EP4702602A1 - Hybrides scrim- bzw. pastierpapier-material für eine plattenförmige batterieelektrode einer blei-säure-batterie, plattenförmige batterieelektrode mit einem solchen scrim-/pastierpapier-material sowie blei-säure-batterie mit einer solchen batterieelektrode - Google Patents

Hybrides scrim- bzw. pastierpapier-material für eine plattenförmige batterieelektrode einer blei-säure-batterie, plattenförmige batterieelektrode mit einem solchen scrim-/pastierpapier-material sowie blei-säure-batterie mit einer solchen batterieelektrode

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EP4702602A1
EP4702602A1 EP24786739.3A EP24786739A EP4702602A1 EP 4702602 A1 EP4702602 A1 EP 4702602A1 EP 24786739 A EP24786739 A EP 24786739A EP 4702602 A1 EP4702602 A1 EP 4702602A1
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EP
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scrim
hybrid
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paste paper
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Clarios Germany GmbH and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material für eine plattenförmige Batterieelektrode (2, 3) einer Blei-Säure-Batterie, insbesondere für eine positive plattenförmige Batterieelektrode (2) einer Blei-Säure-Batterie (1), wobei das Scrim-/Pastierpapier-Material als Vlies- oder Gewebematte ausgeführt ist und folgendes aufweist: - Fasern aus einem ersten Material, welches chemisch unbeständig ist, so dass sich die Fasern aus dem ersten Material bei Kontaktierung mit einem Elektrolyten der Blei-Säure-Batterie (1), insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie (1), zumindest im Wesentlichen auflösen; - Fasern aus einem zweiten Material, welches chemisch zumindest soweit beständig ist, dass sich die Fasern aus dem zweiten Material bei Kontaktierung mit dem Elektrolyten der Blei-Säure-Batterie (1), insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie (1), nicht oder im Wesentlichen nicht auflösen; und - optional ein Bindemittel für die Fasern aus dem zweiten Material.

Description

HYBRIDES SCRIM- BZW. PASTIERPAPIER-MATERIAL FÜR EINE PLATTENFÖRMIGE BATTERIEELEKTRODE EINER BLEI-SÄURE-BATTERIE, PLATTENFÖRMIGE BATTERIEELEKTRODE MIT EINEM SOLCHEN SCRIM-/PASTIERPAPIER-MATERIAL SOWIE BLEI -SÄURE-BATTERIE MIT EINER SOLCHEN BATTERIEELEKTRODE
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Blei-Säure-Batterien und im Einzelnen ein hybrides Pastierpapier-Material für eine plattenförmige Batterieelektrode einer Blei-Säure-Batterie.
Nach dem Stand der Technik werden die positiven Batterieplatten bei der Herstellung von Bleiakkumulatoren nach der Pastierung der Gitter mit einer positiven aktiven Masse in sogenannte Reifungs- und Trocknungskammern in Chargen oder kontinuierlich gereift und getrocknet. Aus den Hauptinhaltsstoffen in Form von Bleioxid, Wasser sowie Bleisulfat werden durch die Reifung 3-basische (3PbOP- bSO4) und/oder 4-basische (4PbOPbSO4) Bleisulfate gebildet. Die Platten werden überwiegend in Stapeln auf Paletten ohne Auflockerung gelegt. Selten werden sie auf Paletten ohne Auflockerung gestellt oder im speziellen Fall von Doppelgittern mit außenliegenden Fahnen locker in Gestelle gehängt.
Um die Ablösung der aktiven Masse von dem Gitter zu verhindern, und um ferner eine einfache Handhabung der Platten nach der Pastierung insbesondere in dem Reifungs- und Trocknungsprozess sowie bei der Assemblierung der Batteriezelle zu gewährleisten, sowie um ein Aneinanderkleben der Platten weitestgehend zu verhindern, ist es bekannt, ein Pastierpapier nach der Pastierung der Gitter auf die aktive Masse aufzubringen. Zusätzlich hat das Pastierpapier- bzw. Scrim-Mate- rial die Funktion, die Bleistaubemissionen während der Weiterverarbeitung, insbesondere der Assemblierung, zu minimieren. Andererseits hängt die Lebensdauer einer Blei-Säure-Batterie im zyklischen Gebrauch im allgemeinen in erster Linie von der Lebensdauer der positiven Batterieplatten ab. Um somit die Lebensdauer einer Blei-Säure-Batterie zu erhöhen, kommt es darauf an, die Lebensdauer der positiven Batterieplatten zu erhöhen.
