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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen verbesserten Separator für zylindrische
Zellen, vorzugsweise für
Alkalizellen, die einen zylindrischen Körper und einen geschlossenen
unteren Teil aufweisen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zum Herstellen des Separators.
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Hintergrund der Erfindung
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Zylindrische
Zellen, vor allem Alkalizellen sind weit verbreitet. Diese Zellen
bestehen aus einem länglichen
Zylinder, der aus einem Metallgehäuse mit eingepressten Kathoden-Pellet-Ringen
gebildet ist, die Mangandioxid als aktives Elektroden-Material im Inneren
des Gehäuses
enthalten, um die positive Zell-Elektrode zu bilden. Ein Anodengel
ist aus Zinkpulver-aktivem-Material, Geliermittel und einem Alkali-Elektrolyt
gebildet, das den zylindrischen zentralen Hohlraum der positiven
Zell-Elektrode füllt,
so dass ein zylindrischer Separator, der aus einem bestimmten Blattmaterial
hergestellt ist, die beiden Elektroden trennt. Der Separator muss
aus einem Material gebildet sein, welches es Ionen ermöglicht,
sich von einer Elektrode zu der anderen zu bewegen, jedoch verhindert,
dass Partikel der beiden Elektroden-Materialien durchpassieren,
und muss auch ein elektrischer Isolator sein, um zu verhindern,
dass Elektronen direkt hindurchpassieren. Der aktive Bereich des
Separators ist der Abschnitt, wo er aktives Kathodenmaterial direkt
von Anodenmaterial trennt. Ein entscheidender Abschnitt des Separators
ist der zentrale untere Teil, da das Anodengel sich während des
Entladens der Zelle deutlich ausdehnt und der untere Teil intakt
bleiben und dabei die Anode von dem Inneren des Gehäuses trennen
muss, was einen internen Kurzschluss und einen Zellen-Defekt verursachen
würde.
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Ein
gebräuchlicher
Weg zum Bereitstellen einer zuverlässigen Isolierung ist in dem
US-Patent 6,099,897 beschrieben,
wobei eine äußere und
innere isolierende Schale an dem unteren Ende des Separators befestigt
werden und der innere untere Teil des Separators durch das Aufbringen
eines thermoplastischen Dichtungsmittels abgedichtet wird. Dies ist
in Bezug auf die Isolierung der beiden Elektroden eine perfekte
Lösung;
die Anwesenheit der Schalen und des Dichtungsmittels beansprucht
jedoch ein wesentliches Zellvolumen, das nicht für die Zellfunktion verwendet
werden kann und die Bearbeitung mehrerer getrennter Materialteile
erfordert.
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Das
US-Patent 6,541,152 zeigt
eine andere Ausführung,
die ebenfalls eine isolierende Schale am Boden verwendet, und auch
hier besteht das gleiche Problem der Verringerung von nutzbarem
Zellenvolumen und der erforderlichen Bearbeitung von zwei getrennten
Materialteilen.
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Das
US-Patent 6,270,833 verwendet
keine Schale, sondern der Separator ist länger ausgebildet als die erforderliche
nutzbare Länge
in der Zelle, die Wicklungen des zylindrischen Separatorkörpers sind mit
einem Bindematerial zusammengebondet und der erweiterte Abschnitt
wird zuerst durch ein Werkzeug nach innen gedrückt, wobei er sich normal zu der
Zylinderachse bewegt und dann zurückgefaltet wird, um das zunächst offene
Ende zu schließen.
Der gefaltete und geschlossene Separator bildet eine eigenständige Einheit,
die dann in die Zelle eingesetzt werden sollte. Das glatte Einführen erfordert
einen kleinen Abstand zwischen dem Innendurchmesser der Kathodenringe
und dem Separator, wodurch der Zell-Widerstand erhöht werden
könnte.
Der Schließ-Vorgang
des unteren Teils ist kompliziert und erfordert Bewegungen in unterschiedliche
Richtungen, und Probleme können
durch das unvermeidbare Auftreten von Knittern auftreten.
