DE3026048A1

DE3026048A1 - Batterieseparator fuer alkali- batteriezellen

Info

Publication number: DE3026048A1
Application number: DE19803026048
Authority: DE
Inventors: George F Schmidt
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1981-01-29
Also published as: US4224394A; GB2056318A; GB2056318B; FR2461365B1; JPS5622044A; CA1137163A; FR2461365A1; SE8005031L

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein Batterieseparatoren und insbesondere solche Separatoren, wie sie beispielsweise in Aikali-Sekundärelementen bzw. -Batterien mit einer hohen Energiedichte verwendet werden*

Ein Gebiet, auf dem die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist, ist das der Batterien mit einer hohen Energiedichte, wie z.B. der Batterien, wie sie in der US-Patentschrift 3 625 770 beschrieben sind.

In dieser Patentschrift ist ein Batterieseparator beschrieben, der für Silber-Zink (Ag/Zn)-Alkali-Elektrolytzellen bestimmt ist. Der darin beschriebene Separator umfaßt einen Filmüberzug, der aus einem Lösungsmittelsystem auf die äußere Oberfläche eines Asbestsubstrats von Brennstoffelement-Qualität aufgebracht worden ist. In der genannten Patentschrift umfaßt die Filmüberzugszusammensetzung: (l) reaktionsfähige und inerte Füllstoffe, wobei die reaktionsfähigen Füllstoffe in dem alkalischen Elektrolyten löslich sind, (2) ein organisches polymeres Bindemittel, wie z.B. Polyphenylenoxid (PPO), und (3) einen Weichmacher· Der spezifische Widerstand (Volumenwiderstand) dieses Separators wurde als sehr akzeptabel angesehen, wie z.B. 14 Ohm χ cm. Dieser Widerstand lag weit unterhalb des normalerweise akzeptablen Maximalwertes für (Ag/Zn)-Zellen von 60 Ohm χ cm. Bezüglich weiterer Informationen in bezug auf die US-Patentschrift 3 625 770 vgl. z.B. den NASA-Report TMX-3199 "Factors.¹ Influencing Flexibility, Resistivity and Zinc Dendrite Penetration Rate of Inorganic Separators For Alkaline Batteries", in dem eine Analyse der Filmzusammensetzung angegeben ist. In einem weiteren NASA-Report TMX-3080, "Structure and Function of an Inorganic-Organic Separator For Electrochemical Cells - Preliminary

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Study" sind die Struktur und die Funktion des patentierten Separators beschrieben.

Bei der Bewertung des (Ag/Zn)-Separators der US-Patentschrift 3 625 770 bei seiner Verwendung in Nickel-Zink (Ni/Zn)-Zellen bzw· -Elementen wurde gefunden, daß die FilmUberzUge während der Handhabung brachen wegen des spröden Charakters des Separators. Es bestand daher ein Bedarf nach einem flexibleren Separator.

In der US-Patentschrift 4 085 241 ist ein Separator mit im Prinzip der gleichen Filmüberzugszusammensetzung wie in der US-Patentschrift 3 625 770 beschrieben, wobei diesmal jedoch der Filmüberzug flexibler ist. In der US-Patentschrift 4 085 241 wurde das PPO-Bindemittel auf Lösungsmittelbasis durch ein thermoplastisches elastomeres Copolymeres ersetzt. Dieser zuletzt genannte Separator ergibt auch akzeptable Werte für den spezifischen Widerstand (Volumenwiderstand) von beispielsweise weniger als 25 0hm x cm. Nähere Informationen bezüglich dieses flexiblen Separators sind in dem NASA-Report TMX-3465, "New Separators for Nickel-Zinc Batteries" enthalten.

Angesichts der möglichen Umweltgefahren bei Verwendung von Asbest eis Substratmaterial für Batterieseparatoren sowie angesichts des zusätzlichen Risikos der Verwendung von Lösungsmitteln bei der Herstellung der Uberzugsgusamniensetzungen wurden Ersatzmoterialien ®uf wäßriger Basis für die in der US-Patentschrift 4 085 241 beschriebenen Kautschuk-Bindemittel-Filmüberzu^zusammensetzungen entwickelt₀ In der US-Patentanmeldusig Nr» 001 924 sind Ersaizmates-ialien auf wäßriger Basis sowie ein neues Separatormaterial beschrieben^ ayf welches dsr Filzüberzug aus einem wäßrigen System aufgebracht wird. Der Separator kann umfassen &Ln in dsr Sehmelse geblasenes Gewebe cus

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einem thermoplastischen Polymeren, welches das Asbest als Separatorsubstrat ersetzt.

