DE3125751A1

DE3125751A1 - "batterietrennmaterial und verfahren zum herstellen desselben"

Info

Publication number: DE3125751A1
Application number: DE19813125751
Authority: DE
Inventors: Stanley J. 01075 South Hadley Mass. Strzempko
Original assignee: Texon Inc 01075 South Hadley Falls Mass; Texon Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-03-11
Also published as: DE3153271C2; FR2485815B1; JPS5744969A; IT1171347B; GB2078769A; DE3125751C2; DE3153271A1; CA1172310A; IT8148790A0; FR2485815A1; GB2078769B

Description

PATENTANWÄLTE 6 -„.- -..- ^^ ^^ _{( 2}

WUESTHOFF - v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ _Mn,_IHO. gerhard p«ls

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL KEPKBSENTATtVES BEFOKE THB EUKOPBAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIKES AGREES PRES L'oFFICB EUROPEBN DES BKBVBTS ,DIFL.-ING.J DIPL.-irillTiCH.-ING. RUPERT GOBTZ

D-8000 MÖNCHEN 90 1A-54 884 SCHWEIGERSTRASSE2

Texon Inc., telefon: (089)6610 j ι South Hadley/ MA 01075, USA tilecramm! protectpatent

TB le x: j 14 070

Besoh reibung

Batterietrennmaterial und Verfahren zum Herstellen desselben

Die Erfindung betrifft Batterietrennmaterial und bezieht sich insbesondere auf Batterietrennelemente, die die elektrolytischen Platten vollkommen einhüllen.

Elektrolysezellen (d.h. Batterien), die aus mit Abstand voneinander in Reihe geschalteten Metallplatten zum Speichern elektrischer Energie bestehen, eignen sieh für die verschiedensten Zwecke. Die Platten der Elektrolysezellen neigen dazu, an der Oberfläche der Elektroden eine aktive Substanz zu bilden, und wenn diese abfällt, sinkt auch die Batteriekapazität. Außerdem werden durch den Abbau der Metallelektroden Produkte, einschließlich Metallsalze und andere leitfähige Substanzen gebildet, die zwischen zwei Elektroden zur Überbrückung und damit zum Kurzschluß der Zelle führen. Diese Salze und Metallabbauprodukte werden in erster Lins durch die stark saure Umgebung in Batterien verursacht.

Um die Elektrodenplatten zu schützen, sind Trennelemente zwischen den Plairten vorgesehen worden, welche porös sind, um einen Ionenaustausch durch das Trennelement hindurch zu ermöglichen und dabei gleichzeitig eine angemessene Trennung zwischen den Zellen zur Vermeidung von Kurzschlüssen zu bieten. Derartige Trennelemente bestehen typischerweise aus Gellulosefasern oder geschmolzenen Polyolefinfolien« Bei-

-U/G-5',: 884

-y-i

spiele für Batterietrennelemente gehen aus den folgenden US-PS hervor 2 973 398, 3 890 184, 4 024 323, 4 055 711, 4 113 927, 3 753 784, 3 694 265, 3 773 590, 3 351 495, 3 340 100, 3 055 966, 3 205 098 und 2 978 529-

Mit dem Aufkommen der sogenannten wartungsfreien Batterien hat sich Bedarf für Batterietrennelemente mit besseren Eigenschaften eingestellt. Bei,der wartungsfreien Batterie handelt es sich um eine abgedichtete Einheit, die nicht von Zeit zu Zeit das Hinzufügen von Wasser erfordert. Das Batterietrennelement in einer wartungsfreien Batterie ist vorzugsweise eine Hülle, die an mindestens drei Seiten abgedichtet ist, um eine Überbrückung durch Metallsalze zwischen den Elektroden zu vermeiden. Ein Haupterfordernis derartiger Batterietrennelemente besteht darin, daß sie ausreichend porös sein müssen, um den Ionenaustausch zu ermöglichen, wobei jedoch die Poren des Trennelementes so klein sein müssen, daß sie das Wandern von Schwermetallionen und folglich das überbrücken und Kurzschließen der Zelle verhüten..