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Das
US-Patent 6,035,518 beschreibt
ein anderes Verfahren zum Herstellen des Separators, wobei das Separator-Material
um einen Dorn gewickelt wird und die Wicklung durch ein Vakuum auf
dem Dorn gehalten wird, und der Separator bildet keine eigenständige Einheit,
er sollte bis zum Einsetzen in die halbfertige Zelle geführt werden,
wobei die Wicklung versucht sich zu öffnen und den gesamten verfügbaren Raum
zu füllen.
Während
die Idee des Führens
des Separators bis zum Einsetzen in die Zelle zu bevorzugen ist,
wird das Hauptproblem, das heißt das
Schließen
des Bodens hier durch das Aufbringen eines Heißschmelz-Dichtungsmittels zum
Füllen
des Zellbodens einschließlich
dem Bodenbereich des Separators gelöst. Die Anwesenheit eines Dichtungsmittels
an dem aktiven unteren Bereich des Separators verkleinert ebenfalls
das verfügbare
nutzbare Zellenvolumen.
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Die
japanische Patentveröffentlichung Sho58-82465 ,
veröffentlicht
am 18. Mai 1983 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen des Separators,
wobei ein Separator-Papier, das aus einem synthetischen nicht gewebten
Material besteht und ein Polyvinyl-Alkohol-Bindemittel um einen
Kern gewickelt ist. Anschließend
wird während
des Drehens des Kerns das untere Ende des Wicklungsmaterials darauf
mit einem mit Wasser benetzten Filz in Kontakt gebracht, um den
unteren Endbereich des Blattmaterials mit Wasser zu durchweichen
und es weicher zu machen. Dieser weiche End-Teil wird in eine Pressform
eingesetzt, wodurch das untere Ende des Zylinders innen gefaltet
wird und den unteren Teil abschließt. In einem weiteren Schritt
wird der geschlossene untere Teil in einem weiteren Gerät wärmegetrocknet.
Durch dieses Verfahren wurde der sich drehende untere Teil axial
in der Pressform bewegt, und zunächst
kam der erste Endabschnitt des Blattes mit der Pressform in Kontakt,
und während
der weiteren Bewegung nach unten des sich drehenden Zylinders werden
unvermeidbar Knitter erzeugt und das Innere des unteren Teils wird
einen Abschnitt des Innenraums des Separator-Zylinders beanspruchen.
Um den erforderlichen Grad an Isolierung zu erreichen, wird eine
isolierende Schale in den zylindrischen inneren Hohlraum des Separators
eingepasst. Die Verwendung dieser Kappe verringerte das aktive Volumen
des Innenraums der Zelle noch weiter, und ihre Platzierung erfordert
einen Schritt mehr beim Herstellungsprozess.
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Eine
Verbesserung des vorgenannten Verfahrens wurde in der von dem gleichen
Anmelder eingereichten
japanischen
Patentveröffentlichung Hei6-35662 veröffentlicht,
wobei die oben aufgezählten
Probleme des vorgenannten Verfahrens deutlich beschrieben wurden,
wobei die geknitterte und ungleichmäßige Struktur des unteren Teils
des Separators, die unnötig
viel des nutzbaren Innenraums beansprucht, aufgezeigt wurde. In
dieser späteren
Veröffentlichung
wurde ebenfalls die mangelhafte Wärmeschmelzung des unteren Teils
des Separators erwähnt.
Diese Veröffentlichung
versuchte, die aufgelisteten Nachteile zu beseitigen, die überwiegend
von der übermäßigen Menge
von Papier in dem gefalteten unteren Teil kamen, durch das Bereitstellen
geschnittener Spalte in dem unteren Bereich des mehrschichtigen
Separator-Blatt-Materials vor dem Wickeln des Blattmaterials um
den Kern, um einen Teil des überschüssigen Materials
zu entfernen. Auf der anderen Seite waren die Herstellungsschritte
die gleichen wie in der ähnlichen
vorhergehenden Veröffentlichung,
wo keine Schnitte gemacht wurden. Zwar wurde bei diesem Verfahren
aufgrund des Entfernens eines Abschnitts des Separator-Materials
die Dicke reduziert, der untere Teil des Separators wurde jedoch
nicht sicher verschlossen und es bestand der Bedarf, eine separate
Schließ-Schale
in das Innere des unteren Teils des Separators einzusetzen (Element
64 in
5 der
Veröffentlichung).