Wenn Separatormaterialien dieses Typs hergestellt, zu Folien verarbeitet und in Schichten gestapelt werden, wurde ein unerwünschtes Kleben der Folien aneinander beobachtet. Es wird angenommen, daß dies auf die Klebrigkeit des Bindemittels und den Weichmachungseffekt der monomeren Weichmacher zurückzuführen ist. Um dieses Problem zu lösen, mußte zwischen den Schichten eine Trenneinlage angeordnet werden. Seither ist man auf der Suche nach verschiedenen anderen Möglichkeiten, das Klebrigkeitsproblem zu vermeiden.

Es wurde nun gefunden, daß dieses Problem mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden kann, die sich bezieht auf ein verbessertes Produkt, das erhalten wurde bei der Konfrontation und Lösung des vorstehend beschriebenen grundsätzlichen Klebrigkeitsproblems. Im Verlaufe der Entwicklung wurden auch weitere unerwartete Probleme gelöst, wie die nachfolgende Beschreibung der Erfindung zeigen wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Batterieseparator für Alkali-Batteriezellen bzw. -Elemente mit einem niedrigen Widerstand gegenüber der Elektrolytionenübertragung und einem hohen Widerstand gegenüber der Elektrodenionenübertragung. Der Separator wird gebildet durch Aufbringen eines verbesserten Überzugs auf einen Elektrolytabsorber. Bei dem Absorber handelt es sich vorzugsweise um ein flexibles, faserförmiges bzw. faseriges und poröses Substrat, das gegen starkes Alkali und gegen Oxidation beständig ist. Die Uberzugszusammensetzung unifaßt eine Mischung aus einem polymeren Bindemittel, einem hydrolysierbaren polymeren Ester und inerten Füllstoffen.

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Die Uberzugszusammensetzung ist im wesentlichen frei von reaktionsfähigen Füllstoffen und Weichmachern, wie sie üblicherweise als Agentien zur Förderung der Porosität in Separatorüberzügen verwendet

werden. Wenn der Separator in den Elektrolyten eintaucht, reagiert der polymere Ester des FilmUberzugs mit dem Elektrolyten unter Bildung eines Salzes und eines Alkohols. Der Alkohol geht in dem Elektrolyten in Lösung, während das Salz bewirkt, daß der Elektrolyt in die Überzugszusammensetzung eindringt.

Wenn sich das Salz bildet, streckt es die polymeren Ketten des Bindemittels unter Bildung eines Filmüberzugs, der während der Verwendung für die Elektrolytionenübertragung im wesentlichen durchlässig, für die Elektrodenionenübertragung jedoch relativ undurchlässig ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Batterieseparator für die Verwendung in einer Alkali-Batteriezelle zum Trennen einer negativen Elektrode von einer positiven Elektrode, wenn sie in einem geeigneten Elektrolyten angeordnet sind. Neben der Trennung der Elektroden weist der erfindungsgemäße Separator während des Betriebs der Zelle, wenn die normalen chemischen Reaktionen ablaufen, einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand gegenüber der Elektrolytionenübertragung, jedoch einen beträchtlich hohen Widerstand gegenüber der Elektrodenionenübertragung auf.

Der Separator enthält bzw. umfaßt einen flexiblen und faserförmigen bzw. faserigen Elektrolytabsorber und einen daran haftenden polymeren FilmUberzug. Der Absorber, der so geformt ist, daß er die Form eines Gehäuses für die Aufnahme einer Elektrode hat, ist ein flexibles Substrat, das so behandelt worden ist, daß es gegen starkes Alkali und

