DE2844690C2 - Batterieseperator und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Batterieseperator und Verfahren zu dessen Herstellung

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Yoshifumi Ageo Saitama Ichikura
Yoshikazu Ichihara Chiba Miura
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Description

2. Battei «separator nach Anspruch 1, dadurch
ι :-i
civciilirCiuiinc
von 43 · 10 ~3 bis 13 · 10 -3 tex aufweisen.
3. Batterieseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Fasern (B) 3 bis 70 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile Fasern (A) beträgt.
4. Batterieseparator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasfasermatte mit wenigstens einer Oberfläche der selbsttragenden nichtgewebten Matte laminiert ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Batterieseparalors nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion eines Gemisches aus
(A) olefinischen Harzfasern mn einer Grobheit von 4 · 10-3bisl3 ■ 10-Jtex,
(B) olefinischen Harzfasern mit einer Grobheit von 1 ■ 10-3 bis 4 · 10-J tex in einer Menge von nicht weniger als etwa 3 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Fasern (A) und
(C) inerten Füllmaierialien in einer Menge von 0 bis etwa 600 Gewichtsteilen je 100 Gewichtstei'e der gesamten Fasern (A) und (B)
einen Bahnbildungsvorgang zur Bildung einer feuchten nichtgewebten Matte unterzogen wird, die erhaltene Matte getrocknet wird und die getrocknete Matte bei einer Temperatur im Bereich von einem Punkt 20°C niedriger als dem Schmelzpunkt der Fasern (A) und (B) bis zu einem Punkt etwa 50°C höher als dem Schmelzpunkt zur Bildung einer selbsttragenden nichtgewebten Matte wärmebehandelt wird.
Die Erfindung betrifft einen Batterieseparator und Verfahren zu dessen Herstellung.
Gemäß weit verbreiteter Praxis wird eine Matte aus einem mikroporösen Material, das inert ist und Beständigkeit gegenüber Elektrolyten aufweist, zwischen benachbarte Elektroden in einer Batterie, insbesondere einer Speicherbatterie, angeordnet, so daß Kurzschluß der Elektroden und die Wanderung eines an einer Elektrode gebildeten feinen aktiven Materials zu der anderen Elektrode verhindert wird. Batterieseparatoren dieser Art, beispielsweise ein Separator für eine Bleispeicherbatterie, müssen langzeitigen Gebrauch in einer sauren Atmosphäre oder in Gegenwart von Sulfationen, Bleiionen oder dergleichen aushalten, eine mikroporöse Struktur zur Verhinderung des Durchgangs von feinen aktiven Materialien aufweisen und einen geringen elektrischen Widerstand besitzen, wodurch der freie Durchgang verschiedener Ionen, wie beispielsweise von Protonen, Sulfationen oder Bleiionen, ermöglicht wird.
In den letzten Jahren kamen Fasern aus olefinischen Harzen, wie beispielsweise Olefinpolymeren und -copolymeren als faserförmige Komponente von Separatoren auf Grund ihrer überlegenen chemischen Beständigkeit
ι. und der geringen Kosten in Gebrauch.
Die Fähigkeit eines Batterieseparators, den Durchgang feiner aktiver Materialien zu hemmen, nimmt mit abnehmendem Porendurchmesser des Separators zu. Abnehmende Porendurchmesser erschweren jedoch den Durchgang von Ionen und erhöhen in nachteiliger Weise den elektrischen Widerstand der Sperrschicht.
i-fiCSC i/CiuCn i^igCnSCuaitCn aUSZUgiciCucil, W5F SiciS ein schwieriges Problem.
Bei einem Versuch zur Lösung dieses Problems wurde die Verwendung olefinischer Harzfasern von hoher Feinheit vorgeschlagen (z.B. US-PS 24 82 062 und 38 H 957). Eigene Versuche haben ge:eigt, daß unter Verwendung von Fasern aus einem olefinischen Harz, wie beispielsweise einem Polyolefin mit einem Durch-
jo messer von weniger als etwa 7 μπι. ein Batterieseparator mit geringem elektrischen Widerstand und der Fähigkeit, den Durchgang aktiver Materialien zu blockieren, hergestellt werden kann.
Es ist jedoch schwierig und kostspielig, olefinische
j5 Harzfasern von geringen Durchmessern durch ein sogenanntes Schmelzblasverfahren herzustellen. Nach diesem Verfahren tritt häufig Fadenbruch auf. und das Verfahren kann nicht in stabiler Weise durchgeführt werden. Folglich nehmen die Produktionskosten zu, und
m aus derartigen Fasern gefertigte 3itterieseparatoren verursachen natürlich hohe Kosten.
