DE968726C - Verfahren zur Herstellung von Separatoren fuer Akkumulatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Separatoren fuer AkkumulatorenInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 27. MÄRZ 1958
F 6412IV aj2 ib
Es ist im Akkumulatorenbau bekannt, Diaphragmen oder Separatoren zwischen Elektrodeiiplatten
verschiedener Polarität einzubauen, um eine Berührung derselben zu vermeiden. Dadurch darf allerdings
die Diffusion des Elektrolyten nicht durch einen allzu großen Widerstand gehemmt werden.
Um den erwähnten Anforderungen gerecht zu werden, sollen die Diaphragmen bzw. die Separatoren
bestimmte Eigenschaften besitzen, von denen die wesentlichsten folgende sind:
Hinreichende mechanische Festigkeit (Druck-, Biege- und Zugfestigkeit). Gute Formbeständigkeit,
auch bei Kontakt mit dem Elektrolyten. Gute Durchlässigkeit für den Elektrolyten. Widerstandsfähigkeit
gegen Säuren und Alkalien, die bei Akkumulatoren als Elektrolyten Verwendung finden.
In der Praxis werden bei Akkumulatoren zwei Arten von Separatoren verwendet:
i. Einerseits werden dünne, poröse Folien oder Diaphragmen aus Holz verwendet, die zusammen
mit gelochten Separatoren aus verschiedenem Material (Hartgummi, Polyvinylchlorid, Polyaethylen,
Polystyrol usw.) mit mehr oder weniger gerippter oder gewellter Oberfläche verwendet werden.
2. Andererseits wird nur ein einziger Separator verwendet, der entsprechend geformt ist un'd eine
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feinporige Struktur aufweist, so daß er gleichzeitig als poröse Zwischenlage als auch als Abstandshalter
fungiert.
Diese Separatoren werden im allgemeinen durch Pressen oder Spritzen aus Hartgummi, Polyvinyl-
oder Polystyrolharzen usw. hergestellt. Hinsichtlich der Entstehung der Porosität dieser Art von
Separatoren unterscheidet man wieder zwei Gruppen:
ίο a) Separatoren, welche aus einem Träger aus
chemisch nicht reagierendem Material, z. B. aus Glasfasern in Form von Glaswolle oder Gewebe, bestehen,
das mit einem Gemisch aus Harzen und chemisch nicht reagierenden Substanzen imprägniert
ist. Diese chemisch nicht reagierenden oder inerten Substanzen, wie z. B. Kieselgur od. dgl.,
sind Füllstoffe, die eine Vielzahl von mikroskopisch kleinen Poren und Kanälchen aufweisen und dadurch
die Masse porös gestalten.
b) Separatoren, die ebenfalls aus einem faserigen Träger bestehen, auf welchen ein Gemisch aufgetragen
wird, das einerseits aus Harzen als Bindemittel und andererseits aus Füllstoffen besteht, die jedoch
Substanzen sind, die, wie z. B. Stärke, Holzmehl, Zellulosepulver usw., durch die Batteriesäure zerstört
werden. Diese Separatoren werden demnach erst infolge der Zerstörung der Füllstoffe durch die
Schwefelsäure des Akkumulators porös, wobei sich ebenfalls Mikroporen oder -kanälchen bilden.
Bei beiden bekannten Ausführungsformen sind demnach während des Betriebes Poren vorhanden,
welche die Durchlässigkeit der Platten für die Elektrolytflüssigkeit
bewirken, andererseits aber häufig, besonders bei längerem Betrieb, zu Störungen und
Unzukömmlichkeiten Anlaß geben. Die Poren werden nämlich mit der Zeit in zunehmendem Maße
durch den infolge der Absonderung aktiver Materie von den Akkumulatorplatten entstehenden
Schlamm verstopft, wodurch der innere Widerstand des Akkumulators ständig zunimmt und seine Leistung
sinkt.
Als weitere Mangel dieser Art der bisher bekannten Separatoren sei erwähnt, daß sie meist leicht
zerbrechlich sind, eine unzureichende Porosität aufweisen, ungenügende Wärmebeständigkeit, geringe
Lebensdauer und einen hohen inneren (elektrischen) Widerstand besitzen und schließlich hohe
Gestehungskosten verursachen.
Nach dem erfindungsgemäß en Verfahren werden dagegen Materialien verwendet, welche die Herstellung
von Separatoren gestatten, die gleichzeitig als Diaphragma und als Distanzhalter dienen, d. h. der
zweiten Art entsprechen, ohne jedoch deren Unzulänglichkeiten aufzuweisen. Die Separatoren nach
der Erfindung zeichnen sich außer durch niedrige Gestehungskosten und einfache industrielle Herstellung
auch durch gute mechanische Festigkeit, gleichbleibende Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und
Ionen, hohe Wärmebeständigkeit und praktisch unbegrenzter Lebensdauer aus.