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gegen Oxidation beständig ist. Das Absorbermaterial kann den Elektrolyten absorbieren, den Elektrolyten mit einer in einem Gehäuse befindlichen Elektrode in Kontakt halten und als Durchgang mit niedrigem Widerstand für die Elektrolytionenübertragung fungieren. Das Absorbermaterial selbst stellt jedoch keine ausreichende Sperrschicht für die Elektrodenionenübertragung dar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Separators wird eine Sperrschicht (Sperre) für die Elektrodenionenübertragung dadurch erzielt, daß der Absorber mit einem geeigneten überzug versehen wird. Dieser Überzug enthält bzw. umfaßt eine Mischung aus einem polymeren Bindemittel, einem hydrolysierbaren polymeren Ester und inerten Füllstoffen. Ein geeignetes polymeres Bindemittel ist Äthylen-Propylen-Kautschuk. Ein geeigneter hydrolysierbarer Ester ist ein filmbildendes Polyacrylat. Bei den inerten Füllstoffen kann es sich unter anderem um irgendeines einer großen Anzahl von in Alkali unlöslichen Pigmentmaterialien einschließlich Kaolintonen, Metalloxiden, Titanaten und Silicaten handeln.

Wenn der auf diese Weise beschichtete Separator in den alkalischen Elektrolyten eingetaucht wird, reagiert der hydrolysierbare polymere Ester chemisch mit dem Elektrolyten unter Bildung eines polymeren Salzes und eines Alkohols. Der Alkohol geht in Lösung. Das Salz, das während der Hydrolyse gebildet wird und in dem überzug zurückgehalten wird, dehnt sich aus durch weiteres Eindringen des Elektrolyten. Diese Ausdehnungskräfte der Polymerketten des Bindemittels führen zu einer weiteren Ausdehnung und zu einer Vergrößerung des intermolekularen Abstandes.

Die in einem größeren Abstand voneinander angeordneten intermolekularen

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Ketten des polymeren Bindemittels ergeben eine Gesamtzunahme der Porosität des Filmüberzugs. Die daraus resultierende Zunahme der Porosität des Überzugs erlaubt eine schnellere Diffusion der Elektrolytionen durch den Absorber, während sie noch eine wesentliche Sperrschicht (Sperre) für die von den Elektroden emittierten großen Elektrodenionen darstellt. In Abwesenheit einer geeigneten Sperrschicht für diese Elektrodenionen besteht die Neigung, daß sich auf einer Elektrode Dendriten bilden, und wenn man sie eine Elektrode mit entgegengesetzter Polarität erreichen läßt, können sie sich darauf bis zu einem solchen Ausmaße anreichern, daß ein Kurzschluß des Elektrodenpaars entsteht. Dieses Dendritenwachstum setzt die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) der Batteriezelle herab.

Durch den Ausschluß von Weichmachern aus der Uberzugszusammensetzung wird die Wahrscheinlichkeit, daß gestapelte Folien des Separatormaterials aneinander haften, beträchtlich verringert.

Wenn reaktionsfähige Füllstoffe, die üblicherweise als Mittel zur Förderung der Porosität in Separatorüberzügen verwendet werden, aus der Uberzugszusammensetzung ausgeschlossen werden, tritt eine Verminderung im Typ der Reaktanten in dem Elektrolyten, welche die elektrische Leistungskapazität der Zelle beeinträchtigen könnten,auf und dadurch wird eine verbesserte Batteriezellenleistung erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig.1 eine Folie aus einem erfindungsgemäßen Batterieseparatormaterial in einer stark vergrößerten perspektivischen Ansicht und

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Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine Alkali-Batteriezelle, in der ein Absorber verwendet wird, der eine erste Elektrode umhüllt (umgibt) und in der der erfindungsgemäße Batterieseparator eine zweite Elektrode umhüllt (umgibt).

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt in einer stark vergrößerten perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Separator 10. Der Separator 10 umfaßt einen Elektrolytabsorber 12 und einen an der oberen Oberfläche 16 des Absorbers 12 haftenden Filmüberzug 14.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Elektrolytabsorber 12 aus einer etwa 0,18 mm (7 mils) dicken Asbestfolie von Brennstoffelement-Qualität, die mit einer 5 /»igen wäßrigen Dispersion eines Butyllatexkautschuks imprägniert ist. Die imprägnierte Folie hat ein

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Grundgewicht von etwa 135 g/m . Die imprägnierte Folie wird auf einer Papiermaschine hergestellt und die 5 7°ige Kautschuklösung wird vor der Folienbildung der Stoffmühle zugesetzt. Dieser Kautschukzusatz verleiht den Asbestfasern eine gute Beständigkeit gegen starkes Alkali, wie Kaliumhydroxid, und verhindert die Oxidation, wenn der Separator in einer Batteriezelle verwendet wird.