Die Anwesenheit dieser Schale verringert das aktive Volumen des
Zellinneren und ihre Platzierung erfordert beim Herstellungsprozess
einen weiteren Schritt. Das Blattmaterial wurde ebenfalls mit einem
Bindematerial getränkt.
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Die
Anwesenheit eines Bindematerials erhöht den Innenwiderstand des
Separators und verringert die Durchlässigkeit für die in der Zelle anwesenden
Elektrolyt-Ionen.
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Ein
weites Problem, das für
in Sekundärzellen
verwendete Separatoren charakteristisch ist, liegt darin, dass häufig eine
laminierte Struktur verwendet werden sollte, da in dem Fall von
Sekundärzellen eine
dünne semipermeable
Membran-Schicht,
wie zum Beispiel eine Zellophan-Schicht bereitgestellt werden sollte.
Zwei oder mehrere Schicht-Laminate sind
teuer, und Klebstoffe, die dazu verwendet werden, die Schichten
zu befestigen, tragen zu einem höheren
Innenwiderstand bei.
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Es
gibt ein weiteres Problem in Bezug auf Separatoren, das das Erfordernis
der Synchronisierung mit dem allgemeinen Zellen-Herstellungsprozess
betrifft. Prozesse des Standes der Technik produzieren mit hohen
Geschwindigkeiten von 600 bis 1200 Teilen pro Minute, und diese
hohe Geschwindigkeit bevorzugt oder erfordert leicht zu nutzende Technologien,
die in die Herstellungsreihe passen, eher als eine Vorbereitung
von unabhängigen,
vorgefertigten Separatoren, die durch zusätzliche Bearbeitung Probleme
verursachen können.
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Ziel der Erfindung
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Das
Hauptziel der Erfindung ist es, eine maximale Nutzung von verfügbarem Zellenvolumen
zu ermöglichen.
Ein weiteres Ziel ist die Kombination der Auffaltungs-Beschaffenheit
des geführten
Separators gemäß der Lehre
des oben genannten
US-Patents 6,035,518 mit
dem zuverlässigen
Bilden eines geschlossenen Bodens, der nicht das Aufbringen eines
Dichtungsmittels in dem nutzbaren Zellbereich erfordert, oder das Überwinden
der Nachteile der in den zitierten japanischen Veröffentlichungen
beschriebenen Verfahren.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, prozessgekoppelte Anpassungen
der Blattmaterial-Länge
ohne Veränderungen
jeglicher Geräte-Komponenten
bereitzustellen. Ein anderes Ziel besteht darin, einen Separator
bereitzustellen, der nicht die Verwendung eines Laminierblatts erfordert,
wenn eine mehrschichtige Struktur zum Beispiel für Sekundärzellen benötigt wird. Ein weiteres Ziel
ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das einfach und leicht durchzuführen ist,
und das eine Synchronisierung mit dem Zellen-Herstellungsprozess
vorsieht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Ziele wurden erfüllt
durch das Bereitstellen eines Separators und eines Verfahrens zum Herstellen
desselben, wie es in den angehängten
Ansprüchen
definiert und beschrieben ist.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen
wird. Es zeigen:
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1 die
schematische Draufsicht auf die Blattzuführungs-Station;
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1a die
vereinfachte Höhenansicht
eines Teils der 1;
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2 eine ähnliche
Ansicht wie in 1, die angepasst ist zum Zuführen von
zwei Blättern;
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3 die
Höhenansicht
des Kontaktbereichs des Wicklungsnestes und des Vakuumrades, teilweise
im Schnitt;
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4 und 4a die
Höhenansicht
im Schnitt des zweiteiligen Dorns;
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5 bis 10 das
Falten des unteren Teils des Separators;
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11 bis 12 den
Schritt des Bildens und Pressens durch eine erhitzte Pressform;
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13 und 14 vergrößerte Schnittansichten,
die das Aufbringen eines Dichtungsmittels zeigen; und
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15 bis 17 das
Einsetzen des Separators in die Zelle.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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1 und
2 zeigen
eine Ähnlichkeit
mit
1 des
US-Patentes
6,035,518 von Slivar, wobei ein Separator-Blattmaterial
10 mittels
eines Paars von Zuführrollen
11,
12 von
einer Spule heruntergezogen wird (nicht dargestellt), die sich,
wie durch die Pfeile dargestellt, in entgegengesetzten Richtungen drehen.
