DE69327727T2

DE69327727T2 - Vorverdichtete glasfaserseparatoren für batterien und verfahren zur montage von batteriezellen

Info

Publication number: DE69327727T2
Application number: DE69327727T
Authority: DE
Inventors: Harmon, Jr.; George C. Zguris
Original assignee: Hollingsworth and Vose Co
Current assignee: Hollingsworth and Vose Co
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2013-05-12
Also published as: US5336275A; WO1993023885A1; AU4241293A; JPH07508126A; US5468572A; EP0672304A4; EP0672304B1; EP0672304A1; DE69327727D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ventilgesteuerten Blei/Säure-Batterie, welche aus einem Batteriegehäuse und wenigstens einer aus einem Glasfasern enthaltenden Separator bestehenden Zelle besteht, einen solchen Separator und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Separators.
Die Batterie besteht aus wenigstens einer positiven Elektrode, wenigstens einer negativen Elektrode und einer in den Elektroden und im Separator enthaltenen Elektrolytmenge, wobei ein erster Teil der Elektrolytmenge im Separator absorbiert ist und dort gehalten wird.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Ventilgesteuerte ("versiegelte") Blei/Säure- (VRLA) Batterien sind bekannt. Sie können aus mehreren positiven und negativen Elektroden, wie z. B. in einer prismatischen Zelle, oder aus eng zusammengewickelten Separator- und Elektrodenschichten, wie z. B. in einer "jelly roll"-Zelle, bestehen. Die Elektroden sind so angeordnet, daß sie alternieren, negativ - positiv - negativ, usw., wobei Separatormaterial jeweils eine Elektrode von der angrenzenden Elektrode trennt. Der Separator, der typischerweise aus einer Glasfasermatte besteht, erfüllt eine Vielzahl von Funktionen. Hauptzweck des Separators ist es, die Elektroden elektrisch voneinander zu isolieren. In VRLA-Batterien stellt das Glasfaserseparatormaterial darüber hinaus eine unzählbare Anzahl von Gaskanälen zwischen den Elektroden zur Verfügung, durch die an der positiven Elektrode gebildeter Sauerstoff zur negativen Elektrode wandern kann, wo er sich gemäß dem Sauerstoffkreislauf mit Wasserstoff wiedervereinigen kann.
Glasfaserseparatormaterial wird kommerziell mit Geräten zur Papierherstellung gefertigt. Meistens verwendet man bei der Herstellung von Separatorplatten kein Bindemittel; dadurch, daß die einzelnen Fasern miteinander verfilzen, bleibt die kohärente Struktur der Platte erhalten. Es wurden große Anstrengungen zur Modifizierung von Glasfaserstoffrezepturen unternommen, mit dem Ziel, die Batterieleistung zu verbessern. Dabei wurden unter anderem aus unterschiedlichen Gründen synthetische Fasern zugesetzt.
Separatoren für ventilgesteuerte Batterien, die Glasfaserplattenmaterial enthalten, werden in den folgenden Patenten offenbart: US-A-4,465,748, US-A- 4,216,280, US-A-4,367,271, JP 55/146,872, US-A-4,245,013 und US-A-4,908,282.
Es ist allgemein anerkannt, daß man, um VRLA-Batterien mit guter Leistung zu erhalten, den aus den Elektroden und dem Separator bestehenden Zellstapel komprimieren muß, so daß zwischen den Separatoren und den Elektroden ein guter Kontakt besteht. Befinden sich die Komponenten des Zellstapels in einem Zustand, in dem sie nicht beträchtlich verdichtet sind, führt dies zum Versagen der Batterie. Bei Zellen mit flachen Elektroden wird diese Kompression normalerweise dadurch erreicht, daß man die Komponenten des Zellstapels zu einem Zellstapel mit einer vorgegebenen Dicke zusammenfügt, den Zellstapel physisch zusammendrückt und den zusammengedrückten Zellstapel in ein Batteriegehäuse schiebt, das im Vergleich zur Größe des Zellstapels so dimensioniert ist, daß die Komponenten des Zellstapels komprimiert bleiben. Der Schritt der Komprimierung des Zellstapels ist schwierig, da man einen beträchtlichen Druck ausüben muß. Nachdem der Zellstapel in das Batteriegehäuse hineingeschoben worden ist, wird Elektrolyt zugegeben. Aufgrund der Kompression des Zellstapels im Batteriegehäuse ist die Geschwindigkeit, mit der der Elektrolyt in die Poren der Elektroden und des Separators absorbiert wird, sehr langsam. So dauert es normalerweise mehrere Minuten, um ein VRLA-Batteriegehäuse mit Elektrolyt zu füllen, selbst wenn man an das Gehäuse ein Vakuum anlegt.
Seit kurzem werden Anstrengungen in der Richtung unternommen, vorverdichtete Separatoren herzustellen. In EP-A-334091 wird ein trockener Glasfaserseparator offenbart, der vorverdichtet ist und mittels eines wasser- oder säurelöslichen Bindemittels, vorzugsweise Methylcellulose, in diesem Zustand gehalten wird. Gemäß dieser Patentschrift kann man das Bindemittel der Glasfaseraufschlämmung zumischen, bevor sie das Trockensieb der Papierherstellungsmaschine erreicht. Nachdem der größte Teil der in der Aufschlämmung enthaltenen Flüssigkeit aus dem Gewebe entfernt worden ist, wird es zwischen Kompressionsrollen verdichtet. Das Gewebe verläßt die Kompressionsrollen mit einer reduzierten Dicke, und das Bindemittel verklebt die Glasfasern im zusammengedrückten Zustand, der durch das Bindemittel während der Endtrocknung des Gewebes aufrechterhalten wird. Als Alternative offenbart die Patentschrift, daß man ein wasserlösliches Bindemittel auf die Glasfasern aufbringt, nachdem sie zu einem Gewebe geformt worden sind. Hierauf folgen dann der Komprimierungs- und Trocknungsschritt.
