SE448658B - Batteriinterseparator for anvendning i en elektrokemisk cell med alkalisk elektrolyt samt forfarande for framstellning av en sadan separator - Google Patents

Description

ÄO 448 658 blysyrabaüærisystem skiljer sig distinkt från de elektroder som användes i ett sekundärt alkalibatterisystem, såsom ett nickel- zinkalkalibatterisystem. På samma sätt skiljer sig principiellt separatorer som användes i blysyrasystem från de som användes i sekundära alkalibatterisystem. Blysyraseparatorn är ett material som är placerat mellan elektrodplattorna med motsatt polaritet för upprätthållande av separation. Vilket som helst material som pla- ceras mellan intilliggande ytor på plattorna för upprätthållande av önskad separation är tillfredsställande. Normalt framställes dessa separatorer av material, vilka kan överföras till ark av (l) väsentlig tjocklek eller med en matt yta för att befrämja separationen av plattorna, (2) av väsentlig porositet för att möj- 'liggöra lätt passage av elektrolyt därigenom och (3) med kemiskt inerta egenskaper gentemot sur elektrolyt. Separatorer av alkali- batterisystem medför ej endast separation av plattor med motsatt polaritet utan fungerar även i huvudsak som dendristatiskt membran.

Separatorn i ett alkaliskt batterisystem, såsom ett sekundärt nickel-zinkalkalibatteri, måste därför ha mycket låg porositet för att inhibera tillväxten av dendriter, måste vara mycket tunt för att minimera elektriskt motstånd och måste vara av ett material, som är kemiskt inert gentemot den alkaliska elektrolyten under det att elektrolyten kan passera därigenom.

Alkalibatterisystem innehåller vanligen en interseparator i kombination med dendristatiskt separatormembran. Det är speci- ellt fallet med alkalibatterisystem där man utnyttjar nickel- och/ eller zinkelektroder. Interseparatorn måste såsom angivits ovan besitta en kombination av egenskaper innefattande höggradig upp- sugningsförmåga, såsom minste 5 om/24 timmar såsom bestämts genom standardteknik, för att kompensera för bristerna i separator- membranet och måste vara bildad av ett material som kan överföras till mycket tunna, högporösa ark med god integritet. Intersepa- ratorkomponenten är specifik för alkalibatterisystem.

Batteriinterseparatorer som användes idag i alkalibattefi.- system består vanligen av polypropen, polyamid eller non-woven ark av nylon. Dessa interseparatorer brister i vekegenskaper och/ eller nödvändig kemisk och/eller oxidationsresistans i alkalisk omgivning för att effektiv medverka till att förbättra batteri- systemet. Utvecklingen av sekundära alkalibatterier, speciellt nickel-zink, har hämmats genom bristen på lämpliga intersepara- torer för dessa tillämpningar. 10 15 20 25 ÉO 55 40 448 658 Ett ändamål med föreliggande uppfinning är åstadkommande av en fibrig, fylld batteriinterseparator lämplig för användning i ett alkalibatterisystem.

Ett annat ändamål med kommande av en batteriinterseparator, som kan framställas i en konventionell pappersmaskin, har väsentligt mindre maximal por- storlek än konventionella fiberbaserade non-woven batteriinter- därför inhibering av dendrittillväxt föreliggande uppfinning är åstad- separatormattor och befrämjar tillsammans med separatorn som användes i förening därmed. Ännu ett ändamål med föreliggande uppfinning är åstad- kommande av en batteriinterseparator med en tjocklek ej överstig- ande 250 um, vilken kan framställas i en pappersmaskin och uppvisar en draghàllfasthet av mer än 14 kp/omg i maskinriktningen och till- räcklig flexibilitet för att kunna formas runt elektrodplattan.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNlNGEN En batteriinterseparator lämplig för användning i alkali- batterisystem åstadkommes, vilken bildas av en komposition av från aa 30 'C111 70% syntetisk från ca 15 till 65% alkaliresistent oorganiskt fyllmedel och från ca l till 35% långa fibrer bildade av en syntetisk polymer utvald bland polyolefin, polyacetat eller polyakrylsyra eller -ester Föreliggande polyolefinmassa, polyester, polyamid, eller blandningar därav med en längd av minst ca 6 mm. interseparator kan lätt framställas genom bildning av en vatten- uppslamning av ovan beskrivna komposition, behandlas först med katjoniskt och sedan med ett anjoniskt ämne och den behandlade kompositionen överföres till en mattbildnings- att man erhåller en bana med en tjocklek ej varefter kompositionen apparat på ett sätt så överstigande 250 m, varefter nämnda komposition avvattnas till bildning av önskad arkformig interseparatorprodukt.

