DE3108241A1

DE3108241A1 - Separator fuer akkumulatoren, insbesondere bleiakkumulatoren aus einer poroesen platte mit ausgepraegten erhebungen

Info

Publication number: DE3108241A1
Application number: DE19813108241
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 6000 Frankfurt Bechtold
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1981-03-05
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FI820753L; SE8201393L; US4430394A

Description

UARTA Batterie Aktiengesellschaft 3OOD Hannover 21, Am Leineufer 51

Separator für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, aus einer porösen Platte mit ausgeprägten Erhebungen

Die Erfindung betrifft einen Separator für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, in Form einer porösen Platte, welche Erhebungen aufweist und auf Uorder- und Rückseite durchgehende Kanäle zur Gasableitung entlang der PlattenflMche aufweist.

Batterieseparatoren sollen einerseits elektrische Kontakte zwischen den negativen und positiven Platten einer Batteriezelle verhindern; andererseits sollen sie einen definierten Plattenabstand zwischen den Platten herstellen. Der benötigte Plattenabstand ergibt sich aus der gewünschten Säuremenge zwischen den Platten, welche wiederum die Entladekapazität namentlich im Hochstrombereich wesentlich beeinflussen.

Aus der OE-OS 30 22 **06 ist ein Batterieseparator in Form einer porösen Platte bekannt, welcher Ausprägungen nach einer Plattenseite aufweist, wobei alle geprägten Wände in den Kontaktbereichen mit der Batterieplatte nach oben durchgehend offen sind. Der Batteriescheider wird aus einer kleinporigen, dünnen thermoplastischen Bahn durch einen lilalzvorgang geprägt. Die blasvorrichtung besteht .beispielsweise aus einer gravierten, vorwärmbaren Stahlwalze und einer Gegenwalze aus Kautschuk.

Als nachteilig erweist sich bei dem bekannten Batteriescheitisr die kanalartige Entlüftung, welche keinen Gasaustausch zwi-

sehen benachbarten Kanälen zuläßt. Dies kann insbesondere bei Ablagerungen des Aktivmaterials zu Entgasungsst^rungen führen. Das Kunststoffmaterial muß zudem vor dem eigentlichen Idalzvorgang durch einen zusätzlichen Ofen erwärmt werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Separator anzugeben, welcher auf beiden Seiten eine Vielzahl von Entgasungswegen aufweist und aufgrund seiner Prägestruktur einen optimalen Plattenabstand zuläßt. Insbesondere soll zur V/erarbeitung bandförmiges Material mit hoher lonendurchlässigkeit ohne besondere Streckenerwärmung vor dem üJalzvorgang eingesetzt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Platte mit beidseitig eingeprägten Erhebungen und Vertiefungen versehen ist und die Erhebungen von einer Mittelebene ausgehend nach beiden Seiten gerichtet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Erhebungen abgeschrägte Flächen auf, die miteinander eine.dreiseitige Pyramide bilden. Dabei sind die Erhebungen bzw. Vertiefungen in Form eines gleichmäßig über die Fläche verteilten Rasters ausgeführt; die Erhebungen auf einer Seite sind jeweils um eine Translationsperiode gegeneinander versetzt. Die Erhebungen bilden gleichzeitig die Vertiefungen der anderen Seite.

Im folgenden soll der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Figur 1a zeigt die Draufsicht des Separators, während die Figuren 1b und 1c Querschnitte entlang den Schnittstellen A-B und C-D gemäß Figur 1a zeigen. Zur besseren Anschaulichkeit ist der Aufbau eines einzelnen Rasterfeldes anhand der Figuren 2a, 2b und 2c näher erläutert. Dabei sind in den Figuren 2b und 2c nicht nur die reinen Querschnittsflachen dargestellt, sondern auch die hinter diesen Querschnittsflächen sichtbaren Erhebungen bzw. Vertiefungen.

Gemäß Figur 1a· sind die aus der Ebene des Separatorblattes 1

herausragenden höchsten Punkte der pyramidenförmigen Erhebungen zur besseren Erkennbarkeit durch Punkte 2 markiert. Diese Erhebungen 2 bilden den Schnittpunkt dreier schrägwinklig angeordneter Flächen 3, uielche die gedachte Mittelebene der Platte schneiden und zu pyramidenförmigen Vertiefungen führen.