Dies betrifft insbesondere die Masseabschlammung der positiven Elektrodenplatte. In Folge der Volumenausdehnung bei der Reaktion von PbC zu PbSC während eines Lade-/Entlade-Zyklus löst sich das positive Aktivmaterial besonders bei Langzeitbelastungen von der positiven Elektrodenplatte und verliert so den elektrischen Kontakt zum Stromableiter. Es steht damit nicht mehr zu Gewinnung elektrischer Energie zur Verfügung, so dass zunächst die Kapazität der Elektrode absinkt und diese schließlich komplett ausfällt. Das abgelöste Aktivmaterial kann zudem zu Mikrokurzschlüssen an der negativen Elektrode führen.
Um somit die Lebensdauer einer Blei-Säure-Batterie bei zyklischer Nutzung zu verbessern, ist es notwendig, strukturelle Veränderungen des positiven Aktivmaterials aufgrund von Ladung und Entladung, und insbesondere die Volumenausdehnung des positiven Aktivmaterials bei der Reaktion von PbC zu PbSÜ4 zu verhindern.
Zur Verhinderung der Ausdehnung des positiven Aktivmaterials ist es bekannt, auf die positive Elektrodenplatte nach deren Pastierung ein Vlies- oder Gewebematerial aufzubringen. Im Einzelnen wird das Pastierpapier-/Scrim-Material in die Oberfläche der aktiven Masse durch Andrückwalzen gedrückt. Die Andrückwalzen können zusätzlich eine Oberflächenstruktur erzeugen, z.B. in Form einer Riffel o- der Waffel Struktur auf der Plattenoberfläche. In dem Prozessschritt, wo das Pas- tierpapier-/Scrim-Material aufgebracht wird, handelt es sich um ein kontinuierliches Bleiband, welches erst danach in einzelne Bleiplatten gestanzt / geteilt wird.
Das Vlies- oder Gewebematerial ist säurebeständig und löst sich insbesondere während eines Reifungsprozesses der Blei-Säure-Batterie, insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie, aber auch im weiteren Einsatz der Blei-Säure- Batterie, nicht auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um Vlies- oder Gewebematten, die Glasfasern aufweisen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zum Verbessern der Lebensdauer der positiven Batterieelektrode einer Blei-Säure-Batterie weisen jedoch Nachteile auf. Insbesondere wird durch die Verwendung von Vlies- oder Gewebematten die Dicke und das Gewicht der Baugruppe erhöht. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt, dass trotz des Vorsehens einer solchen Vlies- oder Gewebematte aus Glasfaser das positive Aktivmaterial der Batterieelektrode während der gesamten Lebensdauer erhalten bleibt.
Im Einzelnen verliert die Oberfläche der positiven Elektrode über die Batterielebensdauer bei zyklischer Belastung ihre (metallische) Festigkeit bzw. ihren Zusammenhalt. Die zunehmend weichere Masse ist von dem Scrim-Material, welches sich nicht durch das Elektrolyt auflöst oder oxidiert, im Gitter gehalten.
Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, wie auch bei Langzeitbelastungen einer Blei-Säure-Batte- rie Masseabschlammungen der positiven Elektroden wirkungsvoll verhindert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hybrides Scrim- bzw. Pastierpapier-Material gelöst, wie es im unabhängigen Patentanspruch 1 angegeben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen hybriden Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 20 angegeben.
Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere ein hybrides Scrim- bzw. Pastierpapier-Material für eine plattenförmige Batterieelektrode einer Blei-Säure-Batte- rie, insbesondere für eine positive plattenförmige Batterieelektrode einer Blei- Säure-Batterie, wobei das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material als Vlies- oder Gewebematte ausgeführt ist und Fasern aus einem ersten Material aufweist, welches chemisch unbeständig ist, so dass sich die Fasern aus dem ersten Material durch Kontakt mit dem Elektrolyt der Blei-Säure-Batterie, insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie, zumindest im Wesentlichen auflösen.