På ritningen visar figuren schematiskt en rotoformerpappers- maskin i laboratorieskala och tillhörande utrustning för tillämp- ning av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Om ej annat anges avser procenttalen i föreliggande fram- ställning vikten räknat på slutkompositionens vikt. 10% betyder sålunda att komponenten utgör 10 viktdelar av 100 delar av total- kompositionen. _ Föreliggande uppfinning består i en interseparator för alkalibatterisystem bildade av en komposition innefattande en i huvudsak enhetlig blandning av 50-70% syntetisk polyolefinmassa, 15-65% av ett alkaliresistent oorganiskt fyllmedel och l-55% långa lO 20 25 BO 55 40 95 995 ooi, 448 658 fibrer av syntetisk polymer som har minst en längd av ca 6 mm.

De långa fibrerna bör vara närvarande i en mängd ej överstigande 50% av den syntetiska polyolefinmassan.

En syntetisk polyolefinmassa som befunnits användbar vid framställning av föreliggande interseparatormaterial är ett poly- olefin med till övervägande delen kort fibermaterial med en fiber- storlek och -form som liknar den för cellulosaträmassor. Ex.vis fiberlängder av i medeltal från ca l till 4 mm för den använda syntetiska polyolefinmassan är lämpliga och kan jämföras med 0,5-5 mm för trämassa. Fiberlängderna uppmätes i enlighet med TAPPI standard T232. syntetisk polyeten- eller polypropenmassa och i synnerhet en syn- Sådana syntetiska massor beskrives i ett Den syntetiska polyolefinmassan är företrädesvis en tetisk polyetenmassa. antal amerikanska patentskrifter, innefattande patenten nr 5 745 272, 5 891 499, 5 902 957, 5 920 508, 5 987 159, 3 997 648, och 4 OO7 247. Det har visat sig, att den mest föredragna syntetiska massan för användning vid föreliggande uppfinning bildas av ett lâgtryckspolyeten med ett viskositetsmedel- molekylviktsintervall av 20.000-2.000.000, såsom beskrives i ame- rikanska patentskriften 3 920 508, spalt 8, rad 21-51 och 39-51.

Den syntetiska massafibrerna kan ev. innehålla ett vattendisper- geringsmedel eller en liten mängd konventionell cellulosaträmassa.

Det har visat sig vid föreliggande uppfinning, att de mest före- dragna syntetiska massorna är sådana med höggradig grening eller fibrillering. Polyolefinfibrer av ovan angiven typ är kommersiella produkter.

Det oorganiska fyllmedlet kan utgöras av vilket som helst partikelformígt material, som är i huvudsak inert gentemot konven- tionell alkalisk elektrolyt. vilka befunnits lämpligast är ex.vis titandioxid, aluminiumoxid, Alkaliresistenta oorganiska fyllmedel kalciumoxid, kalciumhydroxid, kalciumtitanat, kaliumtitanat, mag- nesiumhydroxid, magnesiumoxid eller zirkoniumhydroxid eller bland- ningar därav. Bland ovanstående fyllmedel är de föredragna titan- dioxid och aluminiumoxid. Det har visat sig, att oväntat överlägsen, dvs mycket låg elektrisk resistans, god sugförmåga, överlägsna draghållfastheter och hög kemisk resistans gentemot påverkan av alkali erhålles med interseparatormembran vari fyllmedlet är titan- dioxid. Det partikelformiga fyllmedlet bör ha en partikelstorlek av från ca O,ÖOl till ca 0,1 um, en yta av från ca 5 till 200 m2/g och en porvolym (BET) av från ca 0,01 till ca l cc per gram. 10 15 20 25 30 55 40 448 658 De långa fibrer som erfordras för framställning av före- liggande interseparator bildas av syntetiska polymerer. Det poly- mera materialet måste kunna överföras till fibrer, vilka uppvisar god dragstyrka, såsom minst 2 g/denier och företrädesvis från ca 5 till 10 g/denier. De långa polymera fibrer som befunnits använd- bara kan framställas av polyolefiner, polyestrar, polyakrylplaster, polyamider, polyacetater och polyakrylater, ex.vis fibrer av poly- propen, polyetentereftalat, polyakrylsyra, polyakrylnitril eller polymetylmetakrylat, polykaprolaktam, cellulosaacetat och liknande.

De mest föredragna polymera fibrerna är bildade av en polyester, såsom polyetentereftalat, eller ett polyolefin, såsom polyeten eller polypropen, eller polyamid, såsom polykaprolaktam eller poly(hexametylenadipamid). De långa fibrerna bör ha ett denier- värde varierande från ca 1,5 till ca 12 och en längd av minst ca 6 mm och företrädesvis från 6 till ca 25 mm. Det har visat sig, att en önskad produkt företrädesvis bildas genom begränsning av koncentrationen av långa fibrer till högst 50% av koncentrationen av den syfltiska polyolefinmassan. Den föredragna mängden långa fibrer i kompositionen är från l-15%. Dessa fibrer är kommersiellt tillgängliga och kan ytbehandlas med en effektiv mängd av ett ytaktivt ämne för att underlätta deras dispersion i vatten så att föreliggande komponenter erhåller jämnare blandning.