Weitere Erfordernisse, die ein Batterietrennelement einer Säurebatterie erfüllen muß, sind Beständigkeit gegen Säure und oxidative sowie reduktive chemische Umsetzungen aufgrund der stark sauren Umgebung innerhalb der "Batterie. Außerdem sollten Trennelemente einen möglichst geringen elektrischen Widerstand haben, um eine gute Kaltentladungsleistung zu gewährleisten. ·

Gemäß der Erfindung wird ein Batterietrennmaterial geschaffen, welches ausgezeichnete PiItereigenschaften und sehr gute elektrische, chemische und physikalische Eigenschaften hat und sich ohne weiteres herstellen läßt und gefaltet und längs der Ränder in Porm einer Hülle heißversiegelt werden kann, um als Batterietrennelement insbesondere in einer wartungsfreien Batterie eingesetzt zu werden.

:iA/G_r?4 084

Ein Batterietrennmaterial, welches zu einer Umhüllung gefaltet ist, wird mindestens längs, zweier entgegengesetzter Ränder heißversiegelt, um eine Batteriehülle zu schaffen. Das Trennmaterial weist ...!gesonderte, d„h. für sich getrennt "bleibende Polyolefonzellstoffasern in ausreichender Menge auf, daß das Trennmaterial längs seiner Ränder heißversiegelt werden kann. Die Fasern sind durch ein organisches, polymeres Bindemittel gebunden.

Zur Ausführung der Erfindung eignen sich fasern, die gegen starke Säure, wie sie in Elektrolysezellen vorhanden ist, beständig sind.

Einen Hauptanteil des fasrigen Bestandteils des Batterietrennmaterials gemäß der Erfindung liefern Polyolefinzellstofffasern, die durch Polymerisation von Äthylen und/oder Propylen oder Gemischen derselben synthetisiert sind, um z.B. Polyäthylen, Polypropylen oder Poly(Äthylen-Propylen) -!Copolymerisate zu schaffen. Sie haben einen Faserdurchmesser "bis zu 100 um. Vorzugsweise haben diese Polyolefinzellstofffasern einen Faserdurchmesser von 0,01 bis 20 um, einen Erweichungspunkt unterhalb 171,11 ⁰O (540⁰F) und eine Länge bis zu 12,7 mm (0,5 Zoll). Die Polyolefinzellstoffasern sind in einem Gewiohtsbereich von 30 bis 100 Gew.^, vorzugsweise von 70 bis 90 Gew.^ ausgehend von den Bestandteilen des Trennmaterials, die nicht Bindemittel sind, vorhanden. Die für die Erfindung am besten geeigneten Polyolefinfasern sind Fasern, die als synthetische Zellstoffe gekennzeichnet sind. Diese Polyolefinfasern erhalten eine Oberflächenbehandlung, die den Fasern Benetzbarkeit und leichtes Dispergieren in Wasser vermittelt. Typischerweise liegt die Oberflächenspannung der Polyolefinfasern bei ca. 70 mN/m. Zu den typischen Eigenschaften der Polyäthylen- und Polypropylenfasern gehören: 1.) Ein spezifisches Gewicht von weniger als 1, vorzugsweise jedoch zwischen ca_e 0,9 und 0,965 kg/dm , 2.) ein Schmelzpunkt zwischen ca» 121,11⁰C und 171,11⁰C (250 bis 340⁰F)₉

3.) eine Pließspannung von mehr als 300 daN/cm , 4.) eine Zugfestigkeit "bei Bruch von mehr als 200 daN/cm , 5·) einen Elastizitätsmodul unter Spannung von 7000 bis 20 000 daN/cm² und 6.) eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 4, eine dielektrische Festigkeit von 2 bis 5x10 kv/cm und einen

■IC -IQ

spezifischen Querwiderstand von 10 bis 10 ilcm.

Die Polyolefinzellstoffasern machen aus verschiedenen Gründen einen Hauptteil des Batterietrennmaterials aus. Zu diesen Gründen gehört, daß sie gegenüber Säurebedingungen, wie sie in Elektrolysezellen vorherrschen, im wesentlichen inert sind, und daß sie den gewünschten Erweichungspunkt von unter halb 171,11⁰C (340⁰P) haben, so daß das fertige Batterietrennmaterial mindestens längs zweier entgegengesetzter Ränder hießversiegelt werden kann, um eine Hülle zu bilden. Auf grund ihrer Durchmesser haben diese Pasern einen geringen ohmschen Widerstand. Außerdem sind Polyolefinzellstoffasern ausreichend flexibel, so daß das endgültige Batterietrennmaterial gefaltet und bearbeitet werden kann, wobei die Hülle gut unversehrt bleibt und das Material leicht auf Papiermaschinen verarbeitet werden kann.