Fasern mit einem beträchtlich kleinen Durchmesser können auch durch Selbstverdamfpung einer Lösung eines Polyolefins in einem Lösungsmittel erhalten
4> werden, jedoch muß zur Erzeugung von Fasern mit einem Durchmesser von weniger als etwa 7 μπι die Konzentralion des Polyolefins beträchtlich niedrig gehalten werden. Folglich nimmt die Leistung je Zeiteinheit erheblich ab. und die Kosten zur Herstellung
ίο von Polyolefinfasern des gewünschten Durchmessers sind gleichfalls hoch.
Gewiß können verringerter elektrischer Widerstand i"id verbesserte Fähigkeit zur Hemmung des Durchgangs aktiver Materialien erhalten werden, indem ein
si Batterieseparator aus olefinischen Harzfasern mit einem Durchmesser von weniger als etwa 7 μηι hergestellt wird, jedoch bedingt dies nach den bisherigen Techniken stets Nachteile hinsichtlich des Verfahrens und der Kosten.
Die DE-OS 24 38 918 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Faservliesen aus thermoplastischen Polymeren, wobei ein Faservlies mit verhältnismäßig feinen Fasern und verhältnismäßig dicken Fasern für einen Batterieseparator verwendet wird Insbesondere wird dabei eine Kombination von feinfasrigen Elementen mit Durchmessern von weniger als 15 μπι, vorzugsweise weniger als 10 μπι, mit Fasern mit einem Durchmesser von 15 bis 100 μηι angegeben. Wie sich
jedoch aus dem nachstehenden Vergleichsbeispiel 7 ergibt, werden hierbei nicht die gewünschten Effekte hinsichtlich des elektrischen Widerstandes und der Hemmung des Durchgangs von aktiven Materialien erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines billigen Batterieseparators mit verringertem elektrischen Widerstand und verbesserter Fähigkeit zur Hemmung des Durchgang;, von aktiven Materialien ohne Verurse-.hung der vorstehend angegebenen ι ο Nachteile.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die Schaffung eines Batterieseparators aus einer selbsttragenden nichtgewebten Matte aus einem Gemisch olefinischer Fasern, die zwei verschiedene Grobheiten aufweisen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
(A) die ersten olefinischen Harzfasern eine Grobheit von4 · 10-3bis!3 ■ 10"3tex,
(B) die zweiten olefinischen Harzfasern eine Grobheit von! 10-3bis4 !0~3 tex aufweisen und in einer Menge von nicht weniger als 3 Gewich.steilen je 100 Gewichtsteile Fasern (A) vorhanden sind und daß 2;
(C) der Separator Fülimaterialien in einer Menge von 0 bis etwa 600 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile der gesamten Fasern (A) und (B) enthält.
Es wurde unerwartet und überraschend festgestellt, in daß die Zugabe kleiner Mengen Fasern (B) zu Fasern
(A) eine beachtliche Abnahme des elektrischen Wider Standes der resultierenden Matte bewirkt. Dies ist beispielsweise aus der beigefügten F i g. 1 ersichtlich, die eine graphische Darstellung wiedergibt, welche den η elektrischen Widerstand von Batterieseparatoren zeigt, die aus einem Gemisch in verschiedenen Verhältnissen von Polyäthylenfasern mit einer Grobheit von 5.5 · 10 ' tex und Polyäthylenfasern mit einer Grobheit von 2,4· 10-3 tex aufgebaut sind. Aus Fig. 1 ist ersichtlich. 1'iß. wenn eine kleine Menge, beispielsweise etwa 5 bis 10%. der Fasern mit einer Grobheit von
2.4 · tO 'tex mit den Fasern mit einer Grobheit von
5.5 · 10 »tex vermischt wird, der elektrische Widerstand des Batterieseparators im Vergleich zu dem Fall, 4, wo der Separator lediglich aus den Fasern mit einer Grobheit .on 53· 10 'tex besteh», erheblich abfällt und somit sich dem elektrischen Widerstand eines Separators nähert, der nur aus den teuren Fasern mn einer Grobheit von 2.4 10 'tex aufgebaut ist. Außer v> dieser überraschenden Verringerung des elektrischen Widerstandes erwies sich die Fähigkeit zur Hemmung des Durchgangs von aktiven Materialien als zufriedenstellend.
