewände werden sodann mit Elektrodenblättern von der Art eingeschichtet, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, um einen Stapel von der gewünschten Höhe zu bilden. Diese gestapelten Blattgebilde werden sodann unter Anwendung von Wärme und Druck geformt und beschnitten, so daß sie nunmehr eine fertige Batterie bilden, bei welcher die Kanten der Rahmen der einzelnen Scheidewände fest mit den Kanten der thermoplastischen Folien 33 zusammengehörige^r

80982W0909

Elektroden verbunden sind.

Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wird kein Elektrolyt verwendet. Als Alternative zur Verwendung der Doppelelektroden gemäß Fig. 3 kann jedoch auch jede einzelne Zelle der Batterie aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen liegenden Scheidewand der in Fig. 4 gezeigten Art bestehen, wobei die Scheidewand mit einem Elektrolyten getränkt ist. In diesem Fall können, da in den Bereichen 44 der Rahmenteile jeder Scheidewand so wenig Fasern vorliegen, die Scheidewände so vollkommen mit den anschließenden Scheidewänden verbunden werden, daß ein Lecken des Elektrolyten ausgeschlossen ist.

Fig. 7 zeigt einen Arbeitsplan mit Bezug auf den Ablauf des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung der Scheidewände und der Batterie.

Ausführungsbeispiel 1

Ein von Druckluft getragener Strom von Fasern aus einer 50%-50%-Mischung von 5,5 den und 6,4 mm Länge aus Vinyon (Fasern aus einem Polymer aus Vinylacetat und Vinylchlorid, hergestellt von der Firma American Viscose) und von 2,5 den und aus Creslan-Acryl (hergestellt von der Firma American Cyanamid Company) werden auf ein Gitter aus thermoplastischem Material aufgelegt, das auf einem sich bewegenden Siebförderband angeordnet ist und über einen Saugkasten hinwegläuft, wie dies in der US-PS 3 969 561 beschrieben ist. Das Gewicht des auf diese Weise erzeugten Vliesmaterials ist ungefähr 60 g/m . Das Gitter kann aus irgendeinem nachgiebigen dünnen thermoplastischen Material, wie Versalon 1117, bestehen. Die von Vliesmaterial eingenom-

jeder Scheidewanc

809824/0909

2 mene Fläche auf jeder Scheidewand ist etwa 48,4 cm groß

- 10 -

275504t

(etwa 7,6 cm χ 6,4 cm). Da das Gesamtgewicht des auf

2 dem Gitter abgelegten Vliesmaterials 60 g/m beträgt, wiegt jede Scheidewand ungefähr O,29 g, und es werden ungefähr 205 Kissen/m erzeugt, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. Die Scheidewände werden bei einer Temperatur von etwa 188 C durch eine Heizvorrichtung hindurchgefUhrt, um das Vliesmaterial und das Gitter aus thermoplastischem Kunststoff miteinander zu verbinden und sind sodann fertig zum Gebrauch bei der Zusammensetzung von Flachpack-Batterien.

Ausführungsbeispiel 2

Die Batteriescheidewände werden aus einer Mischung von 25%-75% aus Vinyon- und Orion-Fasern hergestellt (Acrylfasern hergestellt von der Firma E.I. duPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware), wie dies im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben worden ist. Das erzeugte Scheidewandblatt wiegt 67 g/m . Die Scheidewände werden mit einem Anteil von 50 g/m aus Orion-Fasern von 38,1 nun Länge und 1,5 den und mit einem Anteil von 17 g/m aus Vinyon-Fasern von 6,4 mm Länge und 3 den hergestellt und werden in einem Heißluftofen bei einer Temperatur von etwa

188° C erhitzt. Da der Bereich des Faservliesmaterials in

2
jeder Scheidewand etwa 48,4 cm groß ist, werden ungefähr 205 Kissen/m erzeugt.

Wegen der außerordentlich kleinen Faserdichte der Vliesware über den Rahmenteilen ist es unnötig, für das Gitter ein thermoplastisches Material größerer Dicke zu verwenden. Die Erfindung ermöglicht es daher, die Dicke und die Herstellungskosten der Batterie zu verringern, während das oben erörterte Leckproblem beseitigt wird. Vorzugsweise enthält die Fasermischung der Vliesware mindestens 10 Gewichtsprozent an thermoplastischen Fasern, um die Verbindung der Scheidewände miteinander und mit den Elektroden der Batterie zu erleichtern.

809824/0909

L e e r s e i t e

Claims

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3, Postfach

9. Dezember 1977 L'uMg'.⁰," <07„, »«» PA 109 naeh 359519

Telex 07 256610 smru

Telegramme Palentschutz Esälingenneckar

Patentansprüche

1i Flachpack-Batterie mit Scheidewänden zwischen den ' Elektrodenpaaren, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände (41) einen rechteckigen Rahmen (42) aus thermoplastischem Material und ein auf den Rahmen aufgelegtes Faservlies (43) enthalten, das an seinen Karten mit den Rahmenteilen verbunden ist, wobei die Mehrzahl der Fasern in dem Faservlies in der öffnung des Rahmens (42) willkürlich orientiert ist, während die Fasern, die unmittelbar neben den Rahmenteilen liegen, sich in der Längsrichtung der Rahmenteile erstrecken und diejenigen Teile des Faservlieses, die über die Rahmenteile hinweqgehen, eine qeringe Faserdichte aufweisen und aus Fasern bestehen, die rechtwinklig zu der Längserstreckung der Rahmenteil« orientiert sind.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über 80% der in dem Faservlies (43) enthaltenen Fasern innerhalb der öffnung des Rahmens (42) angeordnet sind.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies (43) aus einer Mischung aus thermoplastischen und nicht-thermoplastischen Fasern besteht und das Gewicht der thermoplastischen Fasern mindestens 10% des Gesamtgewichts des Faservlieses beträqt.

80982 U /0909
4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies aus einer 50%-50%-Mischunq aus Fasern eines Polymers aus Vinylacetat und Vinylchlorid und aus Acryl-Fasern hesteht.
5. Verfahren zur Herstellung einer Scheidewand für eine Flachpack-Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein sich bewegendes Siebförderband ein Gitter (51) aus thermoplastischem Material aufgelegt wird, das eine Vielzahl von rechteckigen Öffnungen (52) aufweist, daß auf dem Gitter (51)ein druckfluidgetragener Strom von Textilfasern abgelegt wird, die Unterseite des Siebförderbandes einer Saugwirkung ausgesetzt wird, um die Mehrheit der Fasern zu veranlassen, sich in den Öffnungen (52) des Gitters (51) abzulegen, wobei die unmittelbar neben dem Gitter (51) liegenden Fasern sich etwa parallel zu den Rahmenteilen orientieren und die restlichen Fasern in willkürlicher Orientierung abgelegt werden, während eine Minderheit von Fasern sich auf dem Gitter (51) in einer Richtung ablegt, die etwa rechtwinklig zu der Längserstreckung der Rahmenteile verläuft, wonach das Gitter (51) erhitzt wird, um die Fasern an ihm zu befestigen.

809824/0909 -3-