Der überzug 14, der auf eine obere Oberfläche 16 des Absorbers 12 durch konventionelle Beschichtung aufgebracht wird, muß ebenfalls gegen starkes Alkali beständig sein. Außerdem muß der aufgebrachte Überzug biegsam sein ohne Risse zu bilden, während er gleichzeitig die Funktionen erfüllt, Elektrodenionen zurückzuhalten und einen geringen Widerstand gegen Elektrolytionenübertragung während des Betriebs der Batterie aufzuweisen.

Der überzug 14 ist im wesentlichen frei von reaktionsfähigen Fu11-

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stoffen und Weichmachern und bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform besteht er zu 20 % aus einem Latexkautschukbindemittel, zu 78 % aus einem inerten Füllstoff, der in einem alkalischen Elektrolyten unlöslich ist, und zu 2 % aus einem hydrolysierbaren polymeren Ester. Bei dem Latexbindemittel handelt es sich um ein solches, das von der Firma Burke-Palmason Chemical Company, Pompano Beach, FlOrIdOZUSA₇unter der Handelsbezeichnung EMD 603 Avertrieben wird. Bei dem inerten Füllstoff handelt es sich in diesem Beispiel um Titandioxid und bei dem hydrolysierbaren Polyester handelt es sich um einen filmbildenden Polyacrylatester, der von der Firma Rohm & Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania/USA_/unter der Handelsbezeichnung Rhoplex HA-I6 vertrieben wird.

Es wurde gefunden, daß der vorstehend beschriebene Separator 10 in einem 45 % KOH-Elektrolyten einen spezifischen Widerstand (Volumsnwiderstand) von Π Ohm χ cm aufweist.

Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß der elektrische Widerstand des Separatormaterials ein wertvoller Indikator für das Leistungsvermögen des Materials ist, wenn es als Separator in den arbeitenden Zellen einer Batterie verwendet wird. Dies ist so, weil die Spannungsverluste in Batteriezellen aus den Widerstandswerten des Separatormaterials errechnet werden können.

Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gehören zu anderen Materialien, die für die erfindungsgemäße Verwendung als Absorbermaterial geeignet sind und üblicherweise in anderen bekannten Batteriezellen verwendet werden, flexible Gewebe (Bahnen) aus Kaliumtitanatfaserpapier, Aluminiumsilicatfaserpapier, Cellulosepapier, Mischungen

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aus synthetischer Holzpulpe und Asbestfasern sowie diese Fasern als Komponenten von gewebten und nicht-gewebten Geweben· Der Absorber kann eine Dicke von etwa 0,13 bis etwa 0,51 mm (5 bis 20 mils) und ein Grundgewicht innerhalb des Bereiches von etwa

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25 bis etwa 200 g/m aufweisen. Die Absorbergewebe sollten frei von Spurenmetallen und Verunreinigungen, wie Eisen, Kupfer und Silber, sein und sie sollten hydrophil sein.

Als geeignete Alternativen für das weiter oben genannte Latexbindemittel aus Butyllatexkautschuk können auch I'onomer-Dispersionen verwendet werden. Wahrend bei dem Butyllatexkautschukbindemittel geringe Blockierungsprobleme auftreten können, gibt es auch andere Bindemittel (z.B. Polyäthylen und Ionomere), welche die Blockierung vermeiden, die aber weniger erwünscht sind, weil sie aufgrund ihrer Harznatur steifere Überzüge mit einer geringeren Beständigkeit gegen Rißbildung ergeben. Je nach den für das Absorbermaterial verwendeten Fasern können diese alternativen Bindemittel etwa 10 bis etwa 40 % der Beschichtungszusammensetzung ausmachen. Obgleich diese Beschichtungszusammensetzungen cuf Basis eines wäßrigen Systems oder eines Lösungsmittelsystems gleich gut geeignet sind vom Standpunkt der Umweltverschmutzung und der Kosten aus betrachtet, wird das Bindemittel vorzugsweise aus einem wäßrigen System aufgebracht.

Es wird angenommen, daß die gesamte Klasse von filmbildenden Polyacrylatestern als geeignete Komponenten in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden kann. Butyl-, Äthyl- und Methylacrylate und -methacrylate, die allein oder in Kombination verwendet werden, stellen filmbildende Polyacrylate dar, die bekannt dafür sind, daß sie für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind. In Abhängigkeit davon, welches Absorbermaterial verwendet wird, können diese alternativen

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Polyacrylatester etwa 1 bis etwa 16 % der Beschichtungszusammensetzungen ausmachen.