Man hat zwar schon vorgeschlagen, Separatoren in der Weise herzustellen, daß man eine Mischung
von Kolloidsubstanzen und Bindemittel auf einem Träger aus faserigem Material aufgebracht hat. Die
Weiterverarbeitung erfolgte dabei aber so, daß ein mehr oder weniger starkes Schrumpfen der Kolloidteilchen
erfolgte.
Die erfindungsgemäße Arbeitsweise vermeidet jedoch die unerwünschte Schrumpfung und die damit
verbundenen Nachteile.
Gemäß der Erfindung wird die Herstellung von Separatoren für Akkumulatoren, wobei eine Mischung aus einer Kolloidsubstanz und einem Bindemittel
auf einem Träger aus faserigem Material aufgebracht wird, in der Weise durchgeführt, daß die
im Wasser gequollenen feinen Teilchen einer Kolloidsubstanz in einem derartigen Verhältnis mit
einer Lösung oder Dispersion eines Bindemittels aus Kunststoffen gemischt werden, daß im fertigen
Separator die gequollenen Teilchen von dem Bindemittel zwar zusammengehalten werden, aber noch in
Berührung miteinander stehen, und daß dieses Gemisch auf einen Träger aus faserigem inertem Material
aufgebracht, getrocknet und die Bindung unter Druck und Wärme vorgenommen wird, ohne daß
ein Schrumpfen der Kolloidteilchen auftritt.
Da demgemäß keine Mikroporen in dem erfindungsgemäßen Separator vorhanden sind, ist auch
eine Verstopfung ausgeschlossen, so daß ein einwandfreier Betrieb des Akkumulators sichergestellt
ist, dessen innerer Widerstand während des Betriebes durch praktisch unbegrenzte Zeit hindurch unverändert
bleibt.
Der Träger kann von einem Krempelflor oder einem Gewebe gebildet sein, die aus Fasern, z. B.
Glaswolle, Asbest, Polyamid- oder Polyvinylharzen, Harzen aus Vinylidenchlorid, Methylpolyvinyl-,
Polyacrylnitril-, Polyäthylenharzen usw. bestehen, welche gegen die bei Akkumulatoren verwendeten
Säure- oder Alkalilösungen widerstandsfähig sind.
Es ist weiter wesentlich, daß das Trägermaterial genügend weitmaschig ist, so daß es von dem obengenannten
Gemisch vollkommen durchdrungen und umgeben werden kann und im Innern keine freien
Hohlräume oder Lufteinschlüsse verbleiben.
Das plastische Bindemittel, mit welchem der aus P'asern gebildete Träger imprägniert wird, kann ein
thermoplastisches oder warm härtbares Harz, z. B. Phenolharz od. dgl., sein. Auf alle Fälle muß es
gegen die für Akkumulatoren verwendeten Elektrolyten bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen
widerstandsfähig sein.
Die Kolloidsubstanzen, welche dem Bindemittel zugemischt werden, besitzen ein hohes Absorptionsvermögen
für Flüssigkeiten. Dadurch bleiben die Harzmischungen für die Elektrolyten in stärkerem
oder schwächerem Maße durchlässig, je nachdem, welche Menge und Qualität dieser Kolloidsubstanzen
den Harzen zugemengt wurden.
Diese absorbierenden Kolloidsubstanzen sind anorganischen Ursprungs, werden von den in den
Akkumulatoren befindlichen Elektrolyten (Lösungen von H2SO4 bis zu 35 ° Be bzw. KOH oder
NaOH bis 20%) chemisch nicht angegriffen und sind mit dem auf den Faserträger aufgetragenen
plastischen Bindemittel innig vermischt, wobei das
Mischungsverhältnis zwischen Bindemittel und Kolloidsubstanz derart gewählt sein muß, daß wohl
eine ausreichende Kompaktheit erreicht wird, jedoch die kolloidalen Eigenschaften, d. h. die Quellfähigkeit
und Möglichkeit der Bildung eines Gels, der zugemischten Kolloidsubstanzen im wesentlichen
unverändert bleiben.
Man verwendet diese Kolloidsubstanzen in Form eines sehr feinen Pulvers, das durch ein Sieb mit
ίο 900 Maschen/cm2 oder noch feiner hindurchgeht. In
Frage kommen Bentonit, Silikagel oder ähnliche Substanzen, gegebenenfalls unter Zugabe eines
inerten Füllstoffes.
Der aus dem Faserträger und dem Gemisch aus den absorbierenden Kolloidsubstanzen und dem
plastischen Bindemittel gebildete Körper besitzt das charakteristische Merkmal, daß er unter Druck in
heißem oder in kaltem Zustand derart verformbar ist, daß die üblichen Rippen, Wellen oder Vor-
ao Sprünge vorgesehen werden können, welche nötig sind, damit das Diaphragma gleichzeitig auch als
Distanzplatte dienen kann.