Det har visat sig, att den önskade tunna arkinterseparatorn enligt föreliggande uppfinning oväntat kan bildas genom behandling av ovan beskrivna komponenter med joniska ämnen, såsom katjoniska eller anjoniska polymerer.' Det antas att dessa ämnen underlättar upprätthållandet av den proportionellt stora mängden alkali- resistent oorganiskt fyllmedel i banan under dess bildning till den tunna arkprodukten genom nedan beskrivet förfarande. Det har visat sig speciellt fördelaktigt att använda ett tvåkomponent- system innefattande en kombination av ett katjoniskt och ett an- joniskt ämne, vilka tillsättes i följd och företrädesvis på något avstånd från varandra. Ämnen som visat sig speciellt användbara vid föreliggande uppfinning är katjoniskt och anjoniskt modifierade högmolekylära polyakrylamider. Det katjoniska ämnet tillsättes företrädesvis först. Retentionstillsatserna användes företrädes- vis i mängder varierande från ca 0,01 till ca 1,0 viktprocent räk- nat på vikten av de fasta beståndsdelarna i den uppslamning som bildas under bearbetningen till bildning av banan. Det föredragna intervallet är 0,04 till 0,75 viktprocent, varvid från ca 0,04 10 15 20 25 50 35 40 448 658 till 0,3 viktprocent är speciellt föredraget. Den katjoniska sam- polymeren tillsättes företrädesvis i en mängd varierande från 0,01 till 0,50% och speciellt 0,02 till 0,15%. meren tillsättes företrädesvis i samma mängd.

Den anjoniska sampoly- Mängden kvarvarande joniskt ämne i batteriinterseparatorn är företrädesvis 0,01 till l,0%, speciellt 0,01 till 0,15% av den katjoniska polymeren och 0,01 till 0,15% av den anjoniska polymeren.

Andra tillsatser, såsom våtstyrkehartser och liknande, är även användbara och ligger inom ramen för uppfinningen.

Batteriinterseparatorer bildade i enlighet med föreliggande uppfinning är porösa material med en medelporstorlek (diameter) av mindre än 10/um med en maximal porstorlek av mindre än ca 55/um såsom bestämts genom standardförfaranden för screening av sepa- ratorer. Den normaliserade elektriska resistansen för bildad interseparator är mindre än ca 10 ohm-cm.

Den elektriska resistansen för batteriinterseparatorn mngfwflmæmewfimmækwfwwmmsßmmæmmhæ, normalt ytbehandling av den bildade arkprodukten, med ytaktiva ämnen. Ytaktiva ämnen som kan användas vid fiireliggande uppfinning innefattar nonjoniska ytaktiva ämnen, såsom etyloxylerade alkyl- fenoler, alkylarylpolyetylenglykoler eller andra ytaktiva ämnen som använts av fackmän vid utveckling av alkalibatterier. Mängden använt ytaktivt ämne kan variera från spårmängder upp till ca 1 viktprocent. Den mängd som användes beror på det använda ytaktiva ämnet men är i praktiken begränsad till mängder som ej negativt påverkar batteriets funktion eller dess livslängd.

Det har oväntat visat sig, att ovan häri beskriven kompo- sition kan överföras till ett tunt arkmaterial, som uppvisar goda reologiska egenskaper för lämplig behandling till önskat inter- separatormembran, för processen under bildning av alkalibatteri- systemet och för bibehållen integritet när under användning alkali- batterisystemet utsättes för kemiska och fysikaliska påverkningar.

Möjligheten att bilda tunna ark medför att det resulterande batterisystemet kan besitta förhöjd energidensitet. bildas av vilken som helst önskad tjocklek, såsom ca 0,15 till 0,51 mm, kan arkprodukter bildas med en tjocklek av mindre än 0,25 Ehuru arken mm och man kan lätt framställa ark med en tjocklek av från ca 0,08 till ca 0,2 mm. uppvisa goda reologiska egenskaper och integritet är samtliga högst De bildade arkens tjocklek och deras förmåga att önskvärda egenskaper för bildningen av en alkalibatteriinterseparator. 10 15 20 25 BO 55 40 448 658 Förfarandet för framställning av föreliggande intersepara- torarkmaterial kan utföras med tillhjälp av en konventionell pappersmaskin. Från början bildas en vattenuppslamning av ovan beskrivna komponenter. Uppslamningen har en blanding av fasta komponenter innefattande 30-70% syntetisk polyolefinmassa, 15-65% alkaliresistent oorganiskt fyllmedel och l~35% syntetiskt, poly- mert långfibrigt material. Uppslamningen behandlas med reten- tionstillsats, som företrädesvis utgöres av en katjonisk polyakryl- amid och en anjonisk polyakrylamid. Det är föredraget att de katjoniska och anjoniska ämnena, såsom beskrivits ovan, tillsättes efter varandra med det katjoniska ämnet först. Det har visat sig önskvärt att använda små mängder av från ca l till 5% alun (aluminiumsulfat) i uppslamningen före bildning av banan i; pappers- maskinen för att ytterligare förhöja retentionsmedlenseffektivitet.