In US-A-5,091,275 (Brecht et al.) wird ein Glasfaserseparator offenbart, der in Gegenwart von Elektrolyt expandiert. Der Separator besteht aus Glasfasern, die mit einer wäßrigen Lösung kolloider Kieselgelpartikel und einem Sulfatsalz impräg niert sind. Der Separator wird hergestellt, indem man ein papierbildendes Glasfasergewebe formt, das Gewebe mit der wäßrigen Lösung aus Kieselgel und einem Salz imprägniert, das imprägnierte Gewebe leicht zusammendrückt, um einen Teil der wäßrigen Lösung zu entfernen, das Gewebe teilweise trocknet, es auf die Enddicke verdichtet und dann vollständig trocknet. Das Gewebe wird vorzugsweise auf eine Dicke komprimiert, die geringer ist als der Abstand zwischen den Elektroden in einer bestimmten Zellen, so daß es leichter ist, einen montierten Zellstapel in das Gehäuse einzuführen. Wird Elektrolyt ins Gehäuse gefüllt, löst sich das Salz im Elektrolyt und der Separator expandiert, so daß sich zwischen den Elektroden und den Separatoren ein guter Kontakt ergibt. Nach diesem Patent verbessert das Kieselgel die Rekombinationsleistung von Zellen, die mit dem vorverdichteten Separator ausgestattet sind. Das Kieselgel trägt darüber hinaus in beträchtlichem Maße zur Steifigkeit des Separators bei, so sehr, daß man den Separator als steif bezeichnen kann.
In der Internationalen Patentanmeldung WO 81/01076 wird ein Verfahren zur Montage einer VRLA-Batterie offenbart, bei dem man den trockenen Separator und die Elektroden zu einem Zellstapel zusammenmontiert, auf den Zellstapel Druck ausübt, um ihn zu komprimieren, dem verdichteten Zellstapel Elektrolyt zufügt und den Druck aufhebt. Der Anmeldung zufolge behält der Zellstapel seine komprimierte Dicke, wodurch es leichter ist, den Zellstapel in das Batteriegehäuse einzuführen. Die zugefügte Elektrolytmenge ist vorzugsweise die letztendlich für die Batterie vorgesehene Elektrolytmenge.
Es sollte hier angemerkt werden, das man bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Glasfaserseparatoren normalerweise ein Glasfasergewebe in der Nähe des Trockensiebs durch Kompressionsrollen führt, um so einen Glasfaserseparator der gewünschten Dicke herzustellen. Dadurch ergibt sich eine nur unwesentliche Reduzierung der Dicke des Gewebes, da es zu diesem Zeitpunkt noch eine große Menge Flüssigkeit aus der Glasfaseraufschlämmung enthält, aus der das Gewebe hergestellt wurde. Es wird davon ausgegangen, daß der Feuchtigkeitsgehalt eines nach dieser herkömmlichen Methode zur Steuerung seiner Dicke komprimierten Gewebes so bemessen ist, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Gewichts der Feuchtigkeit zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 8 : 1 und 10 : 1 liegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Glasfaserseparator mit unterdrückter Elastizität und reduzierter Dicke bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines solchen Separators zur Herstellung von VRLA-Batterien, wobei durch die Zugabe des noch verbliebenen Elektrolyts die Elastizität der Glasfasermatte wiederhergestellt wird, was eine gute Verdichtung innerhalb des Zellstapels zur Folge hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von VRLA-Batterien unter Verwendung des erfindungsgemäßen Separators bereitzustellen, bei dem das Füllen des Batteriegehäuses mit Elektrolyt wesentlich erleichtert ist.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Methode zur Herstellung einer ventilgesteuerten Blei/Säure- Batterie beinhaltet, daß man:
einen im wesentlichen bindemittelfreien Glasfaser-separator herstellt, der eine erste Dicke im trockenen Zustand aufweist und eine gewisse Menge Leitungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit enthält, wobei diese Menge wesentlich geringer als der erste Teil der Elektrolytmenge und die Flüssigkeit im wesentlichen frei von Bindemittel für den Glasfaserseparator ist,
den Separator dermaßen zusammenpreßt, daß, wenn die Pressung aufgehoben wird, der Separator eine zweite Dicke aufweist, die wesentlich geringer ist als die erste Dicke,
den die besagte Flüssigkeitsmenge enthaltenden Separator mit der reduzierten Dicke so zwischen der positiven und der negativen Elektrode positioniert, daß eine Zelle gebildet wird,
die Zelle in das Batteriegehäuse gleiten läßt, wobei die Zellkomponenten einem gewissen Druck ausgesetzt werden, und
der Zelle Elektrolyt zusetzt, wodurch sich der Druck zwischen den Komponenten der Zelle erhöht, da die Elastizität des Separators während der Absorption von Elektrolyt wiederhergestellt wird.
Die Methode zur Herstellung eines behandelten Glasfaserseparators beinhaltet, daß man
ein im wesentlichen bindemittelfreies Glasfasergewebe aus einer im wesentlichen bindemittelfreien Aufschlämmung aus Glasfasern und einer gewissen Menge Leitungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit herstellt,
etwas von der Flüssigkeit aus dem Gewebe entfernt, bis die im Gewebe verbliebene Flüssigkeitsmenge so ist, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts der Flüs sigkeit und des Separators zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 2 : 1 und 4 : 1 beträgt,
das die besagte Flüssigkeitsmenge enthaltende Gewebe zusammendrückt und die Pressung aufhebt und so einen Glasfaserseparator mit einer ersten Dicke erhält, wobei die erste Dicke des zusammengedrückten Gewebes wesentlich geringer ist, als es die Dicke des getrockneten, nicht zusammengedrückten Gewebes wäre, und wobei die Flüssigkeitsmenge ausreicht, um die Dicke des Gewebes auf der ersten Dicke zu halten.
Eine Platte, die als Separator in einer ventilgesteuerten Blei/Säure-Batterie eingesetzt werden kann, welche umfaßt:
Glasfasern, die zu einem elastischen Gewebe verarbeitet sind, das im wesentlichen bindemittelfrei ist und im trockenen Zustand eine erste Dicke aufweist, und eine gewisse im Gewebe enthaltene Menge Leitungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit, wobei diese Menge wesentlich geringer ist als die Elektrolytmenge und die Flüssigkeit im wesentlichen frei von Bindemittel für die Fasern des Gewebes ist, wobei das Gewebe mit der wesentlich geringeren Menge der Flüssigkeit genäßt und dann zusammengedrückt wurde, und wobei die im Gewebe enthaltene Flüssigkeitsmenge so bemessen ist, daß sie nach Aufhebung der Pressung ausreicht, um die Elastizität des Gewebes zu unterdrücken, so daß das Gewebe auf einer zweiten Dicke gehalten wird, die wenigstens zehn Prozent unter der ersten Dicke liegt, wobei jedoch die Elastizität des Separators durch Zugabe von Elektrolyt wiederhergestellt wird.
Weiter Einzelheiten können den Unteransprüchen entnommen werden.