Das Blattmaterial ist ein faseriges, poröses, nicht gewebtes papierähnliches
Material in dem Fall des Bildens von Separatoren für Alkalizellen.
Das Blattmaterial kann eine semipermeable Membran sein, wie zum
Beispiel eine Zellophan-Folie, eingebaute mikroporöse Polyolefin-Membran
oder dergleichen, die im Fall von Sekundärzellen auf ein nicht gewebtes
Blattmaterial laminiert werden kann.
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Der
Weg des Blattmaterials 10 erstreckt sich zwischen einem
Paar von sich entgegengesetzt drehenden Schneiderollen 15, 16.
Die Rolle 15 ist ein Zylinder und fungiert als ein Amboss,
während
die Rolle 16 von dem Weg des Blattes 10 im Abstand
angeordnet ist, und ein Paar von Schneide-Prismen 17a und 17b mit
jeweiligen Schneiderändern
an der Rolle 16 in diametral gegenüberliegenden Positionen befestigt
ist. Zweimal bei jeder Umdrehung der Rollen 15, 16 drückt einer
der Schneideränder
gegen den Amboss, und das Blattmaterial wird entlang dem Rand geschnitten.
Die Schneidrollen werden mit der Haupt-Anordnungs-Maschine in Gang gesetzt,
die das Wicklungsnest 22 trägt. Die Länge des geschnittenen Blattabschnitts
wird durch die Geschwindigkeit der Zuführrollen 11, 12 bestimmt,
die vorzugsweise servo-angetrieben sind, um prozessgekoppelte Anpassungen
der Blattlänge
ohne die Veränderung
jeglicher Geräte-Komponenten
zu ermöglichen.
Das Blattmaterial 10 verläuft in Vorwärtsrichtung und erreicht die
Peripherie eines Vakuumrades 18, das sich in der durch
den Pfeil angezeigten Richtung dreht. Diese Elemente bilden gemeinsam
eine erste Blatt-Zuführungs-Anordnung 13.
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Das
Vakuumrad 18 hat eine feststehende Mitte 20 mit
einem teilweise hohlen Querschnitt, und ein Vakuum ist in dem hohlen
Innenraum bereitgestellt, der zwischen dem Inneren des Rades 18 und der
Mitte 20 definiert ist. Eine Mehrzahl von Bohrungen 21 ist
in der Wand des Vakuumrades 18 vorgesehen. Wenn das Blattmaterial 10 die
Peripherie des Vakuumrades 18 erreicht, wird das Vakuum
durch die erste der Bohrungen 21 das Material zeitweilig
an dem Rad 18 mittels der Ansaugkraft befestigen, und das
geschnittene Stück
Blattmaterial wird bis zu einer Zone des Eingriffs mit einem Wicklungsnest 22 transportiert.
Das Wicklungsnest 22 ist ein Teil der (nicht dargestellten)
Zellen-Zusammenbau-Reihe und es bewegt sich entlang einem kreisförmigen Pfad
mit einem Durchmesser, der viel größer ist, als der des Vakuumrades 18.
Das geschnittene Blattmaterial geht weiter in das Innere des Wicklungsnestes 22,
da in der Eingriffszone des Wicklungsnestes 22 und des Vakuumrades 18 die
feststehende Mitte 20 den Weg des Vakuums abschließt, wodurch
der vordere Abschnitt des Blattmaterials von dem Vakuumrad 18 weg
in das Wicklungsnest 22 geführt werden kann, während der übrig bleibende
Abschnitt des Blattmaterials durch das Vakuum weiter in seiner Position
gehalten wird. Während
der Separator in dem Wicklungsnest 22 aufgewickelt wird,
wird immer ein Abschnitt des Blattmaterials von dem Vakuumrad freigegeben,
bis das gesamte Blatt aufgewickelt ist.