Das zur Herstellung des Batterieseparators der s; Erfindung verwendete Fasergemisch umfaßt (A) olefini sehe Harzfasern mit einer Grobheit von 4 10-' bis 13 10 » tex, bevorzugt 4.5 · 10 ' bis 1 3 10 ' tex und
(B) olefinische Harzfasern mit einer Grobheit von weniger als 4 10 'tex. bevorzugt weniger als 4-10 'tex bis I IO 'tex.
Die hier verwendete »Grobheit« wird nach dem Verfahren T234 SU-67 der TAPPl (Technical Association öf the Pulp and Paper Industry) gemessen. Die Einheit ist ΙΟ-3 tex.
Die Längen dar Fasern (A) und (B) können weitgehend variieren. Vorzugsweise besitzen die Fasern eine mittlere Faserlängt von etwa 05 bis etwa 3 mm, stärker bevorzugt etwa 0,7 bis etwa 2,5 mm.
Diese Fasern (A) und (B) besitzen eine Pulpefreiheit (CFS) (kanadischer Standard), gemessen nach TAPPI T227 OS-Ö8, von vorzugsweise etwa 150 bis etwa 750 ml, stärker bevorzugt etwa 200 bis etwa 700 ml.
Die Verhältnisse dieser Fasern sind nicht weniger als etwa 3 Gewichtsteile Fasern (B) je 100 Gewichtsteile Fasern (A). Die Menge der Fasern (B) beträgt vorzugsweise wenigstens 5 Gewichtsteile, stärker bevorzugt wenigstens etwa 10 Gewichtsteile, bezogen auf die gleiche Basis. Gewöhnlich sind Mengen von weniger als etwa 70 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Fasern (A) ausreichend. Wenn die Menge der Fasern (B) geringer als etwa 2 Gewichtsteile ist, so ist die Wirkung der Herabsetzung des elektrischen Widerstandes sehr gering, wie sich auch aus F i g. 1 ergibt
Die Harze, welche die olefinischen Harzfasern (A) und (B) bilden, werden in einfacher Weise aus Olefinpolymeren oder -copolymeren oder Gemischen dieser Polymeren ausgewählt. Zu Beispielen gehören Polyäthylene hoher Dichte und geri^er Dichte, welche vorwiegend ms Äthyleneinheiten aufgebaut sind, kristallines Po'ypropylen, das vorwiegend aus Propyleneinheiten aufgebaut ist, kristallines Polybuten-1. das vorwiegend aus Buten-1 -Einheiten aufgebaut ist, ^ns:allines Poly-(4-methylpenten-l), das vorwiegend aus 4-Methylpenten-l-Einheiten aufgebaut ist und Gemischen von wenigste.« zwei dieser Materialien. Unter diesen werden Polyarylene von hoher Dichte mit einer Dichte von 0,94 bis 0.97 (g/ml) und einem Schmelzindex (190°C) von 0.1 bis 30 und kristallines Polypropylen mit einem Schmelzindex (2300C) von 0.1 bis 30 bevorzugt.
Die olefinischer Harzfasern (A) werden durch verschiedene Methoden hergestellt, wie beispielsweise ein Schmelzspinpverfahren, ein Verfahren, welches die Spaltung von Fäden oder Filmen umfaßt, ein Schmelzblasverfahren, beispielsweise gemäß der US-PS 38 11 957 und ein Selbstverdampfungsspinnv.-rfahren. das die Selbstverdampfung einer Lösung eines olefinischen Harzes in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise ein aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasser stc rf oder eine Emulsion, bestehend aus dem olefini sehen Harz und Wasser, das ein oberflächenaktives Mittel wie beispielsweise Carboxymethylcellulose. Star ke oder Polyvinylalkohol enthält, umfaßt, i'asern. die durch das Selbstverdampfungsspinnv^rfahren herge stellt werden, werden bevorzugt.
Die olefinischen Harzfasern (B) können nach der vorstehend angegebenen Schmelzblasmethode oder der Selbstverdampfungsspinnmethode hergestellt werden, jedoch werden solche, die nach der Spannungsverdamp fungsmethode hergestellt werden, bevorzugt. Die Fasern ;B) sind sehr fein, was ihre Grobheit von weniger als 4 ■ 10 ' tex angezeigt wird, und die Produktionskosten sind hoch. Dies geht darauf zurück, daß bei der Schmelzblasmethoi'e Fadenbruch auftritt und das Verfahren instabil wird und bei der Selbst verdamp fungsmethode die Konzentration des Polyolefins in der Lösung verringert werden muß und folglich die Abgabeleistung a Fasern je Zeiteinheit gering ist. Da jedoch die Menge der Fasern (B) gering ist, können die Kosten des sich ergebenden Batterieseparators erheblich verringert werden.