Andere geeignete inerte Füllstoffe neben den in der bevorzugten Ausführungsform genannten können aus der Gruppe der anorganischen Materialien, wie Kaolintonen, Metalloxiden, Titanaten, Silicaten, der organischen Materialien und dgl. ausgewählt werden und sie können in Form eines Pulvers oder in Form von faserförmigen Teilchen einer geeigneten Teilchengröße vorliegen. Je nachdem, welches Absorbermaterial verwendet wird, können diese alternativen Füllstoffe auch etwa 10 bis etwa 80 % der Beschichtungszusammensetzung ausmachen.

Bei der Herstellung des Filmüberzugs werden die inerten Füllstoffe zuerst unter Verwendung einer Kolloidmühle in V/asser fein dispergiert. Der Polyacrylatester wird portionsweise zugegeben, während die Füllstoff dispersion mit einem Mischer mit geringer Scherwirkung gerührt wird. Dann wird das polymere Bindemittel zugegeben und die Kombination wird erneut gründlich gerührt bis zur Bildung einer glatten Beschichtungsmischung.

Beim Aufbringen des Überzugs auf die obere Oberfläche 16 des Absorbers 14 kann ein geeignetes konventionelles Papierbeschichtungsverfahren angewendet werden. Für diesen Zweck geeignet sind Auftragseinrichtungen, wie Umkehrwalzen, Gravurwalzen, Mayer-Stäbe, Luftmesser und dgl. Die aufgebrachten Uberzugsgewichte können innerhalb des Bereiches von etwa 60 bis etwa 160 g/m liegen. Nachdem der überzug aufgebracht ist, kann er bei Raumtemperatur zu einem Film trocknen gelassen werden, vorzugsweise wird er jedoch unter Erwärmen oder auf irgendeine andere geeignete Weise zwangsgetrocknet, um den Trocknungsprozeß zu beschleunigen.

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Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform sollte das Separatormaterial 10 die folgenden Eigenschaften haben:

1) Eine ausreichende physikalische Festigkeit, um einen starken mechanischen Abstandhalter zwischen den Elektroden in der Zelle zu ergeben,

2) einen minimalen Widerstand gegen den Elektrolytionenstrom,

3) eine ausreichende Flexibilität, um ohne Rißbildung zu Elektronenumhullungseinheiten geformt werden zu können,

4) gute elektrische Isoliereigenschaften,

5) eine ausreichend hohe chemische Beständigkeit gegen Abbau durch den Elektrolyten oder andere aktive Materialien,

6) die Fähigkeit, die Wanderung von Elektrolytionen und Teilchen zwischen Elektroden von entgegengesetzter Polarität zu verhindern und

7) eine gute Dimensionsbeständigkeit über den gesamten Bereich der thermodynamischen und elektrochemischen Bedingungen, die während des Betriebs der Zelle auftreten.

Während des Betriebs der Zelle reagiert der Überzug 14 mit dem Elektrolyten und quillt auf. Die typische Reaktion, die zwischen dem Elektrolyten (KOH) und dem Polyacrylatester des Überzugs 14 abläuft, wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

-C

ΟΙ
C =

+ KOH

-C-

C C 0"

+ ROH

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Wie angegeben, werden ein Salz und ein Alkohol gebildet. Das Salz wird in dem Filmüberzug zurückgehalten, während der Alkohol in dem Elektrolyten in Lösung geht.

Im Gegensatz zu den Weichmachern der bekannten Filmbeschichtungszusammensetzungen, in denen Azelainsäuresalze sowie Glykole gebildet werden, bildet der erfindungsgemäß verwendete Pοlyacrylatester kein lösliches Säuresalz. Daher geht nur ein Alkohol mit einem niedrigen Molekulargewicht in dem Elektrolyten in Lösung.

Das in dem Überzug zurückgehaltene Salz bewirkt, daß der Überzug aufquillt. Es wird angenommen, daß das zurückgehaltene polymere Salz die Polymerketten des Bindemittels auseinanderdrückt und der Raumbedarf der Überzugsstruktur vergrößert. Überraschenderweise wird durch diesen vergrößerten Raumbedarf der Uberzugsstruktur ein Separatormaterial mit einem sehr niedrigen Widerstand erhalten, ohne daß kostspielige reaktionsfähige Füllstoffmaterialien verwendet werden, wie sie üblicherweise als Agentien zur Förderung der Porosität in Separatorbeschichtungszusarnmensetzungen verwendet werden.