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Die
Anordnung der 2 ähnelt der Anordnung der 1,
wobei der Unterschied in der Existenz einer zweiten Blattzuführungs-Anordnung 14 liegt,
die um die Peripherie des Vakuumrades gewinkelt versetzt von der
ersten Blattzuführungs-Anordnung 13 in
einer Richtung gegen die Drehrichtung angeordnet ist. Die zweite
Zuführ-Anordnung 14 wird dazu verwendet,
ein zweites Blattmaterial 10b mit einer vorbestimmten Länge bereitzustellen,
das bereits an der Peripherie des Vakuumrades 18 befestigt
ist, wenn die erste Zuführungs-Anordnung 13 das
Blattmaterial zuführt.
Auf diese Weise verlaufen zwei Abschnitte von Blattmaterial 10 und 10b übereinander
in Richtung des Wicklungsnestes 22. Die Länge der
Abschnitte kann gleich oder auch unterschiedlich sein. Im Fall von
unterschiedlich langen Blättern
kann die Position des kürzeren
Blatts in irgendeinem Bereich des längeren Blatts sein, was zu
einer unterschiedlichen Positionierung des kürzeren Blattmaterials in dem
fertigen Separator führt.
Die Verwendung von zwei oder mehr Blattmaterial-Abschnitten beseitigt das
Erfordernis des Verwendens eines Laminats als Blattmaterial, wenn
Separatoren für
aufladbare Batterien hergestellt werden, wobei eines der Blattmaterialien
eine semipermeable Membran, wie zum Beispiel eine Zellophanschicht
sein kann.
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In
der Höhenansicht
der 1a erstreckt sich das Blattmaterial 10 über den
unteren Rand des Vakuumrades 18. Die Höhe des vorzubereitenden Separators
entspricht im Wesentlichen der Höhe
des Vakuumrades 18, und der erweiterte Abschnitt wird später den
Boden des Separators bilden. Ein Sprühkopf 50 wird verwendet,
um eine vorbestimmte Menge von destilliertem oder entionisiertem
Wasser auf den erweiterten Abschnitt des Blattmaterials 10 zu sprühen, um
das Blattmaterial leicht zu benetzen und weich zu machen. Andere
Mittel zum Aufbringen von Wasser zum Benetzen, wie zum Beispiel
Düsen, Manschetten
oder andere Mittel sind ebenfalls akzeptabel.
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3 zeigt
den Kontaktbereich des Vakuumrades 18 und des Wicklungsnestes 22.
Ein zweiteiliger Dorn 23 wird durch eine zentrale Öffnung des Wicklungsnestes 22 eingeführt und
wie durch den Pfeil dargestellt gedreht. Das Wicklungsnest 22 wird nicht
gedreht. Die Umfangsgeschwindigkeit des Dorns 23 ist im Wesentlichen
gleich oder ein wenig höher
als die des Vakuumrades 18 und als die Geschwindigkeit
eines Paares von Riemen 24, 25, die aus einem
nachgiebigen Material, zum Beispiel Gummi hergestellt sind. Die
Riemen 24, 25 sind angeordnet und geführt durch
den Kontaktbereich zwischen dem Vakuumrad 18 und dem Wicklungsnest 22 und
sie sind in Kontakt mit und pressen das Blattmaterial 10,
das um den Dorn 23 gewickelt ist. Die Riemen 24, 25 sind
in Kontakt mit dem Blattmaterial durch jeweilige Abschnitte von
Schnitten in dem Wicklungsnest 22. Der in 4 und
in 4a dargestellte Dorn 23 weist eine Hülse 26 und
einen Stift 27 auf, der sich durch die zentrale hohle Öffnung der Hülse 26 erstreckt.
Der Stift 27 weist einen breiteren Kopfabschnitt 28 auf,
der die wie in 4A dargestellte Form hat, eingepasst
in ein Nest auf dem Endabschnitt der Hülse 26. Der Stift 27 passt
locker in die Hülse 26.