Der Batterieseparator der Erfindung kann durch ein Naßverfahren oder ein Trockenverfahren unter Verwendung bekannte» Techniken, die eine selbsttragende nichtgewebte Matte aus den Fasern (A) und (B) liefern können, hergestellt werden. Er kann beispielsweise
durch ein NaBverfahren hergestellt werden. Dei dem eine wäßrige Dispersion eines Gemisches aus (A) olefinischen Harzfasern mit einer Grobheit von 4 · 10-J bis 13 ■ 10-3 tex, (B) olefinischen Harzfasern mit einer Grobheit von weniger als 4 · I0-3 tex in eitler Menge von nicht weniger als etwa 3 Gewichlsteilen je 100 Gewichtsleile der Fasern (A) und (G), inerten Füllmaterialien in einer Menge von 0 bis etwa 600 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Fasern (A) uad (B), einem Bahnbildungsvorgang zur Bildung einer feuchten nichtgeweblen Malle unterzogen wird, die feuchte Matte getrocknet wird und die erhaltene nichtgewebte Matte bei einer Temperatur im Bereich von einem Punkt 200C niedriger als dem Schmelzpunkt der Fasern (A) und (B) (der Schmelzpunkt des Materials mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, wenn die Fasern (A) und (B) aus unterschiedlichen Olefinharzen beste hen) bis zu einem Punkt etwa 50°C höher als dem Schmelzpunkt, bevorzugt vom Schmelzpunkt der Fasern (A) und (B) bis zu einem Punkt etwa 40"C höher als dem Schmelzpunkt, stärker bevorzugt vom Schmelzpunkt bis zu einem Punkt etwa 20°C höher als dem Schmelzpunkt, wärmebehandelt wird, wodurch eine selbsttragende nichtgewebte Matte gebildet wird.
Die wäßrige Dispersion des Fasergemisches kann dadurch gebildet werden, daß gegebenenfalls die inerten Füllmaterialien (C) zu den olefinischen Harzfasern (A) und (B) zugesetzt werden und das Gemisch durch in der Papierherstellungstechnik bekannte Mittel behandelt wird, wie beispielsweise einen Holländer oder Pulper. Die erhaltene wäßrige Dispersion oder Aufschlämmung des Fasergemisches kann dem gleichen Bahnformungsvorgang wie bei üblichen Papierherstellungsverfahren zur Bildung einer nichtgewebten Matte unterzogen werden. Die geeignete Gesamtmenge der Fasern (A) und (B) und des Füllmaterials (C) iiegt vorzugsweise bei etwa 0.01 bis etwa 3 Gew.-%. stärker bevorzugt etwa 0.01 bis etwa I Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Wassers.
Ein oberflächenaktives Mittel kann zu der wäßrigen Dispersion zugesetzt werden, um den olefinischen Harzfasern hydrophile Eigenschaften zu erteilen. Anstelle oder neben der Zugabe des oberflächenaktiven Mittels zu der wäßrigen Dispersion vor der Bahnbildung kann es zu der erhaltenen Matte durch eine Sprühvorrichtung zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach der Bahnbildung, jedoch vor der Wärmebehandlung, zugesetzt werden. Die Menge des verwendeten oberflächenaktiven Mittels beträgt beispielsweise etwa 0,05 bis etwa 1 Gew.-%. bezogen auf das Gesamtgewicht der olefinischen Fase, η (A) und (B) und der inerten Füllmaterialien (C). Bevorzugte oberflächenaktive Mittel sind beispielsweise anionische oberflächenaktive Mittel, wie beispielsweise Alkalisalze höherer Fettsäuren, Alkylsulfonsäuresalze, Alkylarylsulfonatsalze und Suifosuccinatestersalze.