Das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material weist zusätzlich zu den Fasern aus dem ersten, chemisch unbeständigen Material, Fasern aus einem zweiten Material auf, welches chemisch zumindest soweit beständig ist, dass sich die Fasern aus dem zweiten Material durch Kontakt mit dem Elektrolyt der Blei-Säure- Batterie, insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie, und vorzugsweise beim Gebrauch der Blei-Säure-Batterie nicht oder im Wesentlichen nicht auflösen. Zusätzlich kommt optional ein Bindemittel insbesondere für die Fasern aus dem zweiten Material zum Einsatz.
Durch diese Zusammensetzung des Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials kommt der aus dem Scrim- bzw. Pastierpapier-Material gebildeten Vlies- oder Gewebematte eine Doppelfunktion zu: aufgrund der Fasern aus dem ersten Material dient das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material zum einen als „klassisches" Pastierpapier, welches bei der Herstellung von Blei-Säure-Batterie es während des Reifungsund Trocknungsprozesses der Batterieplatten ermöglicht, dass die gastierten Batteriegitter gestapelt werden und nach der Reifung nicht bzw. nicht signifikant aneinander haften können.
Die Fasern aus dem ersten Material lösen sich jedoch - sobald sie mit dem Elektrolyten aus in der Regel etwa 38 %-iger Schwefelsäure in Kontakt kommen - allmählich auf, insbesondere durch Oxidation beschleunigt.
Dass dennoch verhindert wird, dass in Folge der Volumenausdehnung bei der Reaktion von PbOz zu PbSO4 Sich das positive Aktivmaterial besonders bei Langzeitbelastungen von der (positiven) Elektrodenplatte ablösen kann, liegt an den Fasern aus dem zweiten Material, welches chemisch gegen Elektrolyt und Oxidation beständig ist.
Das erfindungsgemäße und vorzugsweise in Gestalt einer Vlies- oder Gewebematte ausgeführte hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material fungiert somit als Stützstruktur und verleiht der Plattenstruktur der einzelnen Batterieelektroden als Stützstruktur zusätzliche mechanische Festigkeit.
Die Fasern aus dem zweiten Material stellen eine gleichförmige Kompression der positiven Batterieelektroden und insbesondere des positiven Aktivmaterials sicher. Das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material verhindert die Freisetzung von Aktivmaterial und dient gleichzeitig während der Batterieherstellung als Träger für die nasse Bleioxid-Paste, die nach der Pastierung der Gitter in dem Reifungs- und Trocknungsprozess gereift und getrocknet wird. Durch das Vorsehen der Fasern aus dem zweiten, chemisch beständigen Material ist sichergestellt, dass sich die Vlies- oder Gewebematte, welche aus dem hybriden Scrim- bzw. Pastierpapier-Material gebildet ist, mit Elektrolyt vollsaugen kann, während es nicht oder nicht signifikant von dem Elektrolyten chemisch angegriffen wird. Somit sorgt das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material dafür, dass das positive Aktivmaterial während der gesamten Lebensdauer erhalten bleibt. Es haftet an dem positiven Aktivmaterial der positiven Elektrodenplatten an bzw. ist in die Oberflächenstruktur eingebettet, ohne dabei an anderen Substraten der Batteriekonstruktion festzukleben. Dies ist ausschlaggebend für eine sichere und effektive Leistung von Langzeitbatterien und von Batterien, die zyklisch belastet werden.
Gemäß bevorzugten Realisierungen des erfindungsgemäßen hybriden Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials ist vorgesehen, das die Fasern aus dem zweiten Material zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen o- der ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweisen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich hierbei insbesondere Fasern aus Po- lyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyolefine und/oder Polybutylenterephthalat (PBT/PTMT) eignen. Insbesondere sind Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET) bevorzugt. Ferner ist bevorzugt, dass alle Fasern aus dem zweiten Material aus einem entsprechenden thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet sind.
Hierbei eigenen sich insbesondere auch sogenannte Core-Shell-Fasern, also Fasern, die aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen gebildet sind. Insbesondere sind Core-Shell-Fasern besonders geeignet, die einen Kern aus PET- Material und eine Hülle aus PE-Material aufweisen. Selbstverständlich kommen aber auch andere Ausführungen für derartige Core-Shell-Fasern in Frage.