Sowohl der Stift 27 als auch die Hülse 26 werden gedreht
und zusammen bewegt, bis eine vorbestimmte Station der Fertigungsreihe
erreicht ist.
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Wenn
die 1 und 3 gemeinsam betrachtet werden,
ist zu erkennen, dass das Blattmaterial 10 sich in dem
hohlen Inneren des Wicklungsnestes 22 bewegt und dass es
unter der Druckwirkung der Riemen 24, 25 um den
sich drehenden Dorn 23 gewickelt wird. Der erweiterte benetzte
Abschnitt 19 wird sich nach außen über den Kopf 28 erstrecken.
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Das
Wicklungsnest 22 bewegt sich dann gemeinsam mit dem Dorn 23 und
dem gewickelten Blattmaterial 10 aus dem Kontaktbereich
mit dem Vakuumrad hinaus, und die Riemen 24, 25 werden
entlang diesem Bewegungspfad geführt,
wobei sie fortlaufend das gewickelte und sich drehende Blattmaterial 10 an
den Dorn 23 pressen.
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Es
wird Bezug genommen auf die 5 bis 10,
die den Dorn 23 mit dem darum gewickelten Blatt 10 an
drei aufeinander folgenden Positionen während des Bewegungspfades der
Anordnung in der Herstellungsreihe zeigen. Das Wicklungsnest 22 um
das Blatt 10 wurde nicht dargestellt, es bewegt sich jedoch
zusammen, bis der Separator vollständig in die Batteriekonsole
eingesetzt ist. Eine feststehende Schiene 29 ist entlang
dem Reiseweg der Anordnung angeordnet. Die Schiene 29 definiert
eine Formungsnut 30, in welche der benetzte erweiterte
Abschnitt des sich drehenden Blatts 10 eingesetzt ist. Die 5 und 6 zeigen
die Formungsnut 30 nahe bei der anfänglichen Eingriffsposition,
die 7 und 8 entsprechen einer mittleren
Position und die 9 und 10 zeigen
die endgültige
Position gerade bevor sich die Anordnung aus der Eingriffszone mit
der Schiene 29 hinausbewegt. Das Profil der Nut 30 entspricht
dem des Kopfabschnitts des Dorns 23, wodurch der erweiterte
benetzte Abschnitt 19 des Blattmaterials allmählich gebildet
wird. Das weiche Blattmaterial folgt dem Profil der Nut leicht,
da es in einem befeuchteten Zustand sehr flexibel ist, und der Formungsprozess
wird glatt erfolgen, wobei er im Wesentlichen keine Knitter zurücklässt. Die
Drehung erleichtert einen glatten Formungsablauf. Der erweiterte
Abschnitt 19 hat eine ausreichende Länge, so dass bis zum Ende des
Formungsprozesses die zentrale Öffnung
des gewickelten Blattmaterials 10 vollständig geschlossen
wird und dadurch ein Separator 31 hergestellt wird. Kurz
nachdem sich die Anordnung aus der Nut 30 hinausbewegt
und das Ende der Schiene 29 verlässt, verlässt die Anordnung den Weg der
Riemen 24, 25 und die Rotation des Dorns 23 wird
gestoppt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird die vertikale Position des Stiftes 27 in
einer festen Position gehalten, und eine erhitzte Pressform 32 mit
einer nach oben zugewandten Aussparung 33 wird nach oben
bewegt (11) und gegen das untere gebildete
Ende des Separators 31 gepresst. Das Profil der Aussparung 33 entspricht
dem Profil des Kopfabschnittes 28 des Stiftes 27,
und der Druck, der zwischen der Aussparung 33 und dem Kopfabschnitt 28 auftritt,
schmelzt den Separator 31, um die Form des Kopfabschnittes 28 anzunehmen.
Die Erhitzung wird durch eine Heizpatrone 34 bereitgestellt,
die in dem Inneren der Pressform 32 eingerichtet ist, wie
schematisch in den 11 und 12 dargestellt
ist, und die erhöhte Temperatur
und der Druck sind ausreichend, um den unteren Abschnitt des Blattmaterials
in seine endgültige
Form zu formen und zu schmelzen. Nach diesem Bodenformungs- und
Schmelz-Schritt ist die so erhaltene Struktur im Wesentlichen knitterfrei
und ausreichend stark, um den unteren Teil des Separator-Zylinders
zusammenzuhalten.