Die erhaltene feuchte nichtgewebte Matte wird durch geeignete Einrichtungen getrocknet und dann bei den oben angegebenen Temperaturen zur Bildung einer selbsttragenden nichtgewebten Matte wärmebehandelt Das Trocknen und die Wärmebehandlung der nichtgewebten Matte können durch Hindurchführen der Matte durch einen Heißlufttrockner oder mittels Trockner, die in üblichen Papierherstellungsmaschinen verwendet werden, wie beispielsweise ein Yankee-Trockner, erfolgen. Als Ergebnis der Wärmebehandlung schmelzen die olefinischen Harzfasern in der Matte geringfügig wenigstens an dem Oberflächenteil der gesamten Bahn (d. h. über die gesamte Breite und Dicke) und haften aneinander und an den Füllmalerialien, wodurch sich eine selbsttragende nichtgewebte Matte ergibt. Die erhaltene selbsttragende nichlgeweble Matte ist derart, -, daß, wenn sie in eine Elektrolytlösung einer Batterie eingetaucht wird, beispielsweise eine wäßrige Schwefel-Säurelösung oder eine alkalische wäßrige Lösung, die olefinischen Harzfasem und die Füllmalerialien nicht aus der Matte herausgehen. Diese Wärmebehandlung
in dient auch zur Regelung der Flüssigkeitsdurchlässigkeit der erhaltenen Matte und ihrer PorengröOe.
Die Wärmebehandlung kann durch beliebige ge wünschte Mittel bewirkt werden. Vorzugsweise erfolgt sie dadurch, daß die nichtgewebte trockene Matte durch
ι -, Heißluft, beispielsweise einen Heißluftofen, hindurchgeführt wird, um der gesamten Matte einen gleichmäßigen Erhitzungseffekt zu erteilen. Andere Heizeinrichiungen. die einen derartigen Erhitzungseffekt ausüben können
_>(i Mittel können zusammen in dieser Stufe angewendet werden. Vorzugsweise wird die wärmebehandelte Matte durch Kalanderwalzen, bevorzugt abgekühlte Walzen, kalandriert, um die Oberflächenglätte der erhaltenen selbsttragenden nichtgewebten Matte zu
j-, erhöhen.
Der Batterieseparator der Erfindung kann auch durch ein Trockenverfahren gebildet werden, das beispielsweise Jc,ch eine bekannte Luftblasmethode durchgeführt werden kann, bei der das Gemisch der olefinischen Harzfasern (A) und (B) und der Füllmaterialien (C) durch ein Trägergas, wie beispielsweise Luft, geführt wird und beispielsweise auf einem Drahtnetz abgeschieden wird. Die so abgeschiedene nichtgewebte trockene Matte wird in der gleichen Weise wie bei dem Naßverfahren zur Bildung der gewünschten selbsttragenden nichtgewebten Matte wärmebehandelt.
Der Ausdruck »inert« bei den inerten Füllmaterialien (C) bedeutet, daß die Füllmaterialien sich nicht in einer Elektrolytlösung einer Batterie lösen und somit die Leistung der Batterie nicht nachteilig beeinflussen. Die gemäß der Erfindung verwendeten inerten Füllmaterialien (C) sind beliebige Füllmaterialien, die Beständigkeit gegenüber Elektrolytlösungen der Batterie aufweisen und nicht bei der Wärmebehandlung zu einem Ausmaß schmelzen, daß sie praktisch ihre Gestalt verlieren. Die Einarbeitung derartiger Füllmaterialien dient dazu, die Kosten des Batterieseparators weiter zu verringern und den Separator zu verstärken.
Beispiele für die inerten Füllmaterialien (C) sind Cellulosepulpen aus natürlichen Quellen, wie beispielsweise Holzpulpe, Linterpulpe und Kraftpulpe; re^nerierte Cellulosefaser^ wie beispielsweise Rayonfasern und Acetatfasern; von olefinischen Harzfasern abweichende synthetische Fasern, wie beispielsweise Polyvinylalkoholfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern und Acrylfasern; anorganische faserförmige Materialien, wie beispielsweise Glasfasern, Gesteinsfasern und Asbestfasern; anorganische Füllmaterialien, wie beispielsweise Diatomeenerde, Kieseisäure, weißer Koh-
Ienstoff und Gips und Gemische von wenigstens zwei dieser Materialien.
Die geeignete Menge der Füllmaterialien (Q beträgt bis zu etwa 600 Gewichtsteile, bevorzugt etwa 10 bis etwa 500 Gewichtsteile, stärker bevorzugt etwa 15 bis etwa 350 Gewichtsteile^ je 100 Gewichtsteile der gesamten Fasern (A) und (B).
