DE3889693T2

DE3889693T2 - Geschlossene Bleisäurebatterie.

Info

Publication number: DE3889693T2
Application number: DE3889693T
Authority: DE
Inventors: Naoki C O Japan Stora Fujimoto; Seizo C O Japan Storage B Kano
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2008-06-25
Also published as: EP0296623A3; EP0296623A2; US4904550A; EP0296623B1; DE3889693D1; JPS643955A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer geschlossenen bzw. gedichteten Bleisäurebatterie, die für eine Verwendung als Energieversorgung für tragbare Geräte geeignet ist.
Eine Bleispeicherbatterie nach dem Stand der Technik (JP-A-61 32 347) wird durch Einsetzen einer positiven Platte, einer negativen Platte, einem Trennorgan bzw. Separator und einer elektrolytischen Lösung in ein Batteriegehäuse, das aus synthetischem Kunstharz hergestellt ist, gebildet. Das Gehäuse wird durch Verbindung des Batterieinnenraums mit einem Abdeckbereich mittels Wärmeschweißen gebildet. Die Seiten- und Bodenflächen des Gehäuses werden einem elektrolytischen Kupferplattieren und als nächstes einer Nickelplattierung und weiterhin einer Chromplattierung unterworfen, wodurch eine flache Metalloberfläche, die eine plattierte Schicht besitzt, gebildet wird.
Eine ähnliche Bleispeicherbatterie ist in der EP-A-0 160 491 offenbart, bei der eine Plattenanordnung in einer Umhüllung eingeschlossen ist. Die Ummantelung ist aus einem mittels Film gebildeten oder einem blattförmigem bzw. folienförmigen, synthetischen Kunstharz hergestellt, die die Plattenanordnung und den Elektrolyten umgibt. Die Ummantelung ist eine mehrschichtige, laminierte Struktur, die durch Anordnung eines Polyolefin-Films auf der Innenseite hergestellt ist, die die Plattenanordnung berührt und durch Laminierung eines Films aus thermoplastischem, synthetischen Kunstharz in zwei oder mehr Schichten auf der Oberseite davon hergestellt wird.
Eine weitere Speicherbatterie nach dem Stand der Technik ist in der FR-A-2 156 104 offenbart, die eine Gruppe von verschiedenen positiven Platten und negativen Platten innerhalb eines Behälters aufweist, der an einer Hauptseite parallel zu den Platten offen ist. Diese offene Seite wird durch ein Dichtblatt verschlossen. Eine Lithiumbatterie ist in der JP-A-61 61 363 offenbart, die mit einer mehrschichtigen, feuchtigkeitsbeständigen Form gedichtet, um die Außenseite während der Vorratshaltung gegen Feuchtigkeit abzuschließen.
Ein typisches Beispiel einer geschlossenen bzw. gedichteten Bleisäurebatterie, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Ein zusammengebautes Element, das aus einer positiven Platte 8, einer negativen Platte 9 und einem Separator 10 zusammengesetzt ist, ist in einem Behälter 11 in Kastenform untergebracht, der aus ABS oder anderen Kunstharzen gegossen ist. Der Behälter 11 wird durch Verbindung eines Deckels 12, der eine Entlüftungsöffnung 6, Anschlußkanäle 15, usw. besitzt, mit dem offenen Ende des Behälters verbunden. Die Batterie, die in Fig. 4 dargestellt ist, ist auch mit einem Sicherheitsventilhalter 14 ausgestattet.
Um eine geschlossene Bleisäurebatterie herzustellen, die den Aufbau besitzt, der vorstehend beschrieben ist, muß das zusammengebaute Element in die Öffnung in den Behälter eingepreßt werden, allerdings verursacht dies eine große Schwierigkeit dann, wenn das Element langgestreckt oder flach ist. Weiterhin wird die Reibung zwischen jeder der Elektrodenplatten und der inneren Oberfläche des Behälters ein Verschütten oder Reißen der aktiven Materialien (die Pulver der Bleioxide und des Bleischwamms) oder andere potentielle Risiken verursachen, die zu einem Kurzschluß oder einer kürzeren Lebensdauer der Batterie führen. Die herkömmliche Praxis des Verbindens des Deckels mit dem Batteriebehälter mit Klebemittel, die typischerweise auf Urethan- oder Epoxyd-Harzen basieren, verursachen ein anderes Problem dahingehend, daß die Batterien in Verfahren in der Produktionslinie verbleiben müssen, bis das Klebemittel auf einen zufriedenstellenden Grad ausgehärtet ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geschlossene Bleisäurebatterie zu schaffen, die einen Behälter besitzt, der das herkömmlich erforderliche, äußere Verstärkungsgehäuse vermeidet oder vereinfacht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die in den Ansprüchen 1 oder 2 beansprucht sind.
Die vorliegende Erfindung bietet die nachfolgenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik im Hinblick auf die Batterieeigenschaft und die Herstellbarkeit.
(1) Ein zusammengebautes Element kann leicht in dem Behälter aufgenommen werden, und dies verringert nicht nur die Anzahl der Verfahrensschritte, die beim Zusammenbau vorgenommen werden, sondern auch die Chance, daß die aktiven Materialien (die Pulver des Bleioxids und des Bleischwamms) verschütten oder reißen.