Zusätzlich zu den Polyolefinzellstoffasern können in das Bat terietrennmaterial Stapelglasfasern eingearbeitet sein, um ihm Biege- und Dehnfestigkeit zu vermitteln und dabei die inerten chemischen Eigenschaften und den niedrigen ohmschen Widerstand des Batterietrennmaterials beizubehalten. Vorzugs weise haben die für die Erfindung verwendeten Glasfasern Paserdurchmesser von weniger als 20 um als durchschnittlichem Durchmesser. Die fasrige Komponente in Porm von Glas macht bis zu 60 Gew.$,ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials aus, und liegt vorzugsweise bei 5 bis 15 Gew.^ Ein Beispiel für erfindungsgemäß verwendbare Glasfasern sind Glasmikrofasern, d.h. Pasern mit Durchmessern von 0,2 bis 4₉0 um. Diese Glasfasern können bevorzugte Zusammensetzungen aufweisen, die als Natron-Kalk-Bor-Tonerde-Silikat oder G-Glas bekannt sind und von der Johns Mansville Corporation

G-&4 Ü84

vertrieben werden und von ausgezeichneter chemischer Dauerhaftigkeit sind.

Zusätzlich zu den Polyolefinzellstoffasern und den Glasfasern können in das Batterietrennmaterial Polyester- und/oder Polyolefinstapelfasern und/oder cellulosezellstoffasern eingearbeitet sein. Diese Polyester- und/oder Polyolefinstapelfasern haben vorzugsweise eine Feinheit von 0,5 bis 1,5 den. und sind in einer Menge von bis zu 30 Gew.^S, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.fo ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials vorhanden.

Zusätzlich können Füllstoffe verwendet werden, um die porengröße des Batterietrennmaterials zu verringern. Diese Füllstoffe werden in Mengen bis zu 60 Gew.^, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.$ ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials verwendet. Die erfindungsgemäß verwendbaren Füllstoffe sind teilchenförmige Füllstoffe mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,02 bis 20 um, beispielsweise Ton, wie Kaolinit, Halloysit, Montmorillonit, Tinit und Illit und andere Füllstoffe, wie Siliziumdioxid, Quarz, Oälcit, Luminit, Gips, Muskovit, Kieselgur und dgl.. Zusätzlich zu den anorganischen Füllstoffen können organische Füllstoffe mit einer Teilchengröße von 0,2 bis 50 um für den gleichen Zweck-verwendet werden wie die anorganischen Füllstoffe. Diese organischen Füllstoffe sind typischerweise inerte, thermoplastische, organische Polymerisate, wie Kohlenwasserstoffpolymerisatpulver. Typische Polymerisate sind Polystyrol und Polyolefinpolymerisate und !Copolymerisate. Durch die Füllstoffe wird der ohmsche Widerstand und die Porengröße ebenso verringert wie die Kosten des Batterietrennmaterials.

Die Fasern und Füllstoffe werden durch ein organisches Bindemittel, welches vorzugsweise als Latex oder wässrige Dispersion vorliegt, gebunden. Vorzugsweise ist das Bindemittel das Polymerisat monoäthylenisch ungesättigter Monomere. Mit "monoäthylenisch ungesättigt" soll hier ausgedrückt werden, daß

das Monomereeine > C = OH₂-Gruppe enthält. Diese monoäthylenisch ungesättigten Monomere sind z.B., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Acrylmonomere, wie Methacrylsäure, Acrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methacrylat, Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Äthylmethacrylat, Acrylamid und dgl_o, olefinische Kohlenwasserstoffe, wie Äthylen, Butylen, Propylen, Styrol, cLi -Methylstyrol und dgl« sowie andere funktionale ungesättigte Monomere, wie Vinylpyridin, Vinylpyrollidon und dglo. Typischerweise handelt es sich um in Wasser dispergierte Acrylpolymerisate in einer Menge yon 30 bis 50 Gew_o#, die in Form eines Latex vorliegen. Das Polymerisat sollte zusätzlich filmbildend sein.

Wenn auch die erfindungsgemäß verwendbaren Polymerisate mit ausreichenden funktionalen Gruppen zur Selbstvernetzung vorliegen können, d.h. zur Vernetzung ohne Zusatz weiterer Stoffe, können Vernetzungsmittel hinzugefügt werden, um die notwendigen Vernetzungseigenschaften zu gewährleisten. Vorzugsweise vernetzen die polymerisate bei einer Temperatur unterhalb 93,33°C (200⁰P) und zwar in einem bevorzugten Bereich von 65,56°C bis 87,78⁰C (150 bis 190⁰P).