In anderen Worten macht das Gesamtgewicht der Fasern (A) und (B) wenigstens etwa 15 Gew.-% der
nichtgewebten selbsttragenden Malle aus, welche den Batterieseparatorder Erfindung darstellt.
Die bevorzugte Dicke der selbsttragenden nichtgewebten Matte liegt bei etwa 0,1 bis etwa 2 mm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfirtdungsgemäßen Batterieseparators wird eine Glasfaserüiatte^t wenigstens einer Oberfläche der selbsttragenden nichtgewebten Matte laminiert. Die Glasfasermatte in dem Laminat dient zur Erhöhung der Gebrauchsdauer der Eleklfödenplätten züf Vefbess'.Vung ihrer Vibrationsbeständigkeit und zum Schutz des Separators. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann Wasserstoffgas, das an der Elektrode der Batterie erzeugt wird, leicht aus dem Batteriesystem entweichen, und die elektrische Isolierung der Batterie wird erhöht.
Die Verwendung von makroporösen Glasfasermatten, die gewöhnlich verwendet werden, wird bevorzugt.
daß die Glasfaden in einer, die Aufwärtsrichtung eines Batterieseparators schräg kreuzenden Richtung angeordnet sind, wobei der Batterieseparator zwischen benachbarten Elektroden angeordnet ist, in denen Blasen von Wasserstoffgas aus dem Batteriesystem entweichen und diese Glasfäden miteinander unter Bildung einer Netzwerkkonfiguration als Gesamtes verschlungen sind.
Die Glasfasermatte kann dadurch hergestellt werden, daß Glasfäden in Bahnform so ausgerichtet werden, daß die einzelnen Fäden einander kreuzen und nach dem Ausbr iten die vorstehend genannte Netzwerkkonfiguration gebildet werden kann, die Matte ausgebreitet wird, zwei oder mehr der entwickelten dünnen Bahnen aufeinandergelegt werden und die sich kreuzenden Teile durch ein geeignetes Mittel, beispielsweise Sprühen oder Tauchen unter Verwendung eines bekannten Bindemittels, wie beispielsweise ein Bindemittel vom Acrylharzemulsionstyp oder ein Phenol harz bindemittel, verbunden werden.
Vorzugsweise besitzen die Glasfasern einen Durchmesser von etwa 10 bis etwa 30 μπι und eine Stärke von etwa 0,1 bis etwa 2,0 mm. Die scheinbare Dichte der Glasfasermatte beträgt vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 03 g/cm3.
In dem Laminat der selbsttragenden nichtgewebten Matte, die aus den olefinischen Harzfasern (A) und (B) und dem Füllmaterial (C) als gegebenenfalls vorliegender Komponente aufgebaut ist, und der Glasfasermatte müssen die beiden Matten nicht über das gesamte Laminat integriert seia Vorzugsweise erfolgt die Laminierung so, daß die darübergelegten Matten wenigstens teilweise gebunden sind, um ein leichteres Entweichen von Wasserstoffgasblasen aus dem Balteriesystein zu ermöglichen. Beispielsweise wird es bevorzugt, daß die beiden Mallen lediglich an den beiden Randseitenteilen des Laminats verbunden sind, welche zwei benachbarten Elektroden gegenüberstehen, wenn der Laminatseparator zwischen ihnen angeordnet ist, oder die beiden Matten sind an Stellen an voneinander entfernten Punkten verbunden.
Eine Acrylharzemulsion als Bindemittel kann in geeigneter Weise zur Bildung dieses Laminats verwendet werden. Andere Bindemittel, welche gegen Elektrolytlösungen von Batterien beständig sind, können natürlich verwendet werden.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein Verfahren zur Trennung von Elektroden einer Batterie, bei dem der
benachbarten Elektroden der Batterie angeordnet wird.
Der Batterieseparator der Erfindung kann in einer Konfiguration ausgebildet werden, weiche ein leichtes Entweichen von Wasserstoffgasblasen aus dem Batteriesystem ermöglicht. Beispielsweise ist seine Querschnittsform in Richtung beider Enden wellenförmig oder gezackt oder sie ist gerippt unter Bildung eines vertikalen Durchgangs. Oder es kann ein ähnlicher vertikaler Durchgang gebildet werden, indem zwei oder mehrere lineare Rippen aus olefinischem Harz vertikal an voneinander getrennten Punkten vorgesehen werden.