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Der
Separator 31 soll schließlich in den hohlen Innenraum
einer zylindrischen Zell-Konsolen-(Gehäuse/Kathode)-Anordnung 35 eingesetzt werden,
welche ein halbfertiges Zwischenprodukt ist und die in den 15 bis 17 dargestellte
Form aufweist. Die Konsole 35 weist ein zylindrisches Metallgehäuse 36 auf,
das einen zylindrischen Innenraum definiert, und in dem eine Mehrzahl
von hohlen Kathodenringen 37 eingesetzt sind. Der geschlossene
Endabschnitt des Gehäuses 36 weist
eine kurze zylindrische Spitze 38 auf. Der zentrale Bereich
des gebildeten und geschlossenen unteren Teils des Separators 31 ist
gerade über
dem hohlen Innenraum der Spitze 38, und dieser Raum reicht
aus, um das Aufbringen eines auch als "Heißschmelze" bezeichneten thermoplastischen
Dichtungsmittels auf den zentralen unteren Teil des Separators 31 zu
ermöglichen.
Die Anwesenheit dieses Dichtungsmittels ist optional und stellt
eine zusätzliche
Kurzschluss-Vermeidung für
den geschlossenen unteren Teil des Separators 31 bereit.
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Die
vergrößerte Ansicht
der 13 stellt das Aufbringen einer vorbestimmten Menge
von Heißschmelze
auf den zentralen unteren Teil 39 des Separators 31 dar.
Ein sich drehendes Rad 40 ist mit flachen sphärischen
oder konischen Aussparungen 41 bereitgestellt, und die
Oberfläche
des Rades 40 ist gerade in Kontakt mit oder in großer Nähe zu dem zentralen
unteren Teil 39 des Separators 31 angeordnet.
Eine vorbestimmte Menge von Heißschmelze wird
in den Aussparungen 41 abgemessen, zum Beispiel durch Eintauchen
des sich drehenden Rades 40 in einen beheizten Behälter mit
Heißschmelze
entlang dem Rotationsweg (nicht dargestellt), und nach dem Entfernen
von überschüssiger Heißschmelze von
der ausgesparten Oberfläche
des Rades 40 wird sich letzteres in eine in 13 dargestellte
Position bewegen, wo der zentrale untere Teil 39 des Separators 31 mit
der Aussparung 41 in Kontakt kommt. Hier nimmt das absorbierende
Separator-Material das Volumen der Heißschmelze in der Aussparung 41 auf. Das
Rad 40 bewegt sich dann von dem Kontaktbereich weg und
die das Separator-Material durchtränkende Heißschmelze kühlt ab, verfestigt sich und stellt
eine effiziente Abdichtung 42 an dem zentralen unteren
Teil 39 bereit, wie in 14 dargestellt.
Das Aufbringen einer vorbestimmten Menge von Heißschmelze in einen gleichmäßigen Bereich
auf dem Separator-Boden, welcher aus dem Blickwinkel des Betriebs
der Zelle ein neutraler Bereich ist, da es dort kein aktives Kathodenmaterial
auf der gegenüberliegenden
Seite gibt und dadurch keine Interferenzen mit der Zell-Leistung
verursacht werden und auch nicht zu einem erhöhten Innenwiderstand beigetragen
wird. Das Aufbringen der Heißschmelze
ist keineswegs unverzichtbar und stellt ein optionales Merkmal dar,
wodurch ein größerer Schutz
gegen Zellenkurzschlüsse
bereitgestellt wird.