Zu den für die Erfindung geeigneten Vernetzungsmitteln gehören Aldehyde, wie Formaldehyd, Glyoxal, Acrolein und dgl«,, Syntheseharzpräkondensate, die durch die Umsetzung eines Aldehyds ganz allgemein mit stickstoffhaltigen Verbindungen erhalten wurden, wie Dimethylolharnstoff, DimethyIoläthylenharnstoff, Di- und Trimethyloltriazondimethyluran, Di- und Trimethylο!melamin und andere zyklische oder nichtzyklische, wasserlösliche oder nichtwasserlösliche Präkondensate von Harnstoff und Melaminformaldehyd. Die reaktionsfähigen Methylolgruppen können ganz oder teilweise durch Alkohole mit von 1 bis 4 Kohlenstoffatomen blockiert sein. Außer den oben genannten können weitere bekannte vernetzungsmittel benutzt werden, wie Diepoxide und Epichirinderivate derselben, Dichlorphenole, ß-substituierte Diäthylsulfone, Sulfoniumsalze, N-Methylolacrylamid und Methy!acrylamid und Derivate

34 384

derselben, Diisocyanate und dgl.. Bis zu 4$ des Vernetzungsmittels können in die Bindemittelkomposition eingearbeitet sein. Bei zu viel Vernetzungsmittel wird das Folienmaterial zu spröde oder hart und hat nicht die nötige Flexibilität, um als Batterietrennelement geeignet zu sein«

Die Verwendung eines organischen Bindemittels zum Binden der Polyolefinzellstoffasern für die Herstellung von Batterietrennmaterial ist eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Der Stand der Technik lehrt, Polyolefinfasern mit Eigenschaften langer Stapelfasern oder in kontinuierlicher Form zu benutzen und unter Wärme zu schmelzen, um Trennmaterial herzustellen; aber diese Verschmelzung unter Wärme erfordert komplizierte und teure Verfahrensschritte. Im Gegensatz dazu werden durch das Binden der Polyolefinzellstoffasern mit einem organischen Bindemittel diese komplizierten und teuren Verfahrensschritte vermieden und ein Batterietrennmaterial geschaffen, welches auf gewöhnlichen Papiermaschinen hergestellt werden kann. Außerdem hat das Batterietrennmaterial gemäß der Erfindung eine erhöhte Festigkeit und Dehnung gegenüber bekanntem Trennmaterial aus Oellulosefasern, so daß ein Material vorliegt, welches bessere Unversehrtheit und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich seiner Handhabung und Herstellung aufweist. Das erfindungsgemäß zusammengesetzte Batterietrennmaterial hat vorzugsweise eine Porosität zwischen 50 und 70$, errechnet gemäß folgender Gleichung:

C ¹ ~ f a ) 100 ^V ff ⁷

worin E die Porosität, ? _ das Schüttgewicht des Batterie-

el

trennmaterials und f* die kolumbische Dichte des Materials ist.

Ferner hat das Batterietrennmaterial einen ohmschen Wider-

2 2

stand zwischen 0,001 0hm.Zoll und 0,025 0hm.Zoll , Vorzugs-

O' I Z 0 / D I U/Gr-54 884

weise unterhalb 0,020 Ohm.Zoll².