Der Separator der Erfindung besitzt einen elektrischen Widerstand von nur etwa 0,8 bis 1,5 ΐηΩ/cm2 je Bahn und kann in wirksamer Weise die Wanderung von aktiven Materialien hemmen. Folglich wirkt er als ein ausgezeichneter Separator für Batterien, insbesondere Bleispeicherbatterien.
Das hier beschriebene Verfahren der Erfindung ermöglicht die Herstellung von Separatoren mit ausgezeichneter Leistung hei geringen Kosten und trägt zu einer großen Bereicherung der Technik bei.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Herstellung von Fasern
Die in den folgenden Beispielen verwendeten olefinischen Harzfasern A und B wurden durch Selbstverdampfen einer Lösung von Polyäthylen oder Polypropylen in Hexan hergestellt Die Eigenschaften der Fasern sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Eigenschaften Olefinische HarzTasem A 8,6 A2 Aj Olefinische Hafzfasem B ^5 B2 1,9
A, U 54 63 B1 1,0 U
C (10-3 tex) t) 700 U 2,1 400 530
(mmP) Polyäthylen 350 680 Polyäthylen Poly
CSF (ml)3) Polyäthylen Polypropylen propy
Art des olefinischen len
Harzes 0,968 0,968 0,910
5,4 0,968 0,910 2,7 4,7
Dichte (g/cm3) L8 73
Schmelzindex
1) Grobheit (Einheit Vf* te.x)
2) Mittlere Faserlänge, gemessen nach der in TAPPIT232 SÜ-68 beschriebenen Methode
3) Pulpefreihett (kanadischer Standard), gemessen nach der in TAPPIT227 OS-58 beschriebenen Methode
ίο
Vergleichsbeispiele 1 und 2
Ein Handbogen mit einem Grundgewicht von 120 g/m2 wurde aus jeder der olefinischen Harzfasern Bi und B2 gemäß TAPPI T205 m-58 hergestellt. Der elektrische Widerstand der Handbögen wurde gemäß JiS C2313 gemessen und erwies sich als I1I πιΩ/100 cm2 je Bogen bzw. 1,3 ηιΩ/100 cm2 je Bogen.
Beispiele 1 bis 3
Handbögen wurden in der gleichen Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen olefinischen Harzfasern Ai und 5, 10 oder 100 Gewichtsteilen olefinischen Harzfasern Bi verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Beispiel 4
Das Verfahren des Vergleichsbeispiels 1 wurde unter Verwendung eines Gemisches von 100 Gewichtsteilen
Tabelle 2
olefinischen Harzfasern Aj und 10 Teilen olefinischen Harzfasern Bi wiederholt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Beispiel 5
Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilcn olefinischen Harzfasern A3 und 10 Gewichtsteilen olefinischen Harzfasern B2 anstelle der gemischten Fasern in Beispiel 1 verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Vergleichsbeispiele 3 bis 5
Vergleichsbeispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß olefinische Harzfasern Ai, olefinische Harzfasern A2 und olefinische Harzfasern A3 einzeln anstelle der olefinischen Harzfasern Bi verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergepeben.
Mischungsverhältnisse der Fasern _ Λ? Λ, B1 B2 - Grobheit der Elektrischer Maximale
(Gewichtsteile) - t J 100 gemischten Widerstand Porengröße
A1 Fasern (mß/tOOcm* (/mi)*)
100 - (lO'tex) je Bogen)
Vergleichs 100 - 100 -
beispiel 100 - - -
1 _ - 2,5 1.1 8
2 - - 5 10 1.9 1.0
Beispiel _ 10
1 - - 100 7.7 1.2 22
2 100 100 10 _ 7.0 1.1 21
3 _ - 100 - _ 3.9 1.0 II
4 _ _ 5,0 1.1
5 5.2 1.1
Vergleichs _ _ -
beispiel 100
3 - 100 _ 8.6 2.4 24
4 5.5 2.2
5 6.3 1.9
*) Gemessen nach einer in Chemical Engineering Practice. Bd. 2. S. 342-461 (veröffentlicht von Butterworths Scientific Publications) beschriebenen Kapillareintrittsdruckniethode unter Verwendung eines Bogens mit einem Grundgewicht von 60g/m2 als Probe.
Beispiel 6
Ein Handbogen mit einem Grundgewicht von 120 g/m2 wurde in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß anstelle der olefinischen Harzfasern Bi ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen der olefinischen Harzfasern Ai, 35 Gewichtsteilen olefinischer Harzfasern Bi und 100 Gewichisteilen Kieselsäure mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,022 μΐη als anorganisches Füllmaterial, bezogen auf 100 Gewichtsteile des insgesamten Fasergemisches verwendet wurde.