Geht aus dem Zusammenhang nichts anderes hervor, beziehen sich Verweise auf die relative Dicke von Separatoren in der Beschreibung und in den Ansprüchen auf die Dicke eines Separators unter nominalen, im wesentlichen identischen Drücken, da dem Fachmann bekannt ist, daß man die Dicke eines Glasfaserseparatormaterials nicht sinnvoll bestimmen kann, wenn kein Druck anliegt; nur wenn ein Druck ausgeübt wird, ist eine Dickenbestimmung im gewissem Grade reproduzierbar und verläßlich. Der hier und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck "im wesentlichen bindemittelfrei" bezieht sich auf Glasfasergewebe oder - platten, bei denen der Hauptmechanismus, mit dem die Platte bzw. das Gewebe zusammengehalten wird, auf dem Verfilzen der einzelnen Glasfasern beruht, im Gegensatz zu einem Verklebemechanismus, wie er z. B. vorliegt, wenn man die Glasfasern mit Methylcellulose versetzt. Der Ausdruck "im wesentlichen bindemittelfrei" schließt jedoch solche Glasfasergewebe oder -platten nicht aus, die Materialien beinhalten, die zu einem geringen Ionenbindungsanteil beitragen, zum Beispiel Glasfasergewebe oder -platten, die Natriumsulfat zur Unterdrückung von dendritischen Wachstum enthalten, welches jedoch auch in geringem Umfang zu Ionenbindungen zwischen den Fasern beiträgt; die Fasern in einem solchen Gewebe werden immer noch hauptsächlich durch das Verfilzen der Fasern zusammengehalten, und das Gewebe bzw. die Platte wäre immer noch im wesentlichen bindemittelfrei. In ähnlicher Weise beziehen sich Verweise auf eine "im wesentlichen bindemittelfreie" elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit auf Flüssigkeiten, die keine Klebbindemittel bzw. Bindemittel enthalten, die bei Zugabe zu einer Glasfaserplatte bzw. einem -gewebe die Verfilzung der einzelnen Fasern als Hauptbindemechanismus ersetzen würden. Dieser Ausdruck schließt jedoch Flüssigkeiten nicht aus, die zum Beispiel Natriumsulfat oder andere Materialien enthalten, die in geringem Umfang zu einer Ionenbindung beitragen würden.
Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß bindemittelfreie Glasfaserseparatoren einer vorgegebenen Dicke mit einer kontrollierten Menge Flüssigkeit angefeuchtet und zu einer wesentlich reduzierten Dicke komprimiert werden können, sowie weiterhin, daß die Feuchtigkeit die natürliche Elastizität des Glasfaserseparators unterdrückt, so daß er bei Aufhebung der Pressung eine wesentlich geringere Dicke aufweist, selbst wenn der Glasfaserseparator nicht eingezwängt ist. Die zur Unterdrückung der Elastizität des Glasmattenseparators erforderliche Flüssigkeitsmenge liegt wesentlich unter der Mindestmenge an Elektrolyt, die der Separator in einer fertigen Batterie enthalten würde. Die zur Unterdrückung der Elastizität des Glasmattenseparators erforderliche Flüssigkeitsmenge liegt darüber hinaus wesentlich unter der Elektrolytmenge, die nach der Lehre der Internationalen Patentanmeldung WO 81/01076 außerhalb des Batteriegehäuses den Zellstapelkomponenten zugefügt wird, und unter dem Feuchtigkeitsgehalt eines Gewebes, das gemäß der herkömmlichen Methode zum Einstellen seiner Dicke verdichtet ist. Weiterhin muß zur Herstellung eines Separators mit unterdrückter Elastizität und reduzierter Dicke gemäß der vorliegenden Erfindung der Separator im verdichteten Zustand wesentlich weniger Feuchtigkeit enthalten als ein naßes Gewebe, das zum Einstellen der Dicke verdichtet ist, und weniger Feuchtigkeit als der Separator in einem Zellstapel, der gemäß der Lehre der Internationalen Patenanmeldung WO 81/01076 verdichtet ist.
Weiterhin liegt der Erfindung die Entdeckung zugrunde, daß bei Zugabe einer ausreichenden Menge Elektrolyt zum angefeuchteten Separator reduzierter Dicke dessen Elastizität im wesentlichen wiederhergestellt wird und er expandiert bzw., wenn er sich eingezwängt in einem Zellstapel in einem Gehäuse befindet, versucht zu expandieren und so auf die Komponenten des Zellstapels einen Druck ausübt. Die Erfindung beruht zusätzlich auf der Entdeckung, daß ein angefeuchteter Separator reduzierter Dicke überaus vorteilhaft in einem Verfahren zur Herstellung von Batterien eingesetzt werden kann, da durch die reduzierte Dicke des Separators die Notwendigkeit, einen Zellstapel zu verdichten, um ihn in ein Batteriegehäuse einführen zu können, entfällt bzw. reduziert wird. Zusätzlich wird bei der Zugabe von Elektrolyt zur Zelle die Elastizität des Glasmattenseparators wiederhergestellt und die Komponenten des Zellstapels expandieren gegen das Batteriegehäuse, wodurch die für eine gute Leistung erforderliche Verdichtung erzielt wird.
Durch die Verwendung eines angefeuchteten Separator reduzierter Dicke in einer erfindungsgemäßen Batterie wird das Füllen der Batteriezelle mit Elektrolyt sehr erleichtert und eine gute, gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten gefördert, wodurch sich die Häufigkeit des Auftretens trockener Separatorenbänder verringert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Kompressionskurve, in der die Verdichtungseigenschaften, d. h. die Dicke, von Glasfaserseparatormaterialien des Standes des Technik bei verschiedenen Drücken gezeigt sind, wobei eines der Materialien im trockenen Zustand vorlag und mehrere andere mit unterschiedlichen Mengen Schwefelsäure einer spezifischen Dichte von 1,286 angefeuchtet wurden;
Fig. 2 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsgemäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht;
Fig. 3 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsgemäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht;
Fig. 4 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsgemäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht;
Fig. 5 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsge mäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht;