Obgleich es bevorzugt ist, dass alle aus dem zweiten Material gebildeten Fasern aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere aus PET, bestehen oder zumindest ausgebildet sind, ist es grundsätzlich auch denkbar, dass Fasern aus einem anderen chemisch beständigen Material vorgesehen sind, wie beispielsweise Glasfasern. Im Hinblick auf die Fasern aus dem ersten, chemisch unbeständigen Material bieten sich Fasern an, die zumindest teilweise aus Cellulose bestehen oder Cellulose aufweisen.
Als optionales Bindemittel bietet sich ein Bindemittel der Acrylgruppe an, insbesondere ein Bindemittel auf Grundlage einer Polyacrylsäure und/oder Polymetac- ryl säure.
Anstelle eines solchen Bindemittels ist es auch möglich, die Fasern aus dem zweiten Material zu vernetzen, insbesondere thermisch zu vernetzen.
Das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material weist viele Vorteile auf.
Zumindest dann, wenn sich die Fasern aus dem ersten Material aufgelöst haben, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Scrim- bzw. Pastierpapier-Material um ein relativ leichtes Material, welches dennoch dem Plattenstapel in Batteriebaugruppen eine hinreichende strukturelle Stabilität liefert. Das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material ist so homogen wie ein Papier, aber säurebeständig. Außerdem weist das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier- Material durch die auflösende Komponente einen reduzierten Innenwiderstand auf.
Das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material enthält insbesondere kaum oder keine Metalle, Schadstoffe oder chemische Verunreinigungen und ist somit reaktionsunfähig. Es entsteht während der Batterielebensdauer ebenfalls keine Zersetzung oder Kohlenstoffgasung.
Durch das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material werden die Batteriezyklen ohne eine Beeinträchtigung anderer Substrate in der Batteriebaugruppe optimiert, was insbesondere bei schneller Entladung hilfreich ist. Darüber hinaus lässt sich - aufgrund des erzielbaren geringen Innenwiderstands - ein Spannungsabfall bei hohen Strömen und insbesondere bei kalten Temperaturen (<0 °C) reduzieren.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich aufgrund der Auflösung der Fasern aus dem ersten Material in dem Scrim- bzw. Pastierpapier-Material Poren bilden, die sehr gut auf das positive Aktivmaterial der Elektrode reagieren, so dass eine langlebige Haftung zwischen den Materialen sichergestellt ist.
Gemäß bevorzugten Realisierungen des erfindungsgemäßen Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials ist vorgesehen, dass - bei einer thermischen Vernetzung der Fasern aus dem zweiten Material - das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material etwa 20 bis 70 Gew.-% Fasern des zweiten Materials aufweist. Wenn hingegen zur Vernetzung der Fasern aus dem zweiten Material ein Binder zum Einsatz kommt, beträgt der Anteil an Fasern aus dem zweiten Material bei etwa 20 bis 40 Gew.-% und vorzugsweise bei etwa 25 bis 35 Gew.-% und noch bevorzugter bei etwa 28 bis 32 Gew.-%.
Dabei umfasst das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material insbesondere etwa 40 bis 60 Gew.-% Fasern des ersten Materials und vorzugsweise etwa 45 bis 55 Gew.-% Fasern des ersten Materials und noch bevorzugter etwa 48 bis 52 Gew.-% Fasern des ersten Materials.
Wenn zur Vernetzung der Fasern aus dem zweiten Material ein Binder zum Einsatz kommt, sollte das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material vorzugsweise zu etwa 10 bis 30 Gew.-% Bindemittel und vorzugsweise zu etwa 15 bis 25 Gew.-% des Bindemittels und noch bevorzugter zu etwa 18 bis 22 Gew.-% des Bindemittels aufweisen.
Insbesondere mit dieser Zusammenstellung kann erreicht werden, dass das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist, so dass die Verwendung des Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials keine nennenswerte Auswirkung auf die Dicke (oder das Gewicht) der Batterieelektrode hat.