Das Batterietrennmaterial gemäß der Erfindung kann auf üblichen Papiermaschinen, beispielsweise einer Langsiebmaschine, einer geneigten Langsiebmaschine, einer Rundsiebmaschine, einem Rotoformer und dgl. hergestellt werden. Bei einem typischen Verfahren werden die fasrigen Bestandteile gemeinsam mit dem Füllstoff und einer großen Menge Wasser einem Stofflöser bzw. Pulper zugeführt, in welchem die Fasern und der Füllstoff im Wasser dispergiert werden. Es können in Übereinstimmung mit üblichen Papierherstellungstechniken verschiedene Polyelektrolyte und oberflächenaktive Stoffe hinzugefügt werden, um die entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften zu erzielen. Der Brei aus Fasern und Füllstoff wird dem Stoffauflaufkasten einer Langsiebmaschine zugeführt, aus der der Brei auf das bewegte Sieb der Langsiebmaschine übertragen wird, wobei Wasser aus demselben ablaufen kann, nachdem das Wasser unter Schwerkraft abgelaufen ist, wird auf die nasse Bahn Sog ausgeübt, um weiterhin Wasser aus der Bahn zu entfernen. Dann wird die Bahn zwischen Filzwalzen gepreßt. Wach dem Haßpressen läuft die nasse Bahn durch einen Saturateur, in welchem das Bindemittel aufgetragen wird. Schließlich wird die Bahn auf Trockentrommeln getrocknet. Die zum Trocknen nötige Temperatur liegt zwischen 110,00⁰C und 126,67°C (230 bis 260°F). Während des Trockenzyklus kann das Bindemittel vernetzen, wenn es dazu ausreichend geeignet ist; oder es ist ein Vernetzungsmittel im Eintrag oder im Bindemittel enthalten. Vorzugsweise wird das Trocknen bei einer Temperatur durchgeführt, die unterhalb der Schmelztemperatur der Polyolefinfasern liegt, um diese Fasern als einzelne,für sich getrennte Fasern und nicht als geschmolzene Fasern zu erhalten. Das Bahnmaterial wird dann auf gleichförmige Dicke kalandert und kann an einer Seite geprägt und dann auf Rollen aufgewickelt werden. Gemäß einer Alternative kann das Bindemittel auf die trockene Bahn aufgetragen und dann eine erneute Trocknung vorgenommen werden. Vorzugsweise hat das Batterietrennmaterial eine Dicke von

i-U/Ö-54 ;884

O₉13 "bis 1_f02 mm (0,005 bis 0,040 Zoll). Diese Materialien können entweder zum Umhüllen benutzt oder zu entsprechender Größe geschnitten und als Blatttrennelemente "benutzt werden.,

Vorzugsweise wird das Trennmaterial auf einer Seite geprägt und an der der Prägung gegenüberliegenden Seite eine Rippe aus extrudiertem Polyolefinkunststoff geschaffen. Die Rippe wird durch Extrusion geschmolzenen Polyolefinharzes auf das Trennmaterial in einer insgesamt im Querschnitt dreieckigen Gestalt durch eine Form hindurch aufgebracht. Bei der Herstellung der Rippe werden Hiederdruekpolyolefinpellets dem Fülltrichter eines Extruders zugeführt, der mit einem einstückigen Formkopf in Verbindung steht. Durch die an der Vorderseite des Formkopfes befestigte Formlippe wird eine Serie von polyolefinsträngen mit kreisförmigem Querschnitt extrudiert. Die Stränge sind ausgerichtet und werden auf den gekühlten Matrizenteil des Formwalzenpaares unmittelbar vor dem zwischen der profilierten Matrizen- und Patrizenform gebildeten Walzenspalt gerichtet. Im Walzenspalt wird der polyäthylenstrang mit der Trennmaterialbahn in Berührung gebracht und das Profil der Rippe gemeinsam mit der Prägung an der Rück= seite des Trennmaterials geschaffen. Mit der gekühlten Matri= zenformwalse wird die Berührung aufrechterhalten, um das Fest= v/erden zu gewährleisten und dann die Profilrippe freizugeben,» Der polyolefinstrang hat eine ausreiohend hohe Temperatur„ um die Zellstoffasern in der Bahn zn erweichen, wodurch die Rippe und die Bahn zu einer einheitlichen Struktur zusammengeschmolzen wurden.

Durch die dreieckige Gestalt der Rippe ergibt sich der notwendige Abstand zwischen der Elektrolyseplatte und dem Trennmaterial, welcher das zirkulieren der Elektrolyselösung to die platte ermöglicht. Ferner ist die Oberkante der Rippe mit der Prägung an der entgegengesetzten Seite ausgerichtet, so daß eine Führung vorhanden ist, um das Batterietrennmaterial bei dem an die Herstellung anschließenden Aufwickelvorgang richtig aufzurollen und zum Unterteilen in Batterietrennele-

JIZbVb "I S-54 884-

mente abzurollen. Die Höhe des Dreiecksquerschnitts liegt vorzugsweise bei ca. 0,25 "bis 2,54 mm (0,010 "bis 0,100 Zoll), Wobei die Basis entsprechend gestaltet ist, um ein gleichseitiges Dreieck zu ergeben.