Fig. 6 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsgemäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Station in einer Anlage zur Herstellung von Batterien, in der das Glasfaserseparatormaterial angefeuchtet, auf eine reduzierte Dicke komprimiert, auf die richtige Größe zurechtgeschnitten und zu einem Zellstapel zusammenmontiert wird, welcher dann problemlos in ein Batteriegehäuse hineingeschoben wird, gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung von Geräten zur Papierherstellung, einschließlich eines Apparates zur Herstellung eines Separators mit unterdrückter Elastizität gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine Kompressionskurve sowie eine Rückverformungskurve, in der die Verdichtungseigenschaften eines Glasfaserseparatormaterials vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das Glasfaserseparatormaterial erfindungsgemäß hergestellt wurde;
Fig. 10 zeigt eine Kompressionskurve, in der die Verdichtungseigenschaften eines Glasfaserseparatormaterials vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht.
Fig. 11 zeigt eine Kompressionskurve, in der die Verdichtungseigenschaften von zwei Glasfaserseparatormaterialien nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das eine Material erfindungsgemäß hergestellt wurde und das andere Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht; und
Fig. 12 zeigt eine Kompressionskurve, in der die Verdichtungseigenschaften eines Glasfaserseparatormaterials vor und nach Beladung mit Elektrolyt gezeigt sind, wobei das Material einem Separatormaterial des Standes der Technik entspricht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bindemittelfreien Glasfaserseparator mit vorübergehend unterdrückter Elastizität und reduzierter Dicke. Trockene, bin demittelfreie Glasfaserseparatoren geeignet zur Verwendung in VRLA-Batterien sind unter gewissen Bedingungen elastisch. Verdichtet man den Glasfaserseparator, indem man auf seine Hauptoberflächen einen relativ geringen Druck ausübt, wird seine Dicke reduziert Hebt man die Pressung auf, federt der Separator zurück und nimmt wieder seine ursprüngliche Dicke oder einen sehr ähnlichen Wert an. Übt man allerdings zu großen Druck auf die Hauptoberflächen des trockenen bindemittelfreien Glasfaserseparators aus, dann führt dies zum Bruch vieler Fasern und die Elastizität geht verloren.
Die Elastizität von bindemittelfreien Glasfaserseparatoren des Standes der Technik geht aus den in Fig. 1 dargestellten Kompressionskurven hervor. Die Verdichtungseigenschaften, d. h. die Dicke bei verschiedenen Drücken, von diesem und anderen Glasfaserseparatoren wurden im allgemeinen gemäß den Bestimmungen des Battery Council International (BCI) mit Geräten gemessen, die einen Block mit einer oberen, harten, flachen, quadratischen Oberfläche von ungefähr 15,24 cm mal 15,24 cm aufwiesen. Über dem Block war an einer beweglichen Vorrichtung ein kleiner runder Druckstempel mit einer unteren flachen Oberfläche angebracht, und die untere Oberfläche des Druckstempels wurde soweit wie möglich parallel zur harten, flachen Blockoberfläche gehalten. Die Vorrichtung wies ein Mikrometer mit einer Skalenscheibe zum Messen des Abstands zwischen der oberen Blockoberfläche und der unteren Oberfläche des Druckstempels auf, sowie auch Vorrichtungen zum Messen von gegebenenfalls auf die untere Druckplattenoberfläche ausgeübten Drücken.
Der oben beschriebene Apparat und das Verfahren wurden zum Messen der Dicke und Elastizität eines herkömmlichen Glasfaserseparators des Stands der Technik verwendet, der aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, hergestellt worden war. Der Separator wies eine Flächenmasse von 260 g/m² auf. Aus einem Stück des trockenen Separatormaterials (Stand der Technik - trocken) wurde eine quadratische Probe von ungefähr 7,6 bis 10 cm² ausgeschnitten. Die untere Hauptoberfläche der Probe wurde auf den Block gelegt, und der Druckstempel wurde abgesenkt, bis der Nominaldruck ungefähr 42,18 g/cm² betrug. Bei diesem Druck betrug die auf dem Skalenmikrometer abgelesene Dicke der Probe 0,19 cm. In weiteren Messungen wurden die Dicke der Probe bei höheren Drücken bestimmt, und die Datenpunkte wurden im Graphen der Fig. 1 zusammengetragen. Wird die Probe schrittweise höheren Drücken ausgesetzt, nimmt ihre Dicke immer mehr ab. Für eine gegebene Probe kann dieses Testverfahren mit annähernd identischen Ergebnissen wiederholt werden. In anderen Worten: eine Probe, die bei einem Druck von 421,6 oder 492,1 g/cm verdichtet worden ist und deren Dicke um ungefähr 35% reduziert worden ist, wird nach Aufhebung der Pressung auf ihre normalen Dicke oder auf einen sehr ähnlichen Wert expandieren. Setzt man die Probe einem Druck aus, der so hoch ist, daß in großem Maße Faserbruch auftritt, wird die Elastizität des Glasfasermaterials zerstört. Der Grenzwert für den Druck, bei dem die Elastizität eines gegebenen Separators zerstört wird, wird von dem Durchmesser der Fasern im Separator, der Dicke des Separators und anderen Faktoren beeinflußt. In vielen Fällen wird die Elastizität durch Drücke zerstört, die erforderlich sind, um die Dicke einer Separatorprobe um ungefähr fünfzig Prozent zu reduzieren.
Es wurden weitere Messungen durchgeführt, um die Verdichtungseigenschaften von Glasfaserseparatoren zu bestimmen, die denen des Stands der Technik-Trocken entsprachen, wobei jedoch vor den Untersuchungen die Proben mit Elektrolyt, genauer gesagt mit H&sub2;SO&sub4; einer spezifischen Dichte von 1,286 g, beladen wurden. In Fig. 1 wurde einer als Stand der Technik-6X bezeichneten Probe Elektrolyt so kontrolliert zugemessen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 6 : 1 betrug. Weitere Proben wurden gemessen, bei denen dieses Verhältnis 7 : 1, 8 : 1, 9 : 1 und 10 : 1 betrug, und diese Proben sind in Fig. 1 mit Stand der Technik- 7X, Stand der Technik-8X, Stand der Technik-9X bzw. Stand der Technik-10X bezeichnet. Die mit Elektrolyt beladenen Proben verhielten sich elastisch, und ihre Dicke-Kurven in Fig. 1 sind der Kompressionskurve von Stand der Technik-Trocken überaus ähnlich.