Insbesondere ist erzielbar, dass das hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 534 (Stand: Anmeldetag) ermittelte Dicke bei 100 kPa Druck von lediglich etwa 50 pm bis 150 pm und vorzugsweise von etwa 70 pm bis etwa 110 pm und noch bevorzugter von etwa 85 pm bis etwa 95 pm aufweist.
Gleichzeitig ist eine gemäß ISO 536 (Stand: Anmeldetag) ermittelte flächenbezogene Masse von lediglich 15 g/m2 bis etwa 30 g/m2 und vorzugsweise von etwa 18 g/m2 bis etwa 28 g/m2 und noch bevorzugter von etwa 20 g/m2 bis etwa 25 g/m2 erzielbar.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material eine optimierte Luftdurchlässigkeit gewährleistet. Insbesondere beträgt eine gemäß EN ISO 9237 (Stand: Anmeldetag) bei 2 mbar Druck ermittelte Luftdurchlässigkeit etwa 1.800 l/m2/s bis etwa 2.800 l/m2/s und vorzugsweise etwa 2.000 l/m2/s bis etwa 2.500 l/m2/s.
Im trockenen Zustand weist das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 1924-2 (Stand: Anmeldetag) ermittelte Zugfestigkeit bzw. breitenbezogene Bruchkraft von mindestens 0,8 N/mm auf. Damit kann die aktive Materie der Batterie während der gesamten Lebensdauer sichergestellt werden.
Im nassen Zustand, d.h. nach Eintauchen in Wasser, weist das hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 3781 (Stand: Anmeldetag) ermittelte Zugfestigkeit bzw. breitenbezogene Bruchkraft von mindestens 0,5 N/mm auf.
Vorzugsweise sind die Fasern des ersten Materials und die Fasern des zweiten Materials homogen über das als Vlies- oder Gewebematte ausgeführte hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material verteilt.
Um einerseits eine gewisse Elastizität der Fasern des zweiten Materials sicherzustellen, während gleichzeitig sichergestellt ist, dass die aktive Materialstruktur der Batterie, insbesondere das positive Aktivmaterial der Batterieelektrode, während der gesamten Lebensdauer erhalten bleibt, ist es bevorzugt, dass die Fasern des zweiten Materials einen mittleren Außendurchmesser von etwa 5 pm bis etwa 150 pm und vorzugsweise von etwa 10 pm bis etwa 100 pm aufweisen.
Für die Fasern aus dem ersten Material können insbesondere auch rohrförmige o- der hohle Fasern, insbesondere aus Cellulose oder Celluloseacetat, eingesetzt werden, vorzugsweise mit einem Außendurchmesser in einem Bereich zwischen etwa 50 pm bis etwa 150 pm und insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 60 pm bis etwa 100 pm. Mit dieser Maßnahme kann die Porenbildung in dem Scrim- bzw. Pastierpapier- Material nach dem Reifungs- und Trocknungsprozess verbessert werden, infolgedessen eine besonders effiziente Haftung des Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials an dem positiven Aktivmaterial garantiert ist.
Für die Fasern aus dem ersten Material und/oder für die Fasern aus dem zweiten Material bieten sich Fasern begrenzter Länge, insbesondere Kurzfasern, Endlosfasern (Filamente) und/oder Stapelfasern aus.
Das erfindungsgemäße Scrim- bzw. Pastierpapier-Material kann insbesondere gekräuselte Fasern vorzugsweise mit 2 bis 50 Kräuselbögen/cm, insbesondere mit 10 bis 20 Kräuselbögen/cm aufweisen. Je nach Kräuselung der Fasern des ersten Materials oder der Fasern des zweiten Materials ist in dem Vlies- oder Gewebeprodukt die Faserdichte entsprechend einstellbar.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich eine spezifische Oberfläche der Fasern einzustellen, und zwar in dem eine entsprechende Querschnittsform der Faser des ersten und/oder zweiten Materials gewählt wird.
Neben einem kreisförmigen Faserquerschnitt ist es insbesondere denkbar, dass die Fasern des ersten und/oder zweiten Materials eine kreisförmige, trilobale, hexagonale, polygonale, sternförmige, viereckige, X-, K-, C-, oder Y-förmige und/oder unregelmäßig geformte Querschnittsgeometrie aufweisen.