Beispiele an Herstellungsverfahren von Separatoren gemäß der Erfindung:
i. Allerfeinste Glaswolle wird durch Kämmen in einen 0,5 mm dicken Flor mit einem Gewicht von
110 g/m2 umgewandelt (Träger). Eine 50 °/oige alkoholische
Lösung von Phenolformaldehydresol wird zubereitet; gesondert werden 500g weißen Ponza-Bentonits
in Pulverform durch ein Sieb mit 12000 Maschen/cm2 gesiebt, in 500 g Wasser aufgeschwemmt
und 10 Stunden stehengelassen.
ιoog der obigen alkoholischen Resollösung werden
als Bindemittel der Bentonit-Paste in einem üblichen Trommelmischer zugemischt. Die erhaltene
Mischung wird gleichmäßig von beiden Seiten auf 5 m2 des obenerwähnten Flors mittels einer üblichen
Vorrichtung gleichmäßig aufgetragen, wodurch der Flor auch vollkommen von dem Gemisch durchdrangen
wird.
Das so erhaltene Blatt wird durch fünf Stunden bei einer Temperatur von 500 C getrocknet und danach
in Stücke von entsprechender Form und Größe geschnitten. Diese Stücke werden sodann in entsprechenden
Formen bei einem Druck von 50 g/cm2 bei i8o° C 2 Minuten lang zu gewellten dünnen Platten
gepreßt. Man erhält solcherart Separatoren mit den schon früher erwähnten Eigenschaften.
2. Eine Mischung, bestehend aus gleichen Teilen einer stabilisierten so°/oigen Polyvinylchloridemulsion
als Bindemittel und einer Paste aus 80 Gewichtsteilen Bentonit (Kolloidsubstanz), 20 Gewichtsteilen
Kaolin (inerten Füllstoff) und 100 Gewichtsteilen Wasser wird zubereitet, wobei das Bentonit
und das Kaolin in Pulverform duixh ein Sieb mit 15000 Maschen/cm2 erhalten werden.
Die so hergestellte Mischung wird gleichmäßig auf beide Seiten eines Gewebes aus Polyvinylchlorid
als Träger mit einem spezifischen Gewicht von g/m2 im Verhältnis von 400 g Mischung je
Quadratmeter Gewebe aufgetragen.
Das so behandelte Gewebe wird bei Zimmertemperatur trocknen gelassen und anschließend bei
120° C zu entsprechenden Stücken geformt. Die so erhaltenen Separatoren besitzen die obenerwähnten
Eigenschaften.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Separatoren für Akkumulatoren durch Aufbringen einer aus
Kolloidsubstanzen und Bindemittel bestehenden Mischung auf einen Träger aus faserigem Material,
dadurch gekennzeichnet, daß in Wasser gequollene feine Teilchen einer Kolloidsubstanz
in einem derartigen Verhältnis mit einer Lösung oder Dispersion eines Bindemittels aus Kunststoffen
gemischt werden, daß im fertigen Separator die gequollenen Teilchen von dem Bindemittel
zwar zusammengehalten werden, aber noch in Berührung miteinander stehen, und daß dieses
Gemisch auf einen Träger aus faserigem inertem Material aufgebracht, getrocknet und die Bindung
unter Druck und Wärme vorgenommen wird, ohne daß ein Schrumpfen der Kolloidteilchen
auftritt.
2. Verfahren zur Herstellung von Separatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Bentonit oder Silikagel durch ein Sieb mit mindestens 900 Maschen/cm2 gesiebt und in Wasser
aufgeschwemmt wird, die entstehende Paste mit einer Lösung oder Dispersion eines Kunstharzes,
z. B. eines warm härtbaren oder eines thermoplastischen Harzes, als Bindemittel in einem
derartigen Verhältnis innig vermischt wird, daß ein ausreichender Zusammenhang erreicht wird
und die kolloidalen Eigenschaften des Bentonits oder Silikagels im wesentlichen unverändert bleiben,
dieses Gemisch durch beiderseitiges Auftragen oder durch Eintauchen einem inerten
Träger, bestehend aus einem genügend weitmaschigen Krempelflor aus Glaswolle oder
einem anderen faserigen Gewebe, wie Fasern aus Asbest, Polyamidharzen od. dgl., einverleibt
wird, das so entstandene Blatt bei entsprechender Temperatur getrocknet, geschnitten und die
einzelnen Stücke unter Druck und Wärme gepreßt werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Separatoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die getrockneten Stücke unter Druck in rippen- oder wellenartige bzw. mit Vorsprüngen versehene
Form gepreßt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 624513;
britische Patentschriften Nr. 537377, 412625;
belgische Patentschrift Nr. 440102;
USA.-Patentschriften Nr. 2155016, 2274231.
Deutsche Patentschrift Nr. 624513;
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