Alunet kan tillsättas uppslamningen vid godtycklig tidpunkt men tillsättes företrädesvis före de joniska ämnena. Alun definieras här som vilken som helst pappersframställningskvalitet av aluminium- sulfat. Den bildade uppslamningen för användning vid banans fram- ställning har företrädesvis en halt fasta beståndsdelar inom intervallet ca 0,005 till 5% och innehållet måste vara tillräckligt lågt för att uppslamningen lätt skall kunna överföras till en tunn bana, såsom anges nedan.

Uppslamningen överföres sedan till en bana, såsom genom avsättning av densamma på en banbildningsapparat, såsom en roto- former eller en pappersframställningsapparat av typen Fordinier.

Uppslamningen bör avsättas i en sådan mängd, att avsatta fasta beståndsdelar kan bilda en resulterande bana med en tjocklek under- stigande 0,25 mm. Avsättningen av fasta beståndsdelar bör vara i en mängd (g/mg) av mindre än 75 och företrädesvis från 50 till 75. Avsättningen är direkt relaterad till koncentrationen fasta beståndsdelar i den bildade uppslamningen och den banbildande apparatens hastighet, såsom lätt kan bestämmas.

Den avsatta uppslamningen bildar en bana genom vattnets avlägsnande, vilket utföres i enlighet med konventionell pappers- framställningsteknik. Den erhållna banan torkas ytterligare genom att utsättas för torkluft eller värme eller en kombination därav till bildning av en sammanhängande arkprodukt. Under torknings- operationen eller efter denna är det att föredra att arkprodukten underkastas förhöjda temperaturer av från ca l25 till 15000 under en tidsperiod som möjliggör partiell sammansmältning av massa- 10 15 20 25 35 40 448 fibrerna. 658 Denna sammansmältning befrämjar ytterligare den er- hållna produktens sammanhängande karaktär och kan lätt åstad- kommas genom att arkprodukten ledes över ånguppvärmda valsar eller trummor under eller efter torkningsoperationen.

Det har oväntat visat sig att när erhållen arkprodukt underkastas behandling med en kalendreringsapparat innefattande minst två valsar vid tillräckligt tryck och tillräcklig temperatur för att arket skall erhålla en tjocklek understigande ca 0,18 mm dess elektriska och uppsugningsegenskaper ytterligare förbättras.

På fig. l visas en pappersframställningsapparat lämplig för framställning av föreliggande interseparator. Den syntetiska polyolefinmassan blandas med vatten och fyllmedel i massakaret lO.

Efter det att i huvudsak homogen blandning uppnåtts överföres bland- ningen genom pumpen 12 och överföringsledningen 15 till karet eller behållaren 14, där tillsats av långa fibrer utföres och en'i huvud- sak enhetlig uppslamning erhålles. Uppslamningen avlägsnas från En del av uppslamningen i överföringsledningen l5 recirkuleras via in- loppet 17 till behållaren 14, och den återstående delen ledes genom doseringsslussen 18 över i utspädningsboxen 20. behållaren lä via överföringsledningen 15 och pumpen 16.

Doserings- anordningen 21 för katjoniskt ämne är placerad mellan slussen 15 och utspädningsboxen 20. Doseringsanordningen 22 för anjoniskt ämne ligger ca 9 dm nedströms om utspädningsboxen 20, som har en längd av ca 1,5 meter. Utspädningsvattnt tillföres utspädnings- tanken från 25 för sänkning av innehållet fasta beståndsdelar i tillräcklig grad så att den bildade banan har en tjocklek ej över- stigande 0,25 mm.

Den utspädda uppslamningen pumpas med pumpen 24 från ut- spädningsboxen via överföringsledningen 25 till huvudboxen 26.

Rotoformtrumman 27 roterar i huvudboxen under upptagning av upp- slamningen och bildning av en bana, varvid trummans 27 rotations- hastighet är tillräcklig för att en bana skall bildas, som har en tjocklek ej överstigande 0,25 mm. Vakuumboxarna 28 och 29 är anordnade i anslutning till trumman 27. En uppbrytningsanordning 50 för klumpar är anordnad på motsatt sida om trumman 27 för ev. användning.

Banan avlägsnas från rotoformertrumman 27 och ledes över en filt 5l. Filtmatarorganen 51 matar den bildade banan till ugnen 52 och sedan till en serie torkcylindrar 55, 54, 55, 56 och 57 i tur och ordning. Vissa eller samtliga av cylindrarna kan vara lO 15 20 25 ÉO 55 40 448 658 upphettade för att ytterligare underlätta den bildade banans tork- ning och för att åstadkomma partiell smältning av fibrerna. Banan kan ev. underkastas kalendercylindrar 36, 39 och 40 under till- räcklig temperatur och tillräckligt tryck för att banan skall ytterligare konsolideras och till bildning av ett ark med en tjock- lek mindre än ca 0,18 mm. Arkprodukten upptages på en upplind- ningsstation 41.