Zur besseren Übersicht sind die in die Vertiefung b führenden Seitenkanten 6 der Pyramidenflächen 3 gestrichelt gezeichnet, mährend-die nach oben weisenden Kanten 5 der Erhebung mit durchgehenden Linien dargestellt sind. Zwischen jeweils drei Gipfelpunkten bildet der Schnittpunkt der erhaben ausgeführten Kanten 5 in der Mittelebene einen paßähnlichen Durchlaß 7 zur Gasableitung. Während die Erhebungen 2 der Oberseite gleichzeitig die Vertiefungen der Unterseite darstellen und umgekehrt die Vertiefungen k der Oberseite die Erhebungen der Unterseite darstellen, liegen die Durchtrittspunkte 7 der Oberseite an der gleichen Stelle wie die Schnittpunkte der Unterseite.

Aufgrund der Rasterstruktur befindet sich ein Teil der Gipfelpunkte 2 am oberen Plattenrand, während am unteren Plattenrand die Durchtrittspunkte 7 in Höhe der Mittelebene der Platte liegen. Der in Figur 1b dargestellte Querschnitt längs der Linie A - B in Figur 1a zeigt die oberhalb der gedachten Mittelebene 8 liegenden Gipfelpunkte 2. Zwischen den Gipfelpunkten liegen die aus den Schrägflächen 3 gebildeten, rinnenförmig zur Vertiefung führenden Kanten 6. In Höhe der Schnittlinie befinden sich diese Kanten 6 bereits unterhalb der gedachten Plattenebene 8. Eine Schnittstelle des geprägten Separatormaterials mit der Plattenebene 8 ist durch die Linie E - F in Figur 1a angedeutet.

Figur 1c zeigt die Schnittfläche entlang der Linie C - D in Figur 1a. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Vertiefungen i» und die Seitenflächen 3. Die oberhalb der Plattenmittellinie liegenden Erhebungen stellen einen Querschnitt durch die Kanten 5 dar.

Figur 2a stellt den Ausschnitt eines Rasterfeldes der Figur 1a dar. Gemäß Figur 2b werden entlang der l.inie A - B in Figur 2a die beiden Pvramidengipfelpunkte 2 geschnitten. In der oberen Mitte der Abbildung ist außerdem der am oberen Plattenrand liegende Gipfelpunkt 2 zu erkennen. Die von oben sichtbaren Flächen führen die Hinuieisziffer 3, mährend die lediglich von der Unterseite sehbaren Flächen die Bezeichnung 3" erhalten. Sinngemäß sind auch die übrigen Hinueisziffern gekennzeichnet, sofern die Unterseite zu sehen ist. In Figur 2b sind die Seitenwände erkennbar, uielche in ihrem Schnittpunkt die Vertiefung *»■ bilden. Won oben ist die Seitenwand 3 zu betrachten, während von der Unterseite die beiden Seitenwände 3¹ zu sehen sind. In Höhe der in Figur 2a mit der Linie E-F dargestellten Schnittebene der Platte mit der Mittelebene sind die paßartigen Gasdurchtrittapunkte 7 erkennbar. Die Punkte 7 der Ober- und Unterseite liegen am gleichen Ort, während die von oben als Vertiefung k gesehene Ausbuchtung von der Unterseite her betrachtet als Erhebung erscheint. Die Höhe der Pyramidengipfel beträgt vcn der Vertiefung it' aus gesehen 1,*t mm. Dies wird im folgenden auch als Prägetiefe bezeichnet. Der Abstand benachbarter Gipfelpunkte liegt bei 5-6 mm, uährend der Abstand gemäß Linie A-B zwischen den beiden auf der Linie liegenden Gipfeln 2 ca. 10 mm beträgt. Bei der Draufsicht liegen die üJinkel der Kanten 5 und 6 im Verhältnis zum Plattenoberrand bei +30°, -30° und 90°.

Figur 2c stellt den Querschnitt längs der Linie C - D in Figur 2a dar. Figur 2c zeigt im linken und rechten Teil den Querschnitt der beiden Vertiefungen k* _m Sie befinden eich am unteren Rand der Seitenfläche 3, welche an ihrem Oberrand die Spitze der Pyramide 2 bildet. Die Seitenfläche 3 schneidet in Höhe der Linie 8 die Mittelebene der Separatorplatte. Die anderen beiden Seitenflächen 3¹, welche ebenfalls die Vertiefung k' bilden, sind von der Unterseite her erkennbar. Von dem auf der Schnittlinie 8 liegenden Gasdurchtrittspunkt 7¹ verläuft die Schnittkante der beiden Schrägflächen 3¹ bis zu der in der Bildmitte dargestellten Vertiefung b*. Weiterhin ist in der

-B-

Bildmitte die am oberen Plattenrand befindliche Erhebung 2 zu erkennen. Die Winkel zwischen den Seitenflächen und der horizontalen Ebene verlaufen jeweils in einem Winkel zwischen 110° und 13G^D. Vorzugsweise beträgt der Winkel 120°.