Gemäß ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scrim- bzw. Pastierpapier-Materials weisen die Fasern des zweiten Materials einen Durchmesser zwischen 500 nm und 500 pm und vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 100 nm bis 500 pm auf.
Insbesondere bieten sich hier mittlere Außendurchmesser von 500 nm bis etwa 150 pm und vorzugsweise von etwa 5 pm bis etwa 100 pm an. Insbesondere weisen dabei die Fasern des zweiten Materials eine insbesondere mittlere Feinheitsfestigkeit am glatten Faden von 5 bis 25 N/5 cm auf.
Insbesondere zur Herstellung von Vlies- oder Gewebematten, die als Scrim- bzw. Pastierpapier-Material für Batterieelektroden und insbesondere positive Batterieelektroden einer Blei-Säure-Batterie dienen, kann das Scrim- bzw. Pastierpapier- Material verfestigt sein, und zwar durch eine Umwandlung eines Faservlieses in einen Vliesstoff, bei dem ein Verbund zwischen den Fasern insbesondere aus dem zweiten Material verfestigt wird.
Der Verbund der Fasern ist vorzugsweise durch Reibschluss oder durch eine Kombination von Reib- und Formschluss mittels eines mechanischen Verfestigungsverfahrens hergestellt.
Denkbar hierbei ist es ferner, dass das Vliesprodukt verfestigt ist, und zwar durch eine Umwandlung eines Faservlieses in einen Vliesstoff, bei dem ein Verbund zwischen den Fasern insbesondere aus dem zweiten Material verfestigt wird, wobei der Verbund der Fasern mittels eines chemischen Verfestigungsverfahrens durch Stoffschluss mittels Zusatzstoffen, insbesondere mittels des Bindemittels, oder aufgrund thermischer Energie hergestellt ist.
Vorzugsweise wird das das Scrim- bzw. Pastierpapier-Material im Nassverfahren hergestellt, also als eine Flächenbahn, welche durch Entwässerung einer Fasersuspension auf einer Siebunterlage gebildet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine plattenförmige Batterieelektrode für eine Blei- Säure-Batterie, wobei die Batterieelektrode ein Batterieelektrodengitter aus einer Bleilegierung und eine zumindest teil- oder bereichsweise auf dem Batterieelektrodengitter aufgebrachte Bleioxid-Paste aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Batterieelektrode ferner eine Vlies- oder Gewebematte aus einem hybriden Scrim- bzw. Pastierpapier-Material der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Art.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Blei-Säure-Batterie mit einer Vielzahl von plattenförmigen Batterieelektroden der zuvor genannten Art.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
FIG. 1 schematisch und in einer isometrischen Explosionsdarstellung der allgemeine Aufbau einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blei-Säure-Batterie;
FIG. 2 schematisch und in einer teilgeschnittenen Draufsicht eine plattenförmige Batterieelektrode der exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blei-Säure-Batterie gemäß FIG. 1; wobei die plattenförmige Batterieelektrode ein Batterieelektrodengitter aus einer Bleilegierung und eine zumindest teil- oder bereichsweise auf dem Batterieelektrodengitter aufgebrachte Bleioxid-Paste aufweist; und
FIG. 3 schematisch und in einer Draufsicht das Batterieelektrodengitter der plattenförmigen Batterieelektrode gemäß FIG. 2.
Die in FIG. 1 schematisch und in einer isometrischen Explosionsansicht gezeigte Blei-Säure-Batterie 1 weist mehrere Zellelemente auf, die in separaten Fächern eines Gehäuses 9 der Batterie 1 mit Elektrolyt enthalten sind. Bei der Blei-Säure- Batterie 1 handelt es sich insbesondere um eine Nassbatterie.
Die einzelnen plattenförmigen Batterieelektroden 2, 3 umfassen elektrisch leitende Elektrodengitter 4. Auf dem Elektrodengitter 4 der positiven Batterieelektrode befindet sich eine positive Paste 5 und auf dem Elektrodengitter 4 der negativen Batterieelektrode 3 befindet sich eine negative Paste 6. Die einzelnen Batterieelektroden 2, 3 weisen ferner das hybride Scrim- bzw. Pastierpapier-Material gemäß der Erfindung auf, welches in die Oberflächen der Batterieelektroden eingebettet ist.