BEISPIEL 1

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 240 g/m auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel angesäuertes Wasser, genauer vollentsalztes Wasser, dem H&sub2;SO&sub4; zugesetzt worden war, bis der pH-Wert zwischen 2,5 und 2,7 lag, zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und des Gewichts des angesäuerten Wassers zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies, wie unten erläutert. In Fig. 2 ist eine mit Beispiel 1-VK (das VK steht für vorkomprimiert) gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Glasfaserseparator gezeigt. Um das Ausmaß der von Beispiel 1-VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung zu verdeutlichen, ist in Fig. 2 eine mit Kontrolle 1-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 1-VK entspricht, gezeigt. Der Beispiel 1-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 33% und 40% unter der Dicke des Kontrolle 1-Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Damit wird deutlich, daß ein erfindungsgemäßer angefeuchteter Separator im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität aufweist. Die Bedeutung der Elastizitätsunterdrückung wird jedoch noch wesentlich dadurch erhöht, daß die Elastizität in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden kann.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 1-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator, angesäuertem Wasser und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA-Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 1-VK gemessen. Die erhaltene Kompressionskurve ist in Fig. 2 in dem mit Beispiel 1-7X gekennzeicheten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 1-VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 1-7X gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 1-7X war sogar im wesentlichen gleich der Elastizität des Kontrolle 1- Trocken Separators nach der Beladung mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Elektrolyten zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Diese Kompressionskurve für den Kontrolle 1- Trocken Separator nach Beladung mit Elektrolyt ist in Fig. 2 in dem mit Kontrolle 1- 7X gekennzeichneten Graph dargestellt. Dies zeigt, daß ein erfindungsgemäßer angefeuchteter Separator mit unterdrückter Elastizität nach Beladen mit einer Elektrolytmenge, ähnlich der, die er im Gebrauch tragen würde, eine wiederhergestellte Elastizität aufweist, die im wesentlichen der eines herkömmlichen Separators gleicht, der mit einer entsprechenden Elektrolytmenge beladen ist. Weitere Tests wurden mit Glasfaserseparatoren verschiedener Flächenmassen durchgeführt.

BEISPIEL 2

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 280 g/m² auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel angesäuertes Wasser, hergestellt durch Zugabe von soviel H&sub2;SO&sub4; zu vollentsalztem Wasser, daß die Säure einen pH-Wert zwischen 2,5 und 2,7 aufwies, zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und des Gewichts des angesäuerten Wassers zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies. In Fig. 3 ist eine mit Beispiel 2-VK gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Separator gezeigt. Um das Ausmaß der von Beispiel 2-VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung zu verdeutlichen, ist in Fig. 3 eine mit Kontrolle 2-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 2-VK entspricht, gezeigt. Der Beispiel 2-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 6% und 37% unter der Dicke des Kontrolle 2-Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Bei Nominaldrücken von 140,6 g/cm und darunter liegt die Dicke des Glasfaserseparators zwischen etwa 20% und 37% unter der Dicke des Kontrolle 2-Trocken Separators. Wie der Separator in Beispiel 1 weist der Beispiel 2-VK Separator im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität auf, und seine Elastizität kann in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 2-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator, angesäuertem Wasser und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA-Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 2-VK gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 in dem mit Beispiel 2-7X gekennzeichneten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 2-VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 2-7X gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 2-7X war sogar im wesentlichen gleich der Elastizität des Kontrolle 2-Trocken Separators nach der Beladung mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Elektrolyten zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Die Kompressionskurve für diesen Separator ist in Fig. 3 in dem mit Kontrolle 2-7X gekennzeichneten Graph dargestellt.

BEISPIEL 3

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 260 g/m² auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel angesäuertes Wasser, hergestellt durch Zugabe von soviel H&sub2;SO&sub4; zu vollentsalztem Wasser, daß das angesäuerte Wasser einen pH-Wert zwischen 2,5 und 2,7 aufwies, zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und des Gewichts des angesäuerten Wassers zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies. In Fig. 4 ist eine mit Beispiel 3-VK gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Separator gezeigt. Um das Ausmaß der von Beispiel 3-VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung zu verdeutlichen, ist in Fig. 4 auch eine mit Kontrolle 3-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 3-VK entspricht, gezeigt. Der Beispiel 3-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 20% und 30% unter der Dicke des Kontrolle 3-Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Bei Nominaldrücken von 281,2 g/cm² und darunter liegt die Dicke des Glasfaserseparators nach Beispiel 3-VK zwischen etwa 23% und 30% unter der Dicke des Kontrolle 3-Trocken Separators. Wie der Separator in Beispiel 1 und 2 weist der Beispiel 3-VK Separator im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität auf, und seine Elastizität kann in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel zusätzliches Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 3-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator, angesäuertem Wasser und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA- Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 3-VK gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 in dem mit Beispiel 3-7X gekennzeicheten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 3- VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 3-7X gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 3-7X war sogar im wesentlichen gleich der Elastizität des Kontrolle 3- Trocken Separators nach der Beladung mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Elektrolyten zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Die Kompressionskurve für diesen Separator ist in Fig. 4 in dem mit Kontrolle 3-7X gekennzeichneten Graph dargestellt.

BEISPIEL 4

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 280 g/m auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel angesäuertes Wasser, hergestellt durch Zugabe von soviel H&sub2;SO&sub4; zu vollentsalztem Wasser, daß das angesäuerte Wasser einen pH-Wert zwischen 2,5 und 2,7 aufwies, zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und des Gewichts des angesäuerten Wassers zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies. In Fig. 5 ist eine mit Beispiel 4-VK gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Separator gezeigt. Um das Ausmaß der von Beispiel 4-VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung zu verdeutlichen, ist in Fig. 5 eine mit Kontrolle 4-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 4-VK entspricht, gezeigt. Der Beispiel 4-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 32% und 43% unter der Dicke des Kontrolle 4- Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Wie die Separatoren in Beispiel 1, 2 und 3 weist der Beispiel 4-VK Separator im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität auf, und seine Elastizität kann in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel zusätzliches Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 3-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator, angesäuertem Wasser und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA- Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 4-VK gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 in dem mit Beispiel 4-7X gekennzeicheten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 4- VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 4-7X gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 4-7X war sogar im wesentlichen gleich der Elastizität des Kontrolle 4- Trocken Separators nach der Beladung mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Elektrolyten zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Die Kompressionskurve für diesen Separator ist in Fig. 5 in dem mit Kontrolle 4-7X gekennzeichneten Graph dargestellt.