Det har oväntat visat sig, att när man utnyttjar före- liggande kombination av en övervägande mängd kortfibrig, syntetisk polyolefinmassa och en mindre mängd långa fibrer och med alkali- resistent, partikelformigt fyllmedel, man med tillhjälp av en -kombination av katjoniska och anjoniska ämnen kan framställa tunna interseparatorarkmaterial med överlägsna egenskaper. Föreliggande interseparator har visat sig uppvisa kombinationen av önskade egen- skaper med låg elektrisk resistans, goda uppsugningsegenskaper, god resistens gentemot angrepp av konventionell alkalisk elektrolyt, goda draghâllfasthetsegenskaper och med god förmåga att bilda en tunn arkprodukt.

Med uttrycket "ark" avses i föreliggande framställning att definiera ett i huvudsak plant material. Arket har i allmänhet en tjocklek understigande ca 0,58 mm. Föreliggande komposition möj- liggör framställning av ark med en tjocklek mindre än ca 0,25 mm, och företrädesvis med en tjocklek av från ca 0,8 till ca 0,18 mm.

På grund av kravet att utnyttja en kombination av en dendristatisk separator med minst ett och kanske två interseparatorark (ett på den dendristatiska separatorns vardera sida) mellan plattor av motsatt polaritet i ett sekundärt alkalibatterisystem är inter- separatorns tjocklek kritisk.

Följande exempel återges för illustrationsändamàl och är ej avsedda att inskränka föreliggande uppfinning annat än i enlig- het med bilagda patentkrav. vikten om ej annat anges.

Exempel I _ En uppslamning bildades i en konventionell pappersmasse- apparat genom tillförsel av 1000 delar vatten åtföljt av 47,5 delar avfen kommersiellt tillgänglig, kortfibrig, syntetisk polyetenmassa med en medelfiberlängd av l mm, en tvärsnittsyta av storleksord- m2 och en specifik yta av storleksordningen 10 m2/g Samtliga delar och procenttal avser ningen några (Pulpex, en produkt från Solvay & Cie).

Därefter tillsattes 47,5 delar partikelfermigt Denna blandning bearbe- tades i ca 25 min. 10 15 20 BO 35 40 lO 448 658 titandioxidmaterial (P-25, en produkt från Degussa) med en yta av ca 65 m2/g och en porvolym (Ng) av 0,54 cc/g och apparaten kördes under ytterligare 10 min. för att väl inblanda titandioxiden.

Därefter tillsattes ytterligare 800 delar vatten för att åstad- komma fullständigare blandnhg och för tömning av apparaten.

Apparatens innehåll överfördes till lådan av en rotoform- pappersmaskin för laboratoriebruk. 5 delar långa fibrer till- sattes. De långa fibrerna utgjordes av polyetylentereftalat- stapelfibrer 1,5 denier x 6 mm levererade av Minifibers, Inc.

Därefter tillsattes ca 5500 delar vatten. Härnäst tillsaües 2,0 delar malet pappersframställningsalun (aluminiumsulfat-järnfri Efter noggrann omblandning av upp- Den malen produkt från DuPont). lösning av alunet tilläts uppslamningen stå i ca l timme. vattenhaltiga uppslamningen överfördes sedan från lådan till en ut- spädningsbox omedelbart uppströms om huvudboxen.

Blandningen utspäddes med vatten i utspädningsboxen till ca 0,06 viktprocent fasta beståndsdelar. haltig sampolymer (RETEN 210, en produkt från Hercules, Inc.) överfördes till utspädningsboxen i en koncentration av 0,04 % i En katjonisk akrylamid- vatten med en hastighet av 800 ml/min. haltig sampolymer (RETEN 421, en produkt från Hercules, Inc.) En anjonisk akrylamid- överfördes i utspädningsboxen ca 9 dm nedströms om boxens 1,5 meter längd i en koncentration av 0,025% i vatten vid 800 ml/min.

Denna utspädda blandning överfördes sedan till huvudboxen med en sådan hastighet, att den på rotoformern bildade banan hade en gramvikt av 66. På rotoformern arbetade en klumpuppbrytnings- vals vid 5,6 at för utjämning av banans yta. löpte med en hastighet av ll m/min. Genom rotoformerns hastighet och hastigheten för överföringen av den utspädda uppslamningen kunde den bildade banan framställas med en tjocklek av ca 0,18 mm.

Efter att ha lämnat rotoformern och fortfarande vilande på en rörlig transportör pressades banan genom motsatta hårda valsar Rotoformerns vira för konsolidering och utjämning av banans tjocklek.