Eine Vielzahl positiver Platten 2 und eine Vielzahl negativer Platten 3 bilden im allgemeinen zumindest einen Teil der elektrochemischen Zelle des Akkumulators. Jeder Plattensatz oder jede Zelle kann eine oder mehrere positive Platten 2 und eine oder mehrere Platten 3 enthalten. Wie in FIG. 1 gezeigt, kann eine Vielzahl von Plattensätzen entsprechend der Kapazität des Akkumulators 1 elektrisch verbunden werden, zum Beispiel elektrisch in Reihe geschaltet. Die Erfindung ist nicht auf das in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau hierin offenbarter Merkmale.
Bezugszeichen liste
1 Blei-Säure-Batterie 1/Akkumulator
2 positive Batterieelektrode 3 negative Batterieelektrode
4 Batterieelektrodengitter
5 positive aktive Paste
6 negative aktive Paste
9 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material für eine plattenförmige Batterieelektrode (2, 3) einer Blei-Säure-Batterie, insbesondere für eine positive plattenförmige Batterieelektrode (2) einer Blei-Säure-Batterie (1), wobei das Scrim-/Pastierpapier-Material als Vlies- oder Gewebematte ausgeführt ist und folgendes aufweist:
Fasern aus einem ersten Material, welches chemisch unbeständig ist, so dass sich die Fasern aus dem ersten Material bei Kontaktierung mit einem Elektrolyten der Blei-Säure-Batterie (1), insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie (1), zumindest im Wesentlichen auflösen;
Fasern aus einem zweiten Material, welches chemisch zumindest soweit beständig ist, dass sich die Fasern aus dem zweiten Material bei Kontaktierung mit dem Elektrolyten der Blei-Säure-Batterie (1), insbesondere bei der Herstellung der Blei-Säure-Batterie (1), nicht oder im Wesentlichen nicht auflösen; und optional ein Bindemittel für die Fasern aus dem zweiten Material.
2. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach Anspruch 1, wobei die Fasern aus dem zweiten Material zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen oder ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweisen, wobei es sich vorzugsweise bei dem thermoplastischen Kunststoffmaterial um Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyolefine und/oder Polybutylenterephthalat (PBT/PTMT) handelt.
3. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach Anspruch 2, wobei die Fasern aus dem zweiten Material zumindest teilweise als Core- Shell-Fasern ausgeführt sind mit einem Kern aus einem ersten thermoplastischen Kunststoffmaterial und einer Hülle oder einem Mantel aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoffmaterial.
4. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern aus dem zweiten Material zumindest teilweise als Glasfasern ausgeführt sind oder Glasfasern aufweisen.
5. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Fasern aus dem ersten Material zumindest teilweise aus Cellulose bestehen oder Cellulose aufweisen.
6. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bindemittel ein Bindemittel der Acrylgruppe ist oder ein Bindemittel der Acrylgruppe aufweist, wobei das Bindemittel insbesondere ein Bindemittel auf Grundlage einer Polyacrylsäure und/oder Polymetacrylsäure ist.
7. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material: etwa 20 bis 70 Gew.-% Fasern des zweiten Materials und vorzugsweise etwa 25 bis 35 Gew.-% Fasern des zweiten Materials und noch bevorzugter etwa 28 bis 32 Gew.-% Fasern des zweiten Materials aufweist; etwa 40 bis 60 Gew.-% Fasern des ersten Materials und vorzugsweise etwa 45 bis 55 Gew.-% Fasern des ersten Materials und noch bevorzugter etwa 48 bis 52 Gew.-% Fasern des ersten Materials aufweist; und optional etwa 10 bis 30 Gew.-% Bindemittel und vorzugsweise etwa 15 bis 25 Gew.-% Bindemittel und noch bevorzugter etwa 18 bis 22 Gew.- % Bindemittel aufweist.
8. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 534 (Stand: Anmeldetag) ermittelte Dicke bei 100 kPa Druck von etwa 50 pm bis 150 pm und vorzugsweise von etwa 70 pm bis etwa 110 pm und noch bevorzugter von etwa 85 pm bis etwa 95 pm aufweist.
9. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 536 (Stand: Anmeldetag) ermittelte flächenbezogene Masse von etwa 15 g/m2 bis etwa 30 g/m2 und vorzugsweise von etwa 18 g/m2 bis etwa 28 g/m2 und noch bevorzugter von etwa 20 g/m2 bis etwa 25 g/m2 aufweist.
10. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material eine gemäß EN ISO 9237 (Stand: Anmeldetag) bei 2 mbar Druck ermittelte Luftdurchlässigkeit von etwa 1.800 l/m2/s bis etwa 2.800 l/m2/s und vorzugsweise von etwa 2.000 l/m2/s bis etwa 2.500 l/m2/s aufweist.
11. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material eine gemäß ISO 1924-2 (Stand: Anmeldetag) ermittelte Zugfestigkeit bzw. breitenbezogene Bruchkraft von mindestens 0,8 N/mm aufweist.
12. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material nach Eintauchen in Wasser eine gemäß ISO 3781 ermittelte Zugfestigkeit bzw. breitenbezogene Bruchkraft von mindestens 0,5 N/mm aufweist.
13. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Fasern des ersten Materials und die Fasern des zweiten Materials homogen über das als Vlies- oder Gewebematte ausgeführte hybride Scrim- /Pastierpapier-Material verteilt sind.
14. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Fasern des zweiten Materials einen mittleren Außendurchmesser von etwa 500 nm bis etwa 150 pm und vorzugsweise von etwa 5 pm bis etwa 100 pm aufweisen.
15. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Fasern aus dem ersten Material rohrförmige oder hohle Fasern aufweisen, vorzugsweise mit einem Außendurchmesser in einem Bereich zwischen etwa 50 pm bis etwa 150 pm und insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 60 pm bis etwa 100 pm.
16. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fasern aus dem ersten Material und/oder die Fasern aus dem zweiten Material als Fasern begrenzter Länge, insbesondere Kurzfasern, als Endlosfasern (Filamente) und/oder als Stapelfasern ausgeführt sind.
17. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Fasern aus dem ersten Material gekräuselte Fasern vorzugsweise mit 2 bis 50 Kräuselbögen/cm, insbesondere mit 10 bis 20 Kräuselbögen/cm aufweisen; und/oder wobei die Fasern aus dem zweiten Material gekräuselte Fasern vorzugsweise mit 2 bis 50 Kräuselbögen/cm und insbesondere mit 10 bis 20 Kräuselbögen/cm aufweisen.
18. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das hybride Scrim-/Pastierpapier-Material eine mechanisch gebildete Vliesmatte, eine aerodynamisch gebildete Vliesmatte, eine hydrodynamisch gebildete Vliesmatte oder eine elektrostatisch gebildete Vliesmatte ist.
19. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach Anspruch 18, wobei die Vliesmatte verfestigt ist, und zwar durch eine Umwandlung eines Faservlieses in einen Vliesstoff, bei dem ein Verbund zwischen den Fasern aus dem ersten Material und/oder aus dem zweiten Material verfestigt wird, wobei der Verbund der Fasern durch Reibschluss oder durch eine Kombination von Reib- und Formschluss mittels eines mechanischen Verfestigungsverfahrens hergestellt ist.
20. Hybrides Scrim-/Pastierpapier-Material nach Anspruch 18, wobei die Vliesmatte verfestigt ist, und zwar durch eine Umwandlung eines Faservlieses in einen Vliesstoff, bei dem ein Verbund zwischen den Fasern aus dem ersten und/oder zweiten Material verfestigt wird, wobei der Verbund der Fasern mittels eines chemischen Verfestigungsverfahrens und/oder durch Wärme durch Stoffschluss hergestellt ist.
21. Plattenförmige Batterieelektrode (2, 3) für eine Blei-Säure-Batterie (1), wobei die Batterieelektrode (2, 3) folgendes aufweist: ein Batterieelektrodengitter (4) aus einer Bleilegierung; eine zumindest teil- oder bereichsweise auf dem Batterieelektrodengitter aufgebrachte Bleioxid -Paste (5, 6); und eine Vlies- oder Gewebematte aus einem hybriden Scrim- /Pastierpapier-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
22. Blei-Säure-Batterie (1) mit einer Vielzahl von plattenförmigen Batterieelektroden (2, 3) nach Anspruch 21.
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