BEISPIEL 5

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 300 g/m² auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel angesäuertes Wasser, hergestellt durch Zugabe von soviel H&sub2;SO&sub4; zu vollentsalztem Wasser, daß die Säure einen pH-Wert zwischen 2,5 und 2,7 aufwies, zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und des Gewichts des angesäuerten Wassers zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies. In Fig. 6 ist eine mit Beispiel 5-VK gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Glasfaserseparator gezeigt. Um das Ausmaß der von Beispiel 5-VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung zu verdeutlichen, ist in Fig. 6 auch eine mit Kontrolle 5-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 5-VK entspricht, gezeigt. Der Beispiel 5-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 38% und 42% unter der Dicke des Kontrolle 5- Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Wie die Separatoren in Beispielen 1-4 weist der Beispiel 5-VK Separator im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität auf, und seine Elastizität kann in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel zusätzliches Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 5-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator, angesäuertem Wasser und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA- Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 5-VK gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 in dem mit Beispiel 5-7X gekennzeicheten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 5- VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 5-7X gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 5-7X war sogar im wesentlichen gleich der Elastizität des Kontrolle 5- Trocken Separators nach der Beladung mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und des Elektrolyten zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Die Kompressionskurve für diesen Separator ist in Fig. 6 in dem mit Kontrolle 5-7X gekennzeichneten Graph dargestellt.

BEISPIEL FÜR EINE METHODE ZUR HERSTELLUNG EINER VRLA- BATTERIEZELLE

In Fig. 7 ist in allgemeiner Form bei 10 ein Apparat zur Herstellung einer VRLA-Batteriezelle dargestellt, der einen von einer Rolle 14 zugeführten Glasfaserseparator 12, eine Vorrichtung 16 zum Sprühen einer Flüssigkeit mit einer Düse 18, obere und untere Kompressionsrollen 20 und 22 und eine Schneidevorrichtung 24 umfaßt.
Gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung wird der Glasfaserseparator 12 von der Vorratsrolle 14 abgewickelt, wobei er sich in Fig. 7 von rechts nach links bewegt, so daß er unter der Sprühdüse 18 hindurchgeführt wird, aus der eine kontrollierte Menge einer elastizitätsunterdrückenden Flüssigkeit auf den Glasfaserseparator 12 aufgesprüht oder in einer anderen Weise aufgetragen wird, während er unter der Düse hindurchgeführt wird. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der elastizitätsunterdrückenden Flüssigkeit um angesäuertes Wasser, genauer vollentsalztes Wasser, dem soviel Schwefelsäure zugegeben wurde, daß der pH-Wert ungefähr 2,5 bis 2,7 beträgt. Andere Flüssigkeiten, von denen bekannt ist, daß sie zur Unterdrückung der Elastizität von Glasfaserseparatoren geeignet sind, sind Leitungswasser, vollentsalztes Wasser und Schwefelsäure mit einer spezifischen Dichte von 1,286. Es sollte hierbei bedacht werden, daß sich die Flüssigkeit gut als Vehikel zur Einführung von Additiven in eine Batterie eignet, wie z. B. Natriumsulfat zur Kontrolle von dendritischem Wachstum sowie anderen Chemikalien für den gleichen oder andere Zwecke. Die auf den Glasfaserseparator aufgesprühte bzw. aufgetragene Flüssigkeitsmenge ist vorzugsweise so bemessen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts des trockenen Separators und der elastizitätsunterdrückenden Flüssigkeit zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 2 : 1 und 4 : 1 liegt, besonders bevorzugt zwischen 2,5 : 1 und 3 : 1 und ganz besonders bevorzugt ungefähr 2,7 : 1.
Der die elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit enthaltende Glasfaserseparator 12 wird vorgeschoben, in Fig. 7 von rechts nach links, und zwischen den Kompressionsrollen 20 und 22 hindurchgeführt, die so eingestellt sind, daß sie den Glasfaserseparator soweit zusammendrücken, daß die Dicke eines erfindungsgemäßen Separators beim Verlassen der Kompressionsrollen unter einem gegebenen Nominaldruck im Vergleich zur Dicke des trockenen Glasfaserseparators 12 unter dem gleichen Nominaldruck um wenigstens 10 Prozent reduziert ist. Vorzugsweise ist die Dicke eines erfindungsgemäßen Separators um wenigstens zwanzig Prozent reduziert, und ganz besonders bevorzugt ist die Dicke um wenigstens dreißig Prozent reduziert. Es ist leicht einzusehen, daß man zur Herstellung eines Separators mit einer um mehr als dreißig Prozent reduzierten Dicke wegen der Elastizität des Glasfaserseparators 12 die Kompressionsrollen 20 und 22 so einstellen muß, daß, wenn sich der Separator 12 zwischen ihnen befindet, seine Dicke um mehr als dreißig Prozent reduziert wird, und daß die Dicke des Separators beim Verlassen der Kompressionsrollen auf einen Wert zunehmen wird, der etwas über der Dicke liegt, die er hatte, als er sich genau zwischen den Rollen 20 und 22 befand. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, einen zweiten Satz Kompressionsrollen (nicht gezeigt) zur schrittweisen Reduzierung der Dicke des Separators einzusetzen. Die maximale Dickereduktion variiert von Separator zu Separator und ist jeweils davon abhängig, was für einen Verdichtungsgrad ein gegebener Glasfaserseparator aushalten kann, ohne daß es zu einem Glasfaserbruch in dem Ausmaß kommt, daß die Integrität des Separators verloren geht.
Nach dem Verlassen der Kompressionsrollen 20 und 22 wird der Separator reduzierter Dicke in Separatorplatten 26 auf eine Länge geschnitten, die geeignet zur Verwendung in einer gegebenen Zelle ist. Die Separatorplatten werden mit alternierenden positiven Elektroden 28 und negativen Elektroden 30 zu einem Zellstapel 32 montiert. Die positiven Elektroden 28 und die negativen Elektroden 30 können entweder tankgeformt sein, d. h. das pastöse Material wird außerhalb des Batteriegehäuses in aktives Material umgewandelt, oder die Elektroden können in situ gebildet werden, nachdem man den Zellstapel in ein Batteriegehäuse 34 hineingeschoben hat. In beiden Fällen wird der Zellstapel montiert und in das Batteriegehäuse 34 hineingeschoben. Da die Separatorplatten 26 eine reduzierte Dicke aufweisen, braucht man zum Einführen des Zellstapels in das Gehäuse nur wenig oder überhaupt keinen Druck auf den Zellstapel auszuüben. Gemäß bekannten Vorgehensweisen kann man an der Außenseite des Zellstapels Plastikplatten anordnen, damit das Einführen des Zellstapels in das Batteriegehäuse 34 leichter vonstatten geht.
Aufgrund der reduzierten Dicke der Separatorplatten 26 im Zellstapel 32 sind die Komponenten im Zellstapel nur geringfügig verdichtet. Füllt man das Batteriegehäuse jedoch mit Elektrolyt, wird die Elastizität der einzelnen Separatorplatten 26 wiederhergestellt, was zu einem beträchtlichen Verdichtungsgrad im Zellstapel führt. Ist der Zellstapel 32 im Batteriegehäuse 34 mit Elektrolyt beladen, versuchen die Separatorplatten 26 zu expandieren; da jedoch das Batteriegehäuse 34 die Komponenten des Zellstapels an einer Expansion hindert, baut sich innerhalb des Zellstapels 32 Kompression auf.
In Fig. 8 ist allgemein bei 40 ein Apparat zur Herstellung eines Separators reduzierter Dicke gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Stoffauflauf 42 enthält eine Glasfaseraufschlämmung, die als dünnes Gewebe 44 auf ein Entwässerungssieb 46 aufgetragen wird. In dem Apparat sind Trockeneinrichtungen 47 vorgesehen, die Trockentrommeln, Wärmelampen, Trockenöfen oder andere Vorrichtungen zur Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts des Gewebes 44 umfassen können. In der herkömmlichen Papierherstellung würde man den Feuchtigkeitsgehalt des Gewebes 44 auf dem Entwässerungssieb 46 vorreduzieren und dann den Feuchtigkeitsgehalt des Gewebes 44 mittels der Trockeneinrichtungen 47 weiter auf praktisch null verringern. Im Gegensatz dazu, und gemäß der vorliegenden Erfindung, trocknet man das Glasfasergewebe nicht vollständig; beim Verlassen der Trockeneinrichtung 47 bleibt in dem Gewebe 44 eine beträchtliche Feuchtigkeit zurück, und dieser Feuchtigkeitsgehalt wird genau eingestellt. Die im Gewebe verbleibende Flüssigkeit ist vorzugsweise so bemessen, daß, für ein vorgegebenes Gewebestück, das Verhältnis des kombinierten Gewichts des Gewebes und der Feuchtigkeit zum Gewicht, das das Gewebe aufweisen würde, wenn es vollständig trocken wäre, zwischen 2 : 1 und 4 : 1 liegt. Besonders bevorzugt ist dieses Verhältnis zwischen 2,5 : 1 und 3 : 1, ganz besonders bevorzugt ungefähr 2,7 : 1.
Nach dem Verlassen des Entwässerungssiebs 46 wird das Gewebe 44 zwischen den oberen und unteren Kompressionsrollen 48 und 50 hindurchgeführt, die so eingestellt sind, daß sie das Gewebe soweit zusammendrücken, daß die Dicke des zusammengedrückten Gewebes unter einem gegebenen Nominaldruck im Vergleich zur Dicke, die das Gewebe unter dem gleichen Nominaldruck aufweisen würde, wenn es vollständig getrocknet wäre und der Einwirkung der Kompressionsrollen 48 und 50 nicht ausgesetzt worden wäre, um wenigstens zehn Prozent reduziert ist. Die Dicke eines erfindungsgemäßen Separators ist vorzugsweise um mindestens zehn Prozent reduziert, und ganz besonders bevorzugt um mindestens dreißig Prozent. Die maximale Dickereduktion variiert von Separator zu Separator und ist jeweils davon abhängig, was für einen Verdichtungsgrad ein gegebener Glasfaserseparator aushalten kann, ohne daß es zu einem Glasfaserbruch in dem Ausmaß kommt, daß die Integrität des Separators verloren geht. Nachdem das Glasfasergewebe verdichtet worden ist, kann man es zur Versendung an eine Batteriefabrik auf eine Rolle 52 aufwickeln.