Banan överfördes sedan från viran till en perforerad metallrem och leddes genom en ugn, där den torkades till en vatten- halt av ca l0 kg vatten för varje 10 kg fast bana. Det var ej nödvändigt att upphetta ugnen.

Efter att ha lämnat ugnen överfördes banan till 6 ång- cylindrar (trummor med en omkrets av ca 3,6 m) arbetande vid yt- temperaturer av ca 15000. Banan torkades i huvudsak fullständigt 10 15 20 25 30 35 40 11 448 658 på de första tre cylindrarna. Banan leddes sedan över två cylind- rar vid ca 2100. Det antas att viss bindning eller smältning av polyolefinfibrerna uppträtt vid vissa av fibrernas korsnings- punkter. Gnuggning av banan med fingernageln visade att banan hade god sammanhållning.

Banan upplindades sedan och skars till önskade intersepa- rntwrntorlcknr.

Exemgel II Proceduren i ex. I utfördes bortsett från följande: delar syntetisk polyetenmassa (EST-4, en produkt från Mitsui- Zellerbach), 47,5 delar fyllmedel och 5 delar polymer lång fiber 47,5 användes. Överföringshastigheten från utspädningsboxen var in- ställd på bildning av ett gramtal av 66. Den erhållna banan hade en tjocklek av O,l8 mm. 8 Exemgel III Proceduren enligt ex. II utfördes bortsett från följande: 55 delar syntetisk massa, 60 delar fyllmedel och 5 delar lång Överföringshastigheten från utspädningsboxen till Den erhållna banan fiber användes. huvudboxen var inställd på ett gramtal av 71. hade en tjocklek av 0,15 mm.

Exemgel IV Proceduren enligt ex. II utfördes bortsett från följande: 47,5 delar syntetisk massa, 47,5 delar magnesiumoxid (Maglite-A, en produkt från Whitaker, Clarke & Daniel) med en partikelyta av l78 mg/g och en porvolym av 0,44 cmö/g och 5 delar lång fiber an- vändes. Överföringshastigheten från utspädningsboxen till huvud- boxen var inställd på ett gramtal av 61. De första sex ångcylind- rarna drevs vid ca 12500, under det att de två sista cylindrarna hölls vid ca 21%.

Exemgel V Proceduren enligt ex. I följdes bortsett från följande: Interseparatorns tjocklek var 0,18 mm. 47,5 delar syntetisk massa, 47,5 delar aluminiumoxid (Aluminum Oxide-C från Degussa) med en yta av 94 m2/g och en porvolym (NE) av 0,8 cmj/g och 5 delar långa fibrer användes. Överföringshastig- heten för uppslamningen från utspädningsboxen var inställd på ett gramtal av 63. Interseparatorns tjocklek var ca 0,18 mm.

Exemgel VI Produkten från ex. VI behandlades kontinuerligt under kalendrering (tvâ stålvalsar, ett nyp) under högtryck vid en lineär hastighet av 2,5 m/min. med en valstemperatur av 9000. Inter- 10 15 20 25 30 12 448 658 separatorns tjocklek var ca 0,15 mm.

Exempel VII Ex. VI upprepades bortsett ifrån att valsarna hölls vid 2500 och att materialets lineära hastighet var 6 dm/min. Tjock- leken var 0,15 mm.

De genom ovanstående förfaranden framställda batteriinter- separatorerna testades och resultaten är uppställda i tabellform i tabell l. mängder av processtillsatser och liknande försummas.

Huvudbeståndsdelarna utgör mängden 100% och små Den test som användes vid upprättande av värdena i tabell l utfördes på följande sätt: Dragning « En Scott Tester eller Instron Tensile Tester (modell TM) under användning av en provvidd av 2,5 cm och 5 cm käftseparation och en huvudhastighet i tvärriktningen av 30 cm/min.

Elektrisk resistans - Den procedur som anges i "Characteristics of Separator for Alkaline Silver Oxide Zink Secondary Batteries - Screening Methods" av J.E. Cooper och A.

Fleischer, Direct Current Method på sid. 53.

Porositetsvolym % - Volymprocent håligheter beräknas från våtvikten (WW) minus torrvikten (DW) dividerat med separatorns geo- metriska våtvolym (SGV). ww-Dw 102 SGV Sugförmåga - Bestämd som sträckan för elektrolytrörelse upp i ett = % porositet torrt interseparatorprov suspenderat vertikalt med l cm nedsänkt i en 33% KOH-lösning under en tidsperiod av 24 timmar.

Medelporstorlek - Den procedur som anges 1 "Charateristics of Separator for Alkaline Silver Oxide-Zinc Secondary Batteries - Screening Methods" av J.E. Cooper och A. Fleischer, Water Permeability Method, sid. 31.