Bei der Verwendung in Batteriezellen des Typs, die "Elektrodenpaare" aus Silber-Zink-, Silber-Cadmium- oder Nickel-Zink-Materialien enthalten, wird ein Paar von Separatoren üblicherweise so geformt, daß sie eine Umhüllung (Gehäuse) bilden, die (das) eine der Elektroden umschließt. Häufig wird auch ein Absorber verwendet, um die andere Elektrode zu umhüllen.

Die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt in einem zum Zwecke der Erläuterung vergrößerten Maßstab einen Querschnitt durch eine Alkalizelle 20, die enthält oder besteht aus einem Glasbehälter 35 mit einer

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-IS-

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Separatorumhüllung 22, die um eine negative Elektrode 24 herum angeordnet ist, und einer Absorberumhüllung 26, die um eine positive Elektrode 28 herum angeordnet ist. Die Separatorumhüllung 22 besteht aus einem Paar Batterieseparatoren 10-10 gemäß Fig. I₁ die entlang der Kanten mittels eines alkalibeständigen Abdichtungsmaterials 30 versiegelt sind. Die Absorberumhüllung 26, die einen ähnlichen Aufbau hat, besteht aus einem Paar Absorberfolien 12-12 gemäß Fig. 1. In der Zelle 20 ist die negative Elektrode 24 von einer Separatorhülle 22 umschlossen, da an der negativen Elektrode während der Aufladung eine Reduktion auftritt und sich auf der negativen Elektrode Dendriten mit scharfen zahnartigen Vorsprüngen anreichern. Die Absorberumhüllung 26 kann dazu verwendet werden, während der Aufladung der Zelle die positive Elektrode zu umschließen. Die Elektroden 24 und 23 sind in geeigneter Weise elektrisch verbunden mit den negativen und positiven Anschlußklemmen bzw. Polen 32 bzw. 34, die Zellenausgangs-Anschlußklemmen bzw. -Pole mit entgegengesetzter Polarität bilden. Die Elektroden und ihre Umhüllungen sind teilweise in eine Elektrolytlösung 25, vorzugsweise in eine 35 bis 45 %ine Kaliumhydroxid (KOH)-Lösung_/eingetaucht. Es ist eine Öffnung 36 vorgesehen, die den Austritt von überschüssigem Gas erlaubt, das sich während der Aufladung bilden kann, und die eine Einfüllöffnung für die Zugabe von Elektrolyt darstellt.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentanspruchs Batterieseparator für die Verwendung in einer Alkali-Batteriezelle zum physikalischen Trennen der Elektroden dieser Zelle voneinander und zum Kontrollieren der Ionenübertragung in einer Elektrolytlösung v/ährend der in dieser Zelle ablaufenden chemischen Reaktionen, wobei der Separator einen Absorber aufweist, der enthält oder besteht aus einem flexiblen und faserförmigen Substrat, das gegen starkes Alkali und gegen Oxidation beständig ist, während es den Elektrolyten mit der Elektrode in Kontakt hält und für die Elektrolytionenübertragung durchlässig ist, gekennzeichnet durch einen Filmüberzug (14) auf mindestens einer Seite des Absorbers (12), der enthält oder besteht aus einer Mischung aus 030065/0874 TELEFON (O8B) 32 33 TELEX OS-OOSBO TELEGRAMME MOMAPAT TELEKOPIEHEPJ

1) einem polymeren Bindemittel,

2) einem hydrolysierbaren polymeren Ester und

3) inerten Füllstoffen,

wobei der Überzug (Ί4-) im wesentlichen frei von Weichmachern und reaktionsfähigen Füllstoffen ist und wobei es sich bei dem polymeren Ester um einen des Typs handelt, der sich beim Eintauchen in die Elektrolytlösung (25) ausdehnt zur Erhöhung der Porosität des Überzugs (14) während der Verwendung, ohne daß reaktionsfähige Füllstoffe erforderlich sind, so daß ein durchlässiger Filmüberzug (14) entsteht, der eine schnelle Diffusion von Elektrolytionen durch den Absorber (12) erlaubt und gleichzeitig im wesentlichen eine Sperre für die von den Elektroden (24, 28) abgegebenen Elektrodenionen darstellt, wodurch Spannungsverluste vermindert und die Lebensdauer der Batteriezelle verbessert werden.

2. Batterieseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ausgewählt wird aus der Gruppe Butyliatexkcutschuk und Äthylen-Propylen-Terpolymeres.

3. Batterieseparator nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der hydrolysierbaren polymeren Verbindung um einen filmbildenden Polyacrylatester handelt.

4. Batterieseparator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Füllstoffe pulverförmig oder faserförmig sind und ausgewählt werden aus der Gruppe der Kaolintone, Metalloxide, Titanate und Silicate einer geeigneten Teilchengröße, und daß die Füllstoffe in dem alkalischen Elektrolyten (25) im wesentlichen unlöslich sind.

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5. Batterieseparator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (14·) enthält bzw. umfaßt 10 bis 40 Gew.-% des Bindemittels, 1 bis 16 Gew.-/? des filmbildenden Polyacrylats und 10 bis 80 Ge\t.-% der inerten Füllstoffe.

6. Batterieseparator zum Trennen der in eine alkalische Elektrolytlösung in einer Batteriezelle eintauchenden Elektroden voneinander, dessen Widerstand gegenüber der Elektrolytionenübertragung während der innerhalb der Zelle ablaufenden chemischen Reaktionen verschieden ist von demjenigen gegenüber der Elektrodenionenübertragung, gekennzeichnet, durch

a) einen flexiblen, faserförmigen Absorber (12), der gegen starkes Alkali und gegen Oxidation beständig ist,

b) einen Filmüberzug (14), der für Elektrolytionen durchlässig und für Elektrodenionen undurchlässig ist und an mindestens einer Oberfläche des Absorbers (12) haftet und der enthält oder besteht aus einer Mischung aus

1) einem polymeren Bindemittel,

2) einem hydrolysierbaren polymeren Ester und

3) inerten Füllstoffen,

wobei der Überzug (14) im wesentlichen frei von Weichmachern und reaktionsfähigen Füllstoffen ist und wobei es sich bei dem polymeren Ester um einen des Typs handelt, der sich beim Eintauchen in den Elektrolyten (25) ausdehnt, zur Erhöhung der Porosität des FilmUberzugs (14), wobei ein durchlässiger Filmüberzug (14) entsteht, der eine schnelle Diffusion der Elektrolytionen durch den Absorber (12) erlaubt, während er gleichzeitig im wesentlichen eine Sperre für die von den Elektroden (24, 28) abgegebenen Elektrodenionen darstellt, wodurch die Spannungsverluste vermindert und gleichzeitig die Lebensdauer der Batteriezelle verbessert werden.

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7. Batterieseparator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Absorber (12) um ein Substrat aus porösen und flexiblen Fasern handelt, die mit einem Kautschukbindemittel imprägniert sind, und daß der Filmüberzug (14) an mindestens einer Oberfläche des imprägnierten Substrats haftet und der in Form einer Schicht aufgebrachte Absorber entlang der Schnittkanten mit einem alkalibeständigen Klebstoff versiegelt ist.

8. Batterieseparator nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug (14) enthält bzw. umfaßt 10 bis 40 Gew.-% des Bindemittels, 16 Gew.-% des hydrolysierbaren polymeren Esters und 10 bis 80 Gew.-/2 der inerten Füllstoffe.

9. Batterieseparator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um einen Butyllatexkautschuk und bei dem hydrolysierbaren polymeren Ester um einen filmbildenden Polyacrylatester handelt und daß die inerten Füllstoffe ausgewählt werden aus der Gruppe der Titanate, Silicate und Metalloxide einer geeigneten Teilchengröße, wobei die Füllstoffe in dem alkalischen Elektrolyten (25) im wesentlichen unlöslich sind.

10. Batterieseparator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ©s sich bei dem Kautschukbindemittel um ein Äthylen-Propylen-Terpolymeres hsndsit«

Ho Batterisseporatcr siacfo mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Absorber (12) uns eine etwa C^ 18 » (7 mils) dicke Asbestfolie von Brennstoffelement-Qualität handelt, <■,·;© bsi die Folie mit siner Suiyllatexkautschukdispsrsion imprägniert ist, ira den Absorber (12) gegen mechanischen und 30065/08/4

elektrochemischen Angriff durch den Elektrolyten (25) beständig zu machen.

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