BEISPIEL 6

Aus einer Glasfasermischung aus 35 Gew.-% Manville 206 Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 0,75 u, und 65 Gew.-% Manville 210X Glasfasern, mittlerer Faserdurchmesser 3,0 u, wurde ein Glasfaserseparator hergestellt. Der Separator wies eine Flächenmasse von 280 g/m und eine Faseroberfläche von 1,1 m/g auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde dem Separator soviel Schwefelsäure einer spezifischen Dichte von 1,286 zugegeben, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und Säure zum Gewicht des trockenen Separators 2,7 : 1 betrug. Der angefeuchtete Separator wurde erfindungsgemäß zwischen Kompressionsrollen hindurchgeführt, die so angeordnet waren, daß der angefeuchtete Separator beim Verlassen der Kompressionsrollen eine unterdrückte Elastizität aufwies. In Fig. 9 ist eine mit Beispiel 6-VK gekennzeichnete Kompressionskurve für diesen Separator gezeigt. Das Ausmaß der von Beispiel 6- VK gezeigten Elastizitätsunterdrückung ist in Fig. 10 dargestellt, wobei zusammen mit der Kompressionskurve für Beispiel 6-VK auch eine mit Kontrolle 6-Trocken gekennzeichnete Kompressionskurve für einen herkömmlichen trockenen Glasfaserseparator, der in Zusammensetzung und Flächenmasse dem Glasfaserseparator von Beispiel 3-VK entspricht, gezeigt ist. Der Beispiel 6-VK Separator weist eine Dicke auf, die, bei verschiedenen Drücken, zwischen etwa 20% und 34% unter der Dicke des Kontrolle 7-Trocken Separators bei den entsprechenden Drücken liegt. Unter Nominaldrücken von 281,2 g/cm und weniger weist der Beispiel 6-VK Glasfaserseparator eine Dicke auf, die zwischen etwa 20% und 34% unter der Dicke des Kontrolle 7-Trocken Separators liegt. Der Beispiel 6-VK Separator weist im Vergleich zu einem trockenen, aber anderweitig vergleichbaren Separator eine unterdrückte Elastizität auf, und seine Elastizität kann in kontrollierter Weise wiederhergestellt werden.
Nachdem die oben beschriebenen Tests durchgeführt worden waren, wurde soviel Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4;, mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, zur Probe des Separators nach Beispiel 6-VK geladen, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug. Dieses Verhältnis wurde gewählt, da es ungefähr der Menge des Gesamtelektrolyten in einer VRLA-Batterie entspricht, die im Glasfaserseparator enthalten sein würde. Danach wurden die Kompressionseigenschaften des mit Elektrolyt beladenem Separators nach Beispiel 6-VK gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 in dem mit Beispiel 6-7X gekennzeicheten Graphen gezeigt. Die Elastizität des Separators nach Beispiel 6-VK konnte zum größten Teil durch Beladen mit Elektrolyt wiederhergestellt werden, wie in dem Graph von Beispiel 6-7X gezeigt.
In Fig. 11 wird die Elastizität des Beispiel 6-7X Separators mit der Elastizität des Kontrolle 7-Trocken Separators, der mit einer solchen Menge Elektrolyt, genauer H&sub2;SO&sub4; mit einer spezifischen Dichte von 1,286 g, beladen worden war, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts von trockenem Separator und Elektrolyt zum Gewicht des trockenen Separators 7 : 1 betrug, verglichen. In Fig. 11 ist die Kompressionskurve für den mit Elektrolyt beladenen Kontrollseparator mit Kontrolle 7-7X bezeichnet.
In Fig. 12 sind die Kompressionskurve für den Kontrolle 7-Trocken Separator und die Kompressionskurve für den Kontrolle 7-7X Separator zusammen aufgetragen. Das Beladen des herkömmlichen Kontrolle 7-Trocken Separators mit Elektrolyt hat praktisch überhaupt keine Auswirkung auf die Verdichtungseigenschaften dieses Materials.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer ventilgesteuerten Blei/Säure-Batterie, welche aus einem Batteriegehäuse und wenigstens einer aus einem Glasfasernenthaltenden Separator bestehenden Zelle, wenigstens einer positiven Elektrode, wenigstens einer negativen Elektrode und einer in den Elektroden und im Separator enthaltenen Elektrolytmenge besteht, wobei ein erster Teil der Elektrolytmenge im Separator absorbiert ist und dort gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen im wesentlichen bindemittelfreien Glasfaser-separator herstellt, der eine erste Dicke im trockenen Zustand aufweist und eine gewisse Menge Leitungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit enthält, wobei diese Menge wesentlich geringer als der erste Teil der Elektrolytmenge und die Flüssigkeit im wesentlichen frei von Bindemittel für den Glasfaserseparator ist,

den Separator dermaßen zusammenpreßt, daß, wenn die Pressung aufgehoben wird, der Separator eine zweite Dicke aufweist, die wesentlich geringer ist als die erste Dicke,

den die besagte Flüssigkeitsmenge enthaltenden Separator mit der reduzierten Dicke so zwischen der positiven und der negativen Elektrode positioniert, daß eine Zelle gebildet wird,

die Zelle in das Batteriegehäuse gleiten läßt, wobei die Zellkomponenten einem gewissen Druck ausgesetzt werden, und

der Zelle Elektrolyt zusetzt, wodurch sich der Druck zwischen den Komponenten der Zelle erhöht, da die Elastizität des Separators während der Absorption von Elektrolyt wiederhergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis des kombinierten Gewichts der Flüssigkeitsmenge und des Separators zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 2 : 1 und 4 : 1 beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung eines behandelten Glasfaserseparators mit unterdrückter, wieder-herstellbarer Elastizität, wobei der behandelte Glasfaserseparator eine im Vergleich mit dem unbehandelten Glasfaserseparator reduzierte Dicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man

ein im wesentlichen bindemittelfreies Glasfasergewebe aus einer im wesentlichen bindemittelfreien Aufschlämmung aus Glasfasern und einer gewissen Menge Lei tungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit herstellt,

Flüssigkeit aus dem Gewebe entfernt, bis die im Gewebe verbliebene Flüssigkeitsmenge so ist, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts der Flüssigkeit und des Separators zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 2 : 1 und 4 : 1 beträgt,

das die besagte Flüssigkeitsmenge enthaltende Gewebe zusammendrückt und die Pressung aufhebt und so einen Glasfaserseparator mit einer ersten Dicke erhält, wobei die erste Dicke des zusammengedrückten Gewebes wesentlich geringer ist, als es die Dicke des getrockneten, nicht zusammengedrückten Gewebes wäre, und wobei die Flüssigkeitsmenge ausreicht, um die Dicke des Gewebes auf der ersten Dicke zu halten.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dicke wenigstens zwanzig Prozent unter der ersten Dicke liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des kombinierten Gewichts der Flüssigkeitsmenge und des Separators zum Gewicht des trockenen Separators zwischen 2,5 : 1 und 3 : 1 beträgt.

6. Eine Platte, die als Separator in einer ventilgesteuerten Blei/Säure- Batterie eingesetzt werden kann, wobei eine gewisse Menge Elektrolyt im Separator absorbiert ist, und wobei die Platte aus Glasfasern, die zu einem elastischen Gewebe verarbeitet worden sind, das im wesentlichen bindemittelfrei ist und im trockenen Zustand eine erste Dicke aufweist, und einer gewissen im Gewebe enthaltenen Menge Leitungswasser bzw. vollentsalztes Wasser, Schwefelsäure oder Mischungen davon als elastizitätsunterdrückende Flüssigkeit besteht, wobei diese Menge wesentlich geringer ist als die Elektrolytmenge und die Flüssigkeit im wesentlichen frei von Bindemittel für die Fasern des Gewebes ist, wobei das Gewebe mit der wesentlich geringeren Menge der Flüssigkeit genäßt und dann zusammengedrückt wurde, und wobei die im Gewebe enthaltene Flüssigkeitsmenge so bemessen ist, daß sie nach Aufhebung der Pressung ausreicht, um die Elastizität des Gewebes zu unterdrücken, so daß das Gewebe auf einer zweiten Dicke gehalten wird, die wenigstens zehn Prozent unter der ersten Dicke liegt, wobei jedoch die Elastizität des Separators durch Zugabe von Elektrolyt wiederhergestellt wird.