Maximum porstorlek - Bubbeltest enligt ASTM Fjlö-70. 13 448 658 \ f .HH> .Kw som nQmUmxHH uwmmuQ .Gmw:Hø@xHfinHxmm2M wqß NQ mH M.O WH I MH~O Mm N XN| 1 | | I nw w Qqw MN mH m«O mH mm Omqo Mw m fw 5 »m ïo Hm mn mio S à wHam mw OH H.H Mm Hm wH~O|mH«O HN M 2 A mw 5 Ûm mm ï mio ww. w ®H.w mv NH wnm Nm mm wH«o ww H .u #m\Gw_ ^mGH|EåäHflÉQ ^E$\v ^E3\v ^NEß\Q&v ,dmflsQmw ^&v mflmuwHmøa>.HnoumhoQ .Hhoumfiom Muwnuwmu HEEV. ^mE\mv Hoasmxm |.Gm5mQQD vmuflmohom xmHhuxwHm |HwflmE HMEHKME |HHwswmhQ &wHxoowH Hmuëmäw H HQmM 10 15 20 14 448 658 Under det att uppfinningen beskrivits i anslutning till vissa föredragna utföringsformer är avsikten ej att inskränka uppfinningen till dessa utan avsikten är att innefatta sådana alternativ, modifikationer och ekvivalenter som inkluderas i bi- lagda patentkrav.

Dessutom bör det observeras, att föreliggande arkprodukt även kan användas som separatormembran i alkalibatterisystem, Arkprodukten enligt föreliggande uppfinning kan användas som separator i alkalisystem, såsom nickel-kadmiumbatterier, där dendristatiskt separatormembran vilka ej kräver dendristatísk separator. ej erfordras. Föreliggande arkprodukt tjänar som lämpligt membran mellan de positiva och negativa plattorna i ett sådant system så att (l) åstadkommas separation mellan motsatt laddade elektroder, (2) erhålles utrymme för elektrodexpansion under användningen, (3) åstadkommes elektrolytisk reservoar och (4) enhetlig elektro- lytfördelning över elektrodytorna så att jämn strömdensitet erhå1leS. Dessa resultat, speciellt (3) och (4) ovan, uppnås í hög grad på grund av att föreliggande separator uppvisar hög- gradíg absorption, uppsugníngsförmåga och är tillräckligt porös för att kunna uppbära och jämnt fördela den alkaliska elektro- lyten.

Claims (29)

*S 448 ess PATENTKRAV

1. Batteriinterseparator lämplig för användning i en elektrokemisk cell med alkalisk elektrolyt, k ä n n e - t e c k n a d av att interseparatorn innefattar ett ark- material med en tjocklek av mindre än ca 0,25 mm bildat av en i huvudsak enhetlig blandning av från ca 30 till 70 vikt- procont syntetisk polyolefínmassa, från ca 15 till 65 vikt- procent av ett alkaliresistent, oorganiskt fyllmedel, från ca 1 till 35 viktprocent långa syntetiska polymerfibrer med en längd av minst ca 6 mm och en kombination av katjoniskt ämne och anjoniskt ämne i en mängd av från ca 0,01 till 1 viktprocent.

2. Battcriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda syntetiska polyolefinmassa är utvald bland polyeten, polypropen eller en kombination därav, nämnda oorganiska fyllmedel är utvalt bland titandioxid, aluminiumoxid, magnesiumoxid, kalciumoxid, kalciumhydroxid, kalciumtitanat, kaliumtitanat, zirkoniumhydroxid eller magne- siumhydroxid eller blandningar därav; och nämnda långa synte- tiska polymerfibrer är bildade av en polyester, ett polyolefin, en polyamid, ett polyacetat, ett polyakrylat eller ett poly- akrylmateríal.

3. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d 'av att de långa syntetiska polymerfibrerna är närvarande i en mängd av från 1 till 15 % bildade av poly* olefin eller polyester och är närvarande i en mängd ej över- stigande 50 viktprocent av nämnda syntetiska massa.

4. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att fyllmedlet är utvalt bland Ti0Z, Al203, Mg0 eller blandningar därav.

5. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda polyolefin utgöres av polyeten.

6. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda alkaliresistenta oorganíska fyll- medel utgöres av TiO2 med en specifik yta av minst 10 m2/g.

7. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att den maximala porstorleken är mindre än 35 um. 448 ess 1 16

8. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att medelpordiametern är mindre än 10 um.

9. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e t c c k n a d av att den elektriska rosistansen är mindre än ca 25 milliohm~kvadrattum.

10. Batteriinterseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den ytterligare innehåller ca 1 till ca 5 viktprocent alun.