(2) Die Batterie wird durch Verschmelzen eines Dichtungsblatts an dem Behälter gedichtet bzw. geschlossen. Im Vergleich mit dem Stand der Technik, bei dem eine Abdeckung an einer aus einem ABS-Harz gegossenen Behälter mit einem Klebemittel verbunden wird, wird sowohl die Verarbeitungszeit als auch die Verweilzeit des Produkts in der Produktionslinie verkürzt.
(3) Ein Teil des Behälters wird durch ein dünnwandiges Teil (d.h. ein Blatt) ersetzt und der Bereich, der herkömmlich zum Verbinden des Behälters mit dem Deckel mit einem Klebemittel erforderlich ist, wird vermieden. Als Ergebnis hiervon wird der Anteil des inneren Raums der Batterie, der durch das Volumen des zusammengebauten Elements besetzt wird, vergrößert, was zu einer höheren Leistung der Batterie führt.
(4) Durch Laminieren von zwei oder mehr Schichten, die unter Filmen, die niedrige Feuchtigkeits- und Sauerstoffgaspermeabilitäten besitzen, und Filmen, die eine hohe mechanische Stärke, und filmen, die eine gute Wärmeverbindbarkeit besitzen, ausgewählt werden kann, ein Blatt, das die Vorteile von jedem der entsprechenden Filme besitzt, erhalten werden. Verglichen mit dem herkömmlichen Behälter, der aus einem einzelnen Kunstharz hergestellt ist, ist dieses laminierte Blatt dünn, besitzt eine bessere Eigenschaft und trägt trotzdem zu einer Verbesserung der Produktionsrate von Batterien bei.
(5) Das Dichtblatt ist dünnwandig und besitzt keine hohe Steifigkeit, allerdings besitzt es andererseits gute Dichteigenschaften und stellt einen guten Schutz gegen eine potentielle Leckage von Schwefelsäureelektrolyt sicher. Deshalb kann es in Verbindung mit einem äußeren, verstärkenden Gehäuse, das aus Stahl oder einem anderem Metall hergestellt ist, verwendet werden, das eine ausreichende Stärke und Festigkeit gerade dann, wenn sie nicht dick sind, bietet.
(6) Zwei- oder mehrschichtige, synthetische Kunstharzfilme können an einem Blatt oder einem Metall, wie beispielsweise Eisen, rostfreiem Stahl oder Aluminium angebunden werden, um so ein laminiertes Metallblatt herzustellen, wobei eine Seite davon eine gute Verbindbarkeit mit dem Behälter besitzt. Dieses laminierte Metallblatt bietet nicht nur eine Salzsäurebeständigkeit und Feuchtigkeits- und Sauerstoffpermeabilität des synthetischen Kunstharzfilms, sondern auch die Stärke und Festigkeit des Metallblatts. Deshalb kann durch Verwendung eines solchen laminierten Metallblatts, wie beispielsweise ein Behälterdichtungsteil, das herkömmlich erforderliche, äußere Verstärkungsgehäuse vermieden oder vereinfacht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das wärmegebundene Blatt, das zum Schließen der offenen Seite des Behälters angewandt wird, ein laminierter Film aus zwei oder mehr synthetischen Harzschichten.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist das dichtende Blatt eine Kombination von einem Metallblatt, das mit einem laminierten Film von zwei oder mehr synthetischen Harzschichten verbunden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Behälters einer geschlossenen Bleisäurebatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Batterie, bevor der Behälter geschlossen wird;
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Batterie mit dessen Behälter, der durch Verschmelzen eines dichtenden Blatts geschlossen wird;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer gedichteten Bleisäurebatterie nach dem Stand der Technik darstellt; und
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die die Eigenschaften einer geschlossenen Bleisäurebatterie nach dem Stand der Technik mit derjenigen von zwei Prototypen der Batterie der vorliegenden Erfindung vergleicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschrieben.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist in diesen Figuren ein Batterie-Behälter bezeichnet, der aus einem thermoplastischen, synthetischen Kunstharz, wie beispielsweise Polypropylen, gespritzt ist und der an einer großen Seite (üblicherweise eine Oberfläche parallel zu den Elektrodenplatten) offen ist. Der Behälter ist mit Anschlußkanälen 4 und 5 und einer Entlüftungsöffnung 6 an einem Ende versehen. Ein zusammengebautes Element, das aus einer positiven Platte 8, einer negativen Platte 9 und einem Separator 10 besteht, ist in der Ausnehmung 2 in dem Behälter 1 aufgenommen. Die positiven und negativen Plattenfahnen sind durch eine Durchgangsöffnung 7 hindurchgeführt und an Stromabnahmeanschlüssen (nicht dargestellt) in der Form eines Stabs (oder eines Streifens) oder eines Anschlußdrahts (Bleidraht) verlötet. Danach werden die Anschlußkanäle 4 und 5 mit einem Epoxyd-Kunstharz oder anderen, geeigneten, dichtenden Kunstharzen aufgefüllt, um so die Elektrodenplatten zu fixieren und eine Leckage des Elektrolyten aus dem Behälter zu verhindern. Die Entlüftungsöffnung 6 ist mit einem Sicherheitsventil ausgestattet.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Behälters, der das zusammengebaute Element darin aufgenommen besitzt, und fig. 3 zeigt einen Querschnitt desselben Behälters, bei dem dessen offene Seite durch eine Verbindung einer dichtenden Platte unter Wärme verschlossen ist.