Bei der Herstellung von Batterietrennelementen aus dem zu Rollen aufgewickelten Batterietrennmaterial wird die Rolle abgewickelt und das Material einer Hüllenherstellungsmaschine zugeführt, die das Batterietrennmaterial um die Elektrolyseplatte faltet und längs entgegengesetzter Ränder heißversiegelt. Die ElektrolysQplatte kann auch in eine vorgeformte Hülle eingesetzt und die umhüllte Elektrolyseplatte in einem Batteriegehäuse angebracht werden.

im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 eine Draufsicht auf Batterietrennmaterial gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Stirnende des in Pig. 1 gezeigten Batterietrennmaterials;

Fig«, 3 einen Querschnitt durch eine der in Pig» 1 und 2 gezeigten Rippen;

Pig. 4 eine teilweise im Schnitt gezeigte Darstellung des Batterietrennmaterials gemäß Pig. 1 auf einer Rolle; Figo 5 eine auseinandergezogene Darstellung eines Teils der Rolle gemäß Pig. 4.

In den Pig. 1 bis 5 ist ein Batterietrennmaterial 1 gezeigt, welches aus einer kontinuierlichen Bahn besteht, die in der schon erwähnten Weise mit einer Vielzahl von Rippen 5 aus Polyolefinmaterial von insgesamt dreieckiger Querschnittsgestalt an einer Seite 7 der Bahn 2 versehen ist. An der entgegengesetzten Seite 4 der Bahn 2 ist eine Vielzahl von Prägenuten 5 ausgebildet, die zur Aufnahme der Rippen 3 geeignet sind, wenn das Batterietrennmaterial zu einer Rolle 6 aufge-

- loswird, wie Figo 4 zeigt» Die Prägenuten 5 sind so gestaltetj daß sie den Scheitel 8 der Hippe 3 aufnehmen, wodurch beim Aufrollen des Materials der Scheitel 8 der Rippe und die Prägenut 5 zusammenwirken und zum richtigen Aufrollen einen gegenseitigen Eingriff herstellen. Im einzelnen zeigt Fig« 5 den gegenseitigen Eingriff zwischen der Prägenut 5 und der Rippe 3₉ wenn'das Material auf eine Rolle gewickelt ist» Die Erfindung soll anhand von Beispielen näher erläutert v/erden ο

Beispiel 1

Es wurde ein Eintrag aus folgenden Bestandteilen vorbereitet s

Bestandteile G-ev/ichtaanteile

«Pulpe* EA" 80

(von Hercules synthetischer
Holzzellstoff - durchschnittlicher Faserdurehmesser
4_S9 um)

"Microglass 112» 15 ' '

(von Johns Mansyille vertriebene G-lasmikrofaser)

Dacron 6s,35 mm, "ls>5 den. 5

Der obige Eintrag wurde einem Pulper augeführt_s in welchem 24 Seile Wasser hinzugefügt wurden«, Das Material wurde im Pulper aufgeschlagen j, bis ein gleichmäßiger Brei entstand ₉ der dann der Brustwalze einer Langsiebmaschine zugeleitet wurde ο Im einzelnen wurde der Brei in den Stoffauflaufkasten der Langsiebmaschine gepumpt und auf die in Bewegung versetzte Siebpartie der Langsiebmaschine abgegeben, wobei Wasser durch Schwerkraft ablaufen- konnte₉ ehe Saugwirkung aufgebracht wurde ο In einer Sättigu&gsvorrichtung wurde'die nasse Bahn mit 11 Gewichtsanteilen eines selbstvernetzenden₉ fumbildenden Acry!latex_s der unter dem Warenzeichen

ο ι L α / ο ι

U7&-54

- (C

"Polymerics 1440" vertrieben wird und einen pH-Wert von 5,45 sowie ein durchschnittliches Molekulargewicht von ca„ 10 hat und mit 0,11 G-ewientsanteilen "Aerosol OT" (Fatriumdioctylsulfosuccinat), einem ionischen oberflächenaktiven Mittel der Firma American Cyanamide gesättigt. Dann wurde die nasse Bahn dadurch getrocknet, daß man sie über erhitzte Trockenzylinder laufen ließ, die der Bahn eine Temperatur von 126,67°C (260⁰P) vermittelten.