Es wird ein mikroporöser thermoplastischer Kunststoff (synthetische Polyolefin-Pulpe), d.h. ein Material aus zelluloseähnlichen Fasern aus Kunststoff eingesetzt. Dieses auch als Kunstzellstoff bezeichnete Material wird in Form von Bandmaterial -verarbeitet. Die Plattenstärke liegt im Bereich von 0,05 bis 1 mm; vorzugsweise wird eine Stärke von ca. 0,2 mm verwendet. Die Poren sind verhältnismäßig klein und haben im allgemeinen einen Durchmesser von 0,01 und 1QG,um.

Die Prägung erfolgt vorzugsweise auf einem Rapportprägekalander mit der Kombination einer Stahl- und Papierwalze. Dabei entsteht eine beidseitige Prägung in einer Passage. Bei diesem Prägewalzensatz wird eine aus Papierscheiben bestehende, axial verpreßte und zylindrisch überdrehte Papierwalze gegen eine gravierte Stahlwalze unter hohem Druck, gelegentlichem Anfeuchten der Papierwalze und Erwärmung der Stahlwalze auf es. 80° angepreßt und in Drehung versetzt. Nach einem mehrstündigen Lauf ist die Gravur der Stahlwalze deckungsgleich in die Papierwalze eingearbeitet. Hierzu ist jedoch ein exakter Gleichlauf in tangentialer Richtung zwischen den bJalzenoberflächen erforderlich. Unter Berücksichtigung dieser Erfordernis können auch ganzzahlige vielfache Durchmesser der beiden Walzen eingesetzt werden. Nach dem Prägevorgang der Papierwalze wird bei reduziertem Druck jedoch ohne Spalt das zu prägende Material zwischen dem Walzendatz hindurchgeführt. Als Arbeitstemperatur der Stahlwalze ergibt sich ein Bereich von der Raumtemperatur bis zu 1*t0 ^DC. Die Durchsatzgesi
beträgt dabei bis zu 200 m/min.

bis zu 1^0 ⁰C. Die Durchsatzgeschwindigkeit des Bandmaterials

Bei einer Prägetiefe von 1,4 mm wird bei Belastung des Separators mit den bei Starterbatterien maximal auftretenden Plat-

2
tensatzgewichten von ca. S,h g/cm keine Abflachung der Gesamt-

höhe des Separators festgestellt. Es ist somit möglich, den gewünschten Plattenabstand von ca. 1,^ mm herzustellen. Auch eine Belastung mit dem in Industrie-Bleibatterien häufig vorkommenden Stapelgewicht von ca. 50 g/cm erbringt keine wesentliche Abflachung. Nach Entlastung ist erneut die volle Höhe zu messen. Der elektrische üliderstand liegt im Bereich

ρ 2

von 70 bis 200 m il-cm , vorzugsweise unter 100 mil-cm .

Falls eine Vergrößerung der Separatorstarke gewünscht wird, läßt sich dies durch Überlagerung und anschließende Verbindung zweier Separatorbahnen auf einfache Illeise erreichen. Um jedoch eine gegenseitige Verschachtelung von Erhebungen und Vertiefungen der beiden Bahnen zu vermeiden, müssen die Separatormatten um einen bestimmten Winkel gegeneinander verdreht werden. So läßt sich mit zwei Separatorlagen, die um 90 gegeneinander verdreht sind und eine Prägetiefe von 1,*t mm haben, eine Stärke von 2,6 - 2,7 mm erreichen. Unter dem Plattengewicht im Stapel wird die Stärke auf ca. 2,3 mm zusammengepreßt. Dies ist eine für Industriebatterien übliche Scheiderstärke. Der elektrische Widerstand dieses zweifach zusammengesetzten Separators liegt unter 200 m/L-cm . Durch Verdrehung der aufeinanderliegenden Scheiderblätter um einen von 90° abweichenden Winkel lassen sich noch andere Scheiderstärken für das Doppelblatt realisieren, weil aufgrund ihrer Geometrie gleiche Rasterelemente sich mehr oder weniger tief ineinanderlegen. In der Praxis werden solche aus mehreren Blättern bestehende Separatoren durch Ultraschall an den Plattenrändern miteinander verschweißt. Es ist jedoch auch möglich, eine thermische Verschweißung oder Verklebung durchzuführen. Mit anderen Prägetiefen und mehreren übereinanderliegenden Separatorblättern, z.B. mit drei Blättern, lassen sich sowohl kleinere wie auch größere Gesamthöhen erreichen.