Fig. 5 stellt die Ergebnisse eines Leistungstests dar, der an zwei Prototypen der geschlossenen Bleisäurebatterie gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Batterie nach dem Stand der Technik, die im wesentlichen dieselben Abmessungen und die dieselbe Geometrie, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, besitzt, durchgeführt wurde.
In Fig. 5 bezeichnet die Kurve A die Daten für die Batterie nach dem Stand der Technik, die einen ABS-Kunstharzbehälter einsetzt, der eine Wanddicke von 2,5 mm besitzt. Die Kurven B und C beziehen sich auf die zwei Prototypen der Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen aus einem Polypropylen-Kunstharz gegossenen Behälter einsetzen, der eine Wanddicke von etwa 1 mm besitzt. Der Behälter der Batterie B wurde mit einem laminierten Film geschlossen bzw. abgedichtet, der aus einem Polyethylen-Terephtalat (PET, 12um), Polyvinylchlorid (PVDC, 21um) und Polypropylen (CPP, 40um) laminiert ist. Der Behälter der Batterie C wurde mit einem laminierten Film gedichtet, der aus Polyethylen-Terephtalat (PET, 12um) und Polypropylen (CPP, 40um) besteht. Der erste, laminierte Film besaß eine Wasserdampfpermeabilität von 7 g/m² pro Tag und eine Sauerstoffgasdurchlässigkeit bzw. -permeabilität von 10 cc/m² pro Tag-Atmosphäre, 10 cc/m² pro Tag-bar, wobei der zweite, laminierte Film eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit bzw. Wasserdampfpermeabilität von 20 g/m² pro Tag und eine Sauerstoffgaspermeabilität von 130 cc/m² pro Tag-Atmosphäre, 130 cc/m² pro Tag-bar, besaß.
Aufgrund einer Beurteilung der Daten, die in Fig. 4 dargestellt sind, war der Prototyp, der durch die Kurve C bezeichnet ist, nicht dazu geeignet, die erwarteten Eigenschaften bis zu dem Ende seines Lebens aufrechtzuerhalten. Es wurde deshalb beschlossen, daß das Abdichtblatt, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erforderlicherweise eine Wasserdampfpermeabilität von nicht mehr als 10 g/m² pro Tag und eine O&sub2;-Gaspermeabilität von nicht mehr als 20 cc/m² pro Tag-Atmosphäre (20 cc/m² pro Tag-bar) haben sollte.
Ein solches Abdichtblatt ist dünnwandig ausgebildet und es mangelt ihm an einer Steifigkeit und Stärke und es kann leicht zerrissen oder mit einem scharfkantigen Metallwerkzeug oder ähnlichem beschädigt werden. Zusätzlich ist es aufgrund von äußeren Stößen beschädigbar, wie beispielsweise durch das Herunterfallen, wodurch das zusammengebaute Element in dem Behälter beschädigt werden wird. Deshalb erfordern die geschlossenen bzw. gedichteten Bleisäurebatterien gewöhnlich einen äußeren Schutz, wie beispielsweise Metallgehäuse, wenn sie für eine normale Verwendung benutzt werden. Allerdings können, wenn die Kombination einer synthetischen Kunstharzschicht, die auf einem Metallblatt auflaminiert ist, als Behälterdichtungsteil verwendet wird, solche äußeren Schutzgehäuse weggelassen oder vereinfacht werden, da ein solches laminiertes Metallblatt sowohl eine Schwefelsäurebeständigkeit als auch Feuchtigkeits- und Sauerstoffbarriere-Eigenschaften der synthetischen Kunstharzschicht und die Stärke und Festigkeit des Metalls bietet.
Die synthetische Kunstharzschicht in dem laminierten Metallblatt ist erforderlich, um eine Wärmeverbindbarkeit mit dem Behälter zu erhalten. Allerdings ist es bei dem Vorhandensein einer Metallschicht schwierig, den Zustand eines Verschmelzens zwischen dem Behälter und der synthetischen Kunstharzschicht zu kontrollieren, und Schwefelsäure, die als ein Elektrolyt verwendet wird, kann durch die Kunstharzschicht hindurchdringen, um das Metallblatt zu erreichen, falls sie unzureichend mit dem Behälter verschmolzen ist. Es ist daher notwendig, zwischen der geschmolzenen Schicht und der Metallschicht eine Zwischenschicht vorzusehen, die nicht nur beständig gegen Schwefelsäure ist, sondern auch stabil ist, wenn sie Wärme unterworfen wird, die während des Verschmelzens beaufschlagt wird. Um diese Anforderung zu erfüllen, muß die synthetische Kunstharzschicht aus mindestens zwei Schichten bestehen. Das Metallblatt kann aus einem Material, wie beispielsweise Eisen, rostfreiem Stahl oder Aluminium, hergestellt werden. Das Dichtteil kann an dem Behälter durch eine Vielfalt von Verfahren verschmolzen werden, einschließlich einer Wärmedichtung unter Verwendung einer beheizten Platte, einem Impulsdichten oder einem Ultraschalldichten bzw. -verschweißen.