Das Folienmaterial der Langsiebmaschine wurde kalandert und geprägt, um in Längsriohtung ausgerichtete,lineare Vertiefungen im Material zu schaffen. Den Vertiefungen gegenüber wurde auf das Material eine im Querschnitt dreieckige PoIyolefinrippe aus Niederdruckpolyolefin mit einem Schmelzindex von 5 g/10 Min. bei 148,89⁰C (300⁰F) (hergestellt von der Rexene Polyolefins Company) mit einer Basis von 0,91 mm (0,036 Zoll) und einer Höhe von 0,86 mm (0,034 Zoll) extrudiert.

Das Material wurde zu einer Rolle aufgewickelt, wobei der Scheitel der dreieckigen Rippe in die gegenüberliegenden Vertiefungen im Material eintrat.

Das Material wurde wieder abgewickelt und einer "Dale" Hüllenhergtellungsmaschine zugeführt, die das Material in vorherbestimmter Größe.schnitt, jedes Stück zur Hälfte umfaltete und einander gegenüberliegende offene Kanten der Hülle heißversiegelte.

Das Batterietrennmaterial hatte folgende Eigenschaften:

W-

RuoKbahn t^ ins 0,013

gesamt t ins 0,038

Gewicht/Fläche g/m² 89,000

Luftporosität 6,35

Öffnung, sees ο 93_s100

Ohmscher Widerstand

20 Min» SL· in² O₉019

Ohmseher Widerstand

24 Stdo £L in² - 0_s015

Sehüttgewieht ¹^ 0,377

5C Porosität¹⁵²^ 67₉200

durchschnittlicher

fa Volumen größer als

20 pm " 11₅ 000

io Coltuabische Dichte 1,100

4 ₉ 600/2100 6,500

11 " ■

Bas gemäß Beispiel 1 hergestellt® Batterietrsnamatesial vrar·= de in einer Säure'battsrie benutzt unä auf sein© Leistung geprüft» Die Batterieprtifungen wurden naeh Spezifikationen for= genommen9 die von des Battery Counsel Industry (BCI) für Zünden_p Beleuchten und Starten in Fahrzeugen empfohlen wurden* ergaben sich folgende Ergebnisses

J IZÖ /5 I ::--U/&=-'54:884

Entladungsleistungsdaten

Reservekapazität

o,

25 A bei + 29,44^υ0 (80^υΡ)

Min. bis 10,5 V 109 Min.

Kaltstart

450 A bei - 17,78⁰C (O⁰P)

Spannung bei 30 s 7,25 V

Beispiel 2

Es wurde ein Eintrag aus folgenden Bestandteilen zubereitet:

Bestandteile Gewichtsanteile

"Pulpex EA"	(Kieselerde)	50
»Hi SiI 233"	75 den.	40
"Dacron", 0,	10

Der von Hand in Bahnform gebrachte Eintrag wurde ähnlich wie bei dem maschinell verarbeiteten Beispiel 1 weiterverarbeitet und Bindemittel hinzugefügt, außer daß das ionische oberflächenaktive Mittel weggelassen wurde. Das erhaltene Batterietrennmaterial wurde dann wie im Pail von Beispiel 1 weiterverarbeitet und zeigte folgende Eigenschaften:

U/G-S4 884

Eigenschaft

Rückbahn tv. ins

Gewicht/Fläche g/m Porosität 6_?35 mm sees.

Ohmscher widerstand 20 Mino/1 in² Ohmscher Widerstand 24 Stdo-Ω. in² Schüttgewicht io Porosität⁴^

durchschnittlicher Porendurchmesser₉ um Zugfestigkeit, lbs. /kg io Dehnung

Wert

0,011 9²,8 176

0,009

0,008 0,337

63 j4 (errechnet max. 73,55fr)

13,9

6,1/2,77 15,9 ■

' Begrenzt durch Porosimeterbereieh

Wie Beispiel 2 zeigt, hat ein Batterietrennmaterial mit hoher füllstofflast ausgezeichnete physikalische und elektrische Eigenschaften_e

Aus der obigen Beschreibung ergibt siehj, daß ein Batterietrennmaterial geschaffen wird, welches ohne weiteres zu ei= nem Batterietrennelernent mit ausgezeichneten chemischen, physikalischen und elektrischen Eigenschaften weiterrerarbeitet werden kann.

Claims

Ds£-IN«.»HANZ '

PATENTANWÄLTE - t:.