Entsprechend vorteilhafte Separatoren lassen sich auch mit Prägestrukturen realisierßn, die Erhebungen in Form von Pyramidenstümpfen anstelle der spitzwinkligen Pyramiden aufweisen.

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Die üjesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß durch beidseitige Prägung eines verhältnismäßig preisgünstigen Materisis eine auf beiden Seiten des Separators entstehende Plattenrasterung eine Vielzahl van DurchlaBöffnungen zur Entgasung entlang der Separatorfläche aufweist.

Aufgrund der beidseitigen Prägung ist es zudem möglich, einen Doppel- bzui. Mehrfachlagenseparator aufzubauen, dessen Zwischenraum von den Prägestrukturen ausgefüllt wird.

Leerseite

Claims

Reg.-Nr. GFP 378-DT Kelkheim (Ts.), 2it.Febr.1981 EAP-Ga UARTA Batterie Aktiengesellschaft 30D0 Hannover 21, Am Leineufer 51 Patentansprüche

1. Separator für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, in Form einer porösen Platte, welche mit Erhebungen versehen ist und auf der Vorder- und Rückseite durchgehende Kanäle zur Gasableitung entlang der Plattenflache aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit beidseitig eingeprägten Erhebungen (2) und Vertiefungen (Ό versehen ist und die Erhebungen (2) von einer Mittelebene ausgehend nach beiden Seiten gerichtet sind.

2. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (2) in gleicher Form ausgeführt sind und in einem gleichmäßigen Raster über die Fläche verteilt sind, daß dit Erhebungen einer Seite jeweils um eine Translationsperiode gegeneinander versetzt sind und daß die Erhebungen der einen Seite die Vertiefungen der anderen Plattenseite bilden.

3. Separator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen abgeschrägte Flächen aufweisen, die einen Schrägungswinkel mit der Horizontalen von 110 130° bilden und die miteinander eine Pyramide bilden.

k. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (2) dreiseitige Pyramiden sind.

5. Separator nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Spitzen der Erhebungen der Oberseite und der Unterseite 0,5-3 mm betx-ägt.

6. Separator nach Anspruch ^₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen benachbarter Erhebungen (2) b - 6 mm voneinander entfernt sind.

7. Separator nach Anspruch if, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (3) der Erhebungen (2) die Form einee Rhombus besitzen, an dessen oberer Ecke die Spitze einer Erhebung (2) und an der unteren Ecke eine Vertiefung (M liegen und daß die beiden seitlichen Eckpunkte des Rhombus in Höhe der mittleren Plattenebene (8) liegen und jeweils einen paßartigen Durchtrittspunkt der Gasdurchlaßäffnungen (7) bilden.

8. Separator nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Seite des Separators die Erhebungen in Form eines Pyramidenstumpfes ausgeführt sind.

9. Separator nach einem der Ansprüche k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens zwei Lagen mit identischem Rastermuster besteht, die. gegeneinander verdreht, übereinandergelegt und miteinander verbunden sind.

1G. Separator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen um 90 verdreht sind.

11. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattstärke G,05 - 1 mm beträgt.

12. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

■ gekennzeichnet, daß er aus thermoplastischem Kunststoff besteht und insbesondere Kunstzellstoff enthält.

13. Verfahren zur. Herstellung eines Separators nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatormaterial zwischen einer Stahlmalze und einer mit dem gleichen Grundmuster vorgeprägten Papierwalze ohne Spalt und ohne Schlupf hindurchgeführt wird.

1if. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Prägevorgang lediglich die Stahlwalze vorgewärmt wird»

15. Verfahren nach Anspruch 1**, dadurch gekennzeichnet, daß die Voruiärmtemperatur im Bereich zwischen der "aumtemperatur und ⁰C liegt.