Claims

1. Geschlossene Bleisäurebatterie mit:

einem zusammengebauten Batterieelement, das aus einer positiven Platte (8), einer negativen Platte (9) und einem Trennorgan (10) gebildet ist;

einem Behälter (1), der aus einem thermoplastischen synthetischen Harz gegossen und an einer parallel zu den Platten (8, 9) verlaufenden Hauptseite offen ist;

zum Unterbringen des zusammengebauten Elements, und

einer Einrichtung zum Abdichten des Behälters (1) durch Verschließen seiner offenen Seite, die ein wärmebindbares Abdichtblatt (3) aufweist, wobei das Abdichtblatt (3) ein laminiertes Metallblech ist, das mindestens zwei synthetische Harzfilme hat, die mit einer Innenfläche des Metallblechs verbunden sind, und wobei der innere Film des laminierten Blechs mit dem Behälter (1) wärmebindbar ist.

2. Geschlossene Bleisäurebatterie mit:

einem Behälter (1), der aus einem thermoplastischen synthetischen Harz gegossen und an einer parallel zu den Platten (8, 9) verlaufenden Hauptseite zum Unterbringen des zusammengebauten Elements offen ist, und

einer Einrichtung zum Abdichten des Behälters (1) durch Verschließen seiner offenen Seite, die ein wärmebindbares Abdichtblatt (3) aufweist, wobei das Abdichtblatt (3) ein laminierter Film aus mindestens zwei synthetischen Harzschichten ist, der eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von nicht mehr als 10 g/m² x Tag und eine Sauerstoffgasdurchlässigkeit von nicht mehr als 20 cc/m² x Tag x bar hat, wobei eine Seite des Films mit dem Behälter (1) wärmebindbar ist.

3. Geschlossene Bleisäurebatterie nach Anspruch 2, wobei der laminierte Film aus Schichten aus Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid und Polypropylen gebildet ist.

4. Geschlossene Bleisäurebatterie nach Anspruch 1, wobei das Metallblech (3) aus einem der Metalle Aluminium, Eisen und Edelstahl gebildet ist.

5. Geschlossene Bleisäurebatterie nach Anspruch 1, wobei das laminierte Metallblech (3) mindestens einen ersten synthetischen Harzfilm, der mit dem Behälter wärmebindbar ist, und einen zweiten synthetischen Harzfilm aufweist, der gegenüber Schwefelsäure beständig und stabil ist, wenn er der Wärme der Wärmebindung ausgesetzt ist, sowie zwischen dem ersten synthetischen Harzfilm und dem Metallblech angeordnet ist.

6. Geschlossene Bleisäurebatterie nach Anspruch 1, wobei der Behälter (1) eine Entlüftungsöffnung (6) und Anschlußkanäle (4, 5) umfaßt, die an einem seiner Enden angeordnet sind.

7. Geschlossene Bleisäurebatterie nach Anspruch 6, wobei das Abdichtblatt sich über das zusammengebaute Element, das in dem Behälter (1) untergebracht ist, sich jedoch nicht über die Anschlußkanäle (4, 5) erstreckt die an dem Ende angeordnet sind.