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ „„u-mc. gerhard pul,

DIPL.-CHEM.DR. E. FEEIHERR VON PECMMANN JROFESSIONAI. REPRESENTATIVES BEFORE THd EUROPBAN PATENT OFFlCZ DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUXOPEEN DES BREVBTS DIPL.-ING.; DIPL.-TIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90

1 -54 884 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6610 yi telegramm: protectpatent tblbx:

Ansprüche

, %. Batterietrennmaterial,

gekennze i chne t durch "gesonderte Polyolefinzellstoffasern in ausreichender Menge zum Heißversiegeln des isrennmaterials mit sich selbst, wobei die Fasern durch ein organisches, polymeres Bindemittel zur Schaffung von Folienmaterial gebunden sind.
2. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennze ichnet, daß die polyolefinzellstoffasern in einer Menge von 30 bis 100 Gew.# ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials vorhanden sind«
3. Batterietrennmaterial nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die polyolefinzellstoffasern in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-% vorhanden sind.
4. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch ge kennzeichne t, daß die Polyolefinsellstoffasern eine Länge bis zu 12,7 mm (0,5 Zoll) haben.»
5. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennze i chne t, daß die Polyolefinzellstoffasern einen Durchmesser bis zu 20 um haben.
6„ Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

-54-^: 884

daduroh gekennzeichne t, daß es Glasfasern enthält.
7. Batterietrennmaterial nach Anspruch 6,

dadurch gekennzei chnet, daß die Glasfasern in einer Menge "bis zu 60 &ew_o$ ausgehend vom NichtMndemittelgehalt des Trennmaterials vorhanden sind.
8. Batterietrennmaterial nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichne t, daß die Glasfasern in einer Menge von 5 "bis 15 Gew.$ vorhanden sind.
9. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das organische, polymere Bindemittel ein Acry!polymerisat ist.
10. Batterietrennmaterial nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylpolymerisat serbstvernetzt ist.
11. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Bindemittel in einer Menge von 5 "bis 30 <fi Zusatz₍ausgehend vom ITichfbindemittelgehalt des Materials vorhanden ist.
12. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es einen teilchenförmigen Füllstoff enthält.
13· Batterietrennmaterial nach Anspruch 12, daduroh gekennze ichne t, daß der teilchenförmige Füllstoff eine Teilchengröße von 0,02 Ms 20 um hat.
14. Batterietrennmaterial nach Anspruoh 12, dadurch gekennze ichne t, daß der teilchenförmige Füllstoff ein anorganischer Stoff ist.

_:":-.*1 A/G-54-^34
15· Batterietrennmaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennze lohne t, daß der Füllstoff Siliciumdioxid isto
16. Batterietrennmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennze lehne t, daß es Stapelfasern enthält, die aus der aus polyester- und Polyolefinstapelfasern bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
17. Batterietrennmaterial nach Anspruch 16,

dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß die Polyesteroder Polyolefinstapelfasern in einer Menge von 5 "bis 15 # ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials vorhanden sind.
18. Batterietrennelement,

dadurch gekenn ζ e i ohne t, daß es aus dem Batterietrennmaterial gemäß Anspruch 1 hergestellt ist.
19. Verfahren zum Herstellen von Batter ie trennmaterial, dadurch g e kennz e ichne t, daß ein Brei aus

gesonderten Polyolefinzellstoffasern in Wasser hergestellt wird, daß der Brei zur Schaffung einer nassen Bahn abgesetzt wird, daß die Bahn zur Schaffung einer kohärenten Folie komprimiert wird, daß ein organisches Bindemittel für die Bahn zugefügt wird, und daß die Bahn zur Schaffung von Batterietrennmaterial getrocknet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19,

dadurch gekennze ichnet, daß Polyolefinzellstoffasern in einer Menge von 30 bis 100 Gew_o$ ausgehend vom Nichtbindemittelgehalt des Trennmaterials verwendet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19»

dadurch gekennzeichne t, daß mit den Polyole-

IJ1/G.-54 864 .:

finzelistoffasern Glasfasern in den Brei eingearbeitet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21,

dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in einer Menge von bis zu 60 Gew.$ ausgehend vom Nichfbindemittelgehalt des Trennmaterials verwendet werden.
23. Verfahren nach Anspruch 20,

dadurch gekennzei chnet, daß mit den PoIyolefinzeIlstoffasern ein teilchenförmiger Füllstoff in den Brei eingearbeitet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 19»

dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der PoIyolefinzellstoffasern getrocknet wird.