Der Bogen wurde in einem Heißlufttrockner bei 6O0C vollständig getrocknet, in einem Heißlufttrockner bei 1400C während 20 Sekunden erhitzt und unmittelbar danach mit abgeschreckten Walzen unter Druck kalandriert, um eine mit Füllmaterial versetzte Sperrschicht mit einer Dichte von 0336 g/cm3 zu bildeii. Eine Glasmatte mit einer Stärke von 1 mm und einer Dichte von 0,16 g/cm3 wurde mit der erhaltenen Sperrschicht laminiert Diese Matten Wurden mit einem Phenolharz so verbunden, daß sie nur an solchen Seitenrandteilen verbunden waren, die zwei benachbarten Elektroden gegenüberstehen, wenn sie zwischen ihnen angeordnet werden. Die Laminatsperrschicht besaß einen elektrischen Widerstand von Iß πιΩ/100 cm2 je Bogen.
Vergleichsbeispiel 6
Ein Handbogen mit einem Grundgewicht von 120 g/cm2 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 mit der- Ausnahme hergestellt, daß die olefinischen Harzfasern Bi nicht verwendet wurden und 100 Gewichtsteile Kieselsäure je 100 Gewichtsteile der olefinischen Harzfasern Ai verwendet wurden.
Es würde eine Glasmatte mit dem erhaltenen Bogen in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 laminiert Der Laminatseparator besaß einen elektrischen Widerstand von 3,6 mfl/lOÖ cmz je Bogen.
Vergleichsbeispiel 7
Dieses Vergleichsbeispiel zeig!, daß bei Verwendung von 5 Gewichtsteilen relativ dicker Fasern mit einer unteren Durchmessergrenze von etwa 15μπι. wie dies z. B. in der DE-OS 24 38 918 angegeben äst, anstelle der Fasern B gemäß der Erfindung keinesfalls die vorteilhaften Effekte gemäß der Erfindung erzielbar sind, obgleich eine Kombination von zwei Arten von
Tabelle 3
(Verwendete Fasern)
Fasern mit unterschiedlichen Durehmessern angewendet wird.
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß Polyäthylenfasern mit > einer Größe von 17,4 · 10~3tex (Durchmesser etwa 15 um) anstelle der olefinischen Harzfasern Bi gemäß der Erfindung verwendet wurden. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in nachstehenden Tabellen 3 und 4 aufgeführt
Olefinische Ihii?rascrn Λ Zweite Olefinische Harzfasern
Λ, B, C (Vergleich)
C (10-J tex) 8,6 2,5 17,4
Durchmesser: d (//in) 10.6 5,7 15,1
1 (mm) 1.2 1.0 2,8
CSF (ml) 700 400 710
An der olefinischen
,"'larzfasern Polyäthylen Polyäthylen Polyäthylen
Dichte (g/cm3) 0,968 0,968 0,968
Schmelzindex 5,4 2,7 6,1
Tabelle 4
Mischungsverhältnis
der F-asern (Gew.-Teile)
A1 B, C
Stärke der gemischten Fasern
(10-3 tex)
Elektrischer Maximale
Widerstand Porengröße
(mß/IOOcm2 je Bahn) (//m)
Beispiel 1 gemäß
der Erfindung 100
Vergleichsbeispiel 100
7,7 8,8
1,2 2.5
22 27
Die in den vorstehenden Tabellen aufgeführten Ergebnisse belegen, daß nur bei Ausführung nach der vorliegenden Erfindung Produkte mit den erwünschten überlegenen Ergebnissen hinsichtlich elektrischem Widerstand und Porengröße erhalten werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Batterieseparator aus einer selbsttragenden nichtgewebten Matte aus einem Gemisch olefinischer Fasern, die zwei verschiedene Grobheiten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß
(A) die ersten olefinischen Harzfasern eine Grobheit von4 · 10"3bis 13 · JO"3 tex,
(b) die zweiten olefinischen Harzfasern eine Grobheit von 1 · 10"3 bis 4 · 10~3 tex aufweisen und in einer Menge von nicht weniger als 3 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Fasern (A) vorhanden sind und daß
(c) der Separator Füllmaterialien in einer Menge von 0 bis etwa 600 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile der gesamten Fasern (A) und (b) enthält
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