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Bezug
wird wieder auf die 15 bis 17 genommen,
wobei das Einsetzen des Separators 31 in das hohle zylindrische
Innere der Konsolen-(Gehäuse/Kathode)-Anordnung 35 dargestellt
wird. Die Herstellungsreihe befindet sich in konstanter Bewegung,
und der um die Hülse 26 gewickelte
und in dem Wicklungsnest 22 (11, 12)
gehaltene Separator 31 verlässt die Position, wo die Heißschmelzen-Abdichtung 42 bereitgestellt
wird und bewegt sich zu einer Station, wo die Konsolen-Anordnung 35 unter
den Separator 31 bewegt wird, so dass ihre vertikalen Achsen
in die gleiche Linie fallen. Die Konsolen-Anordnung 35 weist
das Zellengehäuse 36 mit den
darin positionierten Kathodenringen 37 auf. Nun werden
die Hülse 26 und
der Stift 27 zusammen nach unten bewegt und der Separator 31 wird
in den hohlen Innenraum der Konsolen-Anordnung 35 eingesetzt.
Der breite Kopfabschnitt 28 des Stiftes 27 drückt den
geschlossenen unteren Teil des Separators 31 während des
gesamten Weges an und stellt ein perfektes Angrenzen an den Boden
des Innenraums des Gehäuses 36 sicher.
Der Separator 31 gleitet aus dem Wicklungsnest 22,
wenn er bereits teilweise in die Konsolen-Anordnung 35 eingesetzt ist,
so dass die Wicklungen des Separators 31 sich nicht lösen oder
auswickeln können.
Nach dem Einsetzen können
sich die Wicklungen des Separators ein wenig ausdehnen, um den gesamten
Innenraum zu füllen,
definiert durch die hohle Innenfläche der Kathodenringe 37.
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Der
nächste
Schritt besteht in dem Zurückziehen
der Hülse 26 in
Richtung nach oben, wie in 16 dargestellt.
Der Stift 27 drückt
während
dieses Zurückzieh-Schrittes
gegen den Boden des Separators 31 und hält den Separator 31 in
Position. Schließlich
wird der Stift 27 zurückgezogen
und die halbfertige Zelle enthält
die Konsolen-Anordnung 35 mit dem korrekt positionierten
Separator 31 und ist bereit für den nächsten Vorgang in der Herstellungsreihe,
das heißt
das Elektrolyten-Dispensieren. Der Vorteil eines zweiteiligen Dorns 23,
bei dem die äußere Hülse 26 zuerst
zurückgezogen
werden kann, ist, dass es keine Möglichkeit des Zurückziehens
des Separators aus der halbfertigen Zelle gibt, wodurch die Effizienz
und die Ausbeute des Herstellungsprozesses vergrößert werden.
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Die
Ausführung
und die Anordnung des Separators 31 sind zu bevorzugen,
da die volle aktive Länge
der Zelle für
die Zellfunktion verwendet werden kann. Der Separator kann das Innere
der Kathodenringe ausfüllen,
das heißt,
dass keine Lücke
gebildet wird, wie es der Fall bei vorgeformten Separatoren ist.
Vergleichende Zellen-Messungen haben gezeigt, dass die durchschnittliche
Leistung von Zellen, die den Separator gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweisen, um ungefähr
10% bis 20% besser war, als im Fall von identischen Zellen mit einem
konventionellen Separator. Die Verbesserung war sowohl bei der Zellenkapazität als auch
bei der Verringerung des Innenwiderstandes der Zelle messbar, was
zu höheren
Kurzschluss-Strömen
und einer besseren hohen Drainleistung führt.
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Es
besteht kein Bedarf, Klebstoffe zwischen benachbarten Schichten
des Separators zu verwenden, wie es bei den meisten bekannten Ausführungen
der Fall ist, und die Separatorfunktion wird durch die Anwesenheit
von Klebstoffen nicht verringert. Ein weiterer Vorteil liegt in
der Beseitigung des Erfordernisses der Verwendung von laminierten
Blättern,
die teurer sind als die Verwendung von nackten Blättern und
die aufgrund des Aufbringens eines Klebstoffes zwischen den Schichten
eine leicht schlechtere Leistung aufweisen.
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Der
Herstellungsprozess ist auch günstig,
da er mit der Geschwindigkeit und den Maschinen der Zellenherstellungsreihe
ausgeführt
wird, das heißt der
Vorgang der Vorbereitung des Separators kann mit der Herstellungsreihe
synchronisiert werden.