11. Batteriínterseparator enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att de långa polymerfibrerna är bildade av en polyester, en polyamid eller ett polyolefin och är närvaran- de i.en mängd av från 1 till 15 viktprocent och i en mängd ej överstigande ca 50 viktprocent av nämnda syntetiska massa av fibrer samt har ett deniertal av ca 1,5 till ca 6 och en längd av ca 6 till ca 25 mm, det alkaliresistenta oorganiska fyllmedlet har en partikelstorlek av ca 0,001 till 0,1 um och en yta av minst 10 mz/g, den maximala porstorleken är upp till ca 35 um och de syntetiska polyolcfinmassafibrerna är åtminstone partíellt smältbundna.

12. Batteriinterseparator enligt krav 11, k ä n n e - t e c k n a d av att den innehåller ca 0,01 till 0,15 vikt- procent av en katjonisk sampolymer innehållande akrylamid och ca 0,01 till ca 0,15 víktprocent av en anjonisk sampolymer innehållande akrylamid.

13. Batteriínterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda långa syntetiska polymerfibrer är bildade av polyester.

14. Batteriinterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda långa syntetiska polymerfibrer är bildade av polyolefin.

15. Batteriínterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda långa syntetiska polymerfibrer. är bildade av polyamid.

16. Batteriinterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda långa syntetiska polymerfibrer är bildade av polyacetat.

17. Batteriinterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda långa syntetiska polymerfibrer är bildade av polyakrylat eller polyakrylmaterial. ((1 '7 448 ess

18. Batteriinterseparator enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att den syntetiska massan är bildad av fibrer med en medellängd av från ca 1 till 4 mm; det alkali- resistenta fyllmedlet har en partikelstorlek av från ca 0,001 till I um, en yta av från ca S till 100 mz/g och en porvolym av från ca 0,01 till 1 cm3/g; de långa syntetiska polymorflb- rerna har ett deniertal av från ca 1,5 till 6, en längd av från ca 6 till 25 mm och har en koncentration ej överstigande 50 viktprocent av den syntetiska massan; en medelpordiameter-av mindre än 10 um och en maximal porstorlek av mindre än 35 um.

19. Förfarande för framställning av en arkprodukt lämplig för användning som interseparator i en ackumulator med alkalisk elektrolyt, k ä n n e t e c k n a t av, att man bildar en vattenuppslamníng innehållande, räknat på vikten fasta be- ståndsdelar, från ca 30 till 70 viktprocent av en syntetisk- massa av en polyolefin, från ca 15 till 65 viktprocent av ett alkaliresistent oorganiskt fyllmedel och från 1 till 35 vikt- procent långa fibrer bildade av en syntetisk polymer; behandlar nämnda bildade uppslamning med ett katjoniskt ämne och sedan med ett anjoniskt ämne, vardera i en mängd av från 0,01 till 0,5 viktprocent räknat på uppslamningens innehåll av fasta be- ståndsdelar; avsätter nämnda behandlade uppslamning på en ban- bildande apparat med en sådan hastighet, att den bildade banan har en tjocklek ej överstigande 0,25 mm; avvattnar nämnda be- handlade uppslamning till bildning av ett sammanhängande ark; och underkastar nämnda bildade ark tillräckligt förhöjd tempera- tur under tillräcklig tidrymd för att åstadkomma partiell smältning av massafibrerna.

20. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda katjoniska ämne och anjoniska ämne vardera är akrylamidsampolymerer.

21. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda bildade arkprodukt ytterligare behandlas vid förhöjt tryck och förhöjd temperatur tillräckligt för att re- ducera arkproduktens tjocklek till mindre än 0,18 mm.

22. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av-att nämnda uppslamning bildas med ett fast partikelformigt fyllmedelsmaterial utvalt bland TiO2, Al2O3, MgO, Mg0H, Ca0, CaTi0 3, Cu(OH)¿ eller Zr02, eller blandningar därav. 448 ess “

23. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att de polymera långa fibrerna är närvarande i en mängd av från 1 till 15 viktprocent bildade av ett polyolefin eller en polyester och är närvarande i en mängd ej överstigande 50 víktprocent av nämnda syntetiska massa.

24. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att uppslamningen är avsatt till ett gramtal av mindre än 75.

25. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att alun tillsättes nämnda vattenuppslamning i en mängd av från ca 1 till ca 5 viktprocent räknat på mängden fasta be- ståndsdelar.

26. Förfarande enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a t av att den avvattnade banan underkastas värme för att åtminstone partiellt binda nämnda polyolefinfibrer däri.

27. Förfarande enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a t av att arkprodukten ytterligare underkastas kalendrering vid förhöjd temperatur och förhöjt tryck tillräckligt för att bilda en produkt med en tjocklek mindre än 0,18 mm.

28. Förfarande enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda fyllmedel är utvalt bland TiO2, A1203 eller Mg0, eller blandningar därav.

29. Förfarande enligt krav 22, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda katjoniska sampolymer tillsättes i en mängd varieran- de från ca 0,02 till ca 0,15 viktprocent och nämnda anjoniska sampolymer tillsättes i en mängd varierande från ca 0,02 till ca 0,15 viktprocent räknat på innehållet av fasta